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文档简介
基于模糊推理的奥迪A6轿车发动机故障诊断系统设计摘要:汽车是一个困难的机械系统,发动机作为汽车的动力源,在汽车中起着重要的作用。特殊是在电子限制技术的广泛应用,使汽车进入整车的电子化阶段。同时,也毫无疑问的带来了故障检测诊断的困难化。要快速的诊断出汽车的故障,须要极其丰富的修理阅历和专业的修理学问,并要同先进的诊断设备相协作。因此,本文在收集整理汽车专家的修理学问和阅历的基础上,开发针对奥迪A6轿车电控发动机故障诊断系统。本文首先论述了汽车故障诊断技术及其特点、方法,并从宏观上论述了汽车故障诊断专家系统的发展过程。接着在探讨奥迪A6发动机电控燃油喷射系统和专家系统的基础上,确定了采纳符合专家常规思维的正反向混合的模糊推理策略作为诊断的推理方法,实现了故障快速精确的诊断。在模糊诊断矩阵中隶属度的确定是整个诊断推理的关键,它的精确性确定了推理的精确性。本文采纳常用的二元对比排序法确定故障的隶属度,并进行可信度的计算。利用计算机技术将专家的阅历和学问以计算机语言的形式表示出来,通过友好的人机交互界面实现故障的诊断、学问的查询等功能,来引导用户逐步进行深化诊断,最终确定发动机故障的部位,并提出修理建议,并不断修改完善学问库,从而达到修理专家的水平。关键字:电控汽油发动机;汽车故障检测诊断技术;故障检测诊断系统;模糊推理;隶属函数BasedonthefuzzyinferenceAudiA6sedanelectroniccontrolenginefaultdiagnosissystemdesignHouFei(SchoolofJiaotongxve0602Grade2006,062925234)Abstract:Theautomobileisacomplexmachinerysystem.Theenginethatisautomobile'spowersupplyplaysanimportantroleintheautomobile.Especiallywiththewidespreadapplicationoftheelectroniccontroltechnology,itmakestheautomobilesenterthenewelectronicage.Atthesametime,theseisnodoublethatitmakestherepairworkcomplicated.Inordertodiagnosevehiclefaultsquickly,thatneedforextremelyrichexperienceandprofessionalknowledgeofdiagnosticianwithadvanceddiagnosticequipments.Therefore,onthebasisofexperts’knowledgeandexperiences,faultdiagnosissystemofAudiA6sedanwasdevelopedinthispaper.Tobeginwith,thispapertalksaboutthefaultdiagnosissystemcharactersandmethodsoftheautomobile.Thenitdiscussesthedevelopmentoftheexpertsystem.Moreover,basedonthestudyoftheelectronicfuelinjectionandtheexpertsystem,Ideterminetousethediagnosticmodule’sinferencemethodwhichisinlinewiththeprosandconsfuzzyandmixedinferenceofprofessionalconventionalthinking.Andthesystemachievesrapidandaccuratediagnosis.Themembershipoffuzzydiagnosismatrixisthekeyinthewholereasoning.Thepaperusesdualcontrastrankordermethodtodeterminethemembershipofthefaultreason.Atthesametimeitusesfuzzyproductionrulestocomputethesystemcredibility.Throughthefriendlyman-machineinteraction,ithelpstheusertomakethefaultdiagnosisandtosearchtheinformation.Thissystemisusefulforallleveloftheexperts.Keywords:electronicallycontrolledpetrolengine;automobilefaultdiagnosistechnology;faultdiagnosissystem;fuzzyinference;membershipfunction1引言汽车是一个集机、电、液于一体的机械系统,由数千种零件组成。发动机作为汽车的动力源,其各子系统和机构之间关系相当困难,而且汽车发动机结构的困难性和工作环境的不稳定性致使发动机产生的故障占全车故障比例最高。特殊是电子限制技术的广泛应用使汽车进入整车电子化阶段,使汽车产品的质量、平安性和排放性得到了提高,也使电控发动机的结构比传统的发动机困难的多。但是,当汽车出现故障时,也毫无疑问得带来了故障诊断的难度化和困难化。