汽车变速器维修决策设计与实现

徐海铭

随着我国汽车工业的不断发展，汽车维修也日益重要，其中，变速器的维修是传统维修较为复杂的工作之一，甚至成为车辆后续维护保养的关键。变速器是车辆使用的重要机械部件，出现问题的概率较高，不少车评媒体甚至将其作为评估一个车型质量的重要指标，认为其是车辆可靠性、安全性的重要组成部分。本文从实际工作出发，通过相关理论模型分析，设计一种汽车变速器维修决策，为相关研究提供参考。

1 变速器的工作特点

变速器主要实现变速变矩，通过转变传动比扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，并同时实现车辆行驶过程的倒行以及必要时的动力中断输出（空挡）。为方便讨论，本文以CAS50-20A变速器为例进行分析。CAS5-20A是应用于轻型货车的机械变速器，其具有五个进档和一个倒挡。在日常维护中，该变速器主要的常见故障有：自行脱档、换挡时间长、进换档行程不足、变速器异响、轴承实效等。

2 故障模式及分析

故障模式及分析主要具体包含以下步骤：一是定义分析变量，确定任务需求，二是根据目标进行基本条件分析和假设，三是根据工程试验进行故障识别，四是结合特性进行故障影响分析以及发生概率的统计，五是进行影响等级分类以及危害程度计算，六是进行危害程度排序以及确认关键项目。此处的故障模式及分析是一个迭代过程，故障模式被纳入产品设计前进行分析和改进可以降低故障的影响。

CAS5-20A变速器的危害分析主要数据有故障模式频数比、故障率以及影响工作的时间。故障率和故障模式频数比可以通过变速器传动部件的失效比进行算法估算。算法实现可以在实验中得出数据，篇幅关系，此处不赘述实验数据，仅谈一下实验结论：通过对CAS5-20A变速器中的每个零部件进行危害分析，齿轮的危害度最大为1，其余部件的危害度分别为：接合套为0.1、轴承为0.3、变速器轴为0.5、花键为0.6，这几个部件一旦出现故障，变速器将会严重故障，零部件在变速工作过程中经常出现故障，导致危害分析中出现的危害度较高，因此，在产品设计时，建议对这些部件采用较好的材料和工艺，并在后期维护中建议定期更换即将损坏的零件。

当然，在分析过程中，故障树分析是一种重要方法，其主张将系统故障形成原因自上而下进行逐级细化分析，并引入逻辑门进行表达，给本文的设计提供一个不错的参考。首先，为明确CAS5-20A变速器故障的原因和模式之间的对应关系，在上述故障分析基础上将变速器整机失效作为故障树分析的顶事件建立CAS5-20A变速器故障树，并进行定量分析。定量分析的关键在于根据变速器整机失效的各个原因发生概率，根据相关逻辑门计算中间事件的概率，从而计算出顶事件发生概率，对变速器的安全性和可靠性进行评估，从而确定底事件的重要程度，提出变速器需要改进的地方。

在分析和决策模式设计中，采用C#进行程序设计，根据上述设计对顶事件的布尔表达式进行不交化处理，计算得出顶事件发生的概率为0.0010234；底事件概率重要度则通过故障树的定量分析，计算各个底事件的各个概率重要度。从软件设计方面可以看出，实际上底事件的结构重要度等于底事件的概率重要度。

而根据顶事件的发生概率和底事件的概率重要度代入相关公式进行计算可以得出底事件的相对概率重要度，从而得出相关割集重要度。对于变速器故障树的定量分析，主要目的在于降低顶事件的发生概率，而直接影响该概率的是相关割集的重要度，具体部分分析结果如表1所示。实验表明，变速器的割集重要度主要体现在日常磨损以及润滑失效方面，因此，对于CAS5-20A而言，润滑油的质量控制以及齿轮方面的设计工艺是保障其安全及稳定的重要工作。

表1 CAS5-20A故障树分析部分结果

3 软件设计与实现

软件主要通过VISUAL STUDIO 2010平台实现，并采用MySAL2010数据库。主要分为两部分，一是前端的算法设计和界面实现，二是后台数据库的数据设计及存储。算法设计主要实现了上述故障树分析的迭代设计以及逻辑表达方面的程序语言转换，并提供良好的用户接口界面。为提高软件系统的鲁棒性，系统采用了数据库模板设计，通过设计好相关变速器的模板，提供主流的变速器的相关参数及性能指标，实现对主流变速器的维护维修决策设计。在数据库的设计方面，存储表设计以及字段设计是设计的重要工作。为后续的拓展性，表设计提供了20个可扩展字段供前端用户选择。而作业设计主要在于定期计算和数据定期备份，以提高系统在人工智能方面的应用。

4 结语

本文提出一种基于故障树分析的变速器维修决策设计，该设计以变速器CAS5-20A为例，首先分析了相关故障理论以及变速器的工作原理，并探讨了故障树分析在变速器分析中的实现，最终通过C#软件设计，设计了一款能够智能分析和提出决策的变速器维修软件。

[1]李苗群.基于可靠性的设备预防性维护策略研究[D].西安：西安电子科技大学，2011：23-25.

[2]汪洋.以可靠性为中心的船舶维修辅助决策系统研究[D].武汉：武汉理工大学 2009：6-8.

[3]（英）J·莫布雷.以可靠性为中心的维修[M].北京：机械工业出版社，1995：65-69.