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【汽车与环境】奇瑞产品开发管理中心总工程师陆献强:整车可靠性

来源:http://www.enwty.com 责任编辑:ag环亚娱乐平台 更新日期:2019-02-02 18:50 字体:
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  2018年12月7日-8日,以“创新驱动、技术引领”为主题的2018第六届“汽车与环境”创新论坛在上海·安亭正式举办。本次论坛完整覆盖汽车行业技术领域的研讨,旨在进一步促进整车企业与零部件企业之间对技术发展趋势的探讨、加强汽车行业专家之间的交流互动、增强整车与零部件企业的交流、搭建合作平台,通过活动促进汽车零部件产业创新转型升级、打造更具竞争力的整零协同创新关系,助力实现向汽车强国的转变。以下是奇瑞汽车股份有限公司产品开发管理中心总工程师、预研和整车架构院总监 陆献强在本次论坛上的发言:

  奇瑞汽车股份有限公司产品开发管理中心总工程师、预研和整车架构院总监 陆献强

  非常高兴有这个机会和大家分享,我的报告内容和节能有一点远,更贴近怎么做好汽车这件事情。

  今天和大家分享的是车辆耐久可靠性能有关的内容。在和国内不少同行交流中,似乎大家对于可靠、耐久和质量这三个概念有一点混淆。有时候该讲耐久的时候在讲可靠,讲可靠的时候又转到耐久上了。质量似乎是耐久加可靠,但是又有很多耐久可靠中的关键成分质量上好像不怎么关心。这三个东西有什么不一样?以我之见,耐久主要是研究产品的寿命。而可靠是在研究产品的失效率。耐久是讲某个产品到什么时候有相当数量(如10%)的该产品已不可修复或不值得修复。或一个产品达到某个寿命指标的概率是多少。而可靠是在规定时候内,规定条件下,满足某些规定要求(功能)的概率或失效率是多少。通常又分产品在早期、中期和晚期的失效率,晚期的失效率就和耐久有关了。而质量更多是一种通用的量化指标,可以用来衡量产品的价值或使用价值。也可以用来比较产品(如在可靠性与耐久性上)的顾客满意度。在汽车工程中,好的耐久与可靠性能是高质量的必要条件,但不是充分条件。在设计阶段,工程师们会努力把耐久与可靠性工作做好。但有不少质量问题可能是由于制造或别的环节中造成的。

  下面我会按车辆开发流程,从早期的目标设定、到中期的设计开发与验证、然后到上市,来讲一下“可靠、耐久”工程是如何应用在车辆可发的各个阶段的。另外,也会讲一些电动车在这方面的特有现象与要求。

  先讲顾客关联,无论是可靠性、耐久性或者强度,都要讲在什么工况下、在规定使用条件下、在规定时间内、或在规定寿命周期内完成规定功能的能力。汽车是非常市场化的产品,你要知道什么是规定使用条件、规定时间,你要了解顾客对它们的期望是什么。下面,我们介绍一下如何通过顾客关联研究来合理有效定义什么叫做规定使用条件、什么是顾客期望的生命周期。所以,顾客关联是可靠性、耐久性、质量研究、开发的第一步。

  这页,我们展示了在美国和中国若何选一些典型地方来做顾客关联研究。其中有沿海城市、沙漠地带,高温、低温地区,一、二、三线城市及城镇,及其它各个方方面面。另外也要考虑各种路面条件。路面的平整度可用世界银行推荐的一个标准来作为基础。选了地点、和路面平整度,然后就针对不同车辆种类,分析出顾客在期望的车辆生命周期内,在不同粗超度路面上的使用比例。比如在中国90%分位的顾客使用特征为:乘用车为“平坦路面占85%,中度粗糙路面=10%,极其粗糙路面=5%”,SUV为“平坦路面占80%,中度粗糙路面=10%,极其粗糙路面=10%”)。多年前,这些研究都需要用专有测试车去采集数据后才能开展工作。随着现在车联网与车载数据技术的发展,现在都用车载传感器技术在顾客实际使用中采集相关数据。这样做,对数据(顾客实际使用)的真实性比以前用专用测试车有很大进步。当然,有些数据还是要用传统的传感器及专有测试车去采集。

  这边展示了一个实际案例,数据来自于4528辆车,累计里程是五千三百多万公里。发现,90%的顾客每天使用车不超过6次,平均里程不超过12公里,0.48次急刹车(定义为在速度大于10公里每小时的情况下做0.6g或更强的刹车),1.26次急拐弯,然后通过分析, 可以推研出:生命周期内,门需关闭多少次,总里程是多少, 等等与规定时间规定条件有关的顾客使用特征。