当汽车发动机内部发生故障时,依靠传统的修理方法把发动机进行拆卸,逐步检查,不仅造成人力、物力的奢侈,而且可能因某些精密零件的加工、装配工艺要求很高,在重新装配时受到设备、工艺和修理水平的限制而无法达到原有技术要求,使汽车的性能降低。对于电控发动机而言,电控发动机是一种更为困难设备,其从无故障运行到带故障运行是一个渐变的过程,在此过程中它既不是完全的正常工作,也不是完全的故障状态,而是处于一个中间状态。同时,电控发动机的同一种故障症状可能是由多种故障缘由造成的,而同一种故障缘由,又可能引发多种故障症状,即发动机的故障产生的机理相当困难,表现为一因多果、一果多因、多因多果等。因而汽车电控发动机的故障症状和故障缘由之间存在困难的模糊关系,使诊断的难度大大提高。因此,快速、精确地确定故障缘由和部位对复原汽车性能是特别必要的。汽车诊断技术是以最小的劳动消耗牢靠地评价汽车及其技术状况,因此,开发“汽车发动机故障诊断系统”具有特别重要的意义。本文利用模糊数学建立的发动机故障诊断系统对汽车发动机的故障进行诊断。它将汽车修理领域专家的学问及大量实际修理阅历进行汇总和提炼,模拟汽车修理专家来进行故障诊断的计算机灵能系统,计算机依据供应的故障线索及存储在计算机内部的学问库,来引导用户逐步进行深化诊断,最终确定发动机故障的部位,并提出修理建议,同时依据运用者的要求不断修改完善学问库,从而使修理人员达到修理专家的水平。2绪论2.1汽车故障检测诊断技术汽车诊断与诊断学“诊断”一词是依据医学名词沿引而来。在医学诊断中,采纳的是由现象推断本质,由当前推断将来的方法。这一逻辑思维方法推广到工程技术领域,逐步形成了机器故障诊断这一门学科。所以,通常人们理解汽车诊断就是指当汽车发生异样和故障之后,找到其缘由所在,也就是指对诊断对象(汽车)进行故障识别和异样确定。广义上说,汽车诊断技术还包括对从过去到现在,从现在到将来一系列信息资料所进行的科学预料工作,它不仅仅是一种检测技术,而应当是从汽车支配设计起先,始终到报废为止,在汽车整个寿命过程中都起作用的诊断技术。国标GB5624-85《汽车修理术语》中对汽车检测诊断的常用术语做了如下规定:汽车故障——汽车部分或完全丢失工作实力的现象。按丢失工作实力的程度分为局部故障和完全故障。按发生后果分为一般故障、严峻故障、致命故障。汽车检测——确定汽车技术状况和工作实力的检查。按汽车检测的目的可分为平安环保检测和综合性能检测。汽车故障诊断技术——是在汽车不解体或不完全解体的前提下,依靠先进的传感器技术与检测技术,采集发动机的各种具有某些特征的动态信息,并对这些信息进行各种分析、处理、区分、识别并确认其异样表现,预料其发展趋势,查明其产生缘由、发生部位和严峻程度,提出针对性的修理措施和处理方法[1]。汽车在运用过程中,由于某一种或几种缘由的影响,其技术状况将随行驶里程的增加而变更,其动力性、经济性、牢靠性、平安性将渐渐或快速降低,排气污染和噪声加剧,故障率增加,这不仅对汽车的运行平安、运行消耗、运输效率、运输成本及环境造成极大的影响,甚至还干脆影响到汽车的运用寿命,因而探讨汽车故障的变更规律,定期检测汽车的运用性能,刚好而精确的检测出故障部位并解除故障,就成为汽车运用技术的一项重要内容。因此,汽车故障诊断检测是复原运用汽车的关键,是汽车运用技术的中心环节[2]。探讨汽车故障检测诊断技术的目的和意义(1)汽车故障检测诊断的目的汽车检测诊断技术包括汽车的检测技术和汽车的诊断技术。通过对汽车进行检测与诊断可以再不解体的状况下推断汽车的技术状况,为汽车的接着运行或修理供应牢靠依据。汽车检测包括平安环保检测和主要性能检测。汽车平安环保检测指的是在不解体的状况下定期或不定期的对汽车进行外观、制动与转向性能、排放与噪声、前照灯及车速表等进行检测,从而建立平安和公害监控体系,确保运行车辆具有符合要求的外观容貌、良好的平安性能,并限制其对环境的污染,使车辆在平安高效的状况下运行。而主要性能检测是在不解体的状况下,定期或不定期的对汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性及乘坐舒适性等进行检测。其目的:一是运行车辆的工作实力和技术状况,查明故障或隐患的部位及缘由;二是对修理车辆实施修理监督,建立质量监控体系,确保车辆修理质量,以创建更大的经济效益和社会效益[3]。(2)汽车检测诊断技术的意义汽车检测诊断技术是一种全新的、现代化的检验工作,利用必要的仪器、设备进而确定汽车的技术状况。在汽车修理和平安中起着重要的作用。从整体上看,汽车检测诊断技术的意义概括为[4]:1)汽车检测与诊断技术是实施汽车修理制度的重要保证我国实行汽车修理制度属于支配修理制度,车辆的修理必需贯彻预防为主、定期检测、强制维护、视情修理的原则。这种修理制度是依据车辆检测和诊断的结果,对车辆进行视情修理,这样可以削减不必要的拆卸,避开盲目修理或失修现象地发生,能最大限度地发挥零件的运用潜力,提高汽车的牢靠性和运用经济效益。然而这一制度的实施是以先进的的汽车检测诊断技术为前提的。可以想象,假如没有汽车检测诊断技术,要实现视情修理则是一句空话。因此,汽车诊断技术是检查、鉴定车辆状况和修理质量的重要手段,也是促进修理技术发展,实现视情修理的重要保证。2)发展汽车检测与诊断技术是提高修理效率、监督修理质量的迫切须要随着汽车工业的发展,汽车保有量快速增长,汽车修理任务相应增加,同时由于汽车结构日益困难,电子化程度的提高,汽车修理难度的增大,由此产生的干脆后果是娴熟汽车修理人员的缺乏,单凭阅历进行汽车修理并不能适应现代汽车的技术须要。为了提高汽车的修理效率,应采纳先进的汽车检测诊断技术,随着汽车结构的日益困难,汽车检测诊断技术的地位越来越高,人们更加依靠于汽车检测诊断技术。