新能源汽車運行條件與傳統(tǒng)汽車相比存在顯著差異，依托傳統(tǒng)汽車的可靠性評價體系，不足以支持新能源汽車的高質(zhì)量發(fā)展，建立面向新能源汽車的可靠性評價體系，是全行業(yè)共同的需求。

上海理工大學汽車可靠性研究所 中國汽車工程學會可靠性技術(shù)分會 趙禮輝 博士就《新能源汽車可靠性評價規(guī)范聯(lián)合開發(fā)—背景路線與進展》進行了主題報告，分享了新能源汽車可靠性評價體系及聯(lián)合開發(fā)背景線路和進展。

報告從以下5個方向開展敘述：

可靠性評價的現(xiàn)狀與問題

載荷大數(shù)據(jù)的獲取與擴展

數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)路線

可靠性加速試驗規(guī)范開發(fā)

討論與展望

1、可靠性評價的現(xiàn)狀與問題

（1）汽車可靠性評價現(xiàn)狀

汽車可靠性是指汽車在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定使用條件下完成規(guī)定功能的能力，汽車可靠需求即在規(guī)定使用年限內(nèi)、規(guī)定用戶群體范圍內(nèi)的可靠性目標值。汽車可靠性評價實施的技術(shù)路線是基于用戶數(shù)據(jù)構(gòu)造汽車可靠耐久的需求目標，通過等效加速方法驗證汽車可靠性。

汽車可靠性評價影響因素非常多，目前存在的問題主要是載荷強度及零部件強度的不確定性，涉及材料的強度、工藝的強度、裝配精度及用戶載荷工況等。

在汽車可靠性評價的框架下，基于用戶群體構(gòu)建可靠性目標，結(jié)合產(chǎn)品本身強度進行可靠性的評估或驗證，其核心就是產(chǎn)品的失效機理。可靠性規(guī)范過于嚴苛會導致試驗周期偏長、產(chǎn)品設(shè)計冗余、成本偏高，可靠性規(guī)范過于寬松會導致設(shè)計不足、質(zhì)量風險偏大。

（2）新能源汽車可靠性評價

隨著汽車電動化和智能化的發(fā)展，感知、執(zhí)行、控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，汽車可靠性開發(fā)挑戰(zhàn)增大，性能可靠、功能可靠。

新能源汽車和傳統(tǒng)汽車在結(jié)構(gòu)、性能等方面存在較大差異，需重新構(gòu)建針對新能源汽車的可靠耐久的評價規(guī)范。

相對于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車的可靠性評價體系的建立需要逐步完善用戶目標信息、試驗場規(guī)范及臺架試驗規(guī)范等，可以從承載結(jié)構(gòu)、動力傳動及執(zhí)行機構(gòu)三個方面去考慮。

（3）汽車可靠性評價問題

用戶關(guān)聯(lián)性差：傳統(tǒng)汽車可靠性試驗規(guī)范開發(fā)傳統(tǒng)技術(shù)路線包括用戶載荷采集、工況比例確定、全壽命周期目標、損傷等效、試驗規(guī)范制定等步驟，受限于技術(shù)條件，傳統(tǒng)可靠性試驗規(guī)范開發(fā)用戶關(guān)聯(lián)性難以確保。

用戶載荷及損傷差異大：基于調(diào)研和經(jīng)驗的工況定義難以全面反映用戶群體；小樣本用戶載荷采集難以覆蓋較小概率的極端工況；工況分類依賴工程師經(jīng)驗全壽命周期構(gòu)成難以確定。未來，可以基于新能源汽車運行大數(shù)據(jù)制定可靠耐久規(guī)范。

（4）可靠性開發(fā)框架及體系

圍繞可靠性評價體系的總體架構(gòu)構(gòu)建整車、總成、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、零部件多層級可靠性驗證與評價體系，包括可靠性目標定義、系統(tǒng)可靠性設(shè)計、單元可靠性設(shè)計、試驗驗證與確認等步驟。

可靠性體系構(gòu)建包括道路試驗和臺架試驗，道路實驗包含整車動力總成的耐久、綜合的耐久和結(jié)構(gòu)的耐久；臺架試驗分解到各個系統(tǒng)，一步一級往下劃分，包括系統(tǒng)總成、一級子系統(tǒng)、二級子系統(tǒng)等。整個可靠性評價體系期望以整車道路和臺架試驗相互配合的方式來實現(xiàn)整體可靠性的評價。

