面向自主品牌車企的整車耐久試驗體系研究

張衛國

摘 ?要：自主品牌車企普遍進入市場較晚、技術基礎相對薄弱，目前在市場上普遍存在可靠性不足的課題。整車耐久試驗是檢驗汽車可靠性的一種重要手段，有利于在產品上市之前發現問題并及時采取對策，從而有效提升產品在市場上的可靠性表現。現階段由于自主品牌車企在技術積累上與國外品牌存在著一定的差距，面向自主品牌車企的整車耐久試驗有必要展開針對性研究。本文介紹了整車耐久試驗建立的基本原理和流程、試驗樣本選定和試驗運營管理的方法，提出一種面向自主品牌車企的整車耐久試驗體系建立及運營管理的方法。實踐表明該試驗方法可有效指導自主品牌車企建立整車耐久試驗體系，顯在化品質課題并有效減少市場索賠數量，提升產品市場表現和顧客滿意度。

關鍵詞：汽車;自主品牌;可靠性;耐久試驗

中圖分類號：U463 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1005-2550（2020）06-0027-09

Abstract： The domestic independent brand automobile enterprises generally enter the market relatively late， the technical strength is relatively weak. At present， there is a problem of insufficient reliability in the market. The automotive durability test is an important means to test the reliability of the vehicle， it is helpful to find out the problem before the product comes to market and take countermeasures in time. thus effectively improve the reliability performance in the market. At present， there is a certain gap between independent brands and foreign brands in terms of the technical know-how， so the automotive durability test for domestic independent brand automobile enterprises needs to be studied pertinently. This paper introduces the basic principle and process of vehicle durability test establishment， test sample selection and test operation management methods. And puts forward a method of vehicle durability test system establishment and operation management for independent brand vehicle enterprises. The practice shows that the test method can effectively guide the independent brand vehicle enterprises to establish the vehicle durability test system， detect the quality issues and effectively reduce the number of market claims， improve the product ?market performance and customer satisfaction.

Key Words： Automobile; Independent Brand; Reliability; Durability Test

前言

中國汽車銷量從2009年起首次超過美國，成為全球第一大汽車市場，但長期以來中國自主品牌車企普遍存在著品質保證能力弱的不足，這也是自主品牌相對于國際品牌的短板所在，已經制約了自主品牌車企在品牌、銷量及定價區間方面的進一步提升。伴隨著改革開放四十多年來中國經濟蓬勃發展和汽車市場的成長成熟，市場用戶購車由首購向復購、增購、換購轉變[1]。依據消費者洞察與市場研究機構J.D.power公司發布的《2018中國新車質量研究（IQS）》數據，自主品牌與國際品牌（含合資和進口）在銷售、售后服務水平上已經較為接近，但統計出的市場質量問題數是各系品牌中最高的，雙方在品質上存在著明顯的差距[2]。

整車耐久試驗是檢驗汽車可靠性最有效的技術手段和方法。整車耐久試驗從廣義來講是一個試驗體系，可以分為耐久性試驗和耐候性試驗（也稱環境適應性試驗）兩類。其中，耐久性試驗一般由結構耐久試驗、綜合耐久試驗以及驅動耐久試驗等組成，耐候性試驗一般由強化腐蝕試驗、三高（高原、高溫、高寒）試驗等組成[3]。對于汽車主機廠而言，整車耐久試驗狹義上講就是指在試驗場內進行的綜合耐久試驗，可以綜合檢驗車輛底盤、動力、車體等各系統可靠性，本文重點論述的就是此類試驗相關的技術與方法。GAC公司是中國知名的自主品牌汽車企業，成立初期就確立了“品質優先”的戰略，目前已經連續七年獲得J.D.Power中國新車質量研究（IQS）中國品牌第一名，一直致力于打造“世界級品牌，全球化企業”。

在整車耐久試驗方面，合資品牌有合資外方提供技術支持，但自主品牌只能依靠自己的經驗和能力來建立整車耐久試驗體系。為了提高產品的可靠性，GAC公司技術團隊通過理論的研究和實踐，結合自主品牌車企目前技術積累水平的實際情況，建立了與目標市場高度吻合的整車耐久試驗體系。本文將接合GAC公司整車耐久試驗體系，研究自主品牌車企如何建立整車耐久試驗模式，以及選擇何種零部件素性狀態的樣車、合適的樣車臺數，在試驗運行中如何設定檢證項目、監控過程數據以及落實試驗顯在化問題的封閉管理，并最終在產品投放市場后進行跟蹤監控，確保逐年提升產品可靠性和用戶滿意度。希望本研究課題能為自主品牌車企建立整車耐久試驗體系提供一些參考和借鑒，共同努力提升自主品牌產品可靠性。