没有汽车检测诊断技术,车辆的故障就不能快速解除,车辆的技术状况就不能快速复原;没有汽车检测诊断技术,车辆的修理质量也不能得到有效地监督。因此,汽车检测诊断技术在汽车技术保障中处于特别关键的地位,它是提高修理效率、保证修理质量的重要措施。3)加强汽车平安技术的检测是确保汽车平安的重要手段随着汽车数量的增加,汽车交通事故造成人员伤亡的现象特别严峻,现已构成不行忽视的社会问题,面对日益严峻的交通平安形式,对机动车辆要加强平安技术检测。采纳先进的检测仪器和技术,对汽车的技术状况作出精确地推断,找出隐患刚好解除,发觉问题刚好修理,确保行车平安。因此发展汽车检测诊断技术对汽车的平安有着重要的意义。汽车故障检测诊断技术的特征随着汽车电子化程度的提高,汽车的结构日益困难,因此现代汽车发动机故障诊断技术具有以下几个特征:(1)故障分析手段的多样化故障分析是提高故障诊断水平的关键因素,是将多种理论应用于故障诊断实践,从而发展成多种故障分析的有效方法。其故障分析过程是以诊断特征参数为基础,从特征信号分析和状态识别两方面入手,采纳现代数学手段进行处理,找出故障的内在规律,以对系统的故障作出定量分析。比如,现代汽车结构的困难性确定了其故障状态呈现出多样性、模糊性和不确定性,将模糊集理论、神经网络技术应用于故障诊断分析,大大提高了诊断速度和诊断精度。(2)故障诊断系统的现代化汽车故障诊断系统有两种,一种是车外诊断系统,即诊断功能的实现须要车外仪器诊断系统。一种是车载诊断系统,即电控汽车的故障自诊断系统,它能自动检测系统故障,并以故障码的形式显示出来。由于车载诊断系统还存在着适应性差等缺点,使得车外诊断系统又得到进一步地发展。现代汽车故障诊断仪器综合了机械、电子、流体、声学、光学等技术,通过各种参数、曲线、波形的变更,测试汽车的性能和故障,还具有自动分析、推断、打印结果的功能,并不断向着集成化和智能化方向发展。(3)故障诊断信息的网络化汽车故障诊断信息网络化的特点有以下几个方面。首先,突破了传统汽车诊断技术信息传递在空间、时间上的局限性,各修理企业间实现了资源共享。其次,实现了修理诊断技术的网络集成化,运用现代通信技术,集修理企业的管理软件、修理诊断技术信息系统、各种设备、仪器、修理诊断专家系统等为一体,实现了各修理企业的修理软、硬件共享。用户可通过汽车故障远程诊断业务,将现场诊断时传感器输出的数据远程传输到计算中心处理,计算中心再将分析结果反馈回现场来指导故障诊断。故障诊断信息网络一体化具有信息传递快、便于管理的特点,是现代信息技术在汽车故障诊断领域的有效体现。现代汽车故障诊断技术集现代诊断理论与先进诊断技术为一体,以多功能、电子化、集成化、智能化的诊断设备为手段,以信息技术为依托,成为现代汽车牢靠性实现的技术保障。汽车故障检测诊断的方法汽车故障诊断是指汽车有了故障之后,在不解体或仅拆下个别小件的状况下,推断故障部位和查明故障缘由,最终提出解除故障的对策。其基本方法主要有四种[5]。(1)人工阅历诊断法修理人员依据实践阅历和专业学问,借助简洁工具,凭耳听、眼看、手摸等干脆的进行检查分析,确定故障缘由和故障部位。这种早期的诊断方法虽然精确性差、速度慢,但是由于不须要特地仪器设备,投资小,现代汽车上某些故障的诊断仍旧采纳该方法。(2)简洁仪器诊断法由于汽车结构日趋困难,电器设备的采纳逐步增多,因此汽车诊断起先运用真空表、万用表和示波器等仪器,对汽车零部件和总成进行检测,为分析推断汽车技术状况供应数据和波形等资料。(3)计算机检测诊断法随着汽车电子化程度越来越高,动态的随机性故障以及限制系统功能性故障日益增多,以计算机技术为核心的各种精密检测手段被广泛运用,大大提高了汽车故障诊断的精确率。(4)人工智能诊断法随着电子限制技术、计算机技术的广泛应用,汽车故障诊断迫切须要自动化及自适应实力高的智能化诊断系统。智能化的诊断系统是电控发动机检测诊断的主要发展方向。故障诊断技术中用到的数学方法有:基于模式识别的诊断方法、基于模糊数学的诊断方法、故障树分析诊断方法、以及神经网络等新发展的诊断方法。2.2汽车故障诊断系统国内外汽车发动机故障诊断专家系统的发展汽车故障诊断系统的发展是随着汽车工业和诊断技术的发展而同步前进的。在汽车上采纳的故障诊断技术可分为两大类随车诊断系统(车内诊断系统)与车外诊断系统[6]。80年头初,出现了随车诊断系统,即第一代随车诊断系统OBD—1(OnBoardDiagnosis)。自1994年以来,美日欧主要汽车制造厂家生产的电控汽车起先渐渐采纳OBD—2其次代随车电脑诊断系统,它由美国汽车工程学会SAE提出,经环保机构EPA和加州资源学会认证,各厂商按OBD—2供应统一的诊断模式和统一的诊断插座,只要通过一台仪器即可对各种车型进行诊断检测,产生故障时向驾驶员报警、储存和显示故障码,使汽车出现故障时按爱护模式行驶。为了扩充随车诊断的功能,80年头中后期起先探讨多功能车外诊断系统。它是指利用通用或专用仪器对汽车电控系统进行检测和诊断,并通过仪表或显示器显示检测结果。1982年,意大利米兰汽车工业高校首先胜利研制了汽车电系故障诊断专家系统,该系统采纳反向推理,学问库有100多种规则组成,主要来自修理工人的阅历和修理手册,此系统的实际目的是为了教学。不久,美国通用电器公司研制胜利了内燃—电力机车故障解除和修理询问系统DETA,1985年研制了发动机冷却系统噪声识别与诊断专家系统,系统的作用是利用领域专家和修理人员的阅历,用于识别和诊断动身动机冷却系统中的主要噪声,系统具有近200条规则,是一个简洁的询问系统。日本丰田中心探讨所开发了汽车故障诊断专家系统ATERX,它依据司机日常留意到的现象,推断引起发动机故障的缘由及修理方法,该系统是一个产生式系统,学问结构中约120条规则,采纳正向推理,把可能的故障缘由全部输出。