张宝海， 陈成， 孙占瑞， 张勇

（1.徐州工程机械集团有限公司，江苏 徐州221004;2.江苏徐工工程机械研究院有限公司，江苏 徐州221004;3.徐工集团高端工程机械智能制造国家重点实验室，江苏徐州221004）

0 引 言

悬架是现代汽车上的重要总成之一，位于车架与车轮之间，用于传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩，缓和路面冲击载荷，衰减承载系统的振动，保证汽车行驶的平顺性[1]。消防车作为应急救援装备，其自身携带多种救援器械，且需要应对各种复杂路面，对其悬架系统可靠性提出了较高要求。GO法（成功流法）是在20世纪60年代中期由美国Kaman科学公司提出，到20世纪80年代EPRI公司开发了通用的GO法程序，使得GO法功能得到进一步完善，适用于复杂系统的可靠性研究[2]。

1 GO法的基本原理

GO法是以成功为最终目标的系统可靠性分析方法[4]，适用于复杂系统[5]。从输入事件开始，首先确认系统原理图或流程图，将其按规则翻译为GO图，然后进行GO运算并对计算结果进行评价。GO图中操作符表示真实的零部件，或者表示零部件间的逻辑关系，信号流把操作符连接起来，表示具体的物流，或者表示逻辑上的进程[6]。建立GO图后可以进行运算，GO运算包括定量运算和定性分析，经过计算得到系统的成功概率，并对结果的可靠性进行评价，找出影响系统可靠性的关键因子，确认系统风险点及改善措施。GO法基本原理图如图1所示。

图1 GO法基本原理图

2 多模式悬架系统GO图

2.1 多模式悬架系统逻辑图

悬架是车架和车轮之间的一切传力连接装置的总成。按照结构方式分为非独立悬架和独立悬架。非独立悬架结构简单、制造容易，但刚度大、平顺性较差；独立悬架簧下质量小、占用空间小，但结构复杂、成本较高、维修困难。

本文多模式悬架系统采用独立悬架，以伸缩油缸作为弹性元件，油缸行程为0～400 mm，包括正常行驶模式、作业模式、越障模式等3种模式。正常行驶模式时，悬架油缸伸出100 mm，车辆可以获得充分的弹性伸缩空间，提高整车的越野性能；作业模式时，悬架油缸处于全缩状态，此时整车高度最低，重心位置降低，提高了作业稳定性；越障模式时，悬架油缸伸出400 mm，整车离地间隙达到最大，可以轻松越过障碍，提高了整车的通过性能。多模式悬架系统逻辑图如图2所示。

图2 多模式悬架系统逻辑图

悬架系统液压原理如图3所示，各序号与图2一一对应。各模式悬架系统工作原理如下：1）正常行驶模式。电磁阀Y111、Y121、Y131、Y141得电导通，前桥刚性锁止阀组7、8，前桥蓄能器9、11，前桥悬架油缸11、12组成闭合回路，后桥刚性锁止阀组14、13，后桥蓄能器17、15，后桥悬架油缸18、16组成闭合回路，蓄能器内预充一定油液，当车辆遇到冲击时，悬架油缸内的油液流向蓄能器，冲击消失后，自动恢复原状。

图3 悬架系统液压原理图

2）作业模式。电磁阀Y111、Y112、Y121、Y122、Y131、Y132、Y141、Y142得电导通，悬架油缸10、12、16、18大腔分别经电磁阀Y112、Y122、Y142、Y132与油箱1连通，大腔油液流回油箱1，蓄能器9、11、15、17内的油液分别补充至悬架油缸10、12、16、18的小腔，同时蓄能器9、11、15、17内 油 液 分 别 经 电 磁 阀（Y111、Y112）、（Y121、Y122）、（Y141、Y142）、（Y131、Y132）流回油箱1，此时悬架油缸被压缩，整车高度降低，直至悬架油缸全部收缩为止。

3）越障模式。电磁阀Y111、Y113、Y121、Y123、Y131、Y133、Y141、Y143得电导通，油液经齿轮泵3带动从油箱1分别经电磁阀Y113、Y123、Y133、Y143流向悬架油缸10、12、18、16的大腔，悬架油缸10、12、18、16小腔内的油液分别流向蓄能器11、9、15、17，当蓄能器内油液充满后，悬架油缸小腔内的油液分别经电磁阀Y121、Y111、Y141、Y131流向悬架油缸12、10、16、18的大腔，悬架油缸伸出直至达到最大行程400 mm为止，此时整车离地间隙达到最大700 mm，可以轻松越过障碍。

