集成化的汽車故障診斷研究范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了集成化的汽車故障診斷研究參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1儀器設(shè)備診斷法

儀器設(shè)備診斷法是在人工經(jīng)驗(yàn)診斷法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。運(yùn)用現(xiàn)代的專業(yè)診斷儀器和設(shè)備，檢測(cè)整車、總成或機(jī)構(gòu)的診斷參數(shù)，通過(guò)微機(jī)（PC機(jī)，單片機(jī)等）控制，診斷儀器設(shè)備自動(dòng)分析、判斷、存儲(chǔ)并打印汽車的診斷結(jié)果，為維修人員提供定量的依據(jù)。該方法具有檢測(cè)速度快，準(zhǔn)確性高，能夠?qū)崿F(xiàn)定量分析等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在著投資大、占地面積大、需要專業(yè)的儀器設(shè)備操作人員等不足。隨著手持化小型設(shè)備的不斷發(fā)展，并結(jié)合其他現(xiàn)代診斷方法，該方法仍舊不可或缺。

2現(xiàn)代汽車故障診斷方法

在日趨復(fù)雜的汽車電子系統(tǒng)面前，傳統(tǒng)的一柄大錘、一把手鉗、幾把螺絲刀的便當(dāng)式修理已成為歷史。取而代之的是基于OBD系統(tǒng)的電腦輔助診斷方法，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，用于汽車故障診斷的專家系統(tǒng)也在不斷的發(fā)展。

2.1基于OBD系統(tǒng)的電腦輔助診斷方法基于OBD系統(tǒng)（On-BoardDiagnosisSysem），以車載網(wǎng)絡(luò)為媒介，通過(guò)診斷儀和電腦的輔助進(jìn)行汽車故障診斷，是目前汽車診斷的主要途徑。OBD系統(tǒng)是在用車排放耐久性能監(jiān)測(cè)的重要控制技術(shù)。它對(duì)與排放相關(guān)的車輛控制系統(tǒng)和零部件進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，能診斷出導(dǎo)致車輛排放超過(guò)OBD排放限值的故障，并存儲(chǔ)相關(guān)故障碼及凍結(jié)幀，同時(shí)點(diǎn)亮故障指示燈以警示駕駛員及時(shí)進(jìn)行維修。基于OBD系統(tǒng)的故障診斷基本流程是：將診斷儀連接到OBD診斷口上、汽車上電、讀取故障碼、查詢維修手冊(cè)確定故障部件和類型，根據(jù)故障相關(guān)信息和經(jīng)驗(yàn)制定維修方案、排除故障、清除故障碼及重新運(yùn)行車輛，檢查故障碼是否會(huì)復(fù)現(xiàn)，確認(rèn)故障已被排除。隨著OBD的發(fā)展，其可監(jiān)測(cè)的范圍已經(jīng)逐步從發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)擴(kuò)展到了電控自動(dòng)變速器（ECT）、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、安全氣囊（SRS）和巡航控制系統(tǒng)（CCS）等方面。OBD系統(tǒng)以其標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和軟件，給汽車維修檢測(cè)提供了極大的方便。然而，基于OBD系統(tǒng)的診斷無(wú)法脫離對(duì)“故障碼”和“維修手冊(cè)”的依賴。OBD系統(tǒng)的故障碼只能告訴維修人員車輛有故障，而不能告訴維修人員如何找到引起這個(gè)故障的根本原因。因此在面對(duì)綜合性的故障時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生“誤換件”，“屢修不好”甚至“修出新故障”等現(xiàn)象。另一方面，對(duì)駕駛者是否接受故障指示等的警告，當(dāng)前的OBD系統(tǒng)是無(wú)能為力的。

