陳偉波，范 韜，葉 欣，劉文彬，袁 涌

(泛亞汽車技術中心有限公司 試驗認證部,上海 200120)

整車耐久試驗是一種模擬客戶使用的整車級加速試驗，是代表客戶評價整車可靠性的重要方法，同時也是考核和評價汽車質量的最終技術措施和手段，是整車設計認證的最后一道關口[1-3]。整車的可靠性需要科學的評價指標來指導與評價耐久試驗的結果。目前關于整車耐久試驗的評價方法有很多，比如通過概率和數理統(tǒng)計方法將故障數據(如里程信息)作為隨機變量進行分布函數擬合和優(yōu)化，尋出最優(yōu)的分布函數[4]，這種方法可以較好地評估產品的可靠性水平。或基于某種模型，對耐久試驗的總故障數進行預測[5]，這種方法更多是關注累積統(tǒng)計，進而來評估項目質量風險。但是實際應用中，故障數據有時是隨機的，可能不服從某種分布或置信度較低。而且如果只針對故障總數有要求，不對每段時刻的故障數設置指標，會提高監(jiān)控的風險性。

為此，筆者基于浴盆曲線理論，結合整車耐久試驗模擬客戶使用的前期質量和長期可靠性，利用盒須圖方法處理大量實際試驗數據，針對試驗里程建立一種新的整車耐久試驗故障分布指標和評價方法。

1 浴盆曲線理論

整車質量中的前期質量，或者說客戶對于新車的感知質量，越來越得到市場的重視，是在客戶駕駛或乘坐車輛的過程中，通過看、聽、聞、觸等主觀感受，所獲得的車輛在外觀、內裝、便利空間、整車性能等方面的直接評價[6]。JD.Power公司針對感知質量有很多調查方法，其中IQS(initial quality survey)新車質量調查，是一種比較重要的方法，其調查了客戶在2～6個月的客戶新車使用的抱怨度。2018年JD.Power公司發(fā)布了主流車的IQS數據，如圖1所示，PP100為每百輛車問題數，分數越低，表明問題越少，質量越好。目前主流車企已經越來越重視新車質量，基本都高于市場平均水平。

圖1 2018年主流車IQS數據(JD.Power)

圖2 客戶使用故障分布曲線

傳統(tǒng)上，整車耐久道路試驗更加注重中后期質量，考察各零件在長期載荷積累的情況下是否能夠不發(fā)生失效，但現在車輛的前期質量越來越被消費者看重?？蛻羰褂霉收戏植记€如圖2所示，可知體現整車耐久試驗的指標需要將車輛的客戶前期質量評價與長期可靠性結合起來，對耐久試驗的全過程進行監(jiān)控。其中，故障曲線A表示初始性能或功能不滿足客戶期望；故障曲線B表示制造或安裝問題；故障曲線C表示設計不滿足強度(環(huán)境/使用)要求；TOTAL表示總體故障問題。整車耐久試驗模擬了客戶的整個生命周期的考核要求，對于故障曲線A、B、C都應該涵蓋，故障數總體應該呈現：在客戶使用初期主要感知質量和制造安裝問題，在使用中后期主要關注耐久性的強度問題。這個故障發(fā)生的區(qū)域，總體曲線滿足浴盆曲線理論。

浴盆曲線如圖3所示。故障隨使用時間變化分為初始故障期、偶發(fā)故障期和耗損故障期3個階段[7]。對于整車耐久試驗來說，在試驗初期，由于各種制造安裝問題和客戶感知質量問題，故障數開始較高，隨后迅速降低；在試驗中期，故障數因為隨機故障而進入穩(wěn)定期；在試驗后期，零件在載荷的累積下不斷失效，整車故障數不斷升高。

圖3 浴盆曲線圖

2 耐久試驗數據分析

為了得到歷史故障數據的分布曲線，需要對試驗故障數據的故障里程進行分析。由于整車耐久試驗過程中，車輛發(fā)生失效后是可修復的。對于可修復系統(tǒng)，由于在發(fā)生故障后仍可繼續(xù)使用，所以實際上人們最感興趣的是無故障工作時間的平均值，常用MTBF(平均故障間隔時間)來表征，指產品或系統(tǒng)在兩相鄰故障間隔期內正確工作的平均時間，是標志產品或系統(tǒng)能平均工作多長時間的量[8]，其計算式為：

為了表示浴盆曲線中每一階段的故障數，需要知道每一階段的MTBF，設將總時間為T的整車耐久試驗分割為n份，在每一份的MTBFi的表達式為：

其中，i=0,1,…,n-1。

根據故障數的計算式，將歷史故障數據按照10%的故障數進行統(tǒng)計，并按照不同的項目更改類型和車輛造車階段進行分類，得到的故障率分布曲線如圖4所示。

圖4 故障率分布曲線

項目更改1～項目更改4按照項目改款大小依次是由大到小，造車階段1～造車階段4按照接近量產車狀態(tài)依次是由遠到近。由圖4可知，不論是按照項目更改統(tǒng)計，還是按照造車階段統(tǒng)計，故障數按照試驗進度的走勢基本與浴盆曲線的走勢一致，并且按照項目更改和造車階段，故障數在各個試驗進度下逐漸降低。