1 ? ?整車耐久試驗理論知識概述

1.1 ? ?S-N曲線

疲勞問題是耐久試驗核心問題，我們將材料疲勞失效前所經歷的應力、應變循環次數稱之為疲勞壽命，導致疲勞的應力（應變）水平S和標準試樣疲勞壽命N之間關系的曲線稱為材料的S-N曲線[4]，有了S-N曲線后材料的疲勞壽命才能進行計算和預測。

1.2 ? 累積疲勞損傷理論

材料的S-N曲線能解決特定載荷的疲勞壽命計算，但事實上汽車行駛時受到的載荷是動態變化的，沒有辦法通過直接查詢S-N曲線來計算疲勞損傷值。依據Miner疲勞累積損傷理論，金屬的疲勞損傷可以直線累積，總損傷量D為：

1.3 ? 雨流（Rain-Flow）計次法

時域上的隨機載荷是沒有辦法直接進行累積計算并代入S-N曲線中的，20世紀50年代英國科學家Matsuiski和Endo提出了雨流計次法，實現了對時域數據進行計次處理。在此處理方法中，如圖1所示，將載荷-時間歷程原始數據順時針旋轉90°，就形成類似于雨滴在屋頂流動的場景，依據雨流法的五條基本規則確定雨滴停止流動的點，最終得到一系列的全循環或半循環，從而實現計數處理 [6]。

2 ? ? 整車耐久試驗模式建立流程概述

耐久試驗模式的建立是研究最核心內容。試驗模式本質上是對顧客用車習慣的提前模擬，所以試驗模式需要源于顧客及市場。試驗模式的開發，首先要將市場調查數據結合車輛的技術標準，設定符合市場需求的試驗要件;并根據試驗場的場地條件，通過入力采集及載荷譜強度計算，判斷是否達成試驗強度目標，并依據計算結果進行必要的修正。試驗模式初步建立后還需要依據車型投入市場后的表現進行跟蹤研究，并進行動態修正[7]。總體建立流程如圖2所示。

3 ? ? 整車耐久試驗模式建立研究

3.1 ? 模式建立的輸入要素研究

伴隨著社會的發展，顧客買車和用車的場景都發生了巨大的變化。整車耐久試驗模式設定時除了考慮入力強度之外，還要綜合考慮路面條件、顧客操作習慣以及擁堵環境等要素。基于以上分析，提出耐久試驗的輸入要素主要包含以下四個方面：

（1）試驗強度目標及強化系數。整車耐久試驗一般聚焦于特定期限內可靠性的檢驗，試驗的強度目標一定要有明確輸入。由于各車企保修期一般都是非常明確和統一的（如：3年/10萬公里），因此重點是要討論壽命期強度目標設定，以可靠性著稱的日系品牌一般將壽命期目標設定為80%用戶使用240000公里。

受制于新產品開發日程的要求，整車耐久試驗是一種加速性的試驗，試驗存在一定的強化系數[8]。在試驗場內走行單位里程的損傷值相對于社會道路會有一個倍數關系，這個比值定義為試驗強化系數K。K值越小，試驗日程會越長，可能無法滿足新產品投產要求，特別是自主品牌的新車型推出速度一般會更快;但隨著K值的增大，試驗的誤差也會相應增大，過高的強化系數一般僅適用于結構耐久試驗（又名高強耐久），用以對底盤和車身焊點的強度進行驗證，但對于車輛其他系統的驗證，如操作部件的檢驗、環境相關問題的檢出存在不足。經多年來的試驗經驗總結，整車耐久試驗建議選擇4～6倍強化系數，既能兼顧試驗日程又能確保對車輛各系統的全面檢驗[9]。

（2）市場環境及用戶使用習慣。一般包括自然環境、社會環境、路面環境及用戶使用習慣四個部分。從中可以統計并提取出市場用戶操作車輛以及用車環境特征，從而設定耐久試驗模式開發的要件，如表1所示。

