一種車輛變速箱耗損型失效的可靠性評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛變速箱研究技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種對車輛變速箱的耗損型失 效進行可靠性評估的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車輛變速箱是車輛的重要部件，一般由傳動軸、齒輪、軸承、離合器、潤滑和冷卻系 統(tǒng)等產(chǎn)品組成，主要功能是傳遞動力和實現(xiàn)變速。
[0003] 齒輪、軸承和離合器磨損等部件的耗損型失效是車輛變速箱最主要的故障模式。 目前車輛變速箱研制中一般采用試驗時間信息評估耗損型失效的可靠性，具體實施方案 為：
[0004] (1)對多臺型號和狀態(tài)相同的車輛變速箱進行相同載荷剖面下的定時截尾臺架試 驗；
[0005] (2)如果試驗過程中發(fā)生非耗損型失效，貝U排除故障后繼續(xù)試驗，故障修復時間不 包括在試驗時間之內(nèi)，如果試驗過程中發(fā)生耗損型失效，則記錄已進行的試驗時間，中止此 樣本試驗；
[0006] (3)對各樣本的試驗時間進行威布爾參數(shù)估計，得到試驗時間的威布爾分布；
[0007] (4)將額定工作時間代入第（3)步得到的威布爾分布函數(shù)表達式，進行車輛變速 箱耗損型失效的可靠性評估。
[0008] 上述方案存在以下缺陷：
[0009] (1)耗損型失效多發(fā)生在車輛變速箱使用較長時間之后，受經(jīng)濟成本和時間成本 等因素的影響，車輛變速箱的試驗樣本量一般較少，截尾時間較短，利用試驗時間進行耗損 型失效可靠性評估的可信度較低；
[0010] (2)在車輛變速箱試驗過程中，除試驗時間外，耗損型失效還與潤滑油液中的金屬 顆粒濃度密切相關(guān)，隨著齒輪、軸承和離合器的磨損，大量金屬磨粒進入潤滑油液，磨損越 嚴重，潤滑油液中金屬顆粒的濃度越高。在進行車輛變速箱可靠性評估時，僅利用試驗過程 中的故障時間信息，而不考慮潤滑油液中包含的大量與耗損型失效相關(guān)的可靠性信息，將 導致顯著的信息浪費。
[0011] 因此，如何設計一種能夠綜合利用車輛變速箱試驗的試驗時間和潤滑油磨粒濃度 進行可靠性評估的方法，以提高車輛變速箱耗損型失效可靠性評估的可信度，成為了亟待 解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] (一）要解決的技術(shù)問題
[0013] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種能夠綜合利用車 輛變速箱試驗的試驗時間和潤滑油磨粒濃度進行耗損型失效可靠性評估的方法，以提高車 輛變速箱耗損型失效可靠性評估的可信度和信息利用率。
[0014] (二）技術(shù)方案
[0015] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種車輛變速箱耗損型失效的可靠性綜合 評估方法，包括以下步驟：
[0016] S1、對多臺型號和狀態(tài)相同的車輛變速箱進行相同載荷剖面下的定時截尾臺架試 驗，如果試驗過程中發(fā)生非耗損型失效，Μ排除故障后繼續(xù)試驗，故障修復時間不包括在試 驗時間之內(nèi)，如果試驗過程中發(fā)生耗損型失效，則記錄已進行的試驗時間，中止此樣本試 驗；
[0017] S2、在各樣本試驗進行過程中，每隔一段時間，在車輛變速箱中取一次潤滑油樣， 測定金屬磨粒濃度；
[0018] S3、對各樣本試驗時間進行威布爾參數(shù)估計，得到試驗時間的威布爾分布；
