FTA在汽車電氣故障診斷中的應用

李敏

摘要：現代汽車結構復雜，往往涉及機械、電子、控制等多個領域，導致汽車發生故障的原因繁多而且不易確定。本文基于FTA的原理，并以邁騰B8制動燈控制系統為例，將汽車故障與導致故障發生的原因進行分析、分類、歸納總結，并由此制定出故障的診斷流程（故障樹），證明了FTA有利于歸納與繼承診斷知識，能提高汽車故障診斷的工作效率。

關鍵詞：故障樹;FTA;汽車故障診斷

中圖分類號：TP24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0140-02

0? 引言

故障樹分析法（FTA）是機械學、圖論、優化理論、人工智能技術相融合的產物，是檢查系統可靠性和安全性分析的有效手段，尤其在解決復雜系統問題時高效迅速，因此可用于提高汽車故障診斷準確率。

故障樹分析法：

故障樹（FT）簡單的理解即對系統故障進行分析的樹狀結構。樹根被叫做頂事件，及系統故障;樹葉叫做底事件，底事件就是可能造成故障癥狀的各種原因。故障樹分析法是系統故障在各種條件下發生的邏輯規律，用圖形演繹的方法在邏輯推理的條件下對系統故障進行分析，它以系統故障作為分析對象，對可能造成故障癥狀的各種因素（包括硬件、軟件、環境、人為等）進行分析，進而列出系統故障與故障原因的邏輯關系圖，該圖形從結構上類似一棵倒置的樹，因此把它稱為故障樹，記作FT（Fault Tree）。故障樹能體現出的系統故障（頂事件）、中間事件、故障原因（底事件）之間的邏輯關系。

故障樹分析法（FTA）是指按照樹形結構，從系統故障開始，進行逐級細化分析，逐級的向下推理，再將故障原因進行細分，直到故障原因不能再細分為止，然后再將這種關系用故障樹圖形符號來進行表示，從總體到部分、從系統到單元，按樹枝狀作逐級展開，并將發生的故障事件進行展開細分，進一步判斷基本故障、確定故障原因、故障影響，最終達到分析系統可靠性的方法，以此形式建造故障樹的方法叫做故障樹分析法，記作FTA（Fault Tree Analysis）。使用FTA建立的故障樹能清晰地說明系統是怎樣失效的，即是怎樣發生故障的，并且能將系統故障與組成系統的各零部件的故障有機地聯系在一起，可以找出系統的全部可能的故障狀態（即發生故障的原因和部位）。FTA是目前世界上公認故障診斷可靠性、安全的一種實用方法。將汽車故障診斷技術與FTA分析法結合后使用起來相對簡單，樹形結構清晰一目了然，易被使用者理解接受。

故障樹分析法的優點：①可以清楚表示故障原因與故障、故障與系統、各個故障之間的關聯，該方法簡單易懂、形象具體，為維修人員排查故障提供了方便，縮短了維修時間;②維修人員能以演繹的方式查找出系統的故障所在;③對不了解系統設計的維修人員提供一個圖示的幫助;④能給維修人員提供對系統特征的真實而透徹的理解。

故障樹分析法的建立：

故障樹的過程一般分為四個步驟，其中故障樹的建造是FTA中最基本、最重要的環節。故障樹建造是否完善，將直接影響系統定性分析的準確性，并會對后面故障分析的結果產生影響。因此在建立故障樹時必須確保科學，有條理。故障的建立首先應獲取關于系統的理論專業知識（系統本身的結構組成、工作原理及控制邏輯等），然后根據理論分析故障得出原因之間的相互關系，最后再將這種關系用故障樹圖形符號來進行表示。從而使整個故障樹是以系統故障為根節點，以故障原因為樹葉的倒樹狀的圖形結構。故障樹建造的基本流程，如圖1。

FTA在邁騰B8制動燈系統中應用實例。

1? 熟悉邁騰B8制動燈控制系統

通過實驗分析邁騰B8制動燈系統的結構和控制邏輯，繪制出邁騰B8制動燈的工作原理圖，進而分析事件之間的相互關系。（圖2）

2? 確定系統故障狀態（頂事件）

頂事件是系統最不希望出現的故障狀態，通常一個系統有多個頂事件。

制動燈常見的、穩定的故障現象有四種：①踩制動踏板，所有制動燈不亮。②踩制動踏板，一側制動燈不亮。③踩制動踏板，高位制動燈不亮。④制動燈常亮。

注意：所有制動燈不亮，主要原因可能是制動開關本身、電源、信號以及數據傳輸線路和參與數據傳輸的模塊出現故障導致，這些故障首先會導致發動機無法啟動，本文所研究的制動燈系統故障不包括導致發動機無法啟動的故障。

3? 找出不能進一步分解的底事件

由頂事件出發，根據繪制出的的控制邏輯圖和工作原理圖，確定分析的范圍，逐級找出能導致各級事件發生的原因，直至找出不能進一步分解或者不需要分解的的事件為止。

4? 建造并優化邁騰B8制動燈系統故障樹

在FTA方法中，故障樹的建造是整個診斷方法的核心，建樹的關鍵是要了解事件之間的因果關聯，通過系統結構分析判斷事件有可能出現的原因，以及需要建立故障模式和它們之間的邏輯關系。因為，故障樹是否完善清晰將會直接影響著故障樹對系統的定性分析，決定著事件發生的概率。綜上，建造邁騰B8制動燈系統故障樹，如圖3所示。

5? 總結與展望

本文主要介紹了故障樹的基本概念、故障樹的分析方法、以及故障樹建立的基本方法。以邁騰B8制動燈控制系統為例，對該系統常見的故障案例進行了故障樹和故障診斷流程圖的建立。樹形結構直觀易于理解，從而為迅速、準確排除故障打下基礎。

綜上，雖然建立故障樹分析法在理論上比較成熟，但需要維修人員具有一定的理論知識，并且需要耗費大量時間、精力才能準確的建造故障樹。因此，如何使故障診斷技術簡單化、智能化，并組建適合汽車維修市場的汽車故障診斷系統，并能在修理過程中得以應用推廣，是今后汽車故障診斷技術研究的發展方向。

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