（3）零部件技術標準。整車試驗的展開必須基于對零部件技術標準的深入研究，如換擋、制動、開關門、玻璃升降等系統單品試驗次數要求，在試驗過程中需要針對性的設定點檢操作，且相關數據需要與市場調查數據進行對比分析，以確保試驗要件與市場吻合度。

（4）試驗場的場地條件。整車耐久試驗需要基于試驗場的場地條件進行設定，總體上將試驗場路面分為三個種類：第一類是基礎入力路面，如比利時路、卵石路、扭曲路等入力值較大的路面;第二類是環境模擬路面，如井蓋路、接縫路等常見的路面;第三種是不良顯在化路面，如共振路、搓板路等激勵豐富路面。試驗場的場地需要滿足上述三種要求，以滿足試驗模式對入力、環境模擬和不良顯在化的要求。

3.2 ? 路面載荷采集與疲勞損傷計算方法研究

3.2.1 路面載荷采集

車輛在實際走行時載荷一般分為力、應力和加速度三個種類，時域載荷數據經過雨流計次處理，得到各種形式的累計頻次分布，稱之為載荷譜[10]。車輛受到路面的輸入力，存在一個從輪胎至車身的傳遞路徑，采集載荷時需要將傳感器按照傳遞路徑進行布置。依此原則，如表2所示，依次將傳感器布置在底盤和車體上。路面載荷采集時通常需要六分力儀，六分力儀采集的是路面輸入給輪胎的力，是最直接最準確的入力，但設備價格較高，一般是裝一套在前輪，條件允許的情況下前后輪都可以安裝。

路譜采集車一般選擇同一平臺最具代表性的車型。路譜采集車在安裝好傳感器后，按照空載、半載、滿載三種配載方式，采集汽車試驗場及社會道路路譜。在社會道路路譜采集時，需要參照表1中路面種類、車速等要件，選取具有市場代表性的路譜采集路線，一般針對中國市場社會道路采集里程不應低于10000km，而且需要綜合覆蓋中國東西南北不同地域的高速、城市、市郊、山路、惡路工況，作為基準路面，用以與試驗場耐久模式強度對比。

3.2.2 路面載荷數據處理方法

采集的原始數據需要進行有效性審核，審核完畢后進行雨流法處理。數據輸入雨流法處理軟件中，數據將被分進若干個區間（一般選擇100），輸出結果如圖3所示，為流入各區間載荷的次數。

3.2.3 試驗場與社會道路載荷強度對比計算

經雨流計數法處理后的數據輸入S-N曲線中，可以計算出針對特種材料的疲勞損傷值。但在耐久試驗模式開發中，重點是將試驗場與社會道路損傷值進行對比，這里需要導入相對損傷值的概念：在疲勞損傷值計算軟件中內置理想S-N曲線，使得社會道路入力數據輸入該曲線中時，計算出的損傷值D剛好為1。再將試驗場路面入力數據輸入，計算出來的數值即是試驗場與社會道路的相對損傷值。

假定將試驗強度目標設定為24萬公里，試驗周期設定為3個月，試驗里程設定為6萬公里，則試驗強化系數K=4。按照4.1強度目標和強化系數要件，試驗場相對社會道路的比值要滿足試驗強化系數K。從表2中得知，采集的數據總共有20個左右通道，每個通道需要單獨進行計算。如圖4所示，初次計算的數據各個通道不平衡，主要是垂直方向入力不足，如左前和右前六分力垂直方向力（LF-Fz、RF-Fz）以及減震彈簧（LF-spr、RF-spr、LR-spr、RR-spr）垂直方向入力等，而左前和右前前進方向（LF-Fx、RF-Fx）的入力強度偏高。

當部分通道強度出現不平衡時，依據經驗解決方法一般為改變車速、路面種類及轉向、自動、倒車等操作次數。圖4中前進方向入力強度偏高，需要適當減少制動及加減速操作;垂直方向入力強度偏低，需要增大比利時路等惡路的里程占比及相關工況的走行速度。通過反復調整，最終使得各通道比值達到強度系數要求，并最終設定耐久試驗模式。

