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1、汽车制动系统可靠性分析摘要： 随着经济的发展，汽车数量迅速增长，同时道路交通事故就严重影响人们的安全，人人谈虎变色。作为道路交通事故发生的非人为因素中选取所占比例最大的汽车制动系统故障，减小这种因素引起的故障成为保障道路交通安全中的至关重要的一部分。本文运用系统工程的可靠性分析的方法对此类故障进行研究分析。同时基于故障树分析法开展了对汽车制动系统的可靠性分析，通过对系统零部件的故障因素，故障原因和故障种类进行定性的分析，为汽车制动系统的设计和维修提供了理论依据，对提高汽车制动系统的可靠性及减少因汽车制动系统而导致的道路交通事故起到了积极的指导作用。关键词：道路交通事故 汽车制动系统 可靠性分析
2、 故障树分析法引言： 自从1885年卡尔本茨(Karl Benz)在曼海姆制出了第一辆汽车以来，道路交通安全则成为所有人共同关心的话题。纵观道路交通事故发生的原因，除了与道路的使用者人的因素、道路本身的因素、道路交通环境因素有关外，还与道路上行驶的车的因素有关。其中减少人为因素引起的事故需要所有交通参与者的仔细观察和相互谦让。而减少非人为因素造成的道路安全事故则成为减少道路交通事故保证驾驶安全的最重要的一部分。车辆是组成道路交通的三大因素之一，与交通安全有着密切的关系。虽然在交通事故原因的统计中，人为原因占很大比例，直接因汽车问题所引起的事故不足10%，但这并不意味着车辆对安全的影响不大。而在
3、这些非人为因素中，汽车制动系统发生故障占60%-70%。因此，对汽车制动系统进行可靠性分析，提高汽车制动系统的可靠度，可以减少道路交通事故的发生，减少不必要的损失，也保证了所有交通参与者的安全。对于保护国家集体的财产安全，维护交通秩序，提高道路交通能力具有极其重要的意义。1995年机械故障事故统计表故障种类制动失效制动不良转向失效灯光不良其他事故次数3545544212996882520交通事故成因分类事故原因事故率（%）人的因素95.3车的因素4.57道路因素0.13正文：1.可靠性分析的基本概念1.1可靠性和可靠度 可靠性是指产品能在规定的条件下和规定的规定的时间内完成规定功能的能力。相对
4、应的用可靠度来衡量这种能力的大小，它一般是时间t的函数，记为R（t），它表示在规定的使用条件下和规定的时间内无故障地发挥规定功能而工作的产品占全部工作产品的百分率。则有1.2失效率和产品寿命与可靠度向对应的有不可靠度，记为F(t)。则有设有N个样本同时进行实验，在t时间后又有个失效，则有个仍能正常工作。根据可靠度定义，有： 对R(t)求导，得：即为：此时定义失效率为： 产品的平均寿命是产品寿命的平均值，即产品无故障工作时间的平均值。对于不可修复产品，其寿命是指它失效前的工作时间。平均寿命就是指该产品从开始使用到失效前的工作时间的平均值，记为MTTF(mean time to failure)。
5、对于可修复产品，平均寿命就是指平均无故障工作时间或称平均故障间隔，记为MTBF(mean time between failure)。1.3故障树分析法 故障树分析法简称FTA (Failure Tree Analysis)，是1961年为可靠性及安全情况，由美国贝尔电话研究室的华特先生首先提出的。故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的因，逻辑门的输出事件是输入事件的果。故障树图 ( 或者负分析树)是一种逻辑因果关系图，它根据元部件状态(基本事件)来显示系统的状态(顶事件)。就像可靠性框图(RB
6、Ds)，故障树图也是一种图形化设计方法，并且作为可靠性框图的一种可替代的方法。一个故障树图是从上到下逐级建树并且根据事件而联系，它用图形化“模型”路径的方法，使一个系统能导致一个可预知的，不可预知的故障事件失效，路径的交叉处的事件和状态，用标准的逻辑符号与，或等等表示。在故障树图中最基础的构造单元为门和事件，这些事件与在可靠性框图中有相同的意义并且门是条件。这种方法在航空和航天的设计、维修，原子反应堆、大型设备以及大型电子计算机系统中取得很好的效果，因而得到了广泛的应用。故障树分析法具有以下特点： 它具有很大的灵活性。不仅可以分析某些元部件故障对系统的影响，还可以对导致这些元部件故障的特殊原因
7、进行分析，予以统一考虑。 进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程。 通过对FTA可以定量的计算复杂系统的故障概率及其它可靠性参数。为改善和评价系统可靠性提供定量数据。 它是一种图形演绎法，无论是对系统设计人员和维修人员来说，都相当于一个形象的管理维修指南，对使用系统的人员更有意义。2.汽车制动系统及其工作原理汽车制动系统是指，对汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置。它可以使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；使已停驶的汽车在各种道路条件下(包括在坡道上)稳定驻车；使下坡行驶的汽车速度保持稳定。从形式上可以分为鼓式制动器和
