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汽车的可靠性

1 可靠性的定义

广义可靠性由三大要素构成：可靠性、耐久性和维修性。通常所说的可靠与不可靠，只是对汽车本身的质量而言。

1.1 可靠性

汽车的可靠性是指汽车产品在规定的使用条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。

汽车可靠性包括四个因素：汽车产品、规定条件、规定时间和规定功能。

汽车产品是指汽车整车、总成或零部件，它们都是汽车可靠性研究的对象。

规定条件是指规定的汽车产品工作条件，它包括：气候情况、道路状况、地理位置等环境条件，载荷性质、载荷种类、行驶速度等运行条件，维修方式、维修水平、维修制度等维修条件，存放环境、管理水平、驾驶技术等管理条件。

规定时间是指规定的汽车产品使用时间，它可以是时间单位（小时、天数、月数、年数），也可以是行驶里程数、工作循环次数等。在汽车工程中，保修期、第一次大修里程、报废周期都是重要的特征时间。

规定功能是指汽车设计任务书、使用说明书、订货合同及国家标准规定的各种功能和性能要求。不能完成规定功能就是不可靠，称之为发生了故障或失效。

根据故障的危害程度不同．汽车故障通常分类：

1）致命故障。指危及人身安全、引起主要总成报废、造成重大经济损失、对周围环境造成严重危害的故障。

2）严重故障。指引起主要零部件或总成损坏、影响行驶安全、不能用易损备件和随车工具在短时间（30min）内排除的故障。

3）一般故障。指不影响行驶安全的非主要零部件故障，可用易损备件和随车工具在短时间（30min）内排除。

4）轻微故障。指对汽车正常运行基本没有影响，不需要更换零部件，可用随车工具（5min内）较容易排除的故障。

1.2 汽车的耐久性：是指汽车进入极限技术状态之前，经预防维修（不更换主要总成和大修）维持工作能力的性能。

1.3维修性：是指在规定条件下使用的产品，在规定时间内按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。

1.4 汽车的使用期限：是指新车开始使用直至报废为止的使用延续时间（或行程）。使用期限分为技术使用期限、经济使用期限和合理使用期限。

2 可靠性的评价指标

对产品进行可靠性评价时，可将产品分为可修产品和不可修产品两种类型。

2.1 不可修产品的可靠性评价

不可修产品是指在使用中一旦发生故障，其寿命即告终结的产品。当然，不可修是相对的，更多是指实际上没有修理价值和修理后不能完全恢复功能的产品，如汽车上的油封、轴承、齿轮、皮带、灯泡等，即使是整车达到一定行驶里程后，也可视为不可修产品。

不可修产品是通过其寿命的统计对其可靠性进行评价的。主要评价指标有可靠度、不可靠度、失效概率密度、故障率、平均寿命等。

2.1.1 可靠度

产品在规定的条件下、在规定的时间内，完成规定功能的概率，称为可靠度。

产品在规定时间t内能否完成规定功能，取决于产品的固有寿命T；只有T＞t时，该产品才能可靠地完成规定功能。

2.1.2 不可靠度

又称失效概率。它是指产品在规定的条件下，在规定的时间内，不能完成规定功能的概率，用F（t）表示。

当产品的固有寿命小于或等于规定时间，即T≤t时，该产品将随机地在规定时间内的某一时刻发生失效（即发生故障），不能继续完成规定的功能。

随着时间的增长，产品的可靠度越来越低，直到最终完全失效；而随着时间的增长，产品的不可靠度越大，即发生失效的可能性越大。

2.1.3 故障率

故障率，又称失效率。它是指产品在规定条件下，在规定时间内，产品的故障总数与寿命单位总数之比率，用λ（t）表示。

电子产品的故障率曲线多呈浴盆状，因此又常将故障率曲线称为浴盆曲线。机械产品的故障率曲线一般随时间的增长而增大。

故障率曲线可将故障分为三个时期：早期故障期、偶然故障期和耗损故障期。早期故障期，因为产品中有不合格产品，故障率较高，但随时间的推移，不合格品被淘汰，故障率逐渐下降；加强产品生产过程中的质量管理，提高装配质量，是提高早期故障期可靠性的有效措施。偶然故障期的故障率低且稳定，发生故障是偶然的，何时发生也无法预测，因此提高此时期内的可靠性也无具体措施。产品进入耗损故障期后，由于产品已接近或达到设计寿命，随时间的增长，故障率明显长高；提高此时期内整个系统的可靠性，就必须在进入耗损故障期之前，更换零件进行预防性的维修。

