汽車變速器維修決策設計與實現

徐海銘

隨著我國汽車工業的不斷發展，汽車維修也日益重要，其中，變速器的維修是傳統維修較為復雜的工作之一，甚至成為車輛后續維護保養的關鍵。變速器是車輛使用的重要機械部件，出現問題的概率較高，不少車評媒體甚至將其作為評估一個車型質量的重要指標，認為其是車輛可靠性、安全性的重要組成部分。本文從實際工作出發，通過相關理論模型分析，設計一種汽車變速器維修決策，為相關研究提供參考。

1 變速器的工作特點

變速器主要實現變速變矩，通過轉變傳動比擴大驅動輪轉矩和轉速的變化范圍，并同時實現車輛行駛過程的倒行以及必要時的動力中斷輸出（空擋）。為方便討論，本文以CAS50-20A變速器為例進行分析。CAS5-20A是應用于輕型貨車的機械變速器，其具有五個進檔和一個倒擋。在日常維護中，該變速器主要的常見故障有：自行脫檔、換擋時間長、進換檔行程不足、變速器異響、軸承實效等。

2 故障模式及分析

故障模式及分析主要具體包含以下步驟：一是定義分析變量，確定任務需求，二是根據目標進行基本條件分析和假設，三是根據工程試驗進行故障識別，四是結合特性進行故障影響分析以及發生概率的統計，五是進行影響等級分類以及危害程度計算，六是進行危害程度排序以及確認關鍵項目。此處的故障模式及分析是一個迭代過程，故障模式被納入產品設計前進行分析和改進可以降低故障的影響。

CAS5-20A變速器的危害分析主要數據有故障模式頻數比、故障率以及影響工作的時間。故障率和故障模式頻數比可以通過變速器傳動部件的失效比進行算法估算。算法實現可以在實驗中得出數據，篇幅關系，此處不贅述實驗數據，僅談一下實驗結論：通過對CAS5-20A變速器中的每個零部件進行危害分析，齒輪的危害度最大為1，其余部件的危害度分別為：接合套為0.1、軸承為0.3、變速器軸為0.5、花鍵為0.6，這幾個部件一旦出現故障，變速器將會嚴重故障，零部件在變速工作過程中經常出現故障，導致危害分析中出現的危害度較高，因此，在產品設計時，建議對這些部件采用較好的材料和工藝，并在后期維護中建議定期更換即將損壞的零件。

當然，在分析過程中，故障樹分析是一種重要方法，其主張將系統故障形成原因自上而下進行逐級細化分析，并引入邏輯門進行表達，給本文的設計提供一個不錯的參考。首先，為明確CAS5-20A變速器故障的原因和模式之間的對應關系，在上述故障分析基礎上將變速器整機失效作為故障樹分析的頂事件建立CAS5-20A變速器故障樹，并進行定量分析。定量分析的關鍵在于根據變速器整機失效的各個原因發生概率，根據相關邏輯門計算中間事件的概率，從而計算出頂事件發生概率，對變速器的安全性和可靠性進行評估，從而確定底事件的重要程度，提出變速器需要改進的地方。

在分析和決策模式設計中，采用C#進行程序設計，根據上述設計對頂事件的布爾表達式進行不交化處理，計算得出頂事件發生的概率為0.0010234；底事件概率重要度則通過故障樹的定量分析，計算各個底事件的各個概率重要度。從軟件設計方面可以看出，實際上底事件的結構重要度等于底事件的概率重要度。

而根據頂事件的發生概率和底事件的概率重要度代入相關公式進行計算可以得出底事件的相對概率重要度，從而得出相關割集重要度。對于變速器故障樹的定量分析，主要目的在于降低頂事件的發生概率，而直接影響該概率的是相關割集的重要度，具體部分分析結果如表1所示。實驗表明，變速器的割集重要度主要體現在日常磨損以及潤滑失效方面，因此，對于CAS5-20A而言，潤滑油的質量控制以及齒輪方面的設計工藝是保障其安全及穩定的重要工作。

表1 CAS5-20A故障樹分析部分結果

3 軟件設計與實現

軟件主要通過VISUAL STUDIO 2010平臺實現，并采用MySAL2010數據庫。主要分為兩部分，一是前端的算法設計和界面實現，二是后臺數據庫的數據設計及存儲。算法設計主要實現了上述故障樹分析的迭代設計以及邏輯表達方面的程序語言轉換，并提供良好的用戶接口界面。為提高軟件系統的魯棒性，系統采用了數據庫模板設計，通過設計好相關變速器的模板，提供主流的變速器的相關參數及性能指標，實現對主流變速器的維護維修決策設計。在數據庫的設計方面，存儲表設計以及字段設計是設計的重要工作。為后續的拓展性，表設計提供了20個可擴展字段供前端用戶選擇。而作業設計主要在于定期計算和數據定期備份，以提高系統在人工智能方面的應用。

4 結語

本文提出一種基于故障樹分析的變速器維修決策設計，該設計以變速器CAS5-20A為例，首先分析了相關故障理論以及變速器的工作原理，并探討了故障樹分析在變速器分析中的實現，最終通過C#軟件設計，設計了一款能夠智能分析和提出決策的變速器維修軟件。

[1]李苗群.基于可靠性的設備預防性維護策略研究[D].西安：西安電子科技大學，2011：23-25.

[2]汪洋.以可靠性為中心的船舶維修輔助決策系統研究[D].武漢：武漢理工大學 2009：6-8.

[3]（英）J·莫布雷.以可靠性為中心的維修[M].北京：機械工業出版社，1995：65-69.