本发明涉及可靠性分析领域，具体涉及一种适用于高性能电子控制器的可靠性分析方法。
背景技术：
：随着装备在不断追求功能强大、高效率和高品质的过程中，相应地对装备的组成设备提出了更高要求，随之产生一大批的结构更加复杂、性能趋于边界和极限的设备。与此同时，随着设备结构和性能的不断提升，设备的可靠性问题也愈加复杂和突出。设备越复杂，出故障的可能性就越大，不可靠的代价也就越大，直接影响到装备的正常运行，严重甚至会造成重大环境灾难，影响人身安全。因此准确有效地评估高性能设备的可靠性指标，是确保装备服役安全的根本所在。可靠性测试就是为了评估产品在规定的寿命期间内，在预期的使用、运输或储存等所有环境下，保持功能可靠性而进行的活动。是将产品暴露在自然的或人工的环境条件下经受其作用，以评价产品在实际使用、运输和储存的环境条件下的性能，并分析研究环境因素的影响程度及其作用机理。大多数设备，通常工作在复杂的服役环境中，由于设备各组成部分对环境因素的敏感程度不相同，因此设备具备多种失效机理和多种失效模式并存的失效特征，单纯地依靠失效数据统计不能很好地评价复杂设备的可靠性，从而解决复杂设备的可靠性问题。因此，有必要基于失效物理的概念，通过对设备各种失效机理进行包涵和覆盖，从而实现对设备的可靠性进行有效评估。现有公开的专利文献中，尚未见到适用于装备常用的关键部件电子控制器的可靠性分析评估方法，该部分技术尚属空白。技术实现要素：针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种高性能电子控制器可靠性分析方法，通过仿真方法分析出电子控制器的薄弱部位，进而计算出电子控制器的可靠性指标，实现对电子控制器的可靠性评估，可以准确解决适装备常用的关键部件电子控制器的可靠性分析评估问题。本发明的一种高性能电子控制器可靠性分析方法，其包括以下步骤：s1.收集电子控制器的可靠性分析信息；所述可靠性分析信息包括结构设计图、电路原理图、pcb设计图和组成元器件清单的能用于支撑电子控制器可靠性建模的数据；s2.根据收集的电子控制器的可靠性分析信息，对电子控制器进行结构建模；s3.在结构建模的基础上，根据电子控制器承受的应力类型，分别建立相应的损伤模型；s4.根据电子控制器的工况，计算每种应力的量值；s5.将每种应力的量值输入对应的损伤模型，计算电子控制器的故障信息矩阵，确定电子控制器的可靠性薄弱环节；其中所述的损伤模型，是在基本物理、化学和/或分析回归公式的基础上，建立起来的定量地反映故障发生或发生时间与材料、结构和应力关系的数学函数模型，通过计算流体力学cfd、有限元分析fea和电子设计自动化eda工具实现建模；s6.通过可靠性评估算法对故障信息矩阵进行分析处理，给出电子控制器的可靠性水平。可优选的是，s2所述的结构建模包括采用计算机辅助设计cad方法建立的电子控制器的三维数字模型。可优选的是，s3所述的电子控制器承受的应力类型包括影响电子控制器可靠性的应力因素，所述影响电子控制器可靠性的应力因素包括温度应力、振动应力和电应力。可优选的是，s5所述的故障信息矩阵是指由各潜在故障点及故障模式、故障机理和故障时间所组成的数据矩阵。本发明的有益效果如下：首先，本发明的方法可以在高性能电子控制器的前期设计阶段，对控制器进行仿真分析，发现控制器的可靠性薄弱环节，从而指导设计以提升控制器的可靠性水平。该方法可以有效避免在控制器设计后期因为可靠性问题而产生的修改费用，节省了经济和人工成本。其次，本发明方法针对高性能电子控制器存在多种失效机理和失效模式的问题，针对每种失效机理建立相应的失效模型，分别计算每种失效机理的故障发生时间，通过构建故障信息矩阵对控制器进行可靠性评估。该方法解决了高性能电子控制器多失效模式下的可靠性评估的问题，评估结果有效可靠。附图说明图1为本发明的高性能电子控制器可靠性分析方法的电子控制器的cad数字样机图；图2为本发明电子控制器的cfd数字样机图；图3为本发明电子控制器的fea数字样机图；图4为本发明整机温度分布图；图5为本发明机箱一阶模态分析结果图。图中：1—电子控制器的cad数字样机，2—电子控制器的cfd数字样机，3—电子控制器的fea数字样机，11—94.0℃，12—94.3℃，13—94.5℃，14—95.0℃，15—95.2℃，16—95.3℃，17—95.6℃,21—17.528mm，22—15.402mm，23—13.477mm，24—11.552mm，25—9.6265mm。