[0019] S4、利用S3中得到的試驗時間的威布爾分布函數(shù)，計算額定工作時間下車輛變速 箱的可靠度及可靠度置信下限；
[0020] S5、將S4中得到的可靠度及可靠度置信下限轉(zhuǎn)換為等效成敗型數(shù)據(jù)，并構(gòu)建車輛 變速箱可靠度的Beta分布；
[0021] S6、對潤滑油磨粒濃度信息進行分析，對于同一試驗樣本的檢測數(shù)據(jù)，如果某一時 刻磨粒濃度檢測值較上次檢測值顯著降低，則表明兩次檢測之間進行了補換油的操作，利 用"車輛變速箱油液金屬顆粒濃度增長率基本穩(wěn)定"的原則對檢測數(shù)據(jù)進行修正；
[0022] S7、對各樣本修正后的潤滑油磨粒濃度檢測時序數(shù)據(jù)進行線性擬合，得到各樣本 磨粒濃度隨試驗時間的變化函數(shù)；
[0023] S8、將潤滑油磨粒濃度的失效閾值代入S7中的各樣本潤滑油磨粒濃度-時間函 數(shù)，得到各試驗樣本的偽失效壽命；
[0024] S9、對S8中得到的各試驗樣本的偽失效壽命進行威布爾參數(shù)估計，得到偽失效壽 命的威布爾分布；
[0025] S10、利用S9中得到的偽失效壽命的威布爾分布函數(shù)，計算額定工作時間下車輛 變速箱的可靠度及可靠度置信下限；
[0026] S11、將S10中得到的可靠度及可靠度置信下限轉(zhuǎn)換為等效成敗型數(shù)據(jù)；
[0027] S12、將S5中得到的Beta分布作為可靠度驗前分布，將S11中得到的等效成敗型 數(shù)據(jù)作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進行貝葉斯數(shù)據(jù)融合，得到可靠度的驗后Beta分布；
[0028] S13、利用S12中得到的可靠度驗后Beta分布評估額定工作時間下車輛變速箱耗 損型失效的可靠性。
[0029] 優(yōu)選地，步驟S1中，車輛變速箱試驗的樣本量大于4臺，試驗總時間大于或等于額 定工作時間；
[0030] 優(yōu)選地，步驟S2中，潤滑油取樣時間的間隔均勻，整個試驗過程中取樣次數(shù)大于 10次，取樣總時間大于試驗總時間的1/3 ;
[0031] 優(yōu)選地，步驟S3和S9中，利用極大似然函數(shù)法進行威布爾分布的參數(shù)估計；
[0032] 優(yōu)選地，步驟S4和S10中，可靠度置信下限為置信度0. 9的單側(cè)置信下限；
[0033] 優(yōu)選地，步驟S4和S10中，利用自助法計算可靠度置信下限，自助抽樣次數(shù)為10 的整數(shù)倍，且大于或等于1〇〇〇次；
[0034] 優(yōu)選地，步驟S5和S11中，利用矩法和置信下限的定義將可靠度及可靠度置信下 限轉(zhuǎn)換為等效成敗型數(shù)據(jù)。
[0035] (三）有益效果
[0036] 本發(fā)明綜合利用了車輛變速箱試驗中試驗時間和潤滑油磨粒濃度所包含的信息 進行耗損型失效的可靠性評估。對于試驗時間數(shù)據(jù)，利用試驗時間的威布爾分布進行可靠 性評估，并將評估結(jié)果轉(zhuǎn)換為等效成敗型數(shù)據(jù)；對于潤滑油磨粒濃度數(shù)據(jù)，利用濃度達到 失效閾值的偽失效壽命的威布爾分布進行可靠性評估，并將評估結(jié)果轉(zhuǎn)換為等效成敗型數(shù) 據(jù)。進一步，將兩種數(shù)據(jù)得到的等效成敗型數(shù)據(jù)進行Beta分布下的貝葉斯數(shù)據(jù)融合，得到 車輛變速箱耗損型失效的可靠性綜合評估結(jié)果。由于考慮了車輛變速箱試驗過程中潤滑油 磨粒濃度包含的耗損型失效信息，并將其與試驗時間包含的耗損型失效信息有效融合，因 此對車輛變速箱耗損型失效的可靠性評估結(jié)果可信度較高，且信息利用率高。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0038] 圖2是利用本發(fā)明實施例的方法得到的包含一次補換油操作的油液金屬顆粒濃 度時序曲線修正方法示意圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種車輛變速箱耗損型失效的可靠性評估方法，包括 以下步驟：
