基于動態故障樹的汽車制動系統可靠性分析

楊崇道

東風柳州汽車有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

根據相關的統計資料顯示，在交通事故的原因分析之中，由于汽車出現制動故障問題占據的比例高達近一半，這對汽車廠商敲響了警鐘，需要重視關于汽車制動系統可靠性的問題。對汽車制動系統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算機信息數據描述的方式，表現故障的狀態，能夠在實際的測試之中對系統的故障通過數據方式呈現出來，為之后的改善提供參考。

2 故障樹分析方法概述及發展

國內外對故障樹可靠性分析有了很多年的研究，在國外已經有近40多年的研究歷史。在現代的研究當中，故障樹也有了不斷的發展。傳統的故障樹是一種基于靜態的故障分析方法，這種分析方法有一定的錯誤性，會隨機出現對系統故障的錯誤評價。傳統的故障樹分析對系統的可靠性能會有所降低，例如，在實際的網絡服務器使用當中，網絡服務器失效將會影響整個網絡的使用，給用戶造成極大的不便。在上世紀60年代，國外就已經利用故障樹分析的方法，對系統進行可靠性分析，例如對一些航空電子設備、空間交通控制系統等等，這些控制系統對可靠性要求非常高，通過故障數的方法能夠為系統提供可靠且較高的保障。隨著研究人員的不斷深入研究，靜態故障樹方法有一定的缺陷，于是人們將系統結構的故障數模型轉化成內部的馬爾可夫模型，并且加入了故障恢復信息，對故障可靠性分析方法的性能進一步提高。

國內對故障樹的研究較晚于國外，特別是對于動態故障樹的分析方法，也僅僅局限于齊次馬爾科夫鏈法定量計算，主要針對動態故障樹模型和復雜系統故障樹仿真的理論研究，且集中于清華大學、國防科技大學等高等院校，這些院校將研究出的分析方法與軟件相結合，為我國動態故障樹分析方法提供了一定的先例。動態故障樹的方法所涉及的邏輯門多且復雜，復雜描述的邏輯門給動態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性能有所降低。在對汽車制動系統的研究過程當中，對動態故障樹建模是一個非常關鍵的問題。同時，在動態故障樹分析當中，模型計算的數據往往是非常大的，其中包括靜態指數和和動態指數，都需要用不同的方法進行求解，主要用二元決斷圖法和馬爾科夫模型進行求解。這兩種求解方法在不同的運算過程當中也會出現一些問題，而且在計算的過程當中，計算系統的內存以及計算的時間也是一個非常關鍵的部分之一。

3 動態故障樹分析方法在汽車制動系統的應用

3.1 汽車制動性能可靠性分析必要性

近幾年來，新聞中經常會有一些汽車由于質量不過關而導致的危險事故發生，這些事件的出現對汽車廠商以及汽車研究部門提出了更高的要求。在汽車的運行過程當中，汽車制動系統是最至關重要的一個部分，它不僅僅關系到正常行駛的汽車能否在規定時間內完成制動任務，而且影響到下坡或者上坡時，汽車能否按照駕駛員所想進行行駛，也就是說，汽車制動系統控制著汽車的加速、減速、停車。制動系統的安全性與可靠性也是至關重要，在汽車制動系統的研究當中，汽車制動系統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系統進行分析，從而有效地得出系統及各個部件的故障模式以及故障原因，通過更加精確的方法對汽車系統的部件進行完善與調整。在汽車生產到最后銷售直至出現在道路上，都要需要經過各個部門的檢驗與測試，檢驗與測試是汽車制造人員的責任，更是對消費者的保障，其中制動系統是汽車當中最為關鍵的工況之一，有效的制動以及智能的制動系統能夠保障車輛的安全運行。汽車之中的制動系統用簡單的語言來說，將有速度的汽車按照駕駛員的要求，進行緊急減速或者停車，并且可以穩定駐車。在汽車出現特殊狀況時，智能的制動系統還能夠讓車輛根據科學的判斷，控制汽車的速度。

3.2 動態故障樹的分析方法

汽車制動系統主要有供能裝置、控制裝置、傳動裝置和制動器四個部分組成，有的制動系統還更加智能化，添加了動力調節裝置、壓力保護裝置和報警裝置等輔助裝置，提高制動系統的性能、便捷人們的使用。在汽車制動系統的構造當中，汽車制動系統是與路面接觸的一個主要組成部分，通過一定的連接能夠讓汽車進行減速或者停止。

故障樹的分析方法是一種圖形的表示方法，將引起制動系統故障的因素在圖上進行繪制，按照因素之間的包含關系，對故障原因進行細化，從而更加明確故障出現的原因。動態故障樹之中至少包含一個動態邏輯門，如優先與門、功能相關門、順序相關門、冷備件門、熱備件門等，動態邏輯門表示與事件發生的順序的動態特性，這里的動態特性將各個事件發生的次序與部件之間的關系考慮其中。

動態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的動態過程，為系統各部分的分析提供依據。一般而言，故障樹的分析方法使用時需要再按照汽車的系統結構不斷細化。具體分析步驟如下：第一，建立汽車的制動系統故障樹模型，對動態故障樹進行模塊化分解，針對頂部的故障事件進行細化，建立對應的子故障樹，如下圖，T為頂事件，Gn為第一層細化的子模塊；第二，對各子樹G進行分析，分析可以使用馬爾科夫鏈，得到子樹對頂事件的概率；第三，將上一步計算出的概率作為故障概率，求出相對于故障樹頂事件的發生概率。

基于動態故障樹對制動系統進行可靠性的分析，可以對汽車制動系統當中的故障因素進行排查。根據所研究的資料顯示，制動系統故障G原因主要可以分為以下幾部分，由于操縱機構工作時長導致、由于執行機構工作時長所導致的等等，具體主要有制動踏板位置不合適、踏板僵硬導致制動不足，在維修時，維修人員可以對輪缸進行修理，或者是更換制動蹄、更換輪缸活塞、更換空氣真空助力器等等，這需要根據具體部位產生的故障原因進行維修。

3.3 動態故障樹分析后實驗數據處理

汽車制動系統當中的各個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性和統計的特征。汽車制動系統所具有的四個基本功能都必須正常運轉，才能夠保證汽車的安全行駛，這四個部分是由若干個機械零部件連接在一起，然后通過智能控制實現零部件的運轉。動態故障樹模型也正是基于各個零部件之間的關系，通過建立可靠性的模型，對故障樹當中的數據進行分析。在對故障樹模型建立完畢之后，需要對所檢測的車輛進行可靠性的分析與跟蹤性的實驗，通過故障樹中所采集的數據，然后對數據進行處理，將汽車制動系統所產生的故障因素進行概率分布，得出相應的數據。在對制動系統的故障因素進行分析時，分析人員需要列舉出主要的故障因素，并且能夠運用數理統計的方法，對分布參數實驗值進行確定，能夠在后期根據實驗值對故障因素進行排除及后期檢修。汽車制動系統性能直接關系著客戶的使用，制動良好的汽車能夠讓汽車停車更加可靠。

4 總結

現代經濟的發展帶動了各個領域的快速提高，我國汽車的保有量逐年在不斷地增長，近幾年已經趨于飽和。汽車的安全性能與穩定性能已經日益成為人們關注的問題，人們希望在使用交通工具的同時，能夠保證自身的生命財產安全，讓汽車的安全性更加可靠。