具体实施方式为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图对本发明的一种实施方式进行说明。为实现上述目的，本发明的高性能电子控制器可靠性分析方法，包括以下步骤：s1：收集电子控制器的可靠性分析信息。电子控制器的可靠性分析信息，是指结构设计图、电路原理图、pcb设计图、组成元器件清单等一切可用于支撑电子控制器可靠性建模的数据。s2：根据收集的电子控制器的可靠性分析信息，对电子控制器进行结构建模。结构建模，是指采用计算机辅助设计cad等方法建立的电子控制器的三维数字模型。s3：在结构建模的基础上，根据电子控制器承受的应力类型，分别建立相应的损伤模型。电子控制器承受的应力类型，是指影响电子控制器可靠性的应力因素，一般包括温度应力、振动应力和电应力等。损伤模型，是指针对某一特定的故障机理，在基本物理、化学、其他原理公式和/或分析回归公式的基础上，建立起来的定量地反映故障发生或发生时间与材料、结构、应力等关系的数学函数模型，可以通过计算流体力学cfd、有限元分析fea和电子设计自动化eda等工具实现建模。s4：根据电子控制器的工况，计算每种应力的量值。s5：将每种应力的量值输入对应的损伤模型，计算电子控制器的故障信息矩阵，确定电子控制器的可靠性薄弱环节。s6：通过可靠性评估算法对故障信息矩阵进行分析处理，给出电子控制器的可靠性水平。故障信息矩阵，是指由各潜在故障点及故障模式、故障机理、故障时间所组成的数据矩阵。下面通过实施例详细说明本发明的内容。某型高性能耐恶劣电子控制器为某型发动机的核心控制设备，完成在复杂电磁环境、恶劣环境温度条件下对发动机的稳定控制。s1：收集电子控制器的可靠性分析信息。电子控制器的可靠性分析信息，是指结构设计图、电路原理图、pcb设计图、组成元器件清单等一切可用于支撑电子控制器可靠性建模的数据。搜集电子控制器开展可靠性分析所需设计信息。共收集完整的包括pcb设计信息、全部元器件信息的模块共10个；280种型号5000多只元器件，包括型号、封装、重量、尺寸等相关信息；收集、查询补充完善其他各类相关信息近1000条。s2：根据收集的电子控制器的可靠性分析信息，对电子控制器进行结构建模。结构建模，是指采用计算机辅助设计cad等方法建立的电子控制器的三维数字模型。1.建立电子控制器的cad数字样机，如附图1所示，组成说明见表1。表1cad数字样机组成说明表序号组成项目说明1机箱含机箱和安装架2高性能计算板数量2，含pcb板和元器件等3通讯交换载板数量2，含pcb板和元器件等4通讯交换子板数量2，含pcb板和元器件等5信号调理板数量2，含pcb板和元器件等6电源板数量2，含pcb板和元器件等2.结合电子控制器的cad数字样机，并根据热设计信息建立电子控制器的cfd数字样机，如附图2所示，组成说明见表6。表2cfd数字样机组成说明表序号组成项目cfd样机信息1机箱含机箱结构等详细模型2高性能计算板数量2，各含23个元器件等3通讯交换载板数量2，含pcb板和17个元器件等4通讯交换子板数量2，含pcb板和13个元器件等5信号调理板数量2，含pcb板和19个元器件等6电源板数量2，含pcb板和21个元器件等s3：在结构建模的基础上，根据电子控制器承受的应力类型，分别建立相应的损伤模型。电子控制器承受的应力类型，是指影响电子控制器可靠性的应力因素，一般包括温度应力、振动应力和电应力等。损伤模型，是指针对某一特定的故障机理，在基本物理、化学、其他原理公式和/或分析回归公式的基础上，建立起来的定量地反映故障发生或发生时间与材料、结构、应力等关系的数学函数模型，可以通过计算流体力学cfd、有限元分析fea和电子设计自动化eda等工具实现建模。3.结合电子控制器fea数字样机，并根据耐振动设计信息建立电子控制器的fea数字样机，如附图3所示，组成说明见表3。表3fea数字样机组成说明表序号组成项目fea样机信息1机箱含机箱和安装架2高性能计算板数量2，各含13个元器件等3通讯交换载板数量2，含pcb板和14个元器件等4通讯交换子板数量2，含pcb板和7个元器件等5信号调理板数量2，含pcb板和22个元器件等6电源板数量2，含pcb和21个元器件等s4：根据电子控制器的工况，计算每种应力的量值。