军用整车道路行驶可靠性试验方法研究

杨明军，鲁吉林，余云加，叶江勇

（1.广州广电计量检测股份有限公司，广州 510627；2.中国人民解放军陆军装备部装备项目管理中心，北京 100072）

引言

为了提高或保证整车的可靠性及评价、验证汽车产品的可靠性而进行的关于整车故障及其影响的各种试验，统称为整车可靠性试验。依据GJB 450A-2004《装备可靠性工作通用要求》的观点，军用整车可靠性试验的目的是对定型产品进行可靠性鉴定或验收，评价产品可靠性指标是否符合最低可接收的要求，向军方提供合格证明[1]。简而言之，军用整车的可靠性试验就是车辆的功能性能指标、车辆的行驶时间等需符合军车论证阶段所提出的研制总要求。所谓整车故障，是指汽车整车、总成及零部件在规定条件下和规定里程内，丧失规定功能的事件。为了保证军用整车可靠性试验能够顺利实施及其准确性与客观性，可把整车可靠性试验根据实施地点分为实验室可靠性试验和道路行驶可靠性试验两种。实验室试验主要是在室内对整车的各项功能性能指标进行试验，道路行驶可靠性试验是在户外开展车辆行驶试验工作，车辆试验人员需要选择符合道路行驶规范的场地，进而根据车辆的类型选择试验方法。军用整车为了验证其是否达到研制总要规定的可靠性指标要求，各军兵种均要求进行道路行驶可靠性试验。在试验场进行的军用整车道路行驶可靠性试验属于一种加速疲劳寿命试验，车辆通过在各种典型路面的道路行驶，诱发出产品故障，找出其薄弱环节并进行改进，完成新研军车的可靠性试验验证[2-4]。

军用整车道路行驶可靠性试验是一项耗时长，资金需求较大的试验。通常需要在规定的时间和有限的试验经费内，通过试验——分析——改进——试验的方法使整车装备达到规定指标的要求。因此，研究一种适合军用整车道路行驶可靠性试验方法尤为重要。

1 整车道路行驶可靠性评价指标

军用整车道路行驶可靠性评价指标有平均首次故障里程（MTTFF）、平均故障间隔里程（MMBF）、有效度、维修时间、维修费用等[5]。平均首次故障里程是指一批同型号、同技术状态的车辆装备按规定条件进行行驶试验，各车辆装备首次出现故障的行驶里程平均值。平均故障间隔里程是指一批同型号、同技术状态的车辆装备按规定条件进行行驶试验，在道路行驶可靠性试验规定的行驶里程内，所有车辆装备出现故障的总次数中，平均每两次故障之间的行驶里程。有效度主要指车辆装备在规定的使用和维修条件下保持车辆装备正常状态的概率。维修时间主要是指车辆装备发生故障到维修完成恢复正常功能所用的时间。维修费用主要是指维修车辆装备期间维修、部件更换、人工工时等费用的总和。车辆装备是一种发生故障后允许进行修理和更换部件使之重新工作的可修复系统。在研究可靠性时，平均首次故障行驶里程更多的是反映车辆装备早期可靠性水平，车辆装备交付使用后军方更多关注车辆装备平均故障间隔里程指标，即在使用过程中出现故障至下一次故障出现时的行驶里程。

2 整车道路可靠性试验方法

2.1 试验路面

军用整车的道路行驶可靠性试验前需要确定车辆装备技术状态、装载质量、试验道路等条件后开展试验。GB/T 12678-1990《汽车行驶可靠性试验方法》和GB/T 12534-1990《汽车道路试验方法通则》中详细规定了车辆行驶可靠性的试验条件，包括试验车辆准备、试验路面、装载质量、轮胎气压、燃料润滑油脂和制动液等。行驶可靠性试验道路通常包括整车性能试验道路、试验场可靠性试验道路以及常规可靠性试验道路。试验道路包含铺装路、起伏路、沙石路、石块路、鱼鳞坑路等多种路面。为了军用车辆装备道路行驶可靠性试验能顺利验收，试验需要选择合适的试验道路。由于在铺装路面上进行行驶可靠性试验直至车辆装备出现薄弱环节失效，通常车辆装备需要进行几万公里甚至几十万公里的试验。为了缩短试验周期，军用整车道路行驶可靠性试验一般都在集中在具有各种典型路面的试验场进行，如高速环道、各种强化路面、越野路、山路等。

