一种纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法与流程

1.本发明涉及电气系统可靠性分析的技术领域，尤其涉及一种纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法。


背景技术：

2.近年来故障树分析法是在系统设计过程中，对所有可能造成系统故障的原因进行分析，画出“树”状图，采用定性和定量分析法找寻造成系统故障的原因，并得出系统失效概率和底事件的重要度，目前基于故障树方法的故障诊断理论研究正日趋成熟，同时各种可靠性分析软件正不断完善。
3.模糊故障树分析是通过模糊概率代替精确概率值的方式，以解决故障树分析中的概率不确定性问题；通过采用模糊数来描述系统中底事件发生故障的概率，然后通过模糊算子计算顶事件发生的概率，最后获得系统的可靠度以及底事件的模糊概率重要度。
4.若系统中某个部件处于退化状态，则可能会引起系统状态的退化，导致整个系统呈现出多个状态，即多态系统；多态系统理论对复杂系统可靠性分析问题提供了新的路径。
5.然而对于顶事件和底事件发生概率不确定的问题采用传统故障树定量分析方法很难去求解；在传统的故障树中只包含了正常与失效两种状态，但系统在实际工作的过程中，某些零部件并不是直接从正常状态到失效状态而是经历一段时间的退化过程，用两状态系统去评价可靠性是不全面的；对于状态退化模式子故障树底事件概率往往是未知的，不能很好描述状态退化模式顶事件发生概率。


