一种基于风险优先系数的行星变速机构可靠性预计方法与流程

1.本发明属于车辆机构可靠性分析技术领域，具体涉及一种基于风险优先系数的行星变速机构可靠性预计方法。


背景技术：

2.目前，车辆中的自动变速器大多采用行星变速机构。作为车辆重要组成部分的行星变速机构由轴类、行星排、离合器和制动器等多个功能件组成。行星变速机构是车辆实现直驶性能、加速性能和转向性能的重要部件，体现车辆综合性能。近些年我国在行星变速机构的开发和应用方面都取得了较大进展，但行星变速机构的设计优化仍然值得关注。在行星变速机构投入生产使用之前，需要通过一种方法预先估计所设计的行星变速机构在给定工作条件下是否能够达到规定的可靠性。通常行星变速机构工况恶劣，易发生齿轮和轴承的点蚀、脱落和裂纹等局部损伤，若继续运行，会进一步导致太阳轮、行星轮、主轴等关键部件出现断裂等严重故障甚至造成事故。因此，对行星变速机构进行可靠性预计研究，发现影响系统可靠性的主要因素，找出其中的薄弱环节，优化设计，具有重要的理论意义和工程应用价值，但目前尚无相关的可靠性预计方法。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.本发明提出一种基于风险优先系数的行星变速机构可靠性预计方法，以解决如何对行星变速机构进行可靠性预计的技术问题。
5.(二)技术方案
6.为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于风险优先系数的行星变速机构可靠性预计方法，该可靠性预计方法包括如下步骤：
7.s1.对行星变速机构故障模式的fmeca进行分析；
8.s2.对元件故障模式发生概率等级、元件对行星变速机构的严酷度以及元件故障模式检测难度等级三个因素进行定性评分，得到元件风险优先系数；
9.s3.基于模糊矩阵原理，确定元件失效模式对应的权重系数；
10.s4.元件权重系数与元件基本可靠度结合，计算行星变速机构的可靠度。
11.进一步地，步骤s1包括对行星变速机构故障模式及影响分析和危害性分析。
12.进一步地，步骤s2中，通过评估失效影响的严重程度，确定严酷度；通过分析元件失效发生的原因，评估其发生概率等级；通过根据现有控制手段及检测方法，评估失效发生时的检测难度。
13.进一步地，步骤s2中，元件风险优先系数是故障模式发生概率等级、严酷度和检测难度的乘积；根据以下公式计算元件的风险优先系数：
14.rpna＝∑oa*sa*da15.式中，rpna为元件a的风险优先系数；oa为元件a的故障模式发生概率等级，根据实
施过程中元件失效发生的可能性确定；sa为元件a对行星变速机构的严酷度；da为元件a的失效模式的根原因在已确定的检测和控制措施下被检测出来的可能性量值。
16.进一步地，步骤s2中，基于行星变速机构各组成元件的风险优先系数，得到各组成元件的风险优先系数矩阵：
17.rpn＝{rpn1,rpn2,
…
,rpna}
18.式中，a＝1,2,...,a，a为总元件数；
19.对风险优先系数矩阵rpn中的rpna与rpnb进行二元对比，b＝1,2,...,a；若元件a的风险优先系数大于元件b的风险优先系数，则排序标度为e
ab
＝1，e
ba
＝0；若元件b的风险优先系数大于元件a的风险优先系数，则e
ab
＝0，e
ba
＝1；若两者的风险系数相等，则排序标度为e
ab
＝0，e
ba
＝0；基于此建立关于指标权重的二元对比矩阵e：
[0020][0021]
风险优先系数用于通过获得的指标权重描述元件对行星变速机构的重要程度，并对行星变速机构各组成元件进行风险评估。
[0022]
进一步地，步骤s3中，根据二元对比矩阵e计算rpna的重要性排序指数fa：
[0023]
fa＝∑be
ab
,(a,b＝1,2,
…
a)
[0024]
