基于日产天籁轿车 ABS 的故障树分析 宋瑞刚

1. 故障树分析法 1.1 概念 故障树分析 (Fault Tree Analysis ， FTA) 是以 故障树作为模型对系统进行可靠性分析的一种 方法，是系统安全分析方法中应用最广泛的一 种自上而下逐层展开的图形演绎的分析方法。 在系统设计过程中通过对可能造成系统失效的 各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素） 进行分析，画出逻辑框图（失效树），从而确 定系统失效原因的各种可能组合方式或其发生 概率，以计算的系统失效概率，采取相应的纠 正措施，以提高系统可靠性的一种设计分析方 法。

1.2 故障树分析的作用： 故障树分析的作用主要有： （ 1 ）在系统分解的更低级别中分配致命故障模式 的概率； （ 2 ）从安全的角度出发，对可供选择的设计结构 进行比较； （ 3 ）确定致命性故障通路和设计弱点，以便进行 改进； （ 4 ）对可供选择的改进措施进行评价； （ 5 ）制定使用、试验及维修程序，以判断并处理 不可避免的致命性故障模式。

1.3 故障树分析的步骤： 故障树分析分为定性分析和定量分析两种，其一般 步骤如下。 （ 1 ）选择顶事件：选择系统中不希望发生的，影 响系统可靠性、安全性的故障事件作为顶事件，一 个系统中顶事件可以不止一个。 （ 2 ）建造故障树：对可能引发顶事件的硬件、软 件、环境、人为因素等进行分析，画出故障树。 （ 3 ）故障树分析：定性分析和定量分析，确定顶 事件发生的概率和引发顶事件的各种可能因素组合 及其发生的概率。

定性分析 1. 下行法 根据故障树的实际结构，从顶事件开始， 逐层向下寻找割集。具体做法就是把从顶事件 开始逐层向下寻查的过程横向列表，遇到 “ 与 门 ” 就将其输入事件取代输出事件排在表格的 同一行下一列内，遇到 “ 或门 ” 就将其输入事件 在下一列纵向依次展开，直到故障树的最底层。 这样列出的表格最后一列的每一行都是故障树 的割集，再通过割集之间的比较，进行合并消 元，最终得到故障树的全部最小割集。

定量分析 1. 通过最小割集求顶事件的发生概率 若 是故障树中的一个最小割集， 则该最小割集的结构函数为： 若故障树有 k 个最小割集，最小割集的 结构函数分别为 则故障树顶事 件的结构函数为：

1.4 常用事件及其符号

常用逻辑门及其符号

2. ABS （防抱死制动系统） 防抱死制动系统（ Anti-lock Braking System ， ABS ），它是利用阀体内的一个橡胶气囊，在 踩下刹车时，给予刹车油压力，充斥到 ABS 的 阀体中，此时气囊利用中间的空气隔层将压力 返回，使车轮避过锁死点。 ABS 通过安装在车轮上的传感器发出车轮 将被抱死的信号，控制器指令调节器降低该车 轮制动缸的油压，减小制动力矩，经一定时间 后，再恢复原有的油压，不断的这样循环（每 秒可达 5~10 次），始终使车轮处于转动状态而 又有最大的制动力矩。

ABS 系统工作原理

工作原理： 在制动时， ABS 根据每个车轮速度传感器传来的速度信号， 可迅速判断出车轮的抱死状态，关闭开始抱死车轮上面的常开 输入电磁阀，让制动力不变，如果车轮继续抱死，则打开常闭 输出电磁阀，这个车轮上的制动压力由于出现直通制动液贮油 箱的管路而迅速下移，防止了因制动力过大而将车轮完全抱死。 在让制动状态始终处于最佳点（滑移率 S 为 20% ），制动效果达 到最好，行车最安全。 在制动总泵前面腔内的制动液是动态压力制动液，它推动 反应套筒向右移动，反应套筒又推动助力活塞从而使制动踏板 推杆向右移。因此，在 ABS 工作地时候，驾驶员可以感觉到脚 上踏板地颤动，听到一些噪音。 汽车减速后，一旦 ABS 电脑检测到车轮抱死状态消失，它 就会让主控制阀关闭，从而使系统转入普通的制动状态下进行 工作。如果蓄压器的压力下降到安全极限以下，红色制动故障 指示灯和琥珀色 ABS 故障指示灯亮。在这种情况下，驾驶员要 用较大的力进行深踩踏板式的制动方式才能对前后轮进行有效 的制动。