故障率表示汽车产品在使用中发生故障的频繁程度，通常用每1000h或每1000km的百分数来表示。

2.1.4 平均寿命

对不可修产品，平均寿命是指从开始投入使用到发生失效（故障）的平均工作时间，即平均无故障工作时间，用MTBF表示。

平均寿命一般通过可靠性试验进行估算。如抽取n个产品进行可靠性试验，每个产品的试验都是到其失效为止，第i个产品的试验时间为t，则该产品的平均寿命为

在进行可靠性试验时，有时为节约时间和经费，试验不做到全部抽样产品失效，即做到某个规定的程度就截止试验，称为截尾试验。截尾试验可分为定时截尾试验和定数截尾试验。

定时截尾试验的规则是：先规定一个时间t。，试验做到t。时，不发生失效则终止试验。如果抽取n个产品进行可靠性试验，试验做到t。时，有r个产品失效，第i个失效产品的试验时间为ti，则该产品的平均寿命为

定数截尾试验的规则是：先规定一个失效数r，试验做到第r个产品失效时，则终止试验。如果进行可靠性试验抽取的产品数为n个，第r个失效的试验时间为tr，第i个失效产品的试验时间为ti，则该产品的平均寿命为

2.2 可修产品的可靠性评价

发生故障后，通过维修可恢复其规定功能的产品，称为可修产品。可修产品一般都是结构复杂、价格昂贵的产品，用两次故障之间的间隔时间的随机变化情况，以及维修过程的统计量对其可靠性进行评价。常用的评价指标有平均故障间隔里程、平均首次故障里程、当量故障率、加权分值等。

2.2.1平均故障间隔里程（MTBF）

汽车一般情况下属可修产品，其平均故障间隔里程与可修产品的平均寿命含义类似，平均寿命以时间“h”为单位，而平均间隔里程是以行驶里程“km”为单位。

平均故障间隔里程可定义为汽车平均无故障行驶的里程，采用规定里程的截尾试验方法进行统计估算，公式如下：

MTBF=S/ r

式中：S一试验总里程，S=试验车辆数×规定的试验里程，km；

r——全部试验车辆发生故障的总次数。

轻微故障不计算在内，仅计算致命故障、严重故障和一般故障的总次数。

2.2.2平均首次故障里程（MTTFF）

指汽车投入使用后第一次发生故障前，平均无故障行驶的里程。设抽取的试验样车辆数为n，发生故障的试验样车辆数为n′，第i辆样车的首次故障里程为ti，规定的试验截止里程为r，则平均首次故障里程MTTFF为

应注意：对汽车进行质量检验时，一般抽取的样车辆数较少（2～3辆），可以采用上述简单的求数学平均值的方法对其可靠性进行评价；严格地说，应根据试验结果画图、求分布函数，采用寿命统计的分析方法来确定平均首次故障里程。

2.2.3 当量故障率（D）

用MTBF或MTTFF评价汽车的可靠性时，没有考虑不同级别故障（致命故障、严重故障、一般故障和轻微故障）的发生次数，为更准确地评价汽车的可靠性，必须考虑这些因素。

四个级别故障的当量危害度系数：致命故障为20，严重故障为5，一般故障为1，轻微故障为0.4。按当量危害度系数，将所有故障次数折合成发生一般故障的次数，称为当量故障数。

平均每1000km、每辆汽车的当量故障数，称为当量故障率。如果抽取的试验样车辆数为n，规定的试验里程为t，第i类故障的当量危害度系数为εi，发生第i类故障的累计次数为r1，则汽车的当量故障率D为

2.2.4 加权分值

平均故障间隔里程MTBF表示故障发生的频繁程度，平均首次故障里程MTTFF表示首次发生故障的早晚，当量故障率D表示故障的危害程度。

加权分值M综合考虑了MTBF、MTTFF和D三方面的影响，采用计分的方法评价汽车的可靠性，满分为100分，加权分值越高，可靠性越好。按1987年出版的《载货汽车质量检验办法》，加权分值M的计算公式为

M=B（MTBF十MTTFF）十80eˉCD

式中：B、C一加权数（计算系数）。

汽油机：B＝0.176，C＝0.09；

柴油机：B＝0.125，C＝0.115。

2.2 维修性的评价指标

汽车的维修性是在设计中实现的，在用汽车的维修性基本已成定局。良好的汽车维修性，应使发生故障的部位容易接近、容易检测、容易拆装，应当避免维修人员误装、误拆，应当保证维修人员的人身安全，应当尽量采用标准件、通用件。