2.2專家系統(tǒng)診斷方法雖然OBD系統(tǒng)在汽車診斷工作中有著很好的表現(xiàn)，但人們依然在不停的尋找更加智能化的診斷方式。隨著人們對(duì)汽車診斷維修經(jīng)驗(yàn)的逐漸積累，加上由人工智能技術(shù)發(fā)展而來(lái)的專家系統(tǒng)，用于汽車故障診斷的專家系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。專家系統(tǒng)（ExpertSystem,ES）由人工智能發(fā)展而來(lái)，是一種模擬人類專家解決某一領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。專家系統(tǒng)內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域的專家水平的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠運(yùn)用人類專家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過(guò)程來(lái)解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問(wèn)題。汽車故障診斷專家系統(tǒng)包含了專家系統(tǒng)的各個(gè)要素：知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)和人機(jī)接口組成，同時(shí)包括知識(shí)獲取機(jī)制和解釋機(jī)制。知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)構(gòu)成了專家系統(tǒng)的“核心”部分。典型的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在進(jìn)行故障診斷時(shí)，通過(guò)人機(jī)接口利用計(jì)算機(jī)采集被診斷對(duì)象的實(shí)時(shí)診斷數(shù)據(jù)輸入專家系統(tǒng)，需要時(shí)還可以向用戶索取其他的必要信息，推理機(jī)可以根據(jù)故障信息（OBD故障碼或用戶提供的信息等），按照一定的策略調(diào)用知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則進(jìn)行推理，找到引發(fā)故障的根本原因或最有可能的原因，并由人機(jī)接口輸出診斷結(jié)果和解釋器給出的解釋，之后再由用戶來(lái)證實(shí)。目前已研究的汽車故障診斷專家系統(tǒng)包括：基于規(guī)則的診斷專家系統(tǒng)（Rule-basedreasoning,RBR）、基于案例的診斷專家系統(tǒng)（Case-basedreasoning,CBR）、基于模糊理論的診斷專家系統(tǒng)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷專家系統(tǒng)和基于行為的診斷專家系統(tǒng)等。RBR作為第一代汽車故障診斷專家系統(tǒng)，是以產(chǎn)生式規(guī)則為基礎(chǔ)構(gòu)建的。具有知識(shí)表述直觀、形式統(tǒng)一、易于理解和解釋等優(yōu)點(diǎn)。但是其缺乏自學(xué)能力，不適用于診斷復(fù)雜系統(tǒng)或經(jīng)驗(yàn)不足的系統(tǒng)；對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的規(guī)則獲取十分困難；對(duì)于大型規(guī)則庫(kù)，易產(chǎn)生規(guī)則匹配沖突，組合爆炸等問(wèn)題。CBR采用的是基于實(shí)例的推理方法，是類比推理的一個(gè)獨(dú)立子類，符合人類的認(rèn)知心理。CBR推理速度快；無(wú)需將知識(shí)規(guī)則化，降低了知識(shí)獲取的難度；系統(tǒng)能夠進(jìn)行增量式學(xué)習(xí)，可使實(shí)例庫(kù)的覆蓋度逐漸增加，系統(tǒng)越用越完善。由于CBR自身的特點(diǎn)，該系統(tǒng)也存在其無(wú)法避免的缺陷：不能覆蓋所有解空間，搜索時(shí)可能會(huì)漏掉最優(yōu)解等。

基于模糊理論的專家系統(tǒng)主要有兩種診斷方法：模糊矩陣法和模糊規(guī)則推理法。該方法可以利用快速的不確定性的模糊推理很好的處理診斷過(guò)程中遇到的模糊性問(wèn)題。該方法的難點(diǎn)是如何確定故障與征兆的模糊關(guān)系以及實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言變量與隸屬函數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。由于診斷能力完全依賴模糊知識(shí)庫(kù)，學(xué)習(xí)能力差，故易發(fā)生漏診或誤診。憑借人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificialneuralnetwork,ANN）強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)能力和非線性逼近能力，響應(yīng)快且容錯(cuò)性較好的特點(diǎn)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于汽車故障診斷。但該方法的不足之處也很明顯：推理過(guò)程難以解釋；只能進(jìn)行數(shù)值化計(jì)算，忽視了專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)；診斷結(jié)果依賴于訓(xùn)練樣本的選取。基于行為的專家系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊化單元，是一種相對(duì)獨(dú)立且能夠動(dòng)態(tài)構(gòu)建故障診斷子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊單元的變結(jié)構(gòu)單元。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以不必事先給出所有故障類型，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)與診斷對(duì)象系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，逐步學(xué)習(xí)進(jìn)化成一個(gè)完善的診斷系統(tǒng)，這減輕了專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的規(guī)模和知識(shí)獲取的難度。實(shí)現(xiàn)該方法的關(guān)鍵是故障行為征兆的自動(dòng)獲取問(wèn)題，以及新故障的自動(dòng)識(shí)別和分類問(wèn)題。專家系統(tǒng)作為新的診斷方式，在知識(shí)的獲取和表達(dá)以及如何將不同的推理方法有機(jī)的結(jié)合起來(lái)等方面仍需要進(jìn)一步研究。1994年在美國(guó)奧蘭多召開(kāi)的IEEE全球計(jì)算智能大會(huì)（WCCI）將模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法三個(gè)領(lǐng)域綜合在一起，利用模糊理論來(lái)處理診斷領(lǐng)域的模糊性問(wèn)題，利用遺傳算法來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和隸屬函數(shù)，有力地促進(jìn)了不同研究領(lǐng)域之間的交叉滲透和共同發(fā)展。