3. 日产天籁轿车 ABS 故障树分析 日产天籁轿车 ABS 系统零部件及位置如图 :

1. 右前轮传感器转子 2. 右前轮传感器 3,9. 左 前轮传感器 4. 左前轮传感器转子 5. 制动助力 器和主泵 6.ABS 执行器和电气单元 ( 控制单元 ) 7. 右后轮传感器转子 8. 右后轮传感器 10. 左 后轮传感器 11. 组合仪表 ( 制动警告灯、 ABS 警告灯、 VDC 0FF 指标灯、 SLIP 指示灯 ) 12.VDC OFF 开关 13. 偏转率 / 侧 /decal G 传感器 14. 转向角度传感器 15. 节气门控制信号 16. 节 气门电子控制执行器 17. 发动机 18.ECM 19. 变 速驱动桥总成 20.TCM

工作原理： 工作原理：依靠装在各车轮上高灵敏度的车轮 转速传感器以及车身上的车速传感器，通过控 制单元控制。紧急制动时，一旦发现某个车轮 抱死，控制单元立即指令压力调节器使该轮的 制动分泵泄 ( 减 ) 压，使车轮恢复转动。 ABS 的工 作过程实际上是抱死 - 松开 - 抱死 - 松开的循环工 作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动 状态，有效地克服紧急制动时的跑偏、侧滑、 甩尾，防止车身失控等情况的发生，同时，还 能确保紧急情况下司机不失去对方向的控制。

日产天籁轿车 ABS 系统液压电路工作原理图：

建立日产天籁轿车 ABS 故障树 对于日产天籁轿车 ABS 系统，由于各元 件在系统中相对独立，因此可以把各个元 件看作故障子系统，确定为中间事件，逐 级向下建立故障树。 T 表示顶事件， E 表示中问事件， X 表 示底事件。

T( 液压系统故障 )

顶事件 T ：液压系统故障（压力、流量、速度 等反常）； 中间事件 ：泵 ( 油泵、制动分泵 ) 故障； ：回 油单向阀故障； ：输人、输出电磁阀故障； ：管 路故障； ：输入、出阀故障； ：泵漏油； ：输 入、输出电磁阀不工作； ：输入、输出阀控制失灵。 底事件 ：泵阻塞或卡死； ：油泵与电机不 同轴； ：泵困油； ：油塞密封损坏； ：缸体与 活塞损坏； ：电磁铁线圈烧坏； ：输入、输出 电磁阀的泄漏； ：节流孔平衡孔阻塞； ：管路泄 漏； ：管路阻塞 ( 油滤阻塞 ) ； ：压力上升很 慢； ：压力调不下来； ：压力过低； ：限压 不稳； ：泵磨损； ：泵气蚀； ：液压油污 染； ：复位弹簧寿命已到或变形； ：阀芯卡 死； ：阀口密封不良； ：阻尼孔阻塞； ：主阀 芯卡死。

ABS 故障树的定性分析 故障树定性分析的目的是通过寻找故障树的全部 最小割集，找到导致事件发生的原因 及其组合，识别 导致顶事件发生的所有故障模式。求系统故障树最小 割集的方法主要有下行法和上行法。 使系统处于不可靠状态系统的 X 的集合，称为割 集，即系统中这些单元失效时，系统必然失效；如果 割集中任意一个单元恢复工作则系统不再失效，则这 样的割集称为最小割集。 对于故障树来说，割集是指故障树中一些底事件 的集合，当这些底事件同时发生时，顶事件必然发生； 最小割集是底事件数目不能再减少的割集，即在最小 割集中任意去掉一个底事件之后，剩下的底事件集合 就不是割集。

1. 下行法 根据故障树的实际结构，从顶事件开始， 逐层向下寻找割集。 具体做法就是把从顶事件开始逐层向下寻 查的过程横向列表，遇到 “ 与门 ” 就将其输入事 件取代输出事件排在表格的同一行下一列内， 遇到 “ 或门 ” 就将其输入事件在下一列纵向依次 展开，直到故障树的最底层。 这样列出的表格最后一列的每一行都是故 障树的割集，再通过割集之间的比较，进行合 并消元，最终得到故障树的全部最小割集。

T( 液压系统故障 )

步骤 过程

最终得到故障树的全部最小割集为： { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } ， { } 。

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