注：由于采集數據通道數較多，建議在進行模式強度修正中設定優先順序，優先處理六分力儀的數據。

4 ? ?整車耐久試驗運營管理方法

4.1 ? 試驗展開的判斷

國際品牌新車型推出速度一般都符合“三年中改，五年換代”的規律，自主品牌的新車型推出速度往往要快，特別是市場競爭越激烈產品迭代速度越快。因此，試驗展開的判斷不能簡單的依據改款和換代來進行設定，需要依據動力總成、底盤、車體等系統，以及生產線及生產工藝等具體的變化點進行研究，判斷總體基準如表3所示。

表3中是方向性的判斷準則，在指導具體車型工作中還需要進行細化的研究。如表4所示，以動力總成為例，需要將發動機按照配氣、供油等系統進行細分，依據這樣的原則精確判斷試驗是否需要展開。

4.2 ? 試驗樣本的選定

依據4.1中的判斷基準，一旦判斷試驗需要展開后，需要選定試驗樣本：多少臺試驗車，何種配置，以及試驗車零部件素性要求。

（1）試驗樣本數的設定。從經驗上講，試驗顯在化水平與試驗車臺數成正相關關系，臺數越多顯在化效果一般越好，但相應試驗成本和管理難度也更高。因此，我們提出在滿足顯在化要求的前提下，試驗樣車臺數越小越好，這個原則我們稱之為試驗樣車數量Min原則。

如圖5所示，通過統計數據研究試驗車臺數與問題被發現概率之間的關系：以1%到50%五種典型不良發生率統計數據為例，伴隨著試驗樣車臺數的增加，不良被發現的概率會提升，但提升幅度先增加后逐步減少。分析這些曲線的斜率，獲得試驗樣本數設定基本方法：對于不良發生率較高的不良，設定3臺試驗樣車即可獲得超過50%被發現概率;對于不良發生率中等的不良，需要選擇6-7臺的試驗樣車;對于不良發生率較低的不良，需要選擇10臺以上試驗樣車。在實際操作當中，試驗樣車可以考慮在整個試驗體系中（如結構耐久、驅動耐久）進行統籌考慮。

（2）試驗樣車配置版本的選擇。樣車的配置版本選擇基本原則如下：第一是動力配置覆蓋原則，自動擋、手動擋、混合動力等原則上均要覆蓋（完全沿用的動力派生除外）;第二是新技術、新裝備、新結構覆蓋原則，依據此原則，一般首先需要選擇高配的樣車（高配車輛一般配置更豐富），然后再補充必要的中配和低配;第三是試驗樣本向銷售的主力版本傾斜，確保顧客買得最多的車型驗證最為充分。

（3）試驗樣車零部件素性要求。總體要求：試驗樣車必須是在生產線組裝的車輛，底盤、車體等重要部品要滿足硬模件要求，ESP等與行駛相關的軟件要實現基本功能正常，車聯網、娛樂相關軟件可以在試驗過程中動態升級。如果試驗車部分零部件素性達不到要求，在試驗展開前需要進行全面調查并安排在試驗中途更換零件。對于試驗中途重要部品發生設計變更，要檢討延長試驗里程，必要時要新增試驗車進行驗證。試驗全程更換零件及升級軟件需要做好記錄并存檔。

4.3 ? 試驗過程管理

4.3.1 檢證項目設定

在試驗企劃階段，應依據未然防止和再發防止檢證觀點設定檢證項目。如圖6所示，未然防止檢證項目主要是研發和技術部門基于產品所采用的新技術、新結構、新材料來進行設定，針對某個車型進行研究;再發防止檢證一般基于過往市場不良及IQS/PQS檢證觀點進行設定。檢證項目匯總成一臺份清單，需要明確檢證頻度、判斷基準并做好記錄存檔。

4.3.2 試驗過程數據監控

汽車是機電一體化的產品，為了跟蹤試驗全程性能劣化情況，及時發現故障，以及故障發生后能夠追溯不良發生前、中、后的通信數據，需要在試驗全過程進行數據采集。

另，駕駛員有無危險駕駛行為，以及走行路線及操作是否與試驗模式要求一致，這些既影響試驗安全又制約試驗顯在化結果。如表5所示，需要重點監控車輛性能、故障信息和安全與管理三類數據，并做好存檔處理。