3汽車故障診斷技術(shù)的集成化管理

通過(guò)綜合考慮各種診斷方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合未來(lái)診斷發(fā)展的趨勢(shì)，本文提出了一種集成化的汽車故障診斷管理方案，從而提升故障診斷的效率，以適應(yīng)未來(lái)汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展。

3.1在線離線一體化診斷針對(duì)OBD車載診斷系統(tǒng)的不足，本文提出了離線診斷（Off-Board-Diagnosis,OFBD）的概念。“離線”是相對(duì)于OBD的實(shí)時(shí)在線診斷而言的，OFBD與OBD系統(tǒng)集成在一起，平時(shí)處于“休眠”狀態(tài)，只有在維修過(guò)程中滿足特定條件的情況下才會(huì)激活OFBD的某個(gè)診斷模塊。在線離線一體化診斷（On/Off-Board-LinkedDiagnosis,OFBLD）系統(tǒng)包括與OBD集成在一起的OFBD子系統(tǒng)，融合多種診斷方法的專家系統(tǒng)，以及符合OBD通訊標(biāo)準(zhǔn)的診斷設(shè)備。該方法的構(gòu)成及診斷流程如圖2所示。維修人員使用診斷設(shè)備通過(guò)OBD診斷接口與汽車上的ECU進(jìn)行通訊，設(shè)備從OBD系統(tǒng)中獲取ODX信息（OpenDiagnosiseXchangefiles），ODX不僅包含故障代碼，還包括車輛運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)[27]。專家系統(tǒng)通過(guò)分析ODX，提出若干假設(shè)和維修建議，然后通過(guò)診斷設(shè)備向OFBD系統(tǒng)發(fā)送激活指令，激活相應(yīng)的功能模塊。激活的OFBD功能模塊根據(jù)優(yōu)先級(jí)順序執(zhí)行，通過(guò)主動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行特定的動(dòng)作，有針對(duì)性的對(duì)車輛進(jìn)行診斷，然后將診斷結(jié)果通過(guò)診斷設(shè)備反饋給專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)根據(jù)OFBD反饋的信息指導(dǎo)維修人員逐個(gè)排除假設(shè)，最終鎖定故障的根本原因。該方法能夠避免OBD自身存在的問(wèn)題，能夠?qū)⒕S修過(guò)程中的人為因素對(duì)診斷結(jié)果的影降到最低，同時(shí)專家系統(tǒng)還能對(duì)每個(gè)診斷步驟進(jìn)行解釋，使維修人員了解每個(gè)步驟的理由。