  下面我们讨论一下如何来定义耐久可靠性的指标。也就是说,在了解了顾客使用特征后,如何来设定可靠耐久在(固定的时间与使用工况下)的性能指标。在这一页上,我们列出了哪些是要考虑的关键因素(在定耐久可靠性指标的过程中)。

  常常,同行们抱怨耐久可靠性并不被公司所重视。为什么?其实,耐久可靠性指标对于车辆品牌影响极大。顾客非常(或者最)关心的一个指标,就是可靠性。但是大家往往没意识到,特别是从4S店对潜在顾客关心问题的总结上。而真实的原因是,顾客买车前都会到网上看一下,在(质量)好评多的一些车中,选几个自己可能感兴趣的车再出4S店看一下实车。如果某辆车的质量(或耐久、可靠性)评语不好,顾客连看都不看。另外, 车辆耐久可靠性指标对于维保费用和车辆转售都有很大影响。比如我有一个同事做这方面的研究,她就导出一个公式有关车子的剩余价值与耐久可靠性指标间的关系,

  这个是美国”consumer report”的评分方法。这中间有三个指标,其中一个是Reliability(可靠性),如果可靠性指标不达标的话,车辆不会被“推荐”。

  既然这么重要,为什么公司领导会不重视?第一个可能的原因是可靠性与耐久性间的概念不是太清楚,有了问题往往说不清主管部门是谁。另外,它也不像NVH和车辆动力学等其它性能,设计变更后不能立竿见影看到效果。再有就是,不像安全性能,国家对耐久与可靠性能没有强制性要求。

  在客户/消费者满意度卡诺模型中,耐久可靠是典型的“基本需求(门槛特性)”。 做了超过顾客的期望太多,不会带来任何满意度增加。但要是达不到顾客满意度,对产品的品牌会有极大的负面影响。 另外,在卡诺模型中,还有两个指标,“期望的”与“超出期望的”。在新能源车市场上,我个人认为新造车势力在“超出期望的”新功能上有优势。而传统车企在“期望的”车辆性能上有优势。而传统车企能竞争多新势力车企的可能是“基本需求(门槛特性)”。有人说特斯拉的问题不在贵,而在可靠性不够。当然,特斯拉是个很了不起的公司,相信他们一定在化大力气把可靠性耐久性最好。

  讲了怎么了解到顾客对于汽车的期望,如何依据市场需求来定指标,下面就要解决怎么设计的问题。这一块好像国内相对来说比较弱。不知道多少人看到过这个(应力干涉)模型。它的原理是非常简单,蓝色的那段为产品能“承受的应力段”,红色的为使用工况可以“产生的应力段”。中间有交集的部分有“产生的应力 大于 能承受的应力”,也就是说这一段就可会坏。这就是应力干涉模型,原理非常简单明了。在设计中,遇到这类问题,人们往往会增加“能承受的应力段”。这个做法相对比较简单,但可能不是最好的解决办法。因为,这么做的结果往往是增加重量和成本。下面我们会介绍另外一种方法,不是增加“能承受的应力段”,而是减少“产生的应力段”。

  好的耐久可靠强度设计不等于说“重和贵”。这是一个简单的静不定问题,系统受力传递进去的话,是跟传递途径有关、传递方法有关。因为车子的力除了发动机产生以外,还有就是四个轮胎。那么进来以后怎么传播是很关键的,如果传播有力的话,通过悬架各方面的调试,可以把一个很大的力降低很多,如图中红线变成了蓝线。

  比较有效的解决耐久可靠性问题的方法,是把传播到车内部各个子系统的力所引起的“应力”都控制在“能承受的应力段”以下。不会让车子造成损伤的情况,不会坏。

  以上用的方法又称为“载何优化”。高档性能车中的主动悬架设计就是用的这个概念。

  除了应力干涉模型外,通常还有元器件(原始不完美)而造成的失效模型。这在电器元器件中应用较多。在电动车的关键系统中,往往会用一些冗余设计来弥补由于“原始不完美”,或者“应力干涉”而造成的可靠性、耐久性问题。当然冗余设计用的太多了,成本就会很贵。凯时娱乐人生

