可靠度分配在汽车制动系统中的应用研究.pdf

1 前 言 对于汽车产品来说，可靠性与人身安全、经济 效益密切相关。目 前，可靠性分析已经在汽车设计 中得到广泛应用 ，但汽车上应用的制动系统多种多 样 ，这就为可靠性分析带来了困难 ，本文通过对制 动系统可靠度分配的研究 ，找寻一种提高汽车制动 系统可靠性的方法。 提高制动系统的可靠性，可以大大减少维修 费 ，使总成本降低 ，防止事故发生 ，尤其是避免灾 难性事故的发生。制动系统可靠性必须从设计阶段 开始考虑，并且贯穿于设计、研制、制造、调试、 运输、存放、使用、维修直到报废 的全过程 。 2 汽车可靠度分配原理 把系统的可靠性指标合理地分配到组成此 系统 的每个单元，就是可靠度分配。常见的可靠度分配 系统有串联、并联和混联系统 。 ( 1 ) 串 联系统及串联系统可靠度分配步骤 串联系统是在一个系统 中，各子系统 的失效是 相互独立的， 若其中任何一个子系统发生故障，都 会导致整个系统失效 ，如图 1所示 。 匹 二 _ 一 _ 图 1 串联系统框图 其系统的可靠性 尺 ( t ) =i 【 ( t ) i =1 一n ， 如果各单元的寿命分布均服从于指数分布，则 有 r( “ ) e - a i t 则 r ( t ) =e = e 一 三 1 = e 式中 系统要求的可靠度 第 i 个单元分配得的可靠度 a =a 系统的失效率 a 第 i 个单元的失效率 串联单元数 串联系统的单元可靠度分配步骤 ：首先 明确系 统的可靠度要求指标 尺 ，已知每个单元的预计可靠 度 r ；用公式 f i =1一r i( 或 a t =一l n r )求 出各 单元的预计不可靠度 ( 或失效量) ；求所有单元的 预计不可靠度 ( 失效量)的和，此即为系统的预计 f 不可靠度 ( 或失效量 ) ，求 比例 因子 ( 或 1 一 n。 ) 将 ( 或 )所得舭例因子与 各单元的预计不可靠度 ( 或失效量 a t )相乘， 得 出各单元的允许不可靠 度 f ( 或失效量 x t ) ；用 上式 r=1一f ( r=e )得 出各单元要求 的可靠 度，它们的乘积即为分配结束后系统的可靠度。 ( 2 )并联 系统及并联 系统可靠度分配步骤 在并联系统中，只要有一个子系统工作 ，系统 就能完成规定功能 ，并联系统 的逻辑框图如图 2 。 图 2 并联 系统框 图 n 并联系统可靠度关系为 。 ( t )=1一 h 1 一 r i i=l ( t ) 如果各单元的寿命分布均服从于指数分布，则 有 ( )=e 。( )= 1一( 1一 e ) 并联系统的单元可靠度分配一般先把系统的冗 余部分化成单一单元，变成串联系统中的一个单 元 ；再按串联系统的分配方法 ，把这个简化后的串 联系统进行可靠性分配。 ( 3 ) 混联 系统及 系统 简化 混联系统以四个单元为例如图 3 所示，一般化 为等效的单元如图4 、图 5 。 先从最后等效系统逻辑框 图 ( 图 5 )开始 ，各 单元可靠度为 ：r =1 一( 1一 r )( 1一 r 。 。 ) 维普资讯 图 3 混联系统框 图 图 4中间等效系统 广厂 _ _ 1 u 1 广 u 广一 i i 图5 等效系统 再 由图4中间等效系统得 ：r 。 = r ， r 最后再求混联系统可靠度 ： r 。= r r 日2 = r 1 一( 1 一 r 2 )( 1 一 r 。 ) = r 1 一 ( 1 一 r )( 1 一 r r ) 3 制动系统可靠度模型建立和指标分配 ( 1 )制动 系统可靠度模型建立 汽车制动系统主要由四个部分组成 ，即供能装 置、控制装置、传动装置和制动器，如图 6 所示。 