8、盘式制动器两种。制动系统一般由供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个基本组成部分组成。3.汽车制动系统故障因素 以某型汽车制动系统为例，该车采用对角线布置的双回路液压制动系统，即左前轮缸和右后轮缸是同一路液压回路，右前轮缸和左后轮缸是另一路液压回路。如果一路液压回路发生故障，另一路任可以正常工作。则对该型汽车制动系统故障因素分析如下表：故障因素操纵机构工作失常制动踏板位置太低及自由行程过大制动踏板僵硬而制动不足执行机构工作失常制动器卡滞制动蹄油腻动力机构工作失常制动主缸故障制动轮缸故障助力器故障传动机构工作失常传动杆故障4.建立故障树汽车制动系统一般由操纵机构，执行机构，动力机构，传动机构4
9、个基本组成部分组成。因此在操纵机构，执行机构，动力机构，传动机构中只要有一个机构失效，则整个汽车制动系统就不能正常工作。即表明它们在逻辑上是串联关系。而每个机构的失效，都是由于不同零部件发生了故障而导致。因此，只要理清了这些零部件之间的逻辑关系，就可以建立汽车制动系统的故障树。汽车制动系统发生故障+动力机构失常执行机构失常操纵机构失常传动机构失常+传动杆故障制动轮缸故障制动主缸故障制动蹄油腻助力器故障制动器卡滞 制动踏板僵硬自由行程过大制动踏板位置太低 上图即为某型汽车制动系统故障树，以“汽车制动系统发生故障”为顶事件建立系统故障树，全树分解为9个基本事件。其中操纵机构失常，传动机构失常，执行
10、机构失常，动力机构失常为中间事件，它们之间用或门相连。制动踏板位置太低，自由行程过大，制动踏板僵硬，传动杆故障，制动器卡滞制动蹄油腻，制动主缸故障，制动轮缸故障，助力器故障为底事件。其中制动踏板位置太低和自由行程过大用与门相连，然后整体和制动踏板僵硬用或门相连。其他底事件分别用或门相连。5.故障树分析 为了便于进行故障分析，我们把故障树中所有的事件用不同及字符表示，如下： :汽车制动系统发生故障 :操纵机构失常 传动机构失常 :执行机构失常 动力机构失常 :制动踏板位置太低 :自由行程过大 :制动踏板僵硬 :传动杆故障 :制动器卡滞制动蹄油腻 :制动主缸故障 :制动轮缸故障 :助力器故障 利用
11、Fussell-Vesely算法求汽车制动系统故障树的最小割集。如下表：计算列表步骤12 通过上表可以可以得到7个割集，分别为：、。下一步是在这7个割集中找出最小割集。根据Fussell-Vesely算法，首先令底事件的素数为=2，=3，=5，=7，=11，=13，=17，=19。则相应的割集所对应的数为、这些数相互不能整除，则可以得到七个最小割集：、。 则汽车制动系统发生故障的概率，及汽车制动系统的不可靠度F(t）为：则 =那么汽车制动系统的可靠度为：6.结论和展望从以上通过故障树分析计算可知，若想提高汽车制动系统的可靠度，需要从两方面入手。意识提高各个元件子系统的可靠度，而是减少系统单元串
12、，还有并联级数。当然，我们在进行故障树分析的时候，和实际汽车制动系统发生故障相比，忽略了许多次要的因素，只是保留了故障概率较大的几种制动系统失效原因。如果要更加精确的进行汽车制动系统的可靠性分析，则要进行更细致的划分，考虑这些次要因素，才能得到和真实情况相近的结果。故障树分析法是一种具有动态时序特性的可靠性分析方法，既可定性又可定量地对系统典型故障进行分析，使故障分析处理及系统设计提供了更为符合实际应用的理论依据，减少故障查找时间。对故障的定量分析，可以对系统进行可靠性评估，这种方法对实际生产和设计具有很大的参考价值。汽车制动系统的可靠性分析目前已经在汽车设计以及汽车维修中得到了广泛的应用，但
13、任需要有许多的工作要进一步的完善，比如结合实际汽车制动系统来更加准确的分析制动系统的各种失效原因，或者完善汽车制动系统各零部件的可靠性资料，建立完善的可靠性数据库。通过这些工作的进一步完善，制动系统的可靠性分析也将更完善，在汽车设计上的应用将更广泛和更实用。 参考文献：1 佘艳华,苏华友.公路线形设计因素对交通安全的影响分析J.道路交通与安全2006年第12期2 王世萍，朱敏波. 电子机械可靠性与维修性M. 西安电子科技大学出版社:9-13.3 百度百科.故障树分析法.http:/ 王世萍，朱敏波. 电子机械可靠性与维修性M. 西安电子科技大学出版社:193-194.5 百度百科.汽车制动系统.http:/ 洪强，梁亮. 基于动态故障树的汽车制动系统可靠性分析J. 科技咨询导报。2007，26：31-33