技术实现要素：

6.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
7.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
8.因此，本发明提供了一种纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法，能够避免因概率未知性而造成无法评价状态退化模式下各底事件的情况，更好地预防和预测纯电动商用车高压电气系统各种可能发生的故障和隐患，更好地评价高压电气系统可靠性，节省了故障诊断时间。
9.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，将纯电动商用车高压电气系统分为高压动力电池系统、高压线束系统以及高压驱动电机系统三个子系统，分别对每一子系统建立模糊故障树；将所述模糊故障树分为功能失效模式子故障树和状态退化模式子故障树；根据车企技术中心提供各底事件发生的模糊概率并利用模糊数学理论和三角模糊算子求解功能失效模式子故障树的失效概率和底事件的重要度；通过语言变量评价多状态底事件处于各个状态时的情况，获得模糊概率，并对模糊概率进行处理，获得多态底事件处于失效时的概率p(an)；根据或门结构特点以及概率论求解状态退化模式子故障树的失
效概率，结合所述功能失效模式子故障树的失效概率和状态退化模式子故障树的失效概率获得子系统可靠度。
10.作为本发明所述的纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法的一种优选方案，其中：所述功能失效模式子故障树的失效概率包括，
[0011][0012]
其中，λ1为所述功能失效模式子故障树的失效概率；mi为功能失效模式下底事件发生的概率；ai、bi为概率mi的左右分布，ai＝bi＝20％mi；σ为置信水平，取值0或1；i为第i个功能失效模式底事件，i＝1,2,
…
n。
[0013]
作为本发明所述的纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法的一种优选方案，其中：所述底事件的重要度包括，
[0014][0015]
其中，ii(t)为t时刻底事件的重要度，q为不可靠度，g表示与不可靠度q有关的函数。
[0016]
作为本发明所述的纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法的一种优选方案，其中：对所述模糊概率进行处理包括，先后对模糊概率进行均值化、解模糊和归一化处理。
[0017]
作为本发明所述的纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法的一种优选方案，其中：还包括，通过专家意见获得所述语言变量。
[0018]
作为本发明所述的纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法的一种优选方案，其中：所述状态退化模式子故障树的失效概率包括，
[0019]
λ2＝p(a1+a2+...+an)
[0020]
其中，λ2为所述状态退化模式子故障树的失效概率；an为第n个多态底事件发生于失效状态的事件。
[0021]
作为本发明所述的纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法的一种优选方案，其中：还包括，根据所述功能失效模式子故障树的失效概率求解子系统处于功能失效模式的可靠度r1：
[0022][0023]
根据所述状态退化模式子故障树的失效概率求解子系统处于状态退化模式的可靠度r2：
[0024][0025]
作为本发明所述的纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法的一种优选方案，其中：所述子系统可靠度包括，
[0026]
r＝r1×
r2[0027]
其中，r为所述子系统可靠度。
[0028]
本发明的有益效果：本发明对提出的多状态系统底事件处于各状态的概率引入专家意见，避免因概率未知性而造成无法评价状态退化模式下各底事件的情况；同时不需要
知道状态退化模式下多状态系统底事件失效概率，节省了故障诊断时间，为纯电动商用车高压电气系统可靠性设计提供理论指导。。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0030]
图1为本发明第一个实施例所述的纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法的流程示意图。
具体实施方式
[0031]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0032]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0033]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0034]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0035]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0036]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0037]
实施例1
[0038]
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种纯电动商用车高压电气系统可靠性分析方法，包括：
[0039]
s1：将纯电动商用车高压电气系统分为高压动力电池系统、高压线束系统以及高压驱动电机系统三个子系统，分别对每一子系统建立模糊故障树。
[0040]
本实施例中多态故障树的建立以纯电动商用车高压线束系统为例，首先以高压线束系统故障为顶事件，依次分为功能失效模式和状态恶化模式，对于功能失效模式失效原因又可包括机械破坏、主绝缘失效、外护层失效、导体连接故障、应力锥故障、过热故障以及保护器故障，再根据这些故障失效的原因逐渐向下进行分析直到到达故障树的底端，也就是导致功能失效模式发生的底事件；另外，状态退化模式是由多态故障门组成，分析造成状态退化的原因可以找到由老化和水树造成，造成老化的底事件的事件有机械老化、电老化以及热老化，此三个事件为多状态事件包含正常、退化、失效三种状态，同样造成水树发生的原因有环境老化、制造或安装受潮、连接头进水以及金属保护套密封不良；此四个事件亦是多状态事件；自此整个故障树建立工作已经完成；在建立纯电动商用车其他高压电气系统故障树时方法类似。
[0041]
s2：将模糊故障树分为功能失效模式子故障树和状态退化模式子故障树。
[0042]
s3：根据车企技术中心提供各底事件发生的模糊概率并利用模糊数学理论和三角模糊算子求解功能失效模式子故障树的失效概率和底事件的重要度。
[0043]
(1)功能失效模式子故障树的失效概率：
[0044][0045]
其中，λ1为功能失效模式子故障树的失效概率；mi为功能失效模式下底事件发生的概率；ai、bi为概率mi的左右分布，ai＝bi＝20％mi；σ为置信水平，取值0或1；i为第i个功能失效模式底事件，i＝1,2,
…
n。
[0046]
(2)底事件的重要度：
[0047][0048]
其中，ii(t)为t时刻底事件的重要度，q为不可靠度，g表示与不可靠度q有关的函数。
[0049]
较佳的是，可以通过重要度的高低去调整失效模式各底事件故障诊断的顺序，在去进行故障诊断时首先去排查重要度高的底事件，这样可以大大节省诊断时间为后序的检修工作提供时间。
[0050]
s4：通过语言变量评价多状态底事件处于各个状态时的情况，获得模糊概率，并对模糊概率进行处理，获得多态底事件处于失效时的概率p(an)。
[0051]
由于多态系统底事件处于各个状态(正常、退化、失效)的概率一般来说都是很难知道的，因此本实施例利用模糊概率的思想引入专家意见，通过专家给出的语言变量去评价多状态底事件处于各个状态时的情况，并将语言变量经过一系列的处理，即先后对模糊概率进行均值化、解模糊和归一化处理，获得多态底事件处于失效时的概率p(an)；其中，an为第n个多态底事件发生于失效状态的事件。
[0052]
具体的，(1)模糊概率均值化：
[0053]
根据专家语言变量得到模糊概率，不同专家意见对应的模糊概率分别为“高”对应(0.7，0.9，1.0)、“偏高”对应(0.5，0.7，0.9)、“中等”对应(0.3，0.5，0.7)、"偏低"对应(0.1，0.3，0.5)、“低”对应(0，0.1，0.3)；然后对模糊概率均值化，底事件ai处于k状态模糊概率
均值化(i＝1，2，3
…
n)：
[0054][0055]
其中，q为专家个数。
[0056]
(2)解模糊
[0057]
采用均面积法解模糊：
[0058][0059]
(3)归一化处理：
[0060][0061]
较佳的是，本实施例对提出的多状态系统底事件处于各状态的概率引入专家意见，从而避免因概率未知性而造成无法评价状态退化模式下各底事件的情况。
[0062]
s5：根据或门结构特点以及概率论求解状态退化模式子故障树的失效概率，结合功能失效模式子故障树的失效概率和状态退化模式子故障树的失效概率获得子系统可靠度。
[0063]
(1)根据或门结构特点以及概率论基本加法公式求解状态退化模式子故障树的失效概率：
[0064]
λ2＝p(a1+a2+...+an)
[0065]
其中，λ2为状态退化模式子故障树的失效概率；an为第n个多态底事件发生于失效状态的事件。
[0066]
(2)根据功能失效模式子故障树的失效概率求解子系统处于功能失效模式的可靠度r1：
[0067][0068]
(3)根据状态退化模式子故障树的失效概率求解子系统处于状态退化模式的可靠度r2：
[0069][0070]
(4)根据子系统处于功能失效模式的可靠度r1和子系统处于状态退化模式的可靠度r2求解子系统可靠度
[0071]
r＝r1×
r2[0072]
其中，r为子系统可靠度。
[0073]
实施例2
[0074]
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择传统故障树定量分析方法和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具
有的真实效果。
[0075]
传统故障树定量分析方法难以求解顶事件和底事件发生概率不确定的问题，故障诊断时间较长。
[0076]
为验证本方法相对传统故障树定量分析方法能更快地对系统进行故障分析，本实施例中将采用传统故障树定量分析方法和本方法分别对纯电动商用车高压线束系统进行实时故障分析，统计两种方法所消耗的时间，采用本方法进行故障分析时所花费的时间相较于传统故障树定量分析方法节省了1/3。
[0077]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。