新能源汽車運(yùn)行條件與傳統(tǒng)汽車相比存在顯著差異，依托傳統(tǒng)汽車的可靠性評價(jià)體系，不足以支持新能源汽車的高質(zhì)量發(fā)展，建立面向新能源汽車的可靠性評價(jià)體系，是全行業(yè)共同的需求。

上海理工大學(xué)汽車可靠性研究所 中國汽車工程學(xué)會(huì)可靠性技術(shù)分會(huì) 趙禮輝 博士就《新能源汽車可靠性評價(jià)規(guī)范聯(lián)合開發(fā)—背景路線與進(jìn)展》進(jìn)行了主題報(bào)告，分享了新能源汽車可靠性評價(jià)體系及聯(lián)合開發(fā)背景線路和進(jìn)展。

報(bào)告從以下5個(gè)方向開展敘述：

可靠性評價(jià)的現(xiàn)狀與問題

載荷大數(shù)據(jù)的獲取與擴(kuò)展

數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)路線

可靠性加速試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)

討論與展望

1、可靠性評價(jià)的現(xiàn)狀與問題

（1）汽車可靠性評價(jià)現(xiàn)狀

汽車可靠性是指汽車在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定使用條件下完成規(guī)定功能的能力，汽車可靠需求即在規(guī)定使用年限內(nèi)、規(guī)定用戶群體范圍內(nèi)的可靠性目標(biāo)值。汽車可靠性評價(jià)實(shí)施的技術(shù)路線是基于用戶數(shù)據(jù)構(gòu)造汽車可靠耐久的需求目標(biāo)，通過等效加速方法驗(yàn)證汽車可靠性。

汽車可靠性評價(jià)影響因素非常多，目前存在的問題主要是載荷強(qiáng)度及零部件強(qiáng)度的不確定性，涉及材料的強(qiáng)度、工藝的強(qiáng)度、裝配精度及用戶載荷工況等。

在汽車可靠性評價(jià)的框架下，基于用戶群體構(gòu)建可靠性目標(biāo)，結(jié)合產(chǎn)品本身強(qiáng)度進(jìn)行可靠性的評估或驗(yàn)證，其核心就是產(chǎn)品的失效機(jī)理?？煽啃砸?guī)范過于嚴(yán)苛?xí)?dǎo)致試驗(yàn)周期偏長、產(chǎn)品設(shè)計(jì)冗余、成本偏高，可靠性規(guī)范過于寬松會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)不足、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)偏大。

（2）新能源汽車可靠性評價(jià)

隨著汽車電動(dòng)化和智能化的發(fā)展，感知、執(zhí)行、控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，汽車可靠性開發(fā)挑戰(zhàn)增大，性能可靠、功能可靠。

新能源汽車和傳統(tǒng)汽車在結(jié)構(gòu)、性能等方面存在較大差異，需重新構(gòu)建針對新能源汽車的可靠耐久的評價(jià)規(guī)范。

相對于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車的可靠性評價(jià)體系的建立需要逐步完善用戶目標(biāo)信息、試驗(yàn)場規(guī)范及臺(tái)架試驗(yàn)規(guī)范等，可以從承載結(jié)構(gòu)、動(dòng)力傳動(dòng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)方面去考慮。

（3）汽車可靠性評價(jià)問題

用戶關(guān)聯(lián)性差：傳統(tǒng)汽車可靠性試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)傳統(tǒng)技術(shù)路線包括用戶載荷采集、工況比例確定、全壽命周期目標(biāo)、損傷等效、試驗(yàn)規(guī)范制定等步驟，受限于技術(shù)條件，傳統(tǒng)可靠性試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)用戶關(guān)聯(lián)性難以確保。

用戶載荷及損傷差異大：基于調(diào)研和經(jīng)驗(yàn)的工況定義難以全面反映用戶群體；小樣本用戶載荷采集難以覆蓋較小概率的極端工況；工況分類依賴工程師經(jīng)驗(yàn)全壽命周期構(gòu)成難以確定。未來，可以基于新能源汽車運(yùn)行大數(shù)據(jù)制定可靠耐久規(guī)范。

（4）可靠性開發(fā)框架及體系

圍繞可靠性評價(jià)體系的總體架構(gòu)構(gòu)建整車、總成、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、零部件多層級(jí)可靠性驗(yàn)證與評價(jià)體系，包括可靠性目標(biāo)定義、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)、單元可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證與確認(rèn)等步驟。

可靠性體系構(gòu)建包括道路試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)，道路實(shí)驗(yàn)包含整車動(dòng)力總成的耐久、綜合的耐久和結(jié)構(gòu)的耐久；臺(tái)架試驗(yàn)分解到各個(gè)系統(tǒng)，一步一級(jí)往下劃分，包括系統(tǒng)總成、一級(jí)子系統(tǒng)、二級(jí)子系統(tǒng)等。整個(gè)可靠性評價(jià)體系期望以整車道路和臺(tái)架試驗(yàn)相互配合的方式來實(shí)現(xiàn)整體可靠性的評價(jià)。