4.3.3 不良問題封閉管理

試驗不良問題的封閉管理是非常重要的工作，在試驗中需要對問題的提出及推進建立流程，特別是對問題點是否立項推進及問題的封閉判斷。自主品牌現階段技術積累存在一定不足，容易在立項判斷、對策封閉判斷上出現失誤：如對不良現象在生命周期內惡化預計不足，或者對技術方案影響評估不足，解決了一個問題同時又導致另一個新問題出現。因此，需要建立完善的不良問題推進體制與流程：

（1）信息通報和立項判斷的要點：試驗現場發現問題點后，第一時間將信息通報試驗團隊，試驗團隊結合試驗課題及市場課題數據庫進行研究并做出預判，對問題點進行A/B/C重要度級別劃分（A為最高級別），并依據級別劃分進行通報，由所對應級別品質管理者進行立項判斷，立項課題錄入管理系統并依據流程轉責任部門進行推進。為了降低誤判概率，試驗團隊內部集體討論，以及與過往試驗課題、市場課題數據庫進行比對研究非常必要，寄希望于品質管理者個人的判斷是有風險的;

（2）封閉管理判斷要點：問題對策提出后，需要在試驗車或其他實車上進行搭載驗證，驗證有效的對策，需要由責任領域判斷對策方案與技術標準的符合性，驗證有效及符合技術標準的對策才能提出并由品質管理者判斷問題封閉。

4.4 ? 試驗效果市場跟蹤方法

市場是檢驗車型可靠性、整車耐久試驗展開水平的基準，產品投入市場一定期限后（一般是半年）就要開始分析市場問題的情況，并定期展開專項市場調研活動。如圖7所示，依據框架分析問題流出市場的原因是試驗顯在化能力不足，還是對策能力及動態改善能力不足，進一步排查試驗模式工況環境設置不足，還是樣本選擇、檢證項目設定、不良封閉管理等環節不足，并依據分析結論改善試驗展開水平。通過逐個車型的總結實現試驗能力的動態提升。

5 ? ? 結論

根據上述流程和方法建立的整車耐久試驗，在GAC公司新產品開發中已經運行多年。從試驗顯在化問題數以及持續跟蹤這些車型投入市場表現來看，整車耐久試驗在新產品生產準備階段提前檢出并對策了大量的可靠性問題，有效降低了市場投訴率。

2018年以來，中國汽車市場競爭加劇、自主品牌市占率明顯下滑;與此同時，以可靠性著稱的豐田、本田等日系品牌銷量卻能實現逆勢上揚。不斷提升產品可靠性水平是汽車行業特別是自主品牌車企需要研究的課題，本文從整車耐久試驗理論出發，結合現階段自主品牌車企實際情況，詳細介紹了整車耐久試驗模式設定、試驗樣本選擇、試驗運營管理的方法，提出了一種面向自主品牌車企的整車耐久試驗體系建立的流程和方法，并在實踐中運用，結果表明該方法能有效提升產品可靠性。

參考文獻：

[1] J.D.power. 2014至2018中國汽車銷售滿意度研究（SSI） [R]. 2018

[2]陳迪鋮. GAC公司競爭戰略研究[D]. 華南理工大學，2019.

[3]鄒世偉，徐曉明，彭劍等. 基于UML建模的整車耐久試驗數據管理系統研究[C]//2013年中國汽車工程學會試驗評價分會（籌）年會論文集，2013.

[4]林偉峰，丁書濤. 鋼橋疲勞研究綜述[J]. 冶金管理，2020（13）：101-102.

[5]陳迪鋮，周勇強，陳振威等. 基于中國市場的汽車耐久性試驗研究[C]//廣東省汽車行業第七期學術論文匯編，2013：27-35.

[6]ENSOR D F，林曉斌. 關聯用戶用途的試車技術[J]. 中國機械工程，1998，9（11）：24-26

[7]陳迪鋮，周勇強. 基于汽車試驗場的整車耐久試驗模式研究[J]. 汽車零部件，2017（05）：13-18.

[8]彭為. 典型地區道路與EVP道路載荷譜當量關系及轎車后橋壽命數字化預測研究[D]. 上海：同濟大學汽車學院，2004.

[9]郭虎，陳文華，樊曉燕等. 汽車試驗場可靠性試驗強化系數的研究[J]. 機械工程學報，2004， 40（10）：73-76.

[10]候長波. 基于實測道路載荷譜的目標用戶群淺析[C]//2013年海南所年會文集，2013.