日本NISSAN汽车公司于1986年研制了用于该公司发动机电控系统的诊断专家系统,它是典型的产生式系统,用PROLOG语言实现,该系统采纳宽度优先的正向推理策略。1978年,日产公司研制随车和离车的汽车发动机故障诊断系统。1998年HIPARL.GELLELE等人研制的发动机故障诊断系统软件,使系统适应面较广,商用化程度提高。这些系统好用性强,结构简洁,但学问水平不高,所用学问类型和推理限制策略过于单一。国内在基于学问的发动机故障诊断系统方面的探讨较晚。1988年天津工程学院在PC机上用DBASE语言开发,以TURBE—PROLOG语言改写的汽车故障诊断专家系统,该系统以老解放汽油车为主要探讨对象。1990年华中理工高校在PC机上用IQLISP语言和汇编语言开发了发动机故障诊断专家系统,约200条规则,90多个框架和100多个过程,能对十多个故障做出比较完整的诊断。南京高校在1998年开发的汽车故障修理专家系统的基础ABDES,运用基于CASE的推理模式,采纳可视化编程手段,供应了一个可视化的学问获得工具,可以完成基本的发动机故障诊断。这些系统普遍存在的问题是好用性差,学问库不完善,推理效率低,没有商业推广。2.2.2(1)基于案例的专家系统基于案例推理(CaseBasedReasoning,CBR)是近年来人工智能领域兴起的一种诊断推理技术。它是通过搜寻曾经胜利解决过的类似问题,比较新、旧问题之间的特征、发生背景等差异,重新运用或参考以前的学问和信息,达到最终解决新问题的方法。基于案例的专家系统具有诸多优点。首先,系统无须对学问进行规则提取,降低了学问获得的难度。其次,系统是开放的,便于进行增量式学习,而且案例库的覆盖度将随着系统的不断运用而渐渐增加。该方法主要用于分析不确定性故障,适用于诊断领域源学问难以表示成规则而易于表达成案例的状况。它的缺点在于案例特征的选择、权重安排以及处理实例修订时的一样性检验(特征变量间的约束关系)等问题。传统的基于案例的方法难以表示案例间的联系,对于大型案例库案例检索特别费时,并且难以确定应选择哪些特征数据及它们的权重。基于案例诊断的专家系统的技术关键是如何建立一个有效的检索机制和案例的组织方式;案例匹配的表面相像性、结构相像性和深层相像性;诊断案例是否能够覆盖全部的解空间;案例特征的选择、权重安排以及处理案例修订的一样性检验等[7][8]。(2)基于模糊推理的专家系统模糊理论(FuzzyTheory,简称Fr)的概念由美国加利福尼亚高校教授扎德在其《FuzzySets》和《FuzzyAlgorithm》等论著中首先提出。它是为解决不确定性问题,将经典集合理论模糊化,逐步发展成一套完整的推理体系,是对模糊事物相互关系的探讨。模糊性是指客观事物在状态及其属性方面的不分明性,其根源是在类似事物间存在一系列过渡状态,它们相互渗透、相互贯穿,使得彼此之间没有明显的分界线[7]。基于模糊逻辑的专家系统的优点在于:①具有专家水平的特地学问,能表现专家技能和高度的技巧以及具有分析不确定性问题实力。②能进行有效的推理,具有启发性,能够运用人类专家的阅历和学问进行启发性的搜寻、摸索性的推理,简洁被理解。③具有敏捷性和透亮性。模糊理论擅长改善其它人工智能方法的容错性能,但在模糊故障诊断中,构造隶属函数是实现模糊故障诊断的前提,由于隶属函数是人为构造的,含有肯定的主观因素。另外对特征元素的选择也有肯定的要求,假如选择的不合理,诊断精度会下降,甚至诊断失败。这种诊断方法的学问获得相对较困难,特殊是故障与征兆的模糊关系不易确定,且系统的诊断实力依靠于模糊学问库,学习实力差、易发生漏诊和误诊,而且,由于模糊语言变量是用隶属函数表示的,实现语言变量与隶属函数之间的转换是一个难点[9]。(3)基于人工神经网络的专家系统人工神经网络(ArtificialNeuralNetwork,ANN)是在现代神经生理学和心里学的基础之上仿照人的大脑神经元结构特性而建立起来的一种非线性动力学网络系统。它是从微观上模拟人脑功能,是一种分布式的微观数值模型,神经元网络通过大量阅历样本学习学问。更重要的是,神经网络有极强的自学实力和适应性,对于新的模式和样本可以通过权值的变更进行学习、记忆和存储,进而在以后的运行中能够推断这些新的模式。此外,人工神经网络还具有冗余性,即使某个神经元失效,也不会影响整个网络的功能。神经网络技术的出现为专家系统供应了一种新的解决途径。特殊是对于实际中难以建立数学模型的困难系统,神经网络更显示出其独特的功效。然而,神经网络专家系统也存在固有的弱点:系统性能受到所选择的训练样本集的限制,训练样本集选择不当,特殊是在训练样本集很少的情形下,很难希望它具有较好的归纳推理实力;神经网络没有实力说明自己的推理过程和推理依据及其存储学问的意义;神经网络利用学问和表达学问的方式单一,通常的神经网络只能采纳数值化的学问;神经网络只能模拟人类感觉层次上的智能活动,在模拟人类困难层次的思维方面还有不足之处[7]。(4)基于故障树的专家系统故障树分析法简称FTA法,是一种将系统故障形成的缘由由总体至部分按树枝状渐渐细化的分析方法。它是对困难系统进行牢靠性分析的有效工具,其目的在于判明基本故障,确定故障的缘由、影响和发生的概率。故障树分析法就是把所探讨系统的最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标,然后找寻干脆导致这一故障发生的全部因素,再找出造成下一级事务发生的全部干脆因素,以致追查到那些原始的、勿须再深究的因素为止。用相应的符号代表这些事务,再用适当的逻辑门把顶端事务、中间事务和底端事务连成树形图,这样的树形图称为故障树,用以表示系统或设备的特定事务与它的各个子系统或各个部件故障事务之间的逻辑关系。