基于动态故障树的汽车制动系统可靠性分析

杨崇道

东风柳州汽车有限公司 广西柳州市 545000

1 引言

根据相关的统计资料显示，在交通事故的原因分析之中，由于汽车出现制动故障问题占据的比例高达近一半，这对汽车厂商敲响了警钟，需要重视关于汽车制动系统可靠性的问题。对汽车制动系统的研究主要分析方法为故障树的分析方式，故障树的方式是使用计算机信息数据描述的方式，表现故障的状态，能够在实际的测试之中对系统的故障通过数据方式呈现出来，为之后的改善提供参考。

2 故障树分析方法概述及发展

国内外对故障树可靠性分析有了很多年的研究，在国外已经有近40多年的研究历史。在现代的研究当中，故障树也有了不断的发展。传统的故障树是一种基于静态的故障分析方法，这种分析方法有一定的错误性，会随机出现对系统故障的错误评价。传统的故障树分析对系统的可靠性能会有所降低，例如，在实际的网络服务器使用当中，网络服务器失效将会影响整个网络的使用，给用户造成极大的不便。在上世纪60年代，国外就已经利用故障树分析的方法，对系统进行可靠性分析，例如对一些航空电子设备、空间交通控制系统等等，这些控制系统对可靠性要求非常高，通过故障数的方法能够为系统提供可靠且较高的保障。随着研究人员的不断深入研究，静态故障树方法有一定的缺陷，于是人们将系统结构的故障数模型转化成内部的马尔可夫模型，并且加入了故障恢复信息，对故障可靠性分析方法的性能进一步提高。

国内对故障树的研究较晚于国外，特别是对于动态故障树的分析方法，也仅仅局限于齐次马尔科夫链法定量计算，主要针对动态故障树模型和复杂系统故障树仿真的理论研究，且集中于清华大学、国防科技大学等高等院校，这些院校将研究出的分析方法与软件相结合，为我国动态故障树分析方法提供了一定的先例。动态故障树的方法所涉及的逻辑门多且复杂，复杂描述的逻辑门给动态故障树的模型建立造成了一定的困难，也使得后期的可靠性指标性能有所降低。在对汽车制动系统的研究过程当中，对动态故障树建模是一个非常关键的问题。同时，在动态故障树分析当中，模型计算的数据往往是非常大的，其中包括静态指数和和动态指数，都需要用不同的方法进行求解，主要用二元决断图法和马尔科夫模型进行求解。这两种求解方法在不同的运算过程当中也会出现一些问题，而且在计算的过程当中，计算系统的内存以及计算的时间也是一个非常关键的部分之一。

3 动态故障树分析方法在汽车制动系统的应用

3.1 汽车制动性能可靠性分析必要性

近几年来，新闻中经常会有一些汽车由于质量不过关而导致的危险事故发生，这些事件的出现对汽车厂商以及汽车研究部门提出了更高的要求。在汽车的运行过程当中，汽车制动系统是最至关重要的一个部分，它不仅仅关系到正常行驶的汽车能否在规定时间内完成制动任务，而且影响到下坡或者上坡时，汽车能否按照驾驶员所想进行行驶，也就是说，汽车制动系统控制着汽车的加速、减速、停车。制动系统的安全性与可靠性也是至关重要，在汽车制动系统的研究当中，汽车制动系统的可靠性主要采用的可靠模型方法，用故障树的分析方法将车辆的制动系统进行分析，从而有效地得出系统及各个部件的故障模式以及故障原因，通过更加精确的方法对汽车系统的部件进行完善与调整。在汽车生产到最后销售直至出现在道路上，都要需要经过各个部门的检验与测试，检验与测试是汽车制造人员的责任，更是对消费者的保障，其中制动系统是汽车当中最为关键的工况之一，有效的制动以及智能的制动系统能够保障车辆的安全运行。汽车之中的制动系统用简单的语言来说，将有速度的汽车按照驾驶员的要求，进行紧急减速或者停车，并且可以稳定驻车。在汽车出现特殊状况时，智能的制动系统还能够让车辆根据科学的判断，控制汽车的速度。

3.2 动态故障树的分析方法

汽车制动系统主要有供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个部分组成，有的制动系统还更加智能化，添加了动力调节装置、压力保护装置和报警装置等辅助装置，提高制动系统的性能、便捷人们的使用。在汽车制动系统的构造当中，汽车制动系统是与路面接触的一个主要组成部分，通过一定的连接能够让汽车进行减速或者停止。

故障树的分析方法是一种图形的表示方法，将引起制动系统故障的因素在图上进行绘制，按照因素之间的包含关系，对故障原因进行细化，从而更加明确故障出现的原因。动态故障树之中至少包含一个动态逻辑门，如优先与门、功能相关门、顺序相关门、冷备件门、热备件门等，动态逻辑门表示与事件发生的顺序的动态特性，这里的动态特性将各个事件发生的次序与部件之间的关系考虑其中。

动态故障树的方法是一种模型建立的方法，通过这样的方法能够直观形象的描述系统的动态过程，为系统各部分的分析提供依据。一般而言，故障树的分析方法使用时需要再按照汽车的系统结构不断细化。具体分析步骤如下：第一，建立汽车的制动系统故障树模型，对动态故障树进行模块化分解，针对顶部的故障事件进行细化，建立对应的子故障树，如下图，T为顶事件，Gn为第一层细化的子模块；第二，对各子树G进行分析，分析可以使用马尔科夫链，得到子树对顶事件的概率；第三，将上一步计算出的概率作为故障概率，求出相对于故障树顶事件的发生概率。

基于动态故障树对制动系统进行可靠性的分析，可以对汽车制动系统当中的故障因素进行排查。根据所研究的资料显示，制动系统故障G原因主要可以分为以下几部分，由于操纵机构工作时长导致、由于执行机构工作时长所导致的等等，具体主要有制动踏板位置不合适、踏板僵硬导致制动不足，在维修时，维修人员可以对轮缸进行修理，或者是更换制动蹄、更换轮缸活塞、更换空气真空助力器等等，这需要根据具体部位产生的故障原因进行维修。

3.3 动态故障树分析后实验数据处理

汽车制动系统当中的各个部分是通过一定的连接组合而成的，因此在这些连接之间存在着一定的相关性和统计的特征。汽车制动系统所具有的四个基本功能都必须正常运转，才能够保证汽车的安全行驶，这四个部分是由若干个机械零部件连接在一起，然后通过智能控制实现零部件的运转。动态故障树模型也正是基于各个零部件之间的关系，通过建立可靠性的模型，对故障树当中的数据进行分析。在对故障树模型建立完毕之后，需要对所检测的车辆进行可靠性的分析与跟踪性的实验，通过故障树中所采集的数据，然后对数据进行处理，将汽车制动系统所产生的故障因素进行概率分布，得出相应的数据。在对制动系统的故障因素进行分析时，分析人员需要列举出主要的故障因素，并且能够运用数理统计的方法，对分布参数实验值进行确定，能够在后期根据实验值对故障因素进行排除及后期检修。汽车制动系统性能直接关系着客户的使用，制动良好的汽车能够让汽车停车更加可靠。

4 总结

现代经济的发展带动了各个领域的快速提高，我国汽车的保有量逐年在不断地增长，近几年已经趋于饱和。汽车的安全性能与稳定性能已经日益成为人们关注的问题，人们希望在使用交通工具的同时，能够保证自身的生命财产安全，让汽车的安全性更加可靠。