对电子控制器的cad数字样机输入工况载荷，进行温度应力分析，整机温度分布见附图4环境温度：80℃，机箱热分析结果见表4，各模块热分析结果见表5。表4机箱热分析结果(环境温度：80℃)机箱平均温度(℃)环境条件(℃)机箱平均温升(℃)96.68016.6表5各模块热分析结果(环境温度：80℃)s5：将每种应力的量值输入对应的损伤模型，计算电子控制器的故障信息矩阵，确定电子控制器的可靠性薄弱环节。对电子控制器的fea数字样机输入工况载荷，进行振动应力分析，受试产品机箱及各模块一阶谐振频率结果见表6，机箱对应的振型结果如附图5所示。表6电子控制器一阶谐振频率及位置s6：通过可靠性评估算法对故障信息矩阵进行分析处理，给出电子控制器的可靠性水平。故障信息矩阵，是指由各潜在故障点及故障模式、故障机理、故障时间所组成的数据矩阵。对电子控制器开展可靠性评估。基于故障物理方法计算受试产品及各模块的故障时间概率密度函数和平均首发故障时间评估值见表7，建立各模块前20个失效器件故障信息矩阵。表7受试产品及各模块可靠性评估表通过温度应力分析，发现电子控制器的高性能计算板a、高性能计算板b、调理板1和调理板2热设计相对薄弱，存在热集中区；高性能计算板a、高性能计算板b、通讯交换载板a和通讯交换载板b分别存在3个、3个、1个和2个高温器件。通过分析计算，受试产品平均首发故障时间评估值为5924.608小时共对10个模块进行了评估，其中高性能计算板a模块平均首发故障时间评估值最短，为6595.473小时。基于上述分析，认为电子控制器的整机热设计和振动设计合理，电子控制器的可靠性水平满足要求。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种高性能电子控制器可靠性分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：
s1.收集电子控制器的可靠性分析信息；所述可靠性分析信息包括结构设计图、电路原理图、pcb设计图和组成元器件清单的能用于支撑电子控制器可靠性建模的数据；
s2.根据收集的电子控制器的可靠性分析信息，对电子控制器进行结构建模；
s3.在结构建模的基础上，根据电子控制器承受的应力类型，分别建立相应的损伤模型；
s4.根据电子控制器的工况，计算每种应力的量值；
s5.将每种应力的量值输入对应的损伤模型，计算电子控制器的故障信息矩阵，确定电子控制器的可靠性薄弱环节；其中所述的损伤模型，是在基本物理、化学和/或分析回归公式的基础上，建立起来的定量地反映故障发生或发生时间与材料、结构和应力关系的数学函数模型，通过计算流体力学cfd、有限元分析fea和电子设计自动化eda工具实现建模；
s6.通过可靠性评估算法对故障信息矩阵进行分析处理，给出电子控制器的可靠性水平。
2.根据权利要求1所述的高性能电子控制器可靠性分析方法，其特征在于，s2所述的结构建模包括采用计算机辅助设计cad方法建立的电子控制器的三维数字模型。
3.根据权利要求1所述的高性能电子控制器可靠性分析方法，其特征在于，s3所述的电子控制器承受的应力类型包括影响电子控制器可靠性的应力因素，所述影响电子控制器可靠性的应力因素包括温度应力、振动应力和电应力。
4.根据权利要求1所述的高性能电子控制器可靠性分析方法，其特征在于，s5所述的故障信息矩阵是指由各潜在故障点及故障模式、故障机理和故障时间所组成的数据矩阵。
技术总结本发明提供一种高性能电子控制器可靠性分析方法，包括S1：收集电子控制器的可靠性分析信息；S2：对电子控制器进行结构建模；S3：在结构建模的基础上，根据电子控制器承受的应力类型，分别建立相应的损伤模型；S4：根据电子控制器的工况，计算每种应力的量值；S5：将每种应力的量值输入对应的损伤模型，计算电子控制器的故障信息矩阵，确定电子控制器的可靠性薄弱环节；S6：通过可靠性评估算法对故障信息矩阵进行分析处理，给出电子控制器的可靠性水平。本方法提供了一种高性能电子控制器可靠性分析方法，通过仿真方法分析出电子控制器的薄弱部位，进而计算出电子控制器的可靠性指标，实现了对电子控制器的可靠性评估。
技术研发人员：张铭;彭文胜;何保成;薛楠
受保护的技术使用者：中国航空综合技术研究所;北京动力机械研究所
技术研发日：2020.11.27
技术公布日：2021.03.12