齿轮泵3的动力由变速箱19提供，模式切换按键19可以切换3种悬架模式，ECU 21内置控制程序，当选择悬架后调用对应程序，控制相应的电磁阀开闭。悬架油缸上装有悬架高度传感器22，车辆上装有车身水平传感器23、车速传感器24，可以实时将悬架高度与车辆信息反馈至ECU，使整车控制形成闭环，提高悬架使用安全性。

2.2 建立GO图

按照规则将原理图翻译成GO图，作业模式和越障模式的GO图如图4所示，正常行驶模式的GO图如图5所示。图中圆圈内第一个数字表示操作符的类型，第二个数字表示操作符的序号，箭头上的数字表示信号流的序号[7]，操作符序号与图2中逻辑图内的编号一一对应。

图4 作业模式与越障模式GO图

图5 正常行驶模式GO图

其中油箱、变速箱、模式切换按键是系统的输入信号，包括成功和故障等2个状态，用类型5表示；蓄能器在作业模式和越障模式时属于两状态单元，用类型1表示，在正常行驶模式时属于系统输入信号，用类型5表示；ECU属于多信号发生器，一个输入多个输出，用类型4表示；齿轮泵、刚性锁止阀组、悬架控制阀组分别有两个输入的信号流，其中油箱及油箱、悬架控制阀组输出的油液是主输入信号流，变速箱、ECU输出的力和电子信号是次输入信号流，用类型6表示；正常行驶模式时刚性锁止阀组的主输入信号流是蓄能器中的油液，此时蓄能器为输入信号，用类型5表示；其余用类型1表示。信号流10、12、16、18代表作业模式与越障模式下的悬架油缸的输出，这4个信号流的输出是“与”的关系，用类型10表示；正常行驶模式下的油缸输出分别是信号流35、38、41、44，它们是“与”的关系，也用类型10表示；信号流27、45分别代表作业模式与越障模式、正常行驶模式下的输出[8]。

3 悬架系统GO法可靠性分析

3.1 定量GO运算

本车悬架系统的零部件只有成功和故障两种状态。Asi表示第i个信号流的成功概率，Pci表示第i个操作符的成功概率。各个信号流计算成功概率的公式如下：

整理后可得：

上述各操作符的概率情况如表1所示。将表1中的数据及整理后的公式代入式（1）、式（2）可得：

As27=0.767；As45=0.908。

需要对共有信号5和6进行修正。修正的方法是：把最终版计算公式展开至最小操作符，将共有信号的多次项改为一次项。修改后的概率计算公式为

再将表1中各操作符的数据代入到修正后的式（3）中，计算可知作业模式与越障模式下悬架系统的固有可靠度为As27′=0.835。

表1 零部件成功概率[8]

3.2 定性GO分析

本悬架系统是串联结构，系统中任一零部件出错都会造成系统故障，即21个零部件均是系统的最小割集。

通过表1中的数据求解获得作业模式与越障模式的故障概率为0.105，正常行驶模式时故障概率为0.066，即悬架系统的成功概率分别为0.895和0.934。

3.3 系统可靠度评价

文中利用定量计算和定性分析获得了悬架系统可靠性结果，如表2所示。

表2 系统成功概率

由表2可知，正常行驶模式由于涉及功能部件较少，整体成功概率均高于作业模式与越障模式。定量分析时，不对共有信号进行修正，所得系统成功概率较低，不符合实际情况，所以对共有信号的修正是定量分析的必要步骤；采用定性分析比较简单，可用于粗略估计系统成功概率，但由于未考虑系统元件之间的相互影响因素，所得的成功概率均大于定量计算的结果。

4 结 语

本文通过GO法对消防救援车多模式悬架系统的可靠度进行研究，通过原理图分别建立作业模式与越障模式、正常行驶模式的GO图，经过定量GO运算和定性GO分析获得系统的成功概率分别为0.835、0.908。由于正常行驶模式所涉及功能元件较少，故成功概率较高，在今后整车试验时应重点关注作业模式与故障模式。本文通过实例进行计算分析，验证了GO法在悬架系统可靠性研究中的可行性和便捷性，为消防车悬架系统优化设计与试验提供了理论基础。