基于GO法汽車制動系統(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。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，汽車安全性意識引起越來越多人重視，而汽車制動系統(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)，對于多狀態(tài)、有時序系統(tǒng)，尤其是對有實(shí)際物流如液流、氣流、電流的生產(chǎn)過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、開關(guān)等，或代表部件間邏輯關(guān)系，信號流連接操作符，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開始，依照下一個操作符的運(yùn)算符的規(guī)則依次進(jìn)行計算，最后即可得到輸出信號的狀態(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)算是指通過分析每一個操作符的輸入信號裝填和單元組合得到輸出信號狀態(tài)時，計算狀態(tài)概率，逐步計算得到系統(tǒng)的輸出信號的狀態(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、正常的流動過程分析相似，比較容易理解;③分析系統(tǒng)和部件故障狀態(tài)的概率，操作符和信號流可表示多個狀態(tài);④可描述系統(tǒng)和部件在各個時間點(diǎn)的狀態(tài)和狀態(tài)的變化，可用于有時序的系統(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 汽車制動系統(tǒng)GO法分析

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

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

圖2 制動系統(tǒng)原理圖

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

圖3 制動系統(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)累計概率計算公式。

(1)類型1兩狀態(tài)單元

S為輸入信號;R為輸出信號輸出信號狀態(tài)概率計算公式為:

按狀態(tài)累積概率定義，可得到狀態(tài)概率累積概率計算公式:

(2)類型5信號發(fā)生器

R為輸出信號。

輸出信號狀態(tài)概率計算公式為:

輸出信號狀態(tài)概率累積概率計算公式:

(3)類型6有動作信號而導(dǎo)通的元件

S1為主輸入信號;S2為次輸入信號;R為輸出信號。

輸出信號狀態(tài)概率累積概率計算公式:

經(jīng)推導(dǎo)知系統(tǒng)可靠度計算公式:

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

4 可靠性評估軟件編制

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

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

圖4 GO法可靠性分析軟件的總體框圖

圖5 編制可靠性評估軟件界面

圖6 制動系統(tǒng)可靠度分析界面

5 結(jié)論

通過分析可知，根據(jù)車輛制動系統(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，即可計算出整個制動系統(tǒng)的可靠度。

對于復(fù)雜的系統(tǒng)，GO運(yùn)算的狀態(tài)組合龐大，經(jīng)過驗(yàn)證狀態(tài)累積概率定量計算結(jié)果和狀態(tài)組合計算所得到的結(jié)果完全一致。而狀態(tài)累積概率計算可避免繁瑣的狀態(tài)組合和復(fù)雜的定性分析過程，應(yīng)用公式計算直接得到信號流狀態(tài)概率，使GO法的優(yōu)點(diǎn)更明顯。通過編制軟件，對復(fù)雜系統(tǒng)，可直接、快速地得到系統(tǒng)信號流的狀態(tài)概率，完成定量計算過程，提高可靠性評估的效率。對研究汽車制動系統(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，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原理及其計算機(jī)輔助技術(shù)［D］.北京:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2003.

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

［5］阮社樓.汽車制動系可靠性分析［J］.設(shè)計與計算，2003(1):29－30.

［6］王育堅.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++語言程序設(shè)計導(dǎo)學(xué)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2002.