根据fa的数值得到元件可靠性相对于行星变速机构的重要度排序，采用与建立二元对比矩阵e
ab
相同的方法，间接计算出模糊判断矩阵w，得到两两元件之间的相对重要模糊隶属度：
[0025][0026]
其中：
[0027][0028]
通过指标排序指数变换，得到描述指标相对重要度的模糊间接标度，并构造模糊判断矩阵w
ab
，获取每行模糊隶属度；根据模糊判断矩阵w获取每行模糊隶属度之和wa：
[0029]
wa＝∑bw
ab
,a≠b
[0030]
wa为元件a相对于行星变速机构的重要性，即元件a的权重系数。
[0031]
进一步地，步骤s4中，结合行星变速机构的任务可靠性框图，将可靠性模型划分为串联单元和并联单元；
[0032]
基于可靠性框图的串联单元可靠性模型计算公式为：
[0033][0034]
式中，rj为单元j的可靠度，ri为元件i的可靠度，wi为元件i的权重系数，c为串联单
元元件个数；
[0035]
基于可靠性框图的并联单元可靠性模型计算公式为：
[0036][0037]
式中，rj为单元j的可靠度，ri为元件i的可靠度，wi为元件i的权重系数，b为并联单元元件个数。
[0038]
进一步地，步骤s4中，行星变速机构拆分的各个单元为串联结构，基于以下公式计算得到行星变速机构的可靠度r：
[0039][0040]
式中，a为行星变速机构拆分的串联单元个数。
[0041]
(三)有益效果
[0042]
本发明提出一种基于风险优先系数的行星变速机构可靠性预计方法，包括对行星变速机构故障模式的fmeca进行分析；对元件故障模式发生概率等级、元件对行星变速机构的严酷度以及元件故障模式检测难度等级三个因素进行定性评分，得到元件风险优先系数；基于模糊矩阵原理，确定元件失效模式对应的权重系数；元件权重系数与元件基本可靠度结合，计算行星变速机构的可靠度。本发明利用风险优先系数计算元件对于行星变速机构的权重系数，并将其用于行星变速机构的可靠性预计中，能够有效提高可靠性预计的准确度，提高系统可靠性。本发明综合考虑故障概率和故障影响程度两方面识别行星变速机构的薄弱环节，能够为后续的设计优化提供指导。
附图说明
[0043]
图1为本发明实施例的可靠性预计方法流程图。
具体实施方式
[0044]
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0045]
本实施例提出一种基于风险优先系数的行星变速机构可靠性预计方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
[0046]
s1.对行星变速机构故障模式的fmeca进行分析
[0047]
包括对行星变速机构故障模式及影响分析和危害性分析。全面识别设计中的薄弱环节，为评价和改进系统设计可靠性提供基本信息。
[0048]
s2.对元件故障模式发生概率等级、元件对行星变速机构的严酷度以及元件故障模式检测难度等级三个因素进行定性评分，得到元件风险优先系数
[0049]
通过评估失效影响的严重程度，确定严酷度；通过分析元件失效发生的原因，评估其发生概率等级；通过根据现有控制手段及检测方法，评估失效发生时的检测难度。
[0050]
元件风险优先系数是故障模式发生概率等级、严酷度和检测难度的乘积。故障发生的可能性高、严酷度高且难以进行检测的故障模式，相应的风险优先系数值越大，危害性越大。
[0051]
根据以下公式计算元件的风险优先系数：
[0052]
rpna＝∑oa*sa*da[0053]
式中，rpna为元件a的风险优先系数；oa为元件a的故障模式发生概率等级，根据实施过程中元件失效发生的可能性确定；sa为元件a对行星变速机构的严酷度；da为元件a的失效模式的根原因在已确定的检测和控制措施下被检测出来的可能性量值。
[0054]
其中，oa、sa和da分别根据表1～3的评分准则，基于主客观因素完成的评估。
