车辆可靠性评估软件关键技术的研究

论文摘要

随着经济的快速发展,我国汽车保有量和汽车产量急剧增加,这种急剧扩张给汽车产品的品质带来巨大的挑战,因而车辆可靠性评估软件平台逐渐为国内外研究者所关注。车辆可靠性评估软件采用了两项先进技术——基于截断BDD （Binary Decision Diagram）的静态故障树分析和基于仿真的动态故障树分析,不仅可以对系统进行可靠性定量评估,计算各种故障模式的发生概率,而且对于车辆故障诊断,可靠性设计等方面的效率提高也有着重要的作用。针对车辆可靠性评估的项目需求,本文设计的车辆可靠性评估软件平台采用三层架构,集成了后端失效数据库,可靠性分析中间件和前端图形化建模工具。具体的研究工作包括以下几个方面：1.本文根据软件的功能需求,设计了软件的整体框架。软件平台可分为用户交互层、算法层以及数据库层等三个层次。用户交互层主要负责故障树的建模和分析结果的反馈；算法层是软件的核心模块,将所实现分析算法以库的形式供用户自主选择；数据库层负责存储故障树和失效数据。在此基础之上,文中采用模块化的思想,细化对软件各个子单元设计。2.以汽车为例研究基于车辆结构的故障模式分析方法。文中简要介绍了汽车结构和核心子系统。由于篇幅所限,文中以汽车电控系统和制动系统故障为例,并进行故障模式分析,并给出了相应的故障树模型,并作为后续算法性能评估的测试样本。3.重点研究了基于截断BDD的静态故障树近似分析。针对大规模静态故障树,采用截断BDD进行近似分析是当前研究热点,文中指出了已有截断BDD算法在BDD操作和子BDD之间存在多对一的性能问题；基于回写机制设计了改进截断BDD算法,实验数据表明改进算法能够有效提升BDD分析性能；基于改进截断BDD算法,结合0截断和1截断,利用迭代逼近的策略,设计了车辆可靠性静态故障树模型的可靠度区间近似分析方法。4.初步研究基于仿真的动态故障树分析技术。文中探讨了四种基本动态门—PAND门（功能依赖门）、SEQ门（时序增强门）、SRARE门（备份门）、FDEP门（优先级与门）一的概念模型,并针对现代车辆维护具有的备件-快修机制,提出了冗余可修门（n,m,k）RRG；分析了各动态门的动态可靠性行为,并建立了相应的仿真流程；利用所提出的仿真技术基于动态故障树模型分析了汽车制动系统的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 基于故障树的车辆可靠性建模方法
• 1.2.2 故障树分析技术
• 1.3 研究内容及研究意义
• 1.3.1 论文的主要内容
• 1.3.2 论文的研究意义
• 1.4 论文结构安排
• 2 车辆可靠性评估软件设计
• 2.1 系统总体框架与组成
• 2.1.1 用户交互层概述
• 2.1.2 算法层概述
• 2.1.3 数据库层概述
• 2.2 用户交互层总体设计
• 2.2.1 用户交互层功能分析
• 2.2.2 Windows版用户交互层设计
• 2.2.3 Web版用户交互层设计
• 2.3 算法层总体设计
• 2.3.1 算法层功能分析
• 2.3.2 算法层框架设计
• 2.4 数据库层总体设计
• 2.4.1 系统E-R图
• 2.4.2 数据库表设计
• 2.5 本章小结
• 3 车辆故障模式分析
• 3.1 汽车核心子系统的简要介绍
• 3.1.1 发动机
• 3.1.2 底盘
• 3.1.3 电控系统
• 3.1.4 电池系统
• 3.2 电控系统故障模式分析
• 3.3 汽车制动系统故障模式分析
• 3.4 故障树建模
• 3.5 本章小结
• 4 基于截断BDD的静态故障树分析
• 4.1 EBDD算法
• 4.2 已有截断BDD算法
• 4.2.1 算法描述
• 4.2.2 性能分析
• 4.3 改进截断BDD算法
• 4.3.1 算法描述
• 4.3.2 性能分析
• 4.4 可靠度区间近似分析方法
• 4.4.1 算法描述
• 4.4.2 算法关键点探讨
• 4.4.3 性能分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于仿真的动态故障树分析
• 5.1 动态门
• 5.1.1 基本的动态门
• 5.1.2 冗余可修门
• 5.2 动态门的仿真
• 5.2.1 动态门的仿真
• 5.2.2 验证
• 5.3 动态故障树分析
• 6 总结和展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 进一步工作
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