以故障树为工具,分析系统发生故障的各种途径,计算各个牢靠性特征量,对系统的平安性或牢靠性进行评价的方法称为故障树分析法[10]。故障树分析法使困难的缘由直观化、简洁化。但是故障树分析法仍存在以下不足:应用故障树分析方法诊断时,对多因多果事务的鉴别性差,造成自顶事务向下搜寻故障起因遇到逻辑门时,并不明确应当优先沿哪条路径搜寻下去,往往造成多次回溯,影响了诊断效率;应用该方法寻因搜寻过程中,实行宽度优先搜寻,没有利用启发信息故属于盲目搜寻,并在支配搜寻依次时没有考虑各中间事务或底事务检测代价的大小和发生概率的凹凸,此种低效搜寻过程须要优化,其逻辑门形式不能适应困难系统的快速故障诊断的须要。(5)专家系统探讨的应用趋势从上述介绍的几种专家系统在发动机故障诊断的应用状况可看出,每种方法都有各自的适用范围和优缺点。依靠单一方法往往难以满意汽车发动机较为困难的故障诊断要求。因此,采纳由两种或两种以上方法构成的混合系统在汽车发动机故障诊断中的应用也越来越广泛,具有诊断的智能化、网络化和集成化的特点的专家系统将是汽车发动机故障诊断探讨的一个发展趋势。2.3本文的主要探讨内容本文的主要探讨对象是奥迪A6电控发动机,采纳基于模糊推理分析的方法,通过收集资料和与专家沟通的形式获得奥迪A6电控发动机电控系统故障诊断学问,建立模糊规则,然后对所建立的模糊规则进行定性分析,生成诊断系统的学问库,并最终实现奥迪A6电控发动机电控系统故障的诊断。由于时间缘由,本文主要介绍了以下几方面的内容:①隶属函数确定方法的探讨。在混合模糊推理的过程中,隶属度(可信度)大小的确定特别关键,它确定了诊断结果的精确性,从而确定了能否快速确定故障所在。本文采纳二元对比决策中的模糊优先关系排序决策法作为本系统隶属度的确定方法。②推理方法的探讨。基于电控发动机故障症状及其相应故障缘由的困难性和不确定性,在探讨汽车故障诊断方法的基础上,确定采纳符合人类专家诊断思维的混合模糊推理作为该系统的推理策略。③对专家系统学问表示进行探讨。最终用VisualBasic和Access计算机语言为工具开发电控发动机故障诊断系统,运用户通过友好的人机交互界面实现对典型故障诊断,并实现学问询问功能。3奥迪A6电控发动机故障诊断技术3.1奥迪A6发动机概述奥迪A6轿车发动机基本有三种型号:ANQ型1.8升,直列四缸。APS型与ATX型均为V型6缸,APS型为2.4升,ATX型为2.8升。全部的发动机都为五气门,带有凸轮轴调整器、进气歧管切换阀、机油冷却器,有的发动机带有二次进气系统。由于三种发动机基本结构大体相同,故本文仅以ANQ型1.8升电控发动机为例进行阐述。3.2奥迪A6(ANQ型)发动机电控燃油喷射系统的组成四缸ANQ型发动机采纳绝无仅有的五气门技术,顶置凸轮布置,进气歧管转换阀,德国Bosch公司Motronic电控多点汽油喷射系统和氧传感器闭环限制系统等世界先进技术。该发动机的升功率,升扭矩已达世界先进水平,还装有凸轮轴调整器、机油冷却器、硅油耦合器和冷却风扇。轿车加速性好,整车速度快,排放低等优点成为世界范围内的先进的发动机。四缸ANQ型发动机除电控汽油喷射系统外,其它系统的功能原理及结构与传统发动机基本相同,本文不再陈述,这里主要论述电控汽油喷射系统的基本组成及其功能[11]。电控燃油喷射系统由三个系统组成:燃油系统、进气系统和电控系统[12]。1)进气系统进气系统为发动机可燃混合气的形成供应必要的空气。空气经空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、进气歧管进入气缸。当加速踏板平安松开季节气门完全关闭,发动机在怠速工况下运行,空气经旁通道干脆进入气缸,如图1所示。气缸气缸各缸进气歧管总管节气门体空气流量计空气滤清器空气阀图1进气系统2)燃油系统燃油系统的功能是向进气管喷射燃烧时所需的燃油量。燃油从燃油箱内由电动汽油泵吸出,经汽油滤清器后,再由压力调整器加压,将压力调整到比进气管压力高出约300Kpa(2.55kgf/cm2)压力,然后经输油管配送给各喷油器和低温起动器,喷油器依据电控单元ECU发来的脉冲信号,把适量燃油喷射到进气歧管内,如图2所示。油箱油箱电动汽油泵汽油滤清器压力调整器喷油器冷启动喷油器回油管图2燃油系统3)电控系统电控系统是电控单元依据传感器检测到的汽车运行工况和发动机运行工况来确定喷油量及点火提前角,从而限制发动机在最佳工况下运转。发动机电控系统的组成主要由信号输入装置(传感器)、电子限制单元(ECU)、执行器等组成,如图3所示。进气量进气量空气流量计转速信号其他传感器基本喷油量补充喷油量喷射信号喷油器图3电控系统四缸ANQ型发动机以一个电子限制装置(ECU)为限制中心,利用安装在发动机不同部位上的各种传感器(空气量计、冷却液温度传感器、转速传感器、氧传感器、爆燃传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器等),测得发动机各种工作参数,依据ECU中设定好的限制程序,通过限制喷油器,进而精确地限制喷油量,使发动机在各种工作状况下都能获得最佳浓度的混合气。此外,电控燃油喷射系统通过电脑中的限制程序,还能实现启动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制断油、自动怠速限制等功能。满意发动机在特殊工况下对混合气的要求,使发动机获得良好的燃油经济性和排放性,同时也提高了汽车的运用性能[11]。3.3奥迪A6(ANQ型)电控发动机的故障诊断奥迪A6(ANQ型)电控发动机的故障特点和分类通过以上对发动机电控燃油喷射系统结构与功能特性的全面分析,可以得出电控发动机其结构的层次性、困难性以及限制功能的集中性,其故障表现形式表现有传播性、相关性、时间性、放射性和模糊性等特点。