[0055]
表1故障模式发生概率等级评分准则
[0056][0057][0058]
表2故障模式严酷度等级评分准则
[0059][0060]
表3故障模式检测难度评分准则
[0061][0062]
基于行星变速机构各组成元件的风险优先系数，得到各组成元件的风险优先系数矩阵：
[0063]
rpn＝{rpn1,rpn2,
…
,rpna}
[0064]
式中，a＝1,2,...,a，a为总元件数。
[0065]
对风险优先系数矩阵rpn中的rpna与rpnb进行二元对比，b＝1,2,...,a。若元件a的风险优先系数大于元件b的风险优先系数，则排序标度为e
ab
＝1，e
ba
＝0；若元件b的风险优先系数大于元件a的风险优先系数，则e
ab
＝0，e
ba
＝1；若两者的风险系数相等，则排序标度为e
ab
＝0，e
ba
＝0。基于此建立关于指标权重的二元对比矩阵e：
[0066][0067]
风险优先系数可以使获得的指标权重能够相对准确的描述元件对行星变速机构的重要程度，并对行星变速机构各组成元件进行更全面的风险评估。
[0068]
s3.基于模糊矩阵原理，确定元件失效模式对应的权重系数根据上述二元对比矩阵e计算rpna的重要性排序指数fa：
[0069]
fa＝∑be
ab
,(a,b＝1,2,
…
a)
[0070]
根据fa的数值得到元件可靠性相对于行星变速机构的重要度排序，采用与建立二元对比矩阵e
ab
相同的方法，间接计算出模糊判断矩阵w，得到两两元件之间的相对重要模糊隶属度：
[0071][0072]
其中：
[0073][0074]
通过指标排序指数变换，得到描述指标相对重要度的模糊间接标度，并构造模糊判断矩阵w
ab
，获取每行模糊隶属度。根据模糊判断矩阵w获取每行模糊隶属度之和wa：
[0075]
wa＝∑bw
ab
,a≠b
[0076]
wa为元件a相对于行星变速机构的重要性，即元件a的权重系数。
[0077]
s4.元件权重系数与元件基本可靠度结合，计算行星变速机构的可靠度
[0078]
结合行星变速机构的任务可靠性框图，将可靠性模型划分为串联单元和并联单元。
[0079]
基于可靠性框图的串联单元可靠性模型计算公式为：
[0080][0081]
式中，rj为单元j的可靠度，ri为元件i的可靠度，wi为元件i的权重系数，c为串联单元元件个数。
[0082]
基于可靠性框图的并联单元可靠性模型计算公式为：
[0083][0084]
式中，rj为单元j的可靠度，ri为元件i的可靠度，wi为元件i的权重系数，b为并联单元元件个数。
[0085]
本实施例中，因为行星变速机构拆分的各个单元为串联结构，基于以下公式计算得到行星变速机构的可靠度r：
[0086][0087]
式中，a为行星变速机构拆分的串联单元个数。
[0088]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于风险优先系数的行星变速机构可靠性预计方法，其特征在于，所述可靠性预计方法包括如下步骤：s1.对行星变速机构故障模式的fmeca进行分析；s2.对元件故障模式发生概率等级、元件对行星变速机构的严酷度以及元件故障模式检测难度等级三个因素进行定性评分，得到元件风险优先系数；s3.基于模糊矩阵原理，确定元件失效模式对应的权重系数；s4.元件权重系数与元件基本可靠度结合，计算行星变速机构的可靠度。2.如权利要求1所述的可靠性预计方法，其特征在于，步骤s1包括对行星变速机构故障模式及影响分析和危害性分析。3.如权利要求1所述的可靠性预计方法，其特征在于，步骤s2中，通过评估失效影响的严重程度，确定严酷度；通过分析元件失效发生的原因，评估其发生概率等级；通过根据现有控制手段及检测方法，评估失效发生时的检测难度。4.如权利要求3所述的可靠性预计方法，其特征在于，步骤s2中，元件风险优先系数是故障模式发生概率等级、严酷度和检测难度的乘积；根据以下公式计算元件的风险优先系数：rpn
