工程機械控制器的加速壽命測試初探

金忠 羅冰

0 引言

隨著工程機械的日趨智能化，工程機械控制器對整機的可靠性影響越來越大。其可靠性指標通常為數十萬小時。由于整機的可靠性指標通常為數千小時，因此隨車進行控制器的可靠性測試是不現實的。根據元器件的可靠性壽命推算控制器壽命的方法簡便，但其并未考慮使用過程中的環境影響。因此，推算得出的結果只能作為粗略的估計。采用加速壽命試驗是一種更為合理、經濟，可信度更高的方法。本文根據《GJB899A-2009可靠性鑒定和驗收試驗》設計了加速壽命測試試驗，并對一款工程機械控制器的壽命進行了驗證。

1 試驗設計

受試樣品給出的受試目標值θ1為100000臺時。根據《GJB899A-2009可靠性鑒定和驗收試驗》，選擇定時截尾測試方案中的標準型統計方案。根據使用方風險、生產方風險，鑒定比，選擇17號測試方案。其使用方風險和生產方風險均為20%，鑒定比為3.0，故障接收次數為2次以內，故障拒收次數為3次以上。據此方案，計算測試所需要的臺時為：

應力取溫度和濕度兩種。溫度應力使用阿倫尼斯模型。它反映了電子元器件的壽命與溫度之間的關系。其加速因子模型為：

其中：

Ea：活化能activation energy，單位：eV

K：Boltzmann常數，值為（8.623*10-5），單位：eV/°K

Tu：加速溫度應力，單位：°K

Ts：常溫應力，單位：°K

濕度應力使用Hallberg和Peck模型。加速因子模型為：

其中RHstress為加速試驗相對濕度，RHnormal為正常工作相對濕度。n為溫度的加速度常數。

根據HP可靠性工程部的測試規范，對新控制器的Ea，可取值為0.67eV，做常數處理。

取加速溫度為95℃，常溫取25℃。

根據公式（2），可求得阿氏模型的加速系數為：

本試驗中，因此取RHnormal=0.6，對應的加速濕度RHstress=0.8，取n值為2.5。根據公式（3），可計算出濕度加速系數為：

溫度濕度應力同時加載，其總的加速系數為：

對4個樣本進行加速壽命測試，所需要的測試時間為

即：在恒溫恒濕條件下對被測對象進行加速壽命測試，需要進行363H的測試。

2 測試結果

在測試過程中共出現2次責任故障，因此認為該控制器壽命滿足要求。

該控制器的壽命的點估計值為：

對該控制器80%的置信區間壽命進行估計[2]。計算公式如下：

即：該控制器壽命的80%的置信區間為[81 132H，811 320H]。

3 結論

本文在《GJB899A-2009可靠性鑒定和驗收試驗》標準的基礎上，采用加速壽命測試理論，對一種工程機械用控制器進行了有效的壽命測試，保證了測試結果的經濟性與時效性。然而，在加速測試中，由于濕度加速因子中采取的是經驗值，與實際值會有所出入。更加嚴謹的方法應該是使用反冪模型對加速因子進行更加準確的求解。這對測試設備、受測試樣品數量、測試時間和測試條件都提出了更進一步的需求。