评价汽车维修性的指标可分为时间评价指标和费用评价指标两类。

2.3.1 时间评价指标

汽车的维修时间包括技术维修时间和行政维修时间。技术维修时间是指诊断、拆装、修理、调试等所用的时间总和，它与故障类型、维修人员的技术水平、工具和设备的配备情况等有关。行政维修时间是指办理出入厂手续、准备工作、等待配件、等待场地、等待设备等时间，它与维修厂管理水平、制造厂的售后服务、配件供应等因素有关。时间指标主要有平均维修时间、维修时间率和有效度。

（1）平均维修时间：是指平均每次维修所用时间，主要用于评价单项维修作业的维修性。

（2）千公里维修时间Tm：它与故障率、单项维修时间、维护周期是否适合等因素有关。

Tm＝1000( TRm ＋TRp)/S（h／1 000km）

式中：TRm——行驶里程内故障后维修时间总和，h；

TRp——S里程内预防维护时间总和，h。

S ——总行驶里程，km。

（3）有效度（A）：指汽车正常行驶总时间与汽车使用总时间之比，其中使用总时间等于正常行驶总时间与维修总时间之和。

A=行驶总时间÷（行驶总时间＋维修总时间）

（4）汽车的技术利用系数Kt ＝Ts/(Ts﹢Tm﹢Tr)

式中：Ts——汽车处于工作能力状况的时间；

Tm——因维护停驶的时间； Tr——因修理停驶的时间。

（5）汽车工作能力被恢复的概率一表征汽车在规定的时间内，其工作能力被恢复的可能性。

（6）机构、总成和汽车的维护周期。

（7）维护和修理劳动量。

（8）维护和修理比费用。

2.3.2 费用评价指标

维修费用一般包括材料费、工时费、设备工具费、管理费。材料费包括维修时更换零部件、消耗燃润料及其他修理材料的费用；工时费包括技术工人和辅助工人的工时费；设备工具费包括设备和工具的折旧、损耗、修理费用及消耗的水、电、气等费用；管理费包括管理人员的工资、场地和厂房费用及备件管理费用。

费用指标主要有单项维修费和平均单位行驶里程维修费。

1）单项维修费。指某单一故障平均每次的维修费用，或某级预防维护平均每次的费用。

2）平均单位行驶里程维修费。指平均每1000km消耗的维修费。

2.4 耐久性评价指标

汽车的耐久性极大限度地依赖发动机的耐久性，发动机大修是汽车大修的标志。影响发动机耐久性的因素很多，汽缸磨损对发动机的耐久性起决定性的影响，它是确定发动机大修的依据。

汽车发动机的耐久性评价指标主要有平均大修里程、平均稳定磨损期里程、大修时汽缸的平均最大磨损量、汽缸平均磨损速率、各缸的不均匀磨损系数。

第一次大修平均行程：（目前国产中型车平均为150 000～170 000km，国外为300 000km） 。

平均稳定磨损期里程：稳定磨损期指磨合期过后到大修前的时间，它是发动机工作状态最好的时期，在此期间发动机的磨损量随时间增加缓慢。

大修时汽缸的平均最大磨损量：包括汽缸锥度和圆度误差。

汽缸平均磨损速率：指发动机大修时，各缸磨损锥度的平均值与大修里程之比。

各缸的不均匀磨损系数：指发动机大修时，各缸的磨损量Mi，与各缸平均磨损量的比值。

复习思考题1．什么是汽车的可靠性？如何评价？

大修时汽缸的平均最大磨损量：包括汽缸锥度和圆度误差。

汽缸平均磨损速率：指发动机大修时，各缸磨损锥度的平均值与大修里程之比。

各缸的不均匀磨损系数：指发动机大修时，各缸的磨损量Mi，与各缸平均磨损量的比值。

复习思考题1．什么是汽车的可靠性？如何评价？

大修时汽缸的平均最大磨损量：包括汽缸锥度和圆度误差。

汽缸平均磨损速率：指发动机大修时，各缸磨损锥度的平均值与大修里程之比。

各缸的不均匀磨损系数：指发动机大修时，各缸的磨损量Mi，与各缸平均磨损量的比值。

复习思考题1．什么是汽车的可靠性？如何评价？

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