2、載荷大數(shù)據(jù)的獲取與擴展

可靠性體系的開發(fā)策略是將整車的可靠性規(guī)范進一步分解到系統(tǒng)級的可靠性規(guī)范，再進一步細化到各個零件的可靠性規(guī)范。載荷大數(shù)據(jù)獲取分為兩個階段來實施，第一階段是基于CAN總線，即基于整車企業(yè)的車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)；第二階段是增加結(jié)構(gòu)載荷，包括后橋、制動、轉(zhuǎn)向、車架、前橋及懸置載荷等。

面向整車及子系統(tǒng)進行用戶載荷大數(shù)據(jù)挖掘，主要包括整車承載/支撐結(jié)構(gòu)、傳動部件的載荷。

LDR車輛運行大數(shù)據(jù)平臺載荷大數(shù)據(jù)獲?。?/span>在用戶車輛上布置傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將實時載荷數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲集群，載通過提取歷史數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘和分析。

載荷大數(shù)據(jù)采集硬件開發(fā)：用戶載荷采集常用傳感器包括位移（CAN）傳感器、加速度（CAN）傳感器、應(yīng)變（CAN+無線）傳感器、六分力（CAN+模擬）傳感器等。

大規(guī)模用戶載荷數(shù)據(jù)采集：CAN總線數(shù)據(jù)+質(zhì)心+輪心加速度+輪心位移（100Hz），目前已完成50萬公里載荷數(shù)據(jù)采集，正在進行200萬公里載荷數(shù)據(jù)采集，后期將進行500萬公里載荷數(shù)據(jù)采集，形成一個整體性、規(guī)范性的大規(guī)模用戶載荷數(shù)據(jù)。

模型驅(qū)動的多維載荷擴展：以電驅(qū)系統(tǒng)載荷預(yù)測為例，通過車速運行數(shù)據(jù)和整車動力學模型荷(整車參數(shù)+載重+坡度）預(yù)測驅(qū)動系統(tǒng)載荷，進行載荷預(yù)測結(jié)果對比。

數(shù)據(jù)驅(qū)動的結(jié)構(gòu)載荷多維擴展：以整車結(jié)構(gòu)載荷預(yù)測為例，因缺少整車的三維的動力學模型及基礎(chǔ)參數(shù)，用車輛搭載傳感器采集相關(guān)數(shù)據(jù)搭建數(shù)字模型。

3、數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)路線

數(shù)據(jù)分析與挖掘的總體技術(shù)路線：用戶數(shù)據(jù)分析→用戶工況辨識→工況損傷分析→損傷目標構(gòu)建→損傷等效加速。

基礎(chǔ)工況庫構(gòu)建：通過機器學習方法對用戶運行大數(shù)據(jù)進行辨識，確定實際用戶使用條件下電驅(qū)動系統(tǒng)可靠性工況類別及其特征，為電驅(qū)系統(tǒng)可靠性設(shè)計分析提供依據(jù)。區(qū)別于全通過經(jīng)驗來判斷工況的方法，希望完全從數(shù)據(jù)的角度出發(fā)構(gòu)建基礎(chǔ)工況。

載荷與損傷分析：結(jié)合疲勞、老化、磨損等失效物理模型，分析不同用戶使用條件下電驅(qū)系統(tǒng)各部件損傷貢獻。例如將一些非金屬件（橡膠、尼龍、塑料等）分解、老化的不同的失效機理模型嵌入到載荷與損傷分析平臺，開展更高維度的一個損傷計算。

全壽命周期損傷目標構(gòu)建：確定全壽命周期（30萬公里）、95%用戶使用強度的損傷目標；以單位損傷強度分布為基礎(chǔ)，篩選工況典型片段作為試驗加載基礎(chǔ)片段。

從大數(shù)據(jù)的分析來看，對于任何一個用戶載荷采集到一定的里程之后，其載荷分布損傷的貢獻基本上穩(wěn)定，就可以構(gòu)建整體全壽命周期可靠性目標里的損傷。

對于可靠性加速試驗，從用戶的使用場景出發(fā)，尋找單位時間內(nèi)損傷強度比較高的基礎(chǔ)片段數(shù)據(jù)來進行試驗，縮短試驗時間，其中涉及典型片段數(shù)據(jù)的篩選。

可靠性試驗規(guī)范制定：以各部件全壽命周期損傷為目標，各典型工況片段損傷為基礎(chǔ)，考慮試驗場道路組合情況，通過多部位損傷協(xié)同等效確定工況片段組合；以工況條件轉(zhuǎn)移概率為依據(jù)，編制隨機和程序加載譜。

其中，載荷譜的加載順序涉及載荷的順序效應(yīng)，那么加載載荷的順序會對壽命產(chǎn)生較大影響?？梢詮挠脩魧嶋H使用過程觸發(fā)，以工況的轉(zhuǎn)移概率為基礎(chǔ)，選擇工況之間轉(zhuǎn)移概率最大的順序作為臺架試驗工況加載順序，盡量減少加載順序?qū)勖挠绊憽?

