混动公交车驱动系统多目标二级维护里程研究

2022-08-19朱金婷卢安专

客车技术与研究 2022年4期

朱金婷，李涛, 卢安专

(1.重庆公共运输职业学院，重庆 402247； 2.重庆两江公交公司，重庆 401121；3.上汽红岩商用车有限公司，重庆 401122)

驱动系统融合了传统发动机、变速器、离合器、动力电池和驱动电机等为一体的混动公交车约占我国各省公交集团和大型客运公司车辆总数的60%。在车辆的维护和保养逐渐精准化的今天，车辆在特定安全度范围内的最佳维护周期、车辆可靠性目标下的维护周期和多目标维护理论被相继提出。但是对于多目标模型在混动公交车维护中的具体应用仍然较少。因维护作业内容不同，故各级维护使用的模型不同。本文借助韦伯分布模型，构建不同维护目标下驱动系统的二级维护里程模型，为车辆维护里程的确定提供参考。

1 故障数据统计与处理

1.1 混动公交车驱动系统维护分级

混动公交车驱动系统的维护通常分为三级。其中一级维护主要以清洁、润滑和紧固为主，并检查驱动系统的绝缘性、密封性等安全项；二级维护除了完成一级维护的项目外，以检查、调校为主，通常涉及驱动系统高压安全的检测、混动系统控制板逻辑的检查与刷新、驱动电机和传统发动机的动力性检查、驱动电机温度的检测等，以确保系统的安全性和寿命平衡性，是使用频次较高且车辆全生命周期中费用最多的维护级别；三级维护除了二级维护的所有项目外，主要以大修或更换故障的总成部件为主，是使用频次最低的维护级别，目的是延长整车的使用寿命，由于其使用频次低，所以总体成本较小。

由上述可知，二级维护是混动公交车维护的主要内容，因此本文针对二级维护作业进行研究，一级和三级的维护内容如使用韦伯分布模型，则误差较大，本文不进行研究。

1.2 故障数据统计与拟合

借助戴普思公司研发的巴士通智能管理系统(该系统主要用于客车运行和维护维修数据的采集、管理和预警)筛选出20辆混动公交车驱动系统第一次出现故障的行驶里程和故障类型，其中属于二级维护的内容见表1。

表1 驱动系统故障统计数据

对表1中的故障里程由低到高按=1,2…20的序号进行标记，同时求出每个序号对应的累计故障率=(-03)(20+04)。为实现故障数据的拟合，取故障里程数为变量,并求出以=ln为自变量，以=lnln[1(1-)]为因变量的关系值。3个参数的部分值见表2。

表2 驱动系统数据处理结果

根据表2的数据处理结果，利用excel软件的数据线性拟合功能获取故障统计数据的拟合图，如图1所示，并自动求出拟合系数=0987 8。

图1 线性回归拟合图

由图1可知，数据点与拟合曲线的集中趋势较统一，同时拟合系数接近1，表明预测值和实际值误差较小。根据车辆工程故障理论，车辆的故障通常符合两参数的线性韦伯分布。故混动公交车的故障也可用同样的分布模型。根据韦伯分布线性回归解法，其函数可表示为

式中=-ln(·10),为常数，为系统的形状参数，表征故障函数的形状，为系统的尺度参数，表征故障函数的跨度。

则图1所示的线性回归函数为：=3963-5081，即其韦伯分布模型的形状参数=3963，尺度参数=exp(-)·10=36994。

2 目标模型建立及应用

2.1 可靠性目标二级维护里程模型

根据两参数线性韦伯分布的相关理论，混动公交车驱动系统的可靠度函数和故障率函数可分别表示为

=exp()

(1)

=()()

(2)

由式(1)和式(2)可得出车辆驱动系统的二级维护里程：

(3)

式中为车辆驱动系统的可靠性目标值，决定了车辆在行驶过程中驱动系统不出现故障的概率。当取不同值时，相应的二级维护里程数值见表3。

表3 不同可靠性目标值下的二级维护里程

2.2 安全性目标二级维护里程模型

同样车辆驱动系统安全性目标值下的故障分布函数()和故障密度函数()可分别表示为

()=1-exp-()

(4)

()=()()(-1)·exp-()

(5)

因此可求得安全性目标值下的车辆行驶里程：

=exp[lnln (1)+ln]

(6)

通常要求车辆驱动系统的安全性目标值设定为90%以上。依据式(6)可求出车辆驱动系统不同安全性目标值下的二级维护行驶里程，见表4。

表4 安全性目标值下的二级维护里程

2.3 经济性目标下的车辆二级维护里程

根据戴普思巴士通智能管理系统的统计数据，在混动公交车的整个生命维护周期中，二级维护保养的费用约占总保养费用的60%以上。二级维护保养费通常由两部分组成，一是在二级维护保养清单基础上增加的其他项目的平均检测诊断费用，二是执行二级维护保养作业的平均费用。因此在车辆整个生命周期内的二级维护保养成本为

=[()+]

(7)

式中：()为车辆在整个生命周期(该处车辆的生命周期以里程记)内产生二级维护保养的次数。要实现二级维护保养的经济成本较低，即要求出的最小值。对上式求导，并令导数值为0，可得：

′()·-()=

(8)

令=，则表示在二级维护保养基础上需要额外进行其他检查的费用比例，可称为经济性目标值，通常的取值在2.5～3.5之间。

根据极限定理和车辆故障服从韦伯分布的特点，可得到()函数与故障率函数()：

()=()

(9)

()=()()(-1)

(10)

根据式(9)和式(10)可得出混动公交车驱动系统经济性目标下的车辆二级维护里程：

=·[·(-1)]

(11)

当取2.5～3.5范围内的不同值时，相应的二级维护保养里程见表5。

表5 不用经济性目标值下的二级维护保养里程

综上分析，在确定出车辆的不同目标值后，实际的维护里程可按照可靠性目标占比40%，安全性目标占比40%和经济性目标占比20%的权重确定车辆驱动系统最终的维护里程，即= 40%+40%+20%。

2.4 应用

在确定实际保养里程时，如路况和车况均较好，则可适当减小可靠性目标值和安全性目标值的比例，适当增大经济性目标值的比例；反之应选择较大的可靠性和安全性目标值，减小经济性目标值。

以故障统计数据中重庆市两江新区618路公交车为例进行混动公交车驱动系统二级维护里程的确定。该路公交车的运行路况以平缓的城市道路为主，途径人流量较多的中心城区的里程约占总行驶里程的2/3，因此需要频繁停车。此外该批车辆车龄平均为8年，故障率均较低，确定该路公交车综合目标下的驱动系统二级维护里程的重点在于考虑不同的目标值。结合戴普思巴士通智能管理系统中该路公交车维护和维修相关记录，综合分析确定出该路公交车可靠性目标值为90%，安全性目标值为92%，经济性目标值为2.9，并按前述方法求得相应的维护里程，见表6。