基于GO法汽車制動(dòng)系統(tǒng)可靠性研究*

賀 帥，楊建偉

(1.太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 山西 太原 030024;2.北京建筑工程學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院北京 100044)

1 引言

隨著汽車工業(yè)和人民生活水平的不斷提高，汽車保有量迅猛增長(zhǎng)。汽車結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜造成維修任務(wù)也隨之增加，各種安全事故隨之逐年增加，汽車安全性意識(shí)引起越來(lái)越多人重視，而汽車制動(dòng)系統(tǒng)直接影響著汽車行駛安全性和停駐車可靠性，因此汽車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性研究至關(guān)重要。

2 GO法分析

GO法是一種以成功為導(dǎo)向的系統(tǒng)概率分析技術(shù)，有其自身的特點(diǎn)，對(duì)于多狀態(tài)、有時(shí)序系統(tǒng)，尤其是對(duì)有實(shí)際物流如液流、氣流、電流的生產(chǎn)過(guò)程安全性分析更合適［1］。因此，研究 GO法理論和應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

GO法可以將系統(tǒng)原理圖、流程圖或工程圖直接按規(guī)則翻譯成GO圖。而GO圖中操作符代表具體部件如安全閥、開(kāi)關(guān)等，或代表部件間邏輯關(guān)系，信號(hào)流連接操作符，代表具體物流或代表邏輯上的進(jìn)程。建立GO圖后，通過(guò)輸入操作符數(shù)據(jù)，按照操作符運(yùn)算規(guī)則即可進(jìn)行GO運(yùn)算，從輸入操作符輸出信號(hào)開(kāi)始，依照下一個(gè)操作符的運(yùn)算符的規(guī)則依次進(jìn)行計(jì)算，最后即可得到輸出信號(hào)的狀態(tài)和概率。

GO運(yùn)算分為定性運(yùn)算和定量運(yùn)算。定性運(yùn)算是按操作符規(guī)則，逐步分析各輸入信號(hào)狀態(tài)和單位狀態(tài)組合，得到系統(tǒng)各狀態(tài)的所有可能狀態(tài)組合，即可找出路集和割集。定量運(yùn)算是指通過(guò)分析每一個(gè)操作符的輸入信號(hào)裝填和單元組合得到輸出信號(hào)狀態(tài)時(shí)，計(jì)算狀態(tài)概率，逐步計(jì)算得到系統(tǒng)的輸出信號(hào)的狀態(tài)概率［2］。GO法原理如圖1所示。

圖1 GO法原理圖

GO法有以下優(yōu)點(diǎn):①直接模擬系統(tǒng)，操作符和系統(tǒng)部件一一對(duì)應(yīng);②以成功為導(dǎo)向直接進(jìn)行系統(tǒng)成功概率分析，和常規(guī)的工程分析、正常的流動(dòng)過(guò)程分析相似，比較容易理解;③分析系統(tǒng)和部件故障狀態(tài)的概率，操作符和信號(hào)流可表示多個(gè)狀態(tài);④可描述系統(tǒng)和部件在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)和狀態(tài)的變化，可用于有時(shí)序的系統(tǒng)概率分析;⑤求系統(tǒng)成功的路集和系統(tǒng)故障的割集［3］。

3 汽車制動(dòng)系統(tǒng)GO法分析

通過(guò)分析GO法基本原理和步驟，以某型汽車的單管路制動(dòng)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。單管路制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，制動(dòng)系統(tǒng)良好［4］。但當(dāng)系統(tǒng)管路出現(xiàn)故障時(shí)安全可靠性不高，影響車輛的制動(dòng)性能。

單管路制動(dòng)系統(tǒng)依靠手制動(dòng)軟軸拉動(dòng)變速器輸出軸上的制動(dòng)鼓實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能，制動(dòng)原理如圖2。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空壓機(jī)，空壓機(jī)將壓縮空氣經(jīng)卸荷閥調(diào)壓進(jìn)入儲(chǔ)氣筒，調(diào)壓后壓力值在 0.67～0.70 MPa。氣體從儲(chǔ)氣筒出來(lái)后經(jīng)由單腔制動(dòng)總閥進(jìn)入制動(dòng)腔。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，氣體由制動(dòng)總閥分兩路進(jìn)入前后加力器，高壓制動(dòng)液經(jīng)管道進(jìn)入鉗盤(pán)式制動(dòng)器分泵，從而推動(dòng)活塞將摩擦片與制動(dòng)盤(pán)壓緊實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。同時(shí)另一路通往前加力器的壓縮空氣通往變速器切斷閥，切斷動(dòng)力［5］。

圖2 制動(dòng)系統(tǒng)原理圖

按照規(guī)則將原理圖翻譯成GO圖，其中空壓機(jī)、制動(dòng)踏板是系統(tǒng)的輸入信號(hào)，包括成功和故障兩個(gè)狀態(tài)，用類型5表示。制動(dòng)總閥用類型6表示，其余用類型1表示。制動(dòng)總閥出來(lái)的氣體經(jīng)由兩路通往前后制動(dòng)加力器，增加一個(gè)邏輯操作符與門(mén)。系統(tǒng)GO圖如圖3所示。