它们之 间是 串联 关系 ，即每个基 本部分都正 常工 作 ，制动系统才能正常工作 。 供能 u控制l_一 传动l _ j 制动器 图 6 制动系统可靠度 串联系统 ( 2 )制动 系统可靠度指标分配 如图 6所示 四个单元组成 串联系统 ，下面说明 分配的方法。 制动系统要求可靠度为 0 9 ，系统允许 的不可 靠度为 0 1 ，按 比例分配，其 四个 串联单元 的要求 可靠度见表 1 。第 二列为 四个单元 的预计 可靠度 ， 第三列是系统预计不可靠度 ，串联系统不可靠度近 似为各个单元不可靠度之和为 o 2 。但允许系统的 n 1 不可靠度为 o 1 ，它与系统预计不可靠度之 比为 u = 0 5 。按此比例分配得到第四列数据为允许的单 元不可靠度。根据各单元 的不可靠度 即可得到单元 要求的可靠度，见表 1中最后 一列 ，其积为系统 的 可靠度 0 9 0 3 5比要求的可靠度 0 9大 0 0 0 3 5 。 表 1 制动系统可靠度指标分配表 预计 预计 允许 要求 单元组成 可靠度 不可靠度 不可靠度 可靠度 供能装置 0 9 3 0 0 0 7 0 0 0 3 5 0 9 6 5 控制装置 0 9 6 0 0 o 4 0 0 0 2 0 0 9 8 0 传动装置 0 9 3 0 0 0 7 0 0 0 3 5 0 9 6 5 制动器 0 9 8 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 9 9 0 和 = 0 2 0 和 = 0 1 0 积 = 0 9 0 3 5 如果要求精确计算 ，应根据指数分布 r=e 来计算。单元 的失效量 a 一l n r 。按失效量成 比 例地分配给各单元见表 2 。表 2中第二列数据为四个 单元的预计可靠度 ( 设为 r) ，根据 a 一l n r计算 出每个单元 的预计失效量 ，见第三列数据 ，这一列 之和 0 2 0 6 2是系统预计失效量。系统允许失效量为 a = 一l n r = 一l n 0 9=0 1 05 4 它与预丌系玑大双 基 比刀,0 1 0 5 4： 0 5 1 1 2 。因此 i 二 u u 二 每个单元的失效量按 比例减少，得第 四列结果为允 许失效量 ，根据第 四列数据 ，按 公式 r=e 即可 求出每个单元 要求的可靠度 ，列于表 2最后 一列。 表明单元可靠度达到了此要求 ，则系统可靠度就可 达到 0 9这个指标 ，精确度大大提高。 表 2 制动系统按失效分配表 预计 预计 允许 要求 单元组成 可靠度 失效量 a 失效量 a 允许可靠度 供能装置 0 9 3 0 0 0 7 2 6 0 0 3 7 1 0 9 6 2 9 控制装置 0 9 6 0 0 o 4 0 8 0 0 2 0 9 0 9 7 9 1 传动装置 0 9 3 0 0 0 7 2 6 0 0 3 7 1 0 9 6 2 9 制动器 0 9 8 0 0 0 2 0 2 0 0 1 0 3 0 9 8 9 7 和 = 0 2 0 6 2 和 = 0 1 0 5 4 积 = 0 9 4结论 制动系统可靠性分析 目前 已经在汽车设计 中得 到广泛应用 ，是汽车安全性的一个重要要素。本文 使用 串联系统可靠度分配将制动系统的可靠性指标 合理地分配到组成此系统 的每个单元 ，既提高了系 统的可靠性 ，又考虑了单元失效时对系统工作 的影 响程度和单元成本。为制动系统的可靠性优化设计 提供 了技术基础和依据。也为汽车其他部件的可靠 性设计提供