某无人机刹车防滑系统故障树分析

某无人机刹车防滑系统故障树分析

王涛

重庆渝东高速公路有限公司 重庆市 400000

摘要：目前，随着无人机技术的发展，无人机在各行各业广泛应用，其防滑刹车系统是无人机的重要组成部分，对无人机的起飞、安全着陆起着重要的作用。本文应用故障树分析法建立了某无人机刹车系统的故障树，对故障树进行了定性分析，求出最小割集，识别了引起无人机防滑刹车系统完全失效的主要影响因素，对无人机防滑刹车系统减少维修成本和排除故障有很大帮助。

关键词：无人机、故障树、刹车防滑

随之智能时代的来临，无人机的应用越来越广泛，无人机刹车防滑系统的可靠性成为保证任务成功执行的关键因素之一。无人机刹车过程中可能会面临各种突发的故障，进而影响到无人机的安全性和可靠性。本文以无人机防滑刹车系统为研究对象，针对其执行任务时的情况，利用故障树分析软件对其发生故障的顶层事件进行了分析，从而使设计人员尽早的制定出合理的防滑刹车系统设计方案和维修方案，保证其故障率低于所要求的水平。

1  故障树分析的目的

故障树分析以一个不希望的系统故障事件（或灾难性的系统危险）即顶事件作为分析的目标，通过由上而下的严格按层次的故障因果逻辑分析，逐层找出故障事件的必要而充分的直接原因，最终找出导致顶事件发生的所有原因及原因组合。在具有基础数据时计算出顶事件发生的概率和底事件重要度等定量指标。

2  故障树分析法

故障树指用以表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。故障树是一种逻辑因果关系图，构图的元素是事件和逻辑门。图中的事件用来描述系统和元、部件故障的状态，逻辑门把事件联系起来，表示事件之间的逻辑关系。

故障树分析是通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定产品故障原因的各种可能组合方式和其发生概率。

3  故障树分析步骤

故障树分析步骤如下：

a)选择顶事件（根据工程实际需要选择合理的顶事件）；

b)建立故障树；

c)故障树定性分析；

       故障树的简化

       求最小割集

d)故障树的定量分析；

   求顶事件发生的概率

   重要度分析

e)确定设计上的薄弱环节；

f) 采取措施，提高产品的可靠性和安全性；

4  适用软件

运用Isograph软件进行故障树分析，针对故障树顶事件求出完整的最小割集表达式并求出其概率和重要度。

5  某无人机系统介绍

某无人机刹车系统包含一个防滑刹车控制盒和两个机轮速度传感器，采用电刹车装置，主要功能是在飞机驻停，起、降过程中的安全制动和航向纠偏，提高刹车效率，缩短飞机着陆滑跑距离，同时，具有与上位机通信功能、故障检测及告警功能。

6  故障树顶事件的选取

   FTA开始于一个或多个不希望发生的顶事件的识别：从顶事件开始，向下列出导致顶事件发生的直接原因包括所有潜在原因。根据某无人机故障树分析程序及模板案例的要求，本文将无人机刹车系统的FMEA中影响安全和任务成功的关键故障模式，最严酷的故障模式之一作为本次分析的顶事件---着陆阶段，完全丧失刹车功能。

7   故障树分析 

着陆阶段，完全丧失刹车功能故障树如图1~图5所示。

                图1    着陆阶段，完全丧失刹车功能故障树分析（一）

   图2    着陆阶段，完全丧失刹车功能故障树分析（二）

   图3    着陆阶段，完全丧失刹车功能故障树分析（三）

            图4    着陆阶段，完全丧失刹车功能故障树分析（四）

             图5    着陆阶段，完全丧失刹车功能故障树分析（五）

8  最小割集分析

着陆阶段，完全丧失刹车功能最小割集见下表1。

             表1  完全丧失刹车功能最小割集

从最小割集表中可以看出，完全丧失刹车功能最小割集阶数最小为6阶，无单点故障。因现阶段没有底事件的故障率值，故本次不对顶事件发生的概率进行定量分析。

8  结束语

从本文的分析这可以看出，只有在全部6个驱动电机同时故障的情况下，才会导致顶事件的发生。因此，可以在飞行前对各个驱动电机开展充分的检查工作。

参考文献：

[1] 李胜利.故障树分析法在无人机故障诊断中的应用分析[C].现代工业经济和信息化.2022年02期.

[2] 李强.故障树分析法在无人机故障诊断中的应用[C].科技创新与应用.2018年27期. 

[3] 赵磊.基于故障树的无人机通信可靠性建模研究[C].中国会议.第五届体系工程学术会议论文集--数智时代的体系工程.2023年

[4] 杨成.基于故障树分析法的无人机可靠性分析[C].环境技术.2022年6期.

[5] 何发远.故障树分析法在无人机项目中的应用[C].中国新技术新产品.2013年12期.