圖3 制動(dòng)系統(tǒng)GO圖

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)操作符類型的定義和運(yùn)算規(guī)則，應(yīng)用狀態(tài)累計(jì)概率公式，推導(dǎo)出文中所能應(yīng)用到的操作符狀態(tài)累計(jì)概率計(jì)算公式。

(1)類型1兩狀態(tài)單元

S為輸入信號(hào);R為輸出信號(hào)輸出信號(hào)狀態(tài)概率計(jì)算公式為:

按狀態(tài)累積概率定義，可得到狀態(tài)概率累積概率計(jì)算公式:

(2)類型5信號(hào)發(fā)生器

R為輸出信號(hào)。

輸出信號(hào)狀態(tài)概率計(jì)算公式為:

輸出信號(hào)狀態(tài)概率累積概率計(jì)算公式:

(3)類型6有動(dòng)作信號(hào)而導(dǎo)通的元件

S1為主輸入信號(hào);S2為次輸入信號(hào);R為輸出信號(hào)。

輸出信號(hào)狀態(tài)概率累積概率計(jì)算公式:

經(jīng)推導(dǎo)知系統(tǒng)可靠度計(jì)算公式:

通過(guò)定量計(jì)算可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定性分析。可以計(jì)算出各部件在系統(tǒng)中的重要度。由定量計(jì)算可知，系統(tǒng)中單腔氣制動(dòng)總閥為三狀態(tài)單元，一階割集為除部件制動(dòng)踏板外其他部件，制動(dòng)踏板一階計(jì)算近似為0，故可作為一階割集。

4 可靠性評(píng)估軟件編制

按各類型操作符的定義和運(yùn)算規(guī)則，采用信號(hào)流狀態(tài)累積概率和操作符的狀態(tài)累積計(jì)算公式依次進(jìn)行GO定量計(jì)算［6］。為方便計(jì)算，基于 VC++6.0環(huán)境下，創(chuàng)建對(duì)話框資源并創(chuàng)建對(duì)話框類的及連接，并為對(duì)話框類添加成員變量，通過(guò)建立資源對(duì)象和消息處理函數(shù)間的關(guān)系，完善消息響應(yīng)函數(shù)主體代碼的編寫(xiě)，編制制動(dòng)系統(tǒng)評(píng)估軟件［7］。圖4為GO法可靠性分析軟件的總體框圖，圖5為編制可靠性評(píng)估軟件對(duì)話框界面。

輸入各操作符的狀態(tài)概率，設(shè)PCj(1)為編號(hào)j的累計(jì)概率。點(diǎn)擊OK按鈕運(yùn)行軟件，計(jì)算得到制動(dòng)系統(tǒng)可靠度約為0.9044。操作度成功概率，ASi(1)為編號(hào)i的信號(hào)流成功狀態(tài)

圖4 GO法可靠性分析軟件的總體框圖

圖5 編制可靠性評(píng)估軟件界面

圖6 制動(dòng)系統(tǒng)可靠度分析界面

5 結(jié)論

通過(guò)分析可知，根據(jù)車輛制動(dòng)系統(tǒng)組成單位的功能關(guān)系可得到系統(tǒng)的可靠邏輯框圖，依照規(guī)則可推導(dǎo)出計(jì)算系統(tǒng)可靠度的關(guān)系式。若在各單元可靠度已知的條件下，即可計(jì)算出整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的可靠度。

對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，GO運(yùn)算的狀態(tài)組合龐大，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證狀態(tài)累積概率定量計(jì)算結(jié)果和狀態(tài)組合計(jì)算所得到的結(jié)果完全一致。而狀態(tài)累積概率計(jì)算可避免繁瑣的狀態(tài)組合和復(fù)雜的定性分析過(guò)程，應(yīng)用公式計(jì)算直接得到信號(hào)流狀態(tài)概率，使GO法的優(yōu)點(diǎn)更明顯。通過(guò)編制軟件，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)，可直接、快速地得到系統(tǒng)信號(hào)流的狀態(tài)概率，完成定量計(jì)算過(guò)程，提高可靠性評(píng)估的效率。對(duì)研究汽車制動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠性有重要作用。

［1］沈祖培.復(fù)雜系統(tǒng)可靠性的GO法確算法［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，42(5):569 －572.

［2］沈祖培，黃祥瑞.GO法原理及應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2004.

［3］林 潔.GO－FLOW原理及其計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)［D］.北京:國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2003.

［4］何宇漾.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽車制動(dòng)系可靠性分析［J］.湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005(3):14－16.

［5］阮社樓.汽車制動(dòng)系可靠性分析［J］.設(shè)計(jì)與計(jì)算，2003(1):29－30.

［6］王育堅(jiān).Visual C++面向?qū)ο缶幊探坛蹋跰］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.

［7］春 葆.C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2002.