4、可靠性加速試驗規(guī)范開發(fā)

可靠性加速試驗規(guī)范開發(fā)工作開展包括中汽研-華為電驅(qū)動系統(tǒng)規(guī)范開發(fā)，也與蔚來、一汽、長安、聯(lián)電、福田、集度等企業(yè)進行相關(guān)的合作和交流。參與標準GB/T 29307-2022, QC/T 1022的修訂。

以電驅(qū)可靠性規(guī)范制定為例，包括電機（電機軸、電機軸承、磁橋、導條、磁鋼、繞組）、減速器（減速器齒輪、減速器軸承、減速器殼體、差速器齒輪、差速器殼體）、控制器（IGBT、薄膜電容、PCB）、密封、懸置襯套等子系統(tǒng)及零部件的可靠性試驗規(guī)范開發(fā)。

電機轉(zhuǎn)子磁橋可靠性快速試驗：虛擬仿真+臺架試驗

高速軸承耐久試驗載荷譜開發(fā)：針對部件的疲勞失效

半軸與萬向節(jié)耐久試驗載荷譜開發(fā)

IGBT壽命評估與可靠性快速試驗開發(fā)：從用戶數(shù)據(jù)刻畫加速試驗載荷譜

電子助力器（制動）可靠性快速試驗開發(fā)

基于用戶大數(shù)據(jù)的整車結(jié)構(gòu)耐久規(guī)范開發(fā)：基于用戶全壽命周期數(shù)據(jù)構(gòu)造出整體可靠性目標

將路況分割，按損傷分為10級，各路況片段不同損傷等級時間及里程分布。

高損傷等級占整體損傷的比例之和，10%的運行時間、15%的運行里程就貢獻了90%以上的整體損傷。在對用戶進行損傷目標構(gòu)建的時候，去采集這10%的時間、15%的里程載荷，就可以復(fù)現(xiàn)出90%以上的損傷。

實際上車輛進行用戶道路下的可靠耐久試驗時，把30萬公里的目標壓縮到3萬公里，就可以達到整體損傷的貢獻。

5、討論與展望

用戶數(shù)量壓縮：3萬輛車用戶保有量，通過抽樣300個用戶得出損傷比例的分布誤差不超過3萬輛車的3%。

采集里程壓縮：載荷的分布或者損傷的分布會隨著里程的增加趨于穩(wěn)定，目前5000~8000公里時用戶損傷基本趨于穩(wěn)定。

可靠性目標載荷快速預(yù)測：每個用戶載重、坡度差異，整體獲取難度大，構(gòu)造等效載重及等效坡度參數(shù)，依托相同參數(shù)結(jié)合每個用戶車速變化，直接仿真得到百分位目標下?lián)p傷。

環(huán)境因素：環(huán)境因素會產(chǎn)生老化，考慮恒定高溫下的老化、交變溫度下的疲勞。包括溫度影響下的電機絕緣、PCB板層、電子元件、金屬件損傷等，考慮基于環(huán)境溫度數(shù)據(jù)構(gòu)建中國地域內(nèi)的用戶溫度分布數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理分析工具：基于Python的LDR_VBD載荷分析庫

數(shù)據(jù)處理分析：包含12個模塊

新能源汽車可靠性試驗規(guī)范聯(lián)合開發(fā)：從電驅(qū)動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)出發(fā)，拓展到懸架、電池支架等承載結(jié)構(gòu)部件，及至整車；期望整車企業(yè)、零部件廠家及相關(guān)檢測機構(gòu)，能夠聯(lián)合起來，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)共享，方法共享，實現(xiàn)整個可靠性評價規(guī)范完整的正向開發(fā)，建立用戶強相關(guān)的電動汽車可靠性評價標準體系。通過行業(yè)聯(lián)合開發(fā)，減小可靠性規(guī)范開發(fā)代價，以用戶大數(shù)據(jù)支撐產(chǎn)品高質(zhì)量開發(fā)。

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