液压ABS系统的故障树分析

2020-02-18

液压与气动 2020年2期

(武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北武汉 430081)

引言

液压ABS系统是汽车制动系统关键部件之一[1-2]，为避免紧急制动时车轮抱死发生危险，ABS系统的稳定可靠性和在出现故障时如何快速有效的排查并定位故障源是十分重要的[3]。系统可靠性分析一直是系统研究中的关键点[4]，故障树分析法(FTA)是一种图形演绎法[5]，自上而下逐步细化的逻辑推理方法，常用于安全性分析及可靠工程等领域[6]，找出系统失效的原因，降低故障风险。下面以液压ABS系统故障为顶事件，基于Visio平台建立ABS故障树[7]，对故障树进行定性分析与定量分析，找出常见故障位置所在，在ABS系统故障排查及设计优化中有一定实用价值。

1 液压ABS系统的组成和工作原理分析

1.1 液压ABS系统的基本组成

液压ABS系统由轮速传感器、ABS电子控制单元(ABS-ECU)、制动压力调节装置、制动控制电路、ABS液压泵、ABS警示装置等组成，如图1液压ABS系统的基本组成原理图[8]。

1.轮速传感器 2.右前轮制动器 3.储液罐 4.真空助力器 5.制动主缸 6.电子控制单元 7.液压电动泵总成 8.调压电磁阀总成 9.比例阀 10.ABS警告灯 11.比例阀图1 ABS系统组成原理图

1.2 ABS系统的结构及工作原理

ABS轮速传感器有霍尔效应式和电磁感应式两种，其作用为将各个车轮速度变化情况以交流电压信号传达ABS-ECU[9]。ABS-ECU是ABS的控制中心，也是防滑控制系统的控制中枢，将来自轮速传感器的交流电压信号加以分析[10]，对制动压力调节器发出相应的控制指令。制动压力调节器是制动系统的重要组成之一，是ABS的执行器，根据ABS-ECU的指令进行制动压力的调节。液压泵可以在短时间内对制动液进行加压，电磁换向阀有3个小孔，分别于制动主缸、制动轮缸、蓄能器相通。液压ABS系统有4个工作过程：常规制动(ABS不工作)、ABS起减压过程、保压过程、增压过程。

2 ABS系统故障树建造

故障树是用逻辑符号、事件符号和转移符号描述系统事件间的因果关系，一种倒立树状的逻辑因果图。包含顶事件、中间事件和底事件,建立规范详细的故障树对ABS系统故障分析有很大帮助。顶事件是故障树分析中最关心的结果事件,底事件是导致故障发生的最根本原因,中间事件为顶事件与底事情之间的事件，故障树中常用的一些符号及含义如表1所示。

表1 故障树一些常用符号及含义

在建造故障树时应保证3个条件：各系统底事件相互独立;不存在人为和其他外界干扰;每个系统只有故障和正常两种状态。以ABS故障为顶事件建立的故障树，如图2所示， ABS故障树中各符号代表的含

图2 ABS系统故障树

义，如表2所示。

表2 ABS故障树中各符号代表的含义

(续表2)

3 ABS故障树分析

3.1 定性分析

定性分析是通过对故障树逐级进行分析系统故障原因或系统原因的组合[12],找出系统的薄弱环节[13]，找出导致顶事件发生的所有最小割集。若有m个底事件X1，X2,…,Xm,存在于子集A中，集合A发生，则顶事件T必发生，则集合A必在故障树的割集之内。由ABS系统故障树分析可知，全部为或门结构即所有底事件全部是最小割集。ABS故障树定性分析的逻辑关系，如表3所示。

表3 ABS故障树逻辑关系计算表

3.2 定量分析

对ABS系统故障树定量分析的目的是计算顶事件的发生概率及各个底事件的相关重要度, 用以评价系统的安全可靠性[14], 从而对系统进行风险评估[15]。下面以故障树为分析模型，求各个底事件的相关重要度值及获得顶事件发生的概率。

1) 求底事件的模糊概率

顶事件发生的概率及各底事件的相关重要度指标，是以已知底事件发生的概率值为基础计算的。生活工作中很难获得系统底事件的发生概率，因此针对故障树底事件概率值获取比较难的问题，引入灰色系统理论，通过专家经验对ABS故障树底事件发生故障的概率给出模糊判断，再结合专家权重，对模糊数进行加权求和处理，构成模糊评判矩阵获得ABS故障树底事件发生的模糊概率值。

选取10位ABS领域专家，ABS专家权重评判因素如表4所示。