由于电控发动机的故障特点的困难性,汽车电控系统故障可以分为常见故障和疑难故障。假如电控系统有明显的异样症状时,经过仪器检测、车载自诊断系统或者修理人员的阅历能够顺当确定并解除的,这种故障称为常见故障。电控系统的疑难故障是指利用仪器检测未能发觉,运用车载自诊断仍不能确定以及依靠修理阅历还不能诊断的故障。疑难故障的多重性是汽车电控系统故障诊断技术的难点。归纳实际修理工作中疑难故障出现的概率,总结疑难故障存在的性质,大体可分为以下几种状况[13]。1)潜藏性故障潜藏性故障是指汽车电控系统的确存在的故障,但是没有明显的故障症状,故障缘由难以查明。它的症状表现为电控系统故障特征不明显,通常表现为汽车电控系统故障的隐藏性状态。2)间断性故障间断性故障是指汽车电控系统出现故障后症状表现很不确定,即时而出现,时而又消逝,故障缘由难以查明。它的症状表现为电控系统故障特征极不稳定,通常为汽车电控系统故障的断续性状态。现在汽车电控系统相当困难,有上千个电子元件、上百个插接件、几十个传感器和执行器。假如一个元件,一个插接件、一个传感器或是一个执行器接触不良都会引起电控系统出现间断性故障。3)交叉故障交叉故障是指汽车同时出现机械、液压、油路和电控系统综合性故障后,非电控系统故障交叉掩盖电控系统故障,故障缘由难以查明,它的故障表现为电控系统故障特点极不明显,通常为电控系统故障的错觉性状态。4)虚假性故障虚假性故障是指发动机电控系统出现单一故障后,由于汽车处于运转的状态下,使的故障损坏程度进一步延长恶化,将电控系统的故障以非电控系统故障的症状显示,故障缘由难以查明。它的故障表现完全以虚假性的非电控系统故障出现,通常为汽车电控系统故障的假象性状态。3.3.2系统分析法是一种综合分析解决问题的方法,它把诊断修理过程从故障车进入修理车间到解除故障试车合格出厂看成一个整体来加以考虑。图4所示为采纳系统分析法解除故障的诊断流程图[12]。当车辆进入修理车间后,修理技师首先运用问诊法对车主进行调查,接下来采纳干脆视察法中的人工检查法来进一步缩小故障范围。利用故障自诊断系统读取故障码是一种快速简便而又精确的方法,因此不论是否存在故障码,都应读取并记录。假如没有故障码就写下无故障代码。症状确认是故障诊断的核心,为确认故障还可以采纳阅历法、专家调查法、症状模拟法来进一步确认故障。部件检查、电路检查和故障部件分辨就是检查其电特性和机械特性,如符合规则则说明部件或电路正常,反之则有问题。接下来进一步具体说明各主要步骤功能[2]:①静态模式读取和清除故障码。为了精确地推断故障,必需按表1所示的步骤进行检查。并将故障代码逐一记录下来,然后清除故障码。②症状确认。症状确认是特别关键的一步,可运用多种方法来鉴别诊断以确定具体故障部位。③症状模拟在故障诊断时,有时须要对车辆故障状况进行模拟,常用的方法有振动法、加热法、水淋法、电器全部接通法和冷却法。④动态故障代码检查。在动态模式读取故障码时,若显示故障代码,应按故障代码进行故障诊断与解除;若无故障代码显示,则按其他系统进行故障诊断。⑤电路检查。通过检查电路,可以推断传感器、执行器、线束、连接器和ECU是否正常工作。⑥部件检查。当故障症状明显显示为某一部件有故障时,应按部件检查方法进行检查。汽油喷射系统中的部件大多不进行修理,确认部件故障后,应予以更换。⑦调整或修理。在确定故障的具体部位后,应按修理工艺或修理手册所述步骤检查、调整、修理或更换。⑧试车检验。在完成调整或修理后,应再进行试车检验,确保整个发动机系统工作正常。正常码正常码故障存在在故障码故障不出现部件检查不合格电路检查瞬时断电检查故障部件分辨症状模拟症状确认专家调查法阅历法故障车进入修理车间问诊法人工检测法读取和清除故障代码码故障症状关联表故障代码检查基本检查故障代码表调整或修理试车检验出厂图4故障诊断流程图表1故障代码检查步骤表故障码检查及清除症状确认故障码再次检查症状状况显示故障码症状存在显示同一故障码故障码所指电路故障依旧存在显示正常码故障不在故障码所指电路,在另一故障点症状消逝显示正常码第一次显示故障码是历史记录显示正常码症状存在显示正常码故障不在诊断电路中,但存在症状消逝显示正常码故障不在诊断电路中,已清除奥迪A6(ANQ型)电控发动机的常见故障诊断及其修理奥迪轿车电喷系统出现故障,可以通过自诊断系统供应的故障码找出故障,也可以依据综合故障表现进行诊断,结合故障码依据系统分析法的相关原理进行综合诊断。如表2所示为电喷系统常见综合故障的现象、缘由和解除方法[14]。表2电喷系统常见综合故障的现象、缘由和解除方法故障现象故障缘由解除方法发动机冷起动困难(发动机在冷态下起动困难,或在冷态下起动后转速迟缓)冷气起动阀故障修复或更换冷起动阀冷态可限制压力不正确调整冷态限制压力燃油系统油路渗漏解除燃油系统油路渗漏气流感知板静止位置不正确调整气流感知板静止位置气流感知板或限制柱塞卡滞清洗气流感知板或限制柱塞热控限开关未关关闭热控限开关发动机热起动困难(发动机在热态下难以启动,或在热态下起动后转速迟缓)热态限制压力不正常调整热态限制压力混合气调整不正确调整混合气浓度燃油系统油路渗漏解除燃油渗漏真空系统渗漏解除真空泄露气流感知板故障修复或更换气流感知板限制柱塞故障修复或更换限制柱塞发动机冷态下不能起动燃油泵不供油修复或更换燃油泵燃油系统油路渗漏解除油路渗漏真空系统泄漏解除真空系统泄漏热控限时开关常开适时关闭热控限时开关冷起动阀故障修复更换冷起动阀发动机不能热起动燃油泵故障修复或更换燃油泵喷油器阀渗漏或开阀压力低修复更换喷油器阀真空系统泄漏解除真空系统泄漏燃油系统油路渗漏解除油路渗漏混合气浓度调整不正确重新调整混合气浓度热态限制压力过低调整热态限制压力发动机怠速不稳定进气歧管泄漏修复或更换进气