3 整車耐久試驗評價指標

從上述分析可得到實車的故障分布曲線，但是如何根據實車數據的狀態(tài)進行評價，需要一個評價指標來衡量實際曲線的表現。

傳統(tǒng)的計算方法需要知道歷史試驗數據的分布情況，如是否符合正態(tài)分布或韋布爾分布，但是在處理實際數據的過程中，并不是每一個檢查時刻點的歷史數據都服從某種分布，或者不是所有數據都服從同一種分布，例如圖5所示的SOT(0%)試驗故障樣本分布，可知0%的SOT檢查的樣本數據，通常是用某種分布曲線去擬合數據，然后取一定百分比的上下限。但該數據分布較為分散，每10%的數據分布可能完全不同，所以如何剔除異常值，確定這些數據的上限與下限，需要更加穩(wěn)健的方法。

圖5 SOT(0%)試驗故障樣本分布

3.1 盒須圖理論

引入穩(wěn)健統(tǒng)計學的盒須圖理論，可以真實客觀地表現數據形狀的本來面貌。盒須圖的繪制依靠實際數據，不需要事先假定數據服從特定的分布形式，沒有對數據作任何限制性要求，能夠根據數據本身的特點來識別背景總體和異?？傮w，提供數據變化范圍和極端值的信息[9-10]。

盒須圖引入了一個簡單明了的圖示技術，是一種表現最小和最大觀測值以及第1、第2、第3個四分位數的圖形方法。在盒須圖上，可以表現第1個四分位數(Q1)、中位數(Q2)、第3個四分位數(Q3)以及四分位數間距(IQR=Q3-Q1)[11]。Q3+1.5 倍IQR和Q1-1.5倍IQR分別為上下限；處于上下限以外位置的點表示的數據均為異常值。盒須圖關鍵參數的計算方法如表1所示。

將盒須圖理論應用在SOT故障分析上，以圖5的樣本為例，得出中位數是9，上四分位是15，下四分位是4，因此IQR=9。按照表1中上下限計算公式，上、下限分別為min(31.5，35)和max(-12.5，1)，考慮實際情況并取整得上限為31，下限為1。故原始樣本中的35確定為異常值，需要剔除。盒須圖取值方法如圖6所示，可知參考上限定為31，參考下限定為1，說明大多數歷史數據都分布在1到31之間。

表1 盒須圖關鍵參數的計算方法

圖6 盒須圖取值方法圖示

3.2 參考線確定方法

首先搜集所有故障數據，提取故障進度信息，然后按照項目更改1～項目更改4和車輛階段1～車輛階段4進行分類，可分為16類，統(tǒng)計出所有項目故障在各個百分比的故障分布圖，如圖7(a)所示。對于每一類進行10%間隔統(tǒng)計，得出每10%的故障分段統(tǒng)計圖,如圖7(b)所示?；诤许殘D理論分段做出盒須圖，連接每個階段的上限點與下限點，最后圓整數據，得出每一類的上限參考指標和下限參考指標，某分類車輛各階段問題數盒須圖如圖8所示。每一條上下參考指標區(qū)域代表的是歷史數據中依據盒須圖理論剔除掉異常值的絕大多數數據的分布區(qū)域。

圖7 各階段故障分布

圖8 某分類車輛各階段問題數盒須圖

圖9 評價結果

3.3 針對故障分布曲線的評價方法

結合某項目浴盆曲線故障數統(tǒng)計，評價結果如圖9所示，車輛A在60%的耐久試驗過程中，整體曲線都在上下限之間，且沒有較大的突變(突然變大或者突然變小)，該車的故障數走勢與參考線一致，說明該車不論在初始質量的檢查上，還是在后面各個階段的檢查都滿足了要求。車輛B在0%處的初始檢查低于下限，說明該值比歷史數據的下限還低，提示需要進一步檢查，而如果忽略該值，后續(xù)10%的檢查位置很大概率上會突升；在40%點上，相對于30%節(jié)點的數據有明顯的突升，此時，需要對每一個問題進行分析，看是否有提前發(fā)現的可能性，降低在試驗中后期發(fā)現SOT問題的概率。

綜上，可得出利用該故障分布曲線的策略：①在耐久試驗早期，加強基于客戶使用的各種場景類的SOT檢查，讓早期失效提前暴露，滿足浴盆曲線第一階段的趨勢；②在耐久試驗中后期，若某10%階段的問題數量“突降”，此時提示檢查人員應該著重檢查車輛，否則應該在此階段發(fā)現的試驗故障會延后堆積；③在耐久試驗中后期，若某10%階段的問題數量“突升”，則對每一個問題發(fā)生的條件進行分析，是否有提前發(fā)現的可能性?？傊?，應使得故障分布曲線按照參考曲線的趨勢暴露，盡量讓故障數平穩(wěn)出現，避免故障數突變。

4 結論

筆者基于浴盆曲線的理論，將盒須圖與整車耐久道路試驗評價相結合，總結出基于浴盆曲線的整車耐久試驗故障曲線評價方法，可以有效地應用于整車道路試驗和整車開發(fā)工作中，同時也可以應用于產品前期、中期和長期的可靠性評價。

(1)根據穩(wěn)定性統(tǒng)計學的盒須圖理論和歷史數據，確定了各階段整車路試可靠性評價故障數的上下限，低于故障數下限時，則需加大試驗評估頻次和強度，高于故障數上限時，則需分析故障較多的原因，評估項目風險。

(2)利用該曲線可以描述整個生命周期故障分布情況，且可以參照參考曲線，結合故障原因，分析整車制造能力、零部件認證能力、零部件工藝生產等。

(3)通過不斷的數據積累，總結整車開發(fā)項目質量評價標準，應用于后續(xù)不同階段、項目、車型等工程開發(fā)工作，以便對其進行有效的質量管控和風險評估。