  下面举一个例子,来讲一下串并联失效问题。这是我们在开发一款新能源车中遇到的一个例子。要提高能耗,某种变速箱的换挡要靠动力电池来驱动。对于动力电池而言,高温保护是至关重要的。比如,在55度的情况下,电池的使用就要受限。那么,当这辆车停在露天,在夏天阳光下,车内温度可能超过55度。这个时候若启动车,电池使用需要受限(是完成特定的功能),但造成了车辆不能换挡(一个不可靠的后果)。这是个比较有趣的问题,每个子系统都是按照“功能可靠性”在正确的操作,但引起了一个非常严重的“功能可靠性”问题(在高温下,汽车无法换挡)。这类问题可以通过新的FMEA中的六部法则来识别出。在新的FMEA里面,注重强调了一个系统与上一级与下一级系统的关联问题。

  由于时间有限,和设计有关的可靠耐久工作就介绍这些。本来不想讲可靠耐久的试验,应为这段工作大家比较熟悉。在这儿就提两个事。(1)每个公司都需要有系统零部件的可靠性实验、验证。做可靠性验证的一个关键步骤是如何选出“最少可以接受的”样本量。往往由于试验时间和开发成本的压力,试验样本量不够。这会对可靠、耐久性能评估带来很多不确定性。(2)在整车耐久实验,一定要关注“首次故障里程”,就是车子什么时候第一次坏。在可发的各个阶段,随着设计与样车的成熟度提升,首次故障里程要越来越接近要求(通常是1万公里或以上)。

  下面就讲一下车子上市后的有关可靠性问题的工作。在生产阶段大家都比较熟悉,一上来的线MIS)问题比较多,然后问题被控制、趋于平衡。一个公司多快能将初期的质量问题控制住,反映了一个公司在解决车辆可靠耐久与质量问题的能力与实力。这里举几个典型例子来讲解一下。

  第一个例子是有关某辆车车的门窗上的问题。上市7个月的3MIS数据显示,升降反转(误防夹)有 80例;升降异响有 17例。有意思的是用可靠性模型仔细的分析了这些案例的数据分布后,得出的结论是:升降反转(误防夹)属于早期失效期,发展趋势已被控制。而升降异响是损耗失效期(老年期),问题会进一步爆发。潍坊将建省光电子产业基地www.k8.c,我们从量产1年半的3MIS数据证实了以上两个判断。所幸的是我们在量产8~9个月是已推测到升降异响这个问题的严重性,马上采取了必要的措施,使得质量问题的影响被马上控制了。这个例子想说明两点。(1)量化数据分析可以有效的引导设计改变的方向;(2)早期的失效数据分析中,除了数据值的大小以外,对其的分布分析是极其总要的。

  第二个例子是和新能源车有关的问题。它来自于市场上应用最广泛的丰田“行星齿轮”混动变速箱。在一些比较复杂并不确定的工况下(往往有刹车、左右轮减速不一致、 ABS和Regent 有 On-Off-On 等),车子偶尔会有严重的颤抖,由此造成了部分功能早期失效和部件坏损。 其失效的机理可能和上面讨论的串并联失效问题类似。但由于系统的复杂程度的增加,各种控制器(逻辑)的交织网,据我了解,目前还没有完全明白其失效的机理,最后各个公司都在有一些通用的方法,如主动阻尼或大悬置来抵消和吸收颤抖能量,减少车辆损坏及顾客对问题的抱怨程度。

  电动车的有:无法启动、行驶中突然失去动力、行驶中突然失去车辆操控、续航里程缩水严重、充电慢或无法充电、电池模组失效或老化、多种制动模式间的有效转换

  智能车的问题如:中国复杂交通道路带来的智能车安全可靠性问题、智能网联技术复杂度和自动化程度提高带来的“失控”及一些现在还没意识到的可靠性问题,主动安全中各个性能模块的验证的可靠性,等。已经不适合智能汽车的要求,智能汽车验证程度,复杂度将以指数级增加。

  中国道路环境复杂度高,全天候、全路况以及对人的感知对智能网联汽车的验证提出了更高的要求。

  最后我的结论是,(1)为做好汽车可靠、耐久,要关注:顾客关联的重要性、合适的耐久可靠指标怎么设置、怎么用一个有效的设计流程保证车辆的可靠耐久性,这些是非常关键的。(2)随着国家在节能,减排工作的进一步深入,随着消费升级和人工智能技术的日益成熟,电动车和智能车在市场上的占比会越来越多。我呼吁同行们更加关注电动车、智能车在可靠耐久性能方面的需求。