[0041] S1、對4臺以上型號和狀態(tài)相同的車輛變速箱進行相同載荷剖面下的定時截尾臺 架試驗，試驗總時間大于或等于額定工作時間，如果試驗過程中發(fā)生非耗損型失效，則排除 故障后繼續(xù)試驗，故障修復時間不包括在試驗時間之內(nèi)，如果試驗過程中發(fā)生耗損型失效， 則記錄已進行的試驗時間，中止此樣本試驗；
[0042] S2、在各樣本試驗進行過程中，每隔一段時間，在車輛變速箱中取一次潤滑油樣， 測定金屬磨粒濃度，潤滑油取樣時間的間隔均勻，整個試驗過程中取樣次數(shù)大于10次，取 樣總時間大于試驗總時間的1/3 ;
[0043] S3、對各樣本試驗時間進行威布爾參數(shù)估計，得到試驗時間的威布爾分布；本實施 例中，利用極大似然函數(shù)法進行威布爾分布的參數(shù)估計：
[0044] S4、利用S3中得到的試驗時間的威布爾分布函數(shù)匕(t)，計算額定工作時間T下車 輛變速箱的可靠度&及置信度為〇. 9的可靠度單側(cè)置信下限Ru ;本實施例中，利用關(guān)系式 RiCT) = 1-FiCT)計算可靠度& ;利用自助法計算可靠度單側(cè)置信下限1^，自助抽樣次數(shù)叫 為10的倍數(shù)，且大于或等于1000次，將自助樣本計算得到的h個可靠度計算結(jié)果從小到 大排列，取第〇. 1*叫個可靠度計算結(jié)果作為置信度為0. 9的可靠度單側(cè)置信下限Ru ;
[0045] S5、將S4中得到的可靠度札及可靠度置信下限Ru轉(zhuǎn)換為等效成敗型數(shù)據(jù)（Sl， A)，并構(gòu)建車輛變速箱可靠度的Beta分布Beta(Sl，fi);本實施例中，利用矩法和置信下限 的定義由札及Ru求得（Sp A)，如式⑴所示，其中B表示Beta函數(shù)；
[0046]
[0047] S6、對潤滑油磨粒濃度信息進行分析，對于同一試驗樣本的檢測數(shù)據(jù)，如果某一時 刻磨粒濃度檢測值較上次檢測值顯著降低，則表明兩次檢測之間進行了補換油的操作，利 用"車輛變速箱油液金屬顆粒濃度增長率基本穩(wěn)定"的原則對檢測數(shù)據(jù)進行修正；圖2為包 含一次補換油操作的潤滑油液金屬顆粒濃度時序曲線示意圖，AB段和EF段為實際測得的 潤滑油金屬顆粒濃度時序曲線，在h至t2時間段進行了補油，因此t2時刻的金屬濃度E顯 著低于h時刻的金屬顆粒濃度B，那么不考慮補換油操作的檢測曲線應由AB段和BC段組 成；
[0048] S7、對各樣本修正后的潤滑油磨粒濃度檢測時序數(shù)據(jù)進行線性擬合，得到各樣本 磨粒濃度隨試驗時間的變化函數(shù)X = at+b，其中X表示潤滑油金屬顆粒濃度，t為試驗時 間，a和b為待定參數(shù)；
[0049] S8、將潤滑油磨粒濃度的失效閾值代入S7中的各樣本潤滑油磨粒濃度-時間函 數(shù)，得到各試驗樣本的偽失效壽命；
[0050] S9、對S8中得到的各試驗樣本的偽失效壽命進行威布爾參數(shù)估計，得到偽失效壽 命的威布爾分布；本實施例中，利用極大似然函數(shù)法進行威布爾分布的參數(shù)估計；
[0051] S10、利用S9中得到的偽失效壽命的威布爾分布函數(shù)F2(t)，計算額定工作時間T 下車輛變速箱的可靠度R2及信息度為0. 9的可靠度單側(cè)置信下限;