歧管燃油系统渗漏检查解除燃油系统泄漏燃油压力调整器故障更换燃油压力调整器故障喷油器堵塞清洗或更换喷油器火连接故障修复花塞或高压线故障点火正时不正确调整点火正时节气门电位计故障更换节气门电位计发动机动力不足点火或配气不正时调整点火或配气正时进气或排气阻力大疏通进气或排气管路喷油器不工作修复或更换喷油器节气门阻滞修复节气门使工作正常传感器工作不良检查相关传感器使工作正常燃油压力不足检查供油管路油耗过高燃油系统油路渗漏修复燃油系统油路故障混合气过浓调整混合气浓度热态限制压力过低调整热态限制压力进气管回火热态限制压力过高调整热态限制压力真空系统泄漏解除真空系统泄漏排气管回火起动阀渗漏修复更换起动阀热态限制压力过高调整热态限制压力燃油系统油路渗漏解除燃油系统油路泄漏混合气过浓调整混合气浓度发动机自燃超速断油阀故障修复更换超速断油阀气流感知板卡滞修复气流感知板限制柱塞卡滞解除限制柱塞卡滞修理时应首先关闭点火开关,若是更换元件,应对新元件进行检查测试,以确保新元件正常。另外要留意,没有故障现象说明没有故障。因此在起先作业前,肯定要先确认故障现象,然后确定出故障部位及缘由,再进行修理。有的回路或支路故障不止一个,第一个故障解除后,其次个故障才显现出来,这时要对该回路或支路再次进行检修,直至确认修理胜利为止。3.4电控发动机故障诊断技术的发展趋势电控技术在发动机上的应用,极大地提高了发动机的性能,削减了燃油消耗,改善了排放。同时其诊断技术也有了极大的发展,能够较为便利、快速地诊断出电控系统故障。但从上述分析的诊断方法来看,现有诊断系统还存在如下一些方面的不足:①现有的电控系统能进行故障自诊断,但也仅仅是在系统发生故障后报警,并把相应故障码存贮起来,然后需由修理人员通过自诊断系统或解码器读取故障码。它不能对所限制设备运行的状态、过程参数等,进行连续、系统的记录和显示,以精确反映出设备各部分、各阶段的具体状态,也不能深化分析、预料其发展趋势,并提出专家建议。②现有诊断系统不能自动完成对测试结果的分析说明,也不能精确地确定出故障的具体部位和缘由,还需由修理人员做进一步的逐项检查。③诊断系统不能诊断机械部分的故障,也不能对机械部分的状态进行监控。如燃油压力、气缸密封性等。④诊断系统都是单个独立的,不能实现远程诊断,不能对各专家系统实现共享。当车辆在途中发生故障时,就必需送回修理厂进行修理,遇到疑难问题时,也不能马上进行专家会诊。为充分发挥电控系统的优势,将来诊断系统的发展应是智能化、网络化、系统化。①智能化系统既能报警,即在被监控设备发生故障时报警,也能对设备运行的具体状态、过程等进行监控和随时显示,并能对各种参数及测试结果进行分析说明,并提出专家建议,为设备的运用、维护等供应依据,在故障发生前把隐患消退,延长设备的运用寿命,使设备始终在良好技术状态下运行。②网络化使修理人员不必在现场就能实现诊断,并随时监控发动机的运行状况,还能查阅各专家系统,实现对各专家系统资源的共享。4基于模糊推理的故障诊断系统的概述4.1系统的基本原理故障诊断总的来说就是识别对象系统的各种状态是否正常,发觉并确定故障的部位和性质,找寻故障的起因,预报故障的趋势,得出相应的诊断结论并给出修理建议。基于模糊推理的故障诊断系统就是将诊断学问,特殊是将专家的学问与计算机结合在一起,依据肯定的推理算法,通过人机接口的形式让诊断者与计算机进行对话,并由诊断者回答系统提出的问题,系统依据提问和回答的答案进行推理,并最终给出专家级的诊断结论。4.2系统的基本结构本系统是将模糊推理技术、汽车故障诊断技术并结合专家系统的基本原理,在Windows环境下,利用VB语言开发电控汽油发动机故障诊断系统。汽车发动机的故障诊断系统主要由人机界面、故障诊断、学问库管理、学习询问、系统维护和帮助系统等组成[15]。系统总体框图如图5所示。学习学习询问学问库管理故障诊断系统维护车型模糊混合推理学问库建立学问库维护学问库查询数据流故障码修理数据部件检测电路图结构图系统帮助故障诊断复原打印设定系统信息维护用户信息维护人机界面图5系统总体框图1)人机界面人机界面指的是最终用户与诊断系统的交互界面。一方面,用户通过这个界面对系统提出或回答问题,或向系统供应原始数据和事实等;另一方面,系统通过这个界面对用户提出或回答问题、输出结果以及对系统的行为和最终结果做出适当说明。2)故障诊断故障诊断是系统的“思维”机构,是构成系统的核心部分。其任务是模拟修理专家的思维过程对问题进行求解。它能依据当前已知的事实,利用学问库中的学问,采纳了正反向混合模糊推理方法对发动机在工作中发生的故障进行快速精确地诊断。通过对可信度值的计算与推理,实现对各种典型故障的快捷、专家级的诊断。3)学问库管理学问库是学问的存储空间,用于存储领域内的原理性学问、专家的阅历学问及有关的事实等。学问库的学问来源于学问获得机构,同时又为推理机求解问题供应了所需的学问。学问库管理系统是学问库的支撑软件。其功能包括学问库的建立、删除、重组;学问的获得、维护、查询、更新;以及对学问的检查,包括一样性、冗余性和完整性检查等。4)学问询问主要是把与查找故障缘由有关的各车型原始资料、线路图、故障码、数据流和检查方法等统一放入综合数据库,在须要时随时便利地调用查阅;并能添加、修改各种新的检查修理方法。5)系统维护向用户供应本系统的运用和帮助信息。包括诊断复原、打印设定、系统信息和用户信息设置等。4.3系统的主界面本系统模拟专家的实践阅历和思维方式,通过人机对话的方式查找故障信息、推理并给出解决方案。电控发动机故障诊断系统主窗口菜单有六类:故障诊断类菜单、系统维护菜单、学习询问菜单、学问库管理菜单、帮助系统菜单和退出菜单。分别完成故障诊断功能;阅读、修改、添加学问库功能;查询学问功能;协助修理管理功能;帮助功能;退出系统功能。