2.2 试验方法

GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》中给出的可靠性统计试验方案有序贯试验方案、定时截尾试验方案和全数试验方案[6]。在研制总要求中给出最低可接收的可靠性指标要求时，可以选择GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》中给出的定时截尾试验方案。使用GJB 899A-2009进行军用整车道路行驶可靠性考核，通过平均故障间隔里程值可以客观体现整车固有可靠性，在试验结束时，根据数据对试验做出接收或拒收判决后，还可以给出平均故障间隔里程的点估计值、置信区间和置信度等参数。

由于车辆装备交付军方一般具有较为明确的节点要求，可靠性试验需要尽快给出试验结论，定时截尾试验方案由于试验时间、试验经费、试验需要的人力和保障资源易于控制，可操作性和计划性强，所以在实际试验过程中，军方与研制单位通常会选取定时截尾试验方案进行可靠性试验，选用定时截尾试验方法，其试验到预定时间就终止，试验时间可控计划性强，到时按预定的故障数判决平均故障间隔里程验证值合格与否，判据明了、可操作性好，常为产品生产、使用、第三方评价首先选用[7-9]。

2.3 评估方法

在标准GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》中提供了很多套定时截尾的可靠性鉴定试验方案，需要说明的是GJB 899A-2009中给出的平均故障间隔时间里的时间是广义的，它可以是日历时间、循环次数、行驶里程。平均故障间隔里程与平均故障间隔时间可以通过行驶速度和行驶时间进行转换。进行具体装备可靠性试验时，需要综合考虑费用、时间和决策风险的可接受度进行方案选定，选定定时截尾试验方案后，也就确定了总试验时间和接收判决故障数。

1）无故障情形下的可靠性评估方法

设该型车的寿命服从指数分布，即

则在无故障条件下，平均故障间隔里程θ的1-α水平最优置信下限为

即

则在1-α水平下的平均故障间隔里程最优置信下限为

2）有故障情形下的可靠性评估方法

对于定时截尾试验，总试验时间为

在t0时间之前发生了r个失效，第r次失效发生的时间是显然第r+1个失效发生时间为则

3 应用实例

以上探讨与理论分析得到某机关与军方认可，并通过GJB 899A-2009有很强的可操作性，与单纯的只通过行驶可靠性的传统方法相比，可靠性考核的内容、时间长度、经费控制、试验结果等更详实，可靠性的置信区间可量化，对整车的可靠性、产品质量提升更具应用价值。具体应用在某型号整车行驶可靠性试验的案例如下。

在某型号车辆道路可靠性试验中，考核该型号车的可靠性指标要求为平均故障间隔里程不小于2 000 km。

由于该型号车是在已通过技术鉴定的某型车的基础上进行改型设计而成，其动力总成、传动系统和车体系统等主要系统保持不变，仅在部分功能任务组件配置与总体布局上存在差异，例如车体长度、电台型号和座椅数量等，在关键零部件的型号选取和工艺措施上，该型车在上一代系列上进行了升级改进处理。因此通过评估可认为，该型车的可靠性水平不低于上一代车型系列。因为上一代车型的平均故障间隔里程为5 002.7 km，因此该型车的鉴别比θ0/θ1应大于5 002.7 / 2 000=2.5，参考GJB 899A-2009之表A.6（见表1），选取鉴别比为3。其中0θ指平均故障间隔里程，1θ是指平均故障间隔里程的最低可接受值，这里1θ=2 000 km。