2、載荷大數(shù)據(jù)的獲取與擴(kuò)展

可靠性體系的開發(fā)策略是將整車的可靠性規(guī)范進(jìn)一步分解到系統(tǒng)級(jí)的可靠性規(guī)范，再進(jìn)一步細(xì)化到各個(gè)零件的可靠性規(guī)范。載荷大數(shù)據(jù)獲取分為兩個(gè)階段來實(shí)施，第一階段是基于CAN總線，即基于整車企業(yè)的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)；第二階段是增加結(jié)構(gòu)載荷，包括后橋、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、車架、前橋及懸置載荷等。

面向整車及子系統(tǒng)進(jìn)行用戶載荷大數(shù)據(jù)挖掘，主要包括整車承載/支撐結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)部件的載荷。

LDR車輛運(yùn)行大數(shù)據(jù)平臺(tái)載荷大數(shù)據(jù)獲取：在用戶車輛上布置傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將實(shí)時(shí)載荷數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)集群，載通過提取歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析。

載荷大數(shù)據(jù)采集硬件開發(fā)：用戶載荷采集常用傳感器包括位移（CAN）傳感器、加速度（CAN）傳感器、應(yīng)變（CAN+無線）傳感器、六分力（CAN+模擬）傳感器等。

大規(guī)模用戶載荷數(shù)據(jù)采集：CAN總線數(shù)據(jù)+質(zhì)心+輪心加速度+輪心位移（100Hz），目前已完成50萬公里載荷數(shù)據(jù)采集，正在進(jìn)行200萬公里載荷數(shù)據(jù)采集，后期將進(jìn)行500萬公里載荷數(shù)據(jù)采集，形成一個(gè)整體性、規(guī)范性的大規(guī)模用戶載荷數(shù)據(jù)。

模型驅(qū)動(dòng)的多維載荷擴(kuò)展：以電驅(qū)系統(tǒng)載荷預(yù)測為例，通過車速運(yùn)行數(shù)據(jù)和整車動(dòng)力學(xué)模型荷(整車參數(shù)+載重+坡度）預(yù)測驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)載荷，進(jìn)行載荷預(yù)測結(jié)果對比。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)載荷多維擴(kuò)展：以整車結(jié)構(gòu)載荷預(yù)測為例，因缺少整車的三維的動(dòng)力學(xué)模型及基礎(chǔ)參數(shù)，用車輛搭載傳感器采集相關(guān)數(shù)據(jù)搭建數(shù)字模型。

3、數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)路線

數(shù)據(jù)分析與挖掘的總體技術(shù)路線：用戶數(shù)據(jù)分析→用戶工況辨識(shí)→工況損傷分析→損傷目標(biāo)構(gòu)建→損傷等效加速。

基礎(chǔ)工況庫構(gòu)建：通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法對用戶運(yùn)行大數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)，確定實(shí)際用戶使用條件下電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性工況類別及其特征，為電驅(qū)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)分析提供依據(jù)。區(qū)別于全通過經(jīng)驗(yàn)來判斷工況的方法，希望完全從數(shù)據(jù)的角度出發(fā)構(gòu)建基礎(chǔ)工況。

載荷與損傷分析：結(jié)合疲勞、老化、磨損等失效物理模型，分析不同用戶使用條件下電驅(qū)系統(tǒng)各部件損傷貢獻(xiàn)。例如將一些非金屬件（橡膠、尼龍、塑料等）分解、老化的不同的失效機(jī)理模型嵌入到載荷與損傷分析平臺(tái)，開展更高維度的一個(gè)損傷計(jì)算。

全壽命周期損傷目標(biāo)構(gòu)建：確定全壽命周期（30萬公里）、95%用戶使用強(qiáng)度的損傷目標(biāo)；以單位損傷強(qiáng)度分布為基礎(chǔ)，篩選工況典型片段作為試驗(yàn)加載基礎(chǔ)片段。

從大數(shù)據(jù)的分析來看，對于任何一個(gè)用戶載荷采集到一定的里程之后，其載荷分布損傷的貢獻(xiàn)基本上穩(wěn)定，就可以構(gòu)建整體全壽命周期可靠性目標(biāo)里的損傷。

對于可靠性加速試驗(yàn)，從用戶的使用場景出發(fā)，尋找單位時(shí)間內(nèi)損傷強(qiáng)度比較高的基礎(chǔ)片段數(shù)據(jù)來進(jìn)行試驗(yàn)，縮短試驗(yàn)時(shí)間，其中涉及典型片段數(shù)據(jù)的篩選。

可靠性試驗(yàn)規(guī)范制定：以各部件全壽命周期損傷為目標(biāo)，各典型工況片段損傷為基礎(chǔ)，考慮試驗(yàn)場道路組合情況，通過多部位損傷協(xié)同等效確定工況片段組合；以工況條件轉(zhuǎn)移概率為依據(jù)，編制隨機(jī)和程序加載譜。

其中，載荷譜的加載順序涉及載荷的順序效應(yīng)，那么加載載荷的順序會(huì)對壽命產(chǎn)生較大影響?？梢詮挠脩魧?shí)際使用過程觸發(fā)，以工況的轉(zhuǎn)移概率為基礎(chǔ)，選擇工況之間轉(zhuǎn)移概率最大的順序作為臺(tái)架試驗(yàn)工況加載順序，盡量減少加載順序?qū)勖挠绊憽?