a
＝∑o
a
*s
a
*d
a
式中，rpn
a
为元件a的风险优先系数；o
a
为元件a的故障模式发生概率等级，根据实施过程中元件失效发生的可能性确定；s
a
为元件a对行星变速机构的严酷度；d
a
为元件a的失效模式的根原因在已确定的检测和控制措施下被检测出来的可能性量值。5.如权利要求4所述的可靠性预计方法，其特征在于，步骤s2中，基于行星变速机构各组成元件的风险优先系数，得到各组成元件的风险优先系数矩阵：rpn＝{rpn1,rpn2,
…
,rpn
a
}式中，a＝1,2,...,a，a为总元件数；对风险优先系数矩阵rpn中的rpn
a
与rpn
b
进行二元对比，b＝1,2,...,a；若元件a的风险优先系数大于元件b的风险优先系数，则排序标度为e
ab
＝1，e
ba
＝0；若元件b的风险优先系数大于元件a的风险优先系数，则e
ab
＝0，e
ba
＝1；若两者的风险系数相等，则排序标度为e
ab
＝0，e
ba
＝0；基于此建立关于指标权重的二元对比矩阵e：风险优先系数用于通过获得的指标权重描述元件对行星变速机构的重要程度，并对行星变速机构各组成元件进行风险评估。6.如权利要求5所述的可靠性预计方法，其特征在于，步骤s3中，根据二元对比矩阵e计算rpn
a
的重要性排序指数f
a
：f
a
＝∑
b
e
ab
,(a,b＝1,2,
…
a)根据f
a
的数值得到元件可靠性相对于行星变速机构的重要度排序，采用与建立二元对比矩阵e
ab
相同的方法，间接计算出模糊判断矩阵w，得到两两元件之间的相对重要模糊隶属
度：其中：通过指标排序指数变换，得到描述指标相对重要度的模糊间接标度，并构造模糊判断矩阵w
ab
，获取每行模糊隶属度；根据模糊判断矩阵w获取每行模糊隶属度之和w
a
：w
a
＝∑
b
w
ab
,a≠bw
a
为元件a相对于行星变速机构的重要性，即元件a的权重系数。7.如权利要求1所述的可靠性预计方法，其特征在于，步骤s4中，结合行星变速机构的任务可靠性框图，将可靠性模型划分为串联单元和并联单元；基于可靠性框图的串联单元可靠性模型计算公式为：式中，r
j
为单元j的可靠度，r
i
为元件i的可靠度，w
i
为元件i的权重系数，c为串联单元元件个数；基于可靠性框图的并联单元可靠性模型计算公式为：式中，r
j
为单元j的可靠度，r
i
为元件i的可靠度，w
i
为元件i的权重系数，b为并联单元元件个数。8.如权利要求7所述的可靠性预计方法，其特征在于，步骤s4中，行星变速机构拆分的各个单元为串联结构，基于以下公式计算得到行星变速机构的可靠度r：式中，a为行星变速机构拆分的串联单元个数。

技术总结
本发明提出一种基于风险优先系数的行星变速机构可靠性预计方法，包括对行星变速机构故障模式的FMECA进行分析；对元件故障模式发生概率等级、元件对行星变速机构的严酷度以及元件故障模式检测难度等级三个因素进行定性评分，得到元件风险优先系数；基于模糊矩阵原理，确定元件失效模式对应的权重系数；元件权重系数与元件基本可靠度结合，计算行星变速机构的可靠度。本发明利用风险优先系数计算元件对于行星变速机构的权重系数，并将其用于行星变速机构的可靠性预计中，能够有效提高可靠性预计的准确度，提高系统可靠性。本发明综合考虑故障概率和故障影响程度两方面识别行星变速机构的薄弱环节，能够为后续的设计优化提供指导。指导。指导。


技术研发人员：邹天刚 桂鹏 周广明 张金豹 黄宏游 毛飞鸿 戈红霞 王敏 桂林 孙雪岩 侯威 安媛媛
受保护的技术使用者：中国北方车辆研究所
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/8/9