故障检测与诊断

基于故障树分析法的轮胎异常磨损诊断系统

1.1轮胎异常磨损的故障机理

1.1.1轮胎异常磨损故障模式

本文所涉及到的故障模式主要依据江淮汽车(FCO3)轮胎异常磨损的调研情况,并经分析总结及专家考证得出。江淮HFC6703KY汽车轮胎异常磨损可分为以下9种模式:

①单点块状磨损

胎冠上发生早期磨损的部位呈单个点状或小块状分布。

②对称多点块状磨损

胎冠上发生早期磨损的部位呈多点块状,并且相对于轮胎的中心线呈对称分布状。

③两侧胎肩磨损

两侧胎肩的早期磨损量明显比胎冠上的大。

④胎冠第二道花纹磨损

胎冠第二道花纹处的磨损比其它部位明显,一般为子午线胎特有的一种异常磨损形式。

⑤胎冠均匀磨损

胎冠磨损较均匀,但汽车行驶里程明显远离规定里程。

⑥胎冠胎肩波浪或碟边状偏磨损

胎冠胎肩的磨损呈波浪状或碟边形。

⑦胎冠胎肩均匀偏磨损

胎冠和胎肩的一边比另一边磨损量大,磨损呈均匀状分布。

⑧胎冠胎肩秃斑偏磨损

单侧胎冠胎肩部位呈秃斑状磨损,即有的部位磨损量较大,有的部位只有轻微的磨痕,并且呈零乱分布。

⑨胎肩开裂

胎肩上有明显的裂口或撕裂处。

1.1.2轮胎异常磨损的影响因素

轮胎异常磨损的影响因素很多,主要涉及到汽车设计阶段的参数选用、制造工艺保障、使用维修措施等方面,具体分析如下：

（1）前轮定位参数前轮定位参数在讨论轮胎异常磨损中致关重要。在车辆前束过大时,路面作用于轮胎的切向力位于轮胎外侧,如图4一1(a)所示,因此胎面外侧比内侧磨损量大。而当车轮外倾角过大时,地面的垂直作用力相对集中于轮胎内侧,轮胎内侧比外侧的磨损量大。如图4一1（b）所示。

(2)气压

充气压力对轮胎寿命的影响主要体现在以下几个方面:

①轮胎的气压越低,其侧偏刚度越小,在一定横向力作用下其滑移角越大,因此磨损越大。

②较低的气压可使轮胎与路面间的实际接触面积增大,降低胎面上的平均接触压力,可减少磨损。但低气压在增加接触面积的同时,也增加了轮胎与路面间接触区域的长度,从而加大了轮胎的希思科滑移,使轮胎磨损加剧。

③如果轮胎气压过高,则轮胎的胎冠部将明显突出,使胎冠部的磨损加剧。相反,如果轮胎的气压过低,则由于胎侧刚度的影响,胎肩部的压强将增大,而胎冠部的压强将减小,从而使胎肩部的磨损加剧,而胎冠部的磨损减轻。

④低气压的轮胎在滚动时将使轮胎橡胶产生较大的弹性变形,从而使轮胎的弹性滞后损失增加,发热加剧,导致轮胎早期的疲劳破坏。

(3)速度

速度主要是通过下面两个方面来影响轮胎的磨损。

①轮胎的温度。速度越高,轮胎在单位时间内的摩擦发热量越大,轮胎的温度就越高,将加速轮胎的机械一化学腐蚀磨损。

②切向力。汽车行驶的加速度过大会使车轮的运动状态突然改变,地面对轮胎的切向作用力也会随之发生急剧变化,致使轮胎磨损加剧。这种情况下,轮胎的磨损形式通常为胎面的块状磨损。

2.1检测与判断故障的方法

轮胎发生异常磨损后,首先应查清磨损所属的故障模式也即磨损的症状和轮胎的类型,然后进行分析判断和人机对话,推断出其可能的原因。为了进一

步查明发生故障的确切部位和原因,还应当采取正确的方法和手段进行检查判断。通常要求在未明确故障的原因时,尽量使用就车检查方法。概括起来可分为直观判断法和简便检查试验法两种。

(l)直观判断法,主要包括:

①询问。就是调查,除驾驶员自己诊断所驾驶的车辆外,任何人在诊断时, 必须弄明白诸如:车辆的行驶里程、行驶的道路状况、轮胎的换位保养情况等。

②观察。观察轮胎的磨损部位和磨损的程度等。

③触摸。就是用手触试可能产生故障的部位的温度情况等。比如在诊断是否有制动拖滞发生时,就可以通过触摸感觉行驶一段距离后汽车制动鼓的温度变化来判断。

(2)简便检查实验法:

①比较法。用技术状态正常的零、部件去替换汽车上的零、部件或将汽车上相同的零、部件相互对换,通过比较换件前后的故障变化情况,来判断所换零部件的技术状态。如用另一种品牌的轮胎替换当前使用的轮胎,观察在相同的行驶里程里轮胎的磨损情况,以判断是否是轮胎质量问题。

②就车检测法。在不对整车和总成进行解体的情况下,用简便的检测手段检测零、部件或总成的技术参数。比如用前轮侧滑测试仪检查前轮前束和外倾角的匹配能否引起侧向力,以验证前束与外倾角的匹配程度。

3.1轮胎异常磨损的故障树分析

3.1.1轮胎异常磨损故障树的建立

(l)故障树边界条件说明

故障树中以最不希望发生的故障—轮胎异常磨损为顶事件;各种异常磨损的具体模式(胎冠均匀磨损等)为中间事件;底事件是导致轮胎异常磨损的各具体模式发生的直接和不必再分的原因。

(2)树的逻辑关系说明

树中的逻辑与门是指当输入事件同时发生时,其输出事件才发生;树中的

逻辑或门是指当输入事件中至少有一个发生时,则输出事件发生。

(3)轮胎异常磨损故障树

针对江淮汽车厂的轮胎发生异常磨损的调研分析结果,再依据专家经验, 建立的故障树如图所示:

其中,底事件分别为:A.尖物划伤;B.轮胎成型质量差;C.前束过小;

D.外倾角偏小;

E.车轴刚性不足;

F.轮胎气压不足;

G.严重超载;

H.换位

不及时;工.外倾角过大;J.车轮动不平衡;K.轮毅轴承松旷;L.前束与外

倾角不匹配;M.悬架刚度过大;N.轮胎花纹选择不当;0.轮胎耐磨性差;

P.轮胎气压过高;Q.紧急制动;R.制动拖滞;5.悬架刚度和阻尼不匹配;

T.宽轮胎;U.窄轮辋

4.1.故障树定性分析

对故障树作定性分析的主要目的是为了弄清系统出现某种故障的可能性有多少，即分析有哪些因素会引起体系的某种故障。首先分析系统的最小割集，它描述了处于故障状态的系统中必需要修理的故障，指出系统最薄弱环节。

最小割集的求取方法有Fussd-vesely(行列式法)、Booloan(布尔代数法)等。以下是用布尔代数化简的过程：

T=A1+A2+A3 （1）

A1=A4+A5+A6=A+B+C+D+E+N+F+G （2）

A2=A7+A8+A9=H+I+J+H+J+K+L+M （3）

A3=A10+A11+A12=N+O+P+A13+A14+U+T （4）

=N+O+P+Q+R+S+R+U+T

所以：

T=A+B+C+D+E+N+F+G+H+I+J+H+J+K+L+M+N+O+P+Q+R+S+R+U+T

=A+B+C+D+E+F+G+H+I+J+K+L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U （5）由公式（5）可以得出最小割集21个，即

K1={A}， K2={B}， K3={C}， K4={D}， K5={E}，

K6={F}， K7={G}，、、、，K20={T}， K21={U}

每一个最小割集都代表顶端事件故障发生的一种可能，有几个最小割集，顶端事件发生就有几种可能，经分析，轮胎异常磨损故障发生的可能性有21种。5.1.故障树定量分析

所谓故障树的定量分析，就是以故障树为基础，分析系统故障的发生概率以及各底事件的重要程度，以便于采取相应措施。

5.1.1概率计算的基本公式

设事件X1，X2，…,Xn发生概率分别为P1，P2，…,Pn ，则可分为以下几个部分。

(1)当X1，X2，…,Xn为相互独立的事件时，

和的概率为：（6）

积的概率为：（7）

(2)当X1，X2，…,Xn为相斥的事件时，

和的概率为：（8）

积的概率为：（9）

(3)当X1，X2，…,Xn为相容的事件时，

和的概率为：

（10）积的概率为：

（11）

5.1.2 顶端事件发生概率

假设各底端事件发生概率皆为0.001，则顶端事件发生概率为：

P(T)=

=0.001*21=0.021

5.1.3 事件重要度分析

(1)结构重要度。

由于该故障树中绝大部分是和事件，结构重要度从最小割集中很容易看出

来。阶数越小的最小割集越重要；同一个最小割集中出现的基本事件重要度相

同；在相同阶数最小割集中，出现次数多的重要度高。

因此：从最小割集中可得出H，J，R的重要度最高，A，B，C，D，E，F，G，

I，K，L，M，N，O，P，Q，S，T，U次之。