基于動(dòng)態(tài)故障樹的汽車制動(dòng)系統(tǒng)可靠性分析

楊崇道

東風(fēng)柳州汽車有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)資料顯示，在交通事故的原因分析之中，由于汽車出現(xiàn)制動(dòng)故障問題占據(jù)的比例高達(dá)近一半，這對(duì)汽車廠商敲響了警鐘，需要重視關(guān)于汽車制動(dòng)系統(tǒng)可靠性的問題。對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的研究主要分析方法為故障樹的分析方式，故障樹的方式是使用計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)描述的方式，表現(xiàn)故障的狀態(tài)，能夠在實(shí)際的測(cè)試之中對(duì)系統(tǒng)的故障通過數(shù)據(jù)方式呈現(xiàn)出來，為之后的改善提供參考。

2 故障樹分析方法概述及發(fā)展

國(guó)內(nèi)外對(duì)故障樹可靠性分析有了很多年的研究，在國(guó)外已經(jīng)有近40多年的研究歷史。在現(xiàn)代的研究當(dāng)中，故障樹也有了不斷的發(fā)展。傳統(tǒng)的故障樹是一種基于靜態(tài)的故障分析方法，這種分析方法有一定的錯(cuò)誤性，會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障的錯(cuò)誤評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的故障樹分析對(duì)系統(tǒng)的可靠性能會(huì)有所降低，例如，在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器使用當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器失效將會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的使用，給用戶造成極大的不便。在上世紀(jì)60年代，國(guó)外就已經(jīng)利用故障樹分析的方法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，例如對(duì)一些航空電子設(shè)備、空間交通控制系統(tǒng)等等，這些控制系統(tǒng)對(duì)可靠性要求非常高，通過故障數(shù)的方法能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供可靠且較高的保障。隨著研究人員的不斷深入研究，靜態(tài)故障樹方法有一定的缺陷，于是人們將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的故障數(shù)模型轉(zhuǎn)化成內(nèi)部的馬爾可夫模型，并且加入了故障恢復(fù)信息，對(duì)故障可靠性分析方法的性能進(jìn)一步提高。

國(guó)內(nèi)對(duì)故障樹的研究較晚于國(guó)外，特別是對(duì)于動(dòng)態(tài)故障樹的分析方法，也僅僅局限于齊次馬爾科夫鏈法定量計(jì)算，主要針對(duì)動(dòng)態(tài)故障樹模型和復(fù)雜系統(tǒng)故障樹仿真的理論研究，且集中于清華大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)等高等院校，這些院校將研究出的分析方法與軟件相結(jié)合，為我國(guó)動(dòng)態(tài)故障樹分析方法提供了一定的先例。動(dòng)態(tài)故障樹的方法所涉及的邏輯門多且復(fù)雜，復(fù)雜描述的邏輯門給動(dòng)態(tài)故障樹的模型建立造成了一定的困難，也使得后期的可靠性指標(biāo)性能有所降低。在對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的研究過程當(dāng)中，對(duì)動(dòng)態(tài)故障樹建模是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。同時(shí)，在動(dòng)態(tài)故障樹分析當(dāng)中，模型計(jì)算的數(shù)據(jù)往往是非常大的，其中包括靜態(tài)指數(shù)和和動(dòng)態(tài)指數(shù)，都需要用不同的方法進(jìn)行求解，主要用二元決斷圖法和馬爾科夫模型進(jìn)行求解。這兩種求解方法在不同的運(yùn)算過程當(dāng)中也會(huì)出現(xiàn)一些問題，而且在計(jì)算的過程當(dāng)中，計(jì)算系統(tǒng)的內(nèi)存以及計(jì)算的時(shí)間也是一個(gè)非常關(guān)鍵的部分之一。

3 動(dòng)態(tài)故障樹分析方法在汽車制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 汽車制動(dòng)性能可靠性分析必要性

近幾年來，新聞中經(jīng)常會(huì)有一些汽車由于質(zhì)量不過關(guān)而導(dǎo)致的危險(xiǎn)事故發(fā)生，這些事件的出現(xiàn)對(duì)汽車廠商以及汽車研究部門提出了更高的要求。在汽車的運(yùn)行過程當(dāng)中，汽車制動(dòng)系統(tǒng)是最至關(guān)重要的一個(gè)部分，它不僅僅關(guān)系到正常行駛的汽車能否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成制動(dòng)任務(wù)，而且影響到下坡或者上坡時(shí)，汽車能否按照駕駛員所想進(jìn)行行駛，也就是說，汽車制動(dòng)系統(tǒng)控制著汽車的加速、減速、停車。制動(dòng)系統(tǒng)的安全性與可靠性也是至關(guān)重要，在汽車制動(dòng)系統(tǒng)的研究當(dāng)中，汽車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性主要采用的可靠模型方法，用故障樹的分析方法將車輛的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，從而有效地得出系統(tǒng)及各個(gè)部件的故障模式以及故障原因，通過更加精確的方法對(duì)汽車系統(tǒng)的部件進(jìn)行完善與調(diào)整。在汽車生產(chǎn)到最后銷售直至出現(xiàn)在道路上，都要需要經(jīng)過各個(gè)部門的檢驗(yàn)與測(cè)試，檢驗(yàn)與測(cè)試是汽車制造人員的責(zé)任，更是對(duì)消費(fèi)者的保障，其中制動(dòng)系統(tǒng)是汽車當(dāng)中最為關(guān)鍵的工況之一，有效的制動(dòng)以及智能的制動(dòng)系統(tǒng)能夠保障車輛的安全運(yùn)行。汽車之中的制動(dòng)系統(tǒng)用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言來說，將有速度的汽車按照駕駛員的要求，進(jìn)行緊急減速或者停車，并且可以穩(wěn)定駐車。在汽車出現(xiàn)特殊狀況時(shí)，智能的制動(dòng)系統(tǒng)還能夠讓車輛根據(jù)科學(xué)的判斷，控制汽車的速度。