参照该型号车辆行业惯例和其他型号可靠性置信水平的要求，本次试验专项方案推荐置信水平为0.7，即要求平均故障间隔里程置信下限不小于2 000 km的概率不低于0.7。

结合鉴别比3，由于被试样品为产品车辆，为确保车辆状态完好，本着尽量节省试验里程的原则，从GJB 899A-2009之表A.6的标准型定时试验统计方案简表中的15/16/17号方案中选择第17号方案，如表1所示。

此时，试验里程相对于最低可接受值1θ的倍数为4.3，即试验需要开展2 000×4.3=8 600 km；结合GJB 848-1990《装甲车辆定型试验规程》之试验路面行驶里程分配比例规定，拟在某地区夏季开展8 600 km的可靠性试验，按照铺装路、起伏路、沙石路与沙漠路面，依次占比为20 %、30 %、30 %和20 %开展试验，具体试验路面分配如表2所示。试验过程中，车辆在保证安全情况下，以尽可能高的速度行驶。

为进一步根据该车实际试验表现，及时进行可靠性评估决策分析，在上述试验过程中，按照试验过程中先后出现的第i(i=i，2，…)个故障时，依次进行相应的可靠性评估，考察相应得出的平均故障间隔里程置信下限如果平均故障间隔里程置信下限θL(i)超过要求的2 000 km，则可以判定该型车通过道路可靠性试验考核，其平均故障间隔里程≥2 000 km；否则，继续开展试验，直到累计试验8 600 km停止本次道路可靠性试验。

为支持上述试验决策思路，按照平均故障间隔里程置信下限θL(i)等于2 000 km的最低要求，根据2.3小节中的公式（4）和（9），计算该型车满足2 000 km要求下出现第i(i=i，2，…)个故障的最小累积试验里程iT，即可靠性试验停止里程iT，如表3所示。

因此，在本次可靠性试验中，在GJB 899A-2009之表A.6的第17号方案基础上，结合不同故障次数下最小累积试验里程的计算，给出具体的可靠性试验方案如下：

1）如果在2 407.9 km试验中，没有出现故障，则其平均故障间隔里程≥2 000 km，满足该型车道路可靠性要求；否则，转到2）继续试验；

2）如果在4 878.4 km试验中，至多出现1次故障，则其平均故障间隔里程≥2 000 km，满足该型车道路可靠性要求；否则，转到3）继续试验；

3）如果在7 231.1 km试验中，至多出现2次故障，则其平均故障间隔里程≥2 000 km，满足该型车道路可靠性要求；否则，转到4）继续试验；

表1 标准型定时试验统计方案简表

表2 行驶可靠性试验里程分配

表3 按照满足平均故障间隔里程置信下限要求的可靠性试验停止里程

4）继续试验直到累积试验里程达到8 600 km停止试验，根据试验中出现的故障次数，按照公式（9）计算平均故障间隔里程置信下限，如其≥2 000 km，满足该型车道路可靠性要求；否则，不满足该型车道路可靠性要求。

4 结论

本文提出了军用整车进行道路行驶可靠性试验的必要性，通过对整车可靠性指标分析，探讨了一种通过GJB 899A-2009定时截尾试验方案要求的整车道路行驶可靠性试验方法，并通过实例给出了一种具体实施方法。但GJB 899A-2009应用在整车道路行驶可靠性试验方法中仍有一定局限性，主要体现在以下几点：

1）GJB 899A-2009没有给出适用整车道路可靠性的试验应力剖面图；

2）当前整车系统参照GJB 899A-2009综合应力试验的可靠性考核给出的故障统计原则、可接收故障数主要针对设备级可靠性试验制定的，整车系统的考核参照该标准要求进行是否合理需要大量试验数据验证；

3）整车行驶道路可靠性一般与维修性相结合进行，GJB 899A-2009中并无相关内容。

因此，使用GJB 899A-2009中的方法进行军用整车道路行驶可靠性试验还需对综合应力考核的剖面图和相关标准进行完善。