4、可靠性加速試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)

可靠性加速試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)工作開展包括中汽研-華為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)規(guī)范開發(fā)，也與蔚來、一汽、長安、聯(lián)電、福田、集度等企業(yè)進(jìn)行相關(guān)的合作和交流。參與標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29307-2022, QC/T 1022的修訂。

以電驅(qū)可靠性規(guī)范制定為例，包括電機(jī)（電機(jī)軸、電機(jī)軸承、磁橋、導(dǎo)條、磁鋼、繞組）、減速器（減速器齒輪、減速器軸承、減速器殼體、差速器齒輪、差速器殼體）、控制器（IGBT、薄膜電容、PCB）、密封、懸置襯套等子系統(tǒng)及零部件的可靠性試驗(yàn)規(guī)范開發(fā)。

電機(jī)轉(zhuǎn)子磁橋可靠性快速試驗(yàn)：虛擬仿真+臺(tái)架試驗(yàn)

高速軸承耐久試驗(yàn)載荷譜開發(fā)：針對部件的疲勞失效

半軸與萬向節(jié)耐久試驗(yàn)載荷譜開發(fā)

IGBT壽命評估與可靠性快速試驗(yàn)開發(fā)：從用戶數(shù)據(jù)刻畫加速試驗(yàn)載荷譜

電子助力器（制動(dòng)）可靠性快速試驗(yàn)開發(fā)

基于用戶大數(shù)據(jù)的整車結(jié)構(gòu)耐久規(guī)范開發(fā)：基于用戶全壽命周期數(shù)據(jù)構(gòu)造出整體可靠性目標(biāo)

將路況分割，按損傷分為10級(jí)，各路況片段不同損傷等級(jí)時(shí)間及里程分布。

高損傷等級(jí)占整體損傷的比例之和，10%的運(yùn)行時(shí)間、15%的運(yùn)行里程就貢獻(xiàn)了90%以上的整體損傷。在對用戶進(jìn)行損傷目標(biāo)構(gòu)建的時(shí)候，去采集這10%的時(shí)間、15%的里程載荷，就可以復(fù)現(xiàn)出90%以上的損傷。

實(shí)際上車輛進(jìn)行用戶道路下的可靠耐久試驗(yàn)時(shí)，把30萬公里的目標(biāo)壓縮到3萬公里，就可以達(dá)到整體損傷的貢獻(xiàn)。

5、討論與展望

用戶數(shù)量壓縮：3萬輛車用戶保有量，通過抽樣300個(gè)用戶得出損傷比例的分布誤差不超過3萬輛車的3%。

采集里程壓縮：載荷的分布或者損傷的分布會(huì)隨著里程的增加趨于穩(wěn)定，目前5000~8000公里時(shí)用戶損傷基本趨于穩(wěn)定。

可靠性目標(biāo)載荷快速預(yù)測：每個(gè)用戶載重、坡度差異，整體獲取難度大，構(gòu)造等效載重及等效坡度參數(shù)，依托相同參數(shù)結(jié)合每個(gè)用戶車速變化，直接仿真得到百分位目標(biāo)下?lián)p傷。

環(huán)境因素：環(huán)境因素會(huì)產(chǎn)生老化，考慮恒定高溫下的老化、交變溫度下的疲勞。包括溫度影響下的電機(jī)絕緣、PCB板層、電子元件、金屬件損傷等，考慮基于環(huán)境溫度數(shù)據(jù)構(gòu)建中國地域內(nèi)的用戶溫度分布數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理分析工具：基于Python的LDR_VBD載荷分析庫

數(shù)據(jù)處理分析：包含12個(gè)模塊

新能源汽車可靠性試驗(yàn)規(guī)范聯(lián)合開發(fā)：從電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)出發(fā)，拓展到懸架、電池支架等承載結(jié)構(gòu)部件，及至整車；期望整車企業(yè)、零部件廠家及相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)，能夠聯(lián)合起來，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)共享，方法共享，實(shí)現(xiàn)整個(gè)可靠性評價(jià)規(guī)范完整的正向開發(fā)，建立用戶強(qiáng)相關(guān)的電動(dòng)汽車可靠性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。通過行業(yè)聯(lián)合開發(fā)，減小可靠性規(guī)范開發(fā)代價(jià)，以用戶大數(shù)據(jù)支撐產(chǎn)品高質(zhì)量開發(fā)。

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