3.2集成化診斷方案構(gòu)想在“在線離線一體化診斷系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上再增加一套信息反饋機(jī)制，將與故障診斷相關(guān)的汽車制造商、供應(yīng)商、技術(shù)中心以及售后維修站進(jìn)行有效的整合，便能形成一個(gè)系統(tǒng)性的集成化汽車故障診斷技術(shù)管理方案。如圖3所示，該方案為客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，主要由以下兩個(gè)部分組成：1）數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)處理和編輯各種信息，包括廠商提供的原始數(shù)據(jù)和維修站的反饋數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)中心支持多人協(xié)作，可以同時(shí)進(jìn)行在線編輯。2）在線離線一體化診斷系統(tǒng)：包括汽車端和維修站端。支持維修人員進(jìn)行在線離線一體化診斷以及遠(yuǎn)程訪問(wèn)數(shù)據(jù)中心中的資料。上游廠商經(jīng)過(guò)研發(fā)（業(yè)內(nèi)共享的知識(shí)，新的概念，新的技術(shù)），制定生產(chǎn)計(jì)劃（規(guī)范文檔，模塊整合，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證），最終投產(chǎn)（原型機(jī)驗(yàn)證，后期測(cè)試，量產(chǎn)資料），會(huì)產(chǎn)生一批“原始數(shù)據(jù)”。這些數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)化處理后，作為專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的補(bǔ)充或升級(jí)發(fā)送到維修站。維修站在維修過(guò)程中產(chǎn)生反饋數(shù)據(jù)（經(jīng)驗(yàn)案例，ODX等），經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)中心的處理（甄別去重，精簡(jiǎn)分類，標(biāo)準(zhǔn)化）后，用于上游廠商改進(jìn)產(chǎn)品，并將改進(jìn)后的信息再次通過(guò)數(shù)據(jù)中心以升級(jí)資料的形式發(fā)送到維修站。一輛新車開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)，如果能充分考慮到各部分組件之間已經(jīng)積累下來(lái)的診斷維修經(jīng)驗(yàn)，將會(huì)使該款車型在未來(lái)的售后服務(wù)過(guò)程變得更加順利。集成化診斷方案既保證了診斷技術(shù)的普適性和有效性，同時(shí)也能達(dá)到信息反饋、數(shù)據(jù)更新的目的，使得診斷系統(tǒng)能夠覆蓋汽車的整個(gè)生命周期，形成一個(gè)良性的循環(huán)。通過(guò)及時(shí)的將故障發(fā)生時(shí)的車輛狀態(tài)、故障類別以及嚴(yán)重性等信息反饋給制造商，能夠讓制造商方便的再現(xiàn)故障，并對(duì)其進(jìn)行研究，找出更好的解決方案，再反饋給其售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，使其診斷能力得到提高，從而帶動(dòng)汽車故障診斷技術(shù)的不斷改善與提升。

4結(jié)束語(yǔ)

汽車工業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)是一門(mén)集合了多項(xiàng)領(lǐng)域的綜合學(xué)科，因此，僅靠某單個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)知識(shí)是無(wú)法滿足現(xiàn)代汽車故障診斷工作需求的。在實(shí)際應(yīng)用研究中，不僅要不斷研究單個(gè)方法或功能模塊，同時(shí)也要融合不同的診斷技術(shù)并加以集成化的管理，從而促進(jìn)汽車故障診斷技術(shù)的整體發(fā)展。基于OBD系統(tǒng)的電腦輔助診斷方式已經(jīng)成為當(dāng)今主流的汽車診斷方法，但該方法過(guò)度的依賴于故障碼，不能指導(dǎo)維修人員找到汽車故障的根本原因，一定程度上會(huì)影響診斷效率，本文提出的OFBD可以較好的解決這個(gè)問(wèn)題；由人工智能發(fā)展而來(lái)的專家系統(tǒng)在汽車故障診斷領(lǐng)域中表現(xiàn)出了極強(qiáng)的生命力和發(fā)展?jié)摿Γ瑤缀跛械脑\斷方法都可以結(jié)合到專家系統(tǒng)中，但在對(duì)汽車的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面卻無(wú)法與OBD相比。因此，本文提出的集成化的汽車故障檢測(cè)技術(shù)也不失為一種富有潛力的發(fā)展方向。應(yīng)該說(shuō)，現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)需要集現(xiàn)代診斷理論、先進(jìn)診斷技術(shù)、創(chuàng)新流程管理為一體，以多功能、系統(tǒng)性、集成化、智能化的設(shè)備和方法為診斷手段和發(fā)展方向。今后需要從以下三方面進(jìn)行重點(diǎn)研究及改進(jìn)：1）提高專家系統(tǒng)的知識(shí)獲取能力；2）一體化診斷中的離線診斷系統(tǒng)功能模塊的開(kāi)發(fā)及其與專家系統(tǒng)的信息接口；3）集成化管理體系的建立，尤其是數(shù)據(jù)中心的建立，包括汽車研發(fā)、制造、供應(yīng)及售后等各個(gè)環(huán)節(jié)中信息的采集與處理。另外可以預(yù)見(jiàn)的是，未來(lái)的汽車故障將進(jìn)入“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，發(fā)展集成化管理的診斷技術(shù)的同時(shí)，對(duì)大量反饋、更新信息的及時(shí)處理，也將成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。

作者：趙牧原馮金芝單位：上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工業(yè)汽車底盤(pán)機(jī)械零部件強(qiáng)度與可靠性評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室