3.2 動(dòng)態(tài)故障樹的分析方法

汽車制動(dòng)系統(tǒng)主要有供能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)器四個(gè)部分組成，有的制動(dòng)系統(tǒng)還更加智能化，添加了動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置、壓力保護(hù)裝置和報(bào)警裝置等輔助裝置，提高制動(dòng)系統(tǒng)的性能、便捷人們的使用。在汽車制動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造當(dāng)中，汽車制動(dòng)系統(tǒng)是與路面接觸的一個(gè)主要組成部分，通過一定的連接能夠讓汽車進(jìn)行減速或者停止。

故障樹的分析方法是一種圖形的表示方法，將引起制動(dòng)系統(tǒng)故障的因素在圖上進(jìn)行繪制，按照因素之間的包含關(guān)系，對(duì)故障原因進(jìn)行細(xì)化，從而更加明確故障出現(xiàn)的原因。動(dòng)態(tài)故障樹之中至少包含一個(gè)動(dòng)態(tài)邏輯門，如優(yōu)先與門、功能相關(guān)門、順序相關(guān)門、冷備件門、熱備件門等，動(dòng)態(tài)邏輯門表示與事件發(fā)生的順序的動(dòng)態(tài)特性，這里的動(dòng)態(tài)特性將各個(gè)事件發(fā)生的次序與部件之間的關(guān)系考慮其中。

動(dòng)態(tài)故障樹的方法是一種模型建立的方法，通過這樣的方法能夠直觀形象的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，為系統(tǒng)各部分的分析提供依據(jù)。一般而言，故障樹的分析方法使用時(shí)需要再按照汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷細(xì)化。具體分析步驟如下：第一，建立汽車的制動(dòng)系統(tǒng)故障樹模型，對(duì)動(dòng)態(tài)故障樹進(jìn)行模塊化分解，針對(duì)頂部的故障事件進(jìn)行細(xì)化，建立對(duì)應(yīng)的子故障樹，如下圖，T為頂事件，Gn為第一層細(xì)化的子模塊；第二，對(duì)各子樹G進(jìn)行分析，分析可以使用馬爾科夫鏈，得到子樹對(duì)頂事件的概率；第三，將上一步計(jì)算出的概率作為故障概率，求出相對(duì)于故障樹頂事件的發(fā)生概率。

基于動(dòng)態(tài)故障樹對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性的分析，可以對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中的故障因素進(jìn)行排查。根據(jù)所研究的資料顯示，制動(dòng)系統(tǒng)故障G原因主要可以分為以下幾部分，由于操縱機(jī)構(gòu)工作時(shí)長(zhǎng)導(dǎo)致、由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)長(zhǎng)所導(dǎo)致的等等，具體主要有制動(dòng)踏板位置不合適、踏板僵硬導(dǎo)致制動(dòng)不足，在維修時(shí)，維修人員可以對(duì)輪缸進(jìn)行修理，或者是更換制動(dòng)蹄、更換輪缸活塞、更換空氣真空助力器等等，這需要根據(jù)具體部位產(chǎn)生的故障原因進(jìn)行維修。

3.3 動(dòng)態(tài)故障樹分析后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

汽車制動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中的各個(gè)部分是通過一定的連接組合而成的，因此在這些連接之間存在著一定的相關(guān)性和統(tǒng)計(jì)的特征。汽車制動(dòng)系統(tǒng)所具有的四個(gè)基本功能都必須正常運(yùn)轉(zhuǎn)，才能夠保證汽車的安全行駛，這四個(gè)部分是由若干個(gè)機(jī)械零部件連接在一起，然后通過智能控制實(shí)現(xiàn)零部件的運(yùn)轉(zhuǎn)。動(dòng)態(tài)故障樹模型也正是基于各個(gè)零部件之間的關(guān)系，通過建立可靠性的模型，對(duì)故障樹當(dāng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在對(duì)故障樹模型建立完畢之后，需要對(duì)所檢測(cè)的車輛進(jìn)行可靠性的分析與跟蹤性的實(shí)驗(yàn)，通過故障樹中所采集的數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將汽車制動(dòng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的故障因素進(jìn)行概率分布，得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的故障因素進(jìn)行分析時(shí)，分析人員需要列舉出主要的故障因素，并且能夠運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，對(duì)分布參數(shù)實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行確定，能夠在后期根據(jù)實(shí)驗(yàn)值對(duì)故障因素進(jìn)行排除及后期檢修。汽車制動(dòng)系統(tǒng)性能直接關(guān)系著客戶的使用，制動(dòng)良好的汽車能夠讓汽車停車更加可靠。

4 總結(jié)

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了各個(gè)領(lǐng)域的快速提高，我國(guó)汽車的保有量逐年在不斷地增長(zhǎng)，近幾年已經(jīng)趨于飽和。汽車的安全性能與穩(wěn)定性能已經(jīng)日益成為人們關(guān)注的問題，人們希望在使用交通工具的同時(shí)，能夠保證自身的生命財(cái)產(chǎn)安全，讓汽車的安全性更加可靠。