主窗口如图6所示。图6主菜单窗口4.4系统的功能系统的诊断功能基于模糊推理故障诊断系统通过对可信度值的计算与推理,结合专家诊断的正反向混合推理策略,可以实现对困难故障的快速的诊断。对于不确定性困难故障可以实行模糊混合推理方法进行诊断,提高了解除故障效率并降低了误诊、漏诊的风险。系统诊断功能是通过友好的人机交互界面实现的,其诊断流程如图7所示。否是是诊断询问用户回答系统推理分析确诊提出修理建议图7系统总体诊断流程框图系统的协助功能系统协助功能包括学问库管理、学习询问、系统维护以及帮助等[16]。系统的协助学问库管理功能包括对学问库的添加、修改,对学问库的阅读以及对学问库或诊断表的删除。以实现对不合理的诊断的调整、优化和对学问库的阅读及删除无用的诊断表或学问库。通过添加新的学问库可以使系统不断适应新的车型或新的故障。通过对专家的学问和阅历的总结和提取并依据学问库的格式规范化后,通过人机交互界面添加到学问库中以实现系统的学问获得。故障诊断系统设有学习询问模块,通过它能系统地学习不同车型的故障原理、故障诊断学问,查找修理保养手册,便于修理人员学习提高自己的专业学问,并且在诊断解除故障时能够参考相关内容。该系统的协助修理管理功能还可以便利修理人员进行日常的修理和保养工作。而该系统的维护帮助功能可以对系统的运用方法、留意问题作出解答。此外还能实现复原、打印设定、系统信息和用户信息的设置等。5基于模糊推理的奥迪A6发动机故障诊断系统的开发探讨5.1发动机故障诊断的模糊性汽车在运行过程中,由于设计或制造中的缺陷、运用不当、修理不良等因素引起汽车故障并导致事故不断发生。汽车故障种类繁多缘由困难,所以汽车修理工作难度较大。传统的汽车故障诊断是建立在人工阅历检查的基础上,主要依靠于人工视察、推理分析和逻辑推断。这里面包含了丰富的专家阅历,但无论是汽车的行驶状态还是人们在状态监测和技术诊断中都存在着很多模糊的概念和方法,其模糊性具体体现在以下两个方面[17]:①汽车在行驶过程中,各状态或故障之间并没有明确的界限。从无故障到产生故障是一个渐变过程,汽车的“故障”和“非故障”属于两个模糊集,它既不是完全“完好”,也不是完全“故障”,而是处于“完好”和“故障“的中间状态。因此人为规定一个明确界线,或确定一个故障阈值来推断汽车是否有故障,必定会将人的主观误差(包括推断误差)带入故障诊断结果之中,造成故障信息的谎报和漏检。②人们对故障症状的视察其本身也是不明确的,感觉成分较多。众所周知,一个娴熟的技术人员可以凭他的阅历推断出汽车是否有故障及故障发生的部位,而这种“阅历”本身是一种模糊概念。比如通过眼看、耳闻、手摸及仪表测量,在自己头脑中形成了模糊的故障概念来确定汽车发生了故障,然后由故障现象找寻故障缘由,推断故障部位等。所以在故障诊断的阅历方法中,其实质也充溢了模糊性。综上所述,对汽车故障的诊断仅仅依靠定性决策是无法精确而快速地解决问题,而经典的数学方法在这里又显得无能为力,进而本文利用模糊数学的理论及方法,为汽车的故障诊断修理工作供应一种新的科学、可行的方法。5.2模糊诊断汽车故障诊断的整个过程是计算机与人的主观能动性组合的决策过程。汽车故障诊断的模糊综合评判是应用模糊变换原理和最大隶属度原则,依据各故障缘由与故障征兆之间的不同程度的因果关系,在综合考虑全部征兆的基础上,来诊断汽车发生故障的可能缘由。模糊诊断须要解决的问题是:①模糊关系矩阵的构造;②隶属度(可信度)的确定;③模糊诊断算法和原则的确立。缘由集设用一个集合来定义一个系统(汽车发动机或某个子系统)中全部可能发生的各种故障缘由。它可用一个向量表示(5-1)其中,n表示发动机或某个子系统故障缘由种类的总数。征兆集这些故障缘由可能引起各种故障症状,如发动机温度过高,发动机起动困难等等,被定义为一个集合,并用一个向量表示(5-2)其中,m表示发动机故障征兆种类的总数。模糊关系矩阵发动机的缘由与征兆之间存在着错综困难的模糊关系,同一种故障征兆,可能由多种故障缘由造成,同一故障缘由,又可能造成多种故障征兆。对故障缘由集Y中的故障缘由(j=l,2,…,n)作出故障评判,确定该故障缘由对征兆(i=1,2,…,m)的隶属度(或发生症状时故障缘由是的可信度)。这样n个故障缘由对应m个征兆的评价集就构成评价模糊矩阵R:(5-3)其中0≤≤1,1≤i≤m,1≤j≤nR是故障集Y与征兆集X的一个模糊关系。模糊关系矩阵R是m×n维矩阵,其中行表示故障征兆,列表示故障缘由。因此,矩阵元素表示第i种征兆,对第j种缘由的关联度,即发生症状时故障缘由是的可信度。5.3模糊诊断矩阵的建立及隶属函数的确定模糊矩阵的建立发动机故障征兆与故障缘由之间存在着困难的模糊关系。为了能够从征兆中诊断出缘由,须要预先定出故障缘由与征兆之间的亲近程度[18]。模糊诊断矩阵的建立过程如图8所示。通过收集修理专家的阅历,确定缘由集与征兆之间的可信度,建立模糊关系矩阵,并在实践中不断地完善。确定权系数确定权系数建立模糊矩阵实践检验修改权系数收集修理资料统计分析确定评判对象图8模糊诊断矩阵的建立过程隶属函数的确定汽车电控发动机的故障缘由与征兆之间的亲近程度,假如用经典的数学模型来描述就抛弃了事物中的过渡性质的信息,造成有用信息的损失。而模糊数学对具有过渡性事物的描述可以进行有效的度量,把故障缘由与征兆之间的关系由突然变更转换为渐变,用隶属函数来对事物的中介过渡性进行度量。模糊诊断矩阵的隶属函数与实际状况的符合程度干脆影响诊断的精确性,因此如何确定隶属函数是整个故障诊断的关键。确定隶属函数通常可以归纳为下列三种途径:第一种:依据调查统计得出的阅历曲线作为隶属函数。如模糊统计试验法、二元对比排序法等。其次种:依据问题的性质,选用某些经典函数作为隶属函数。这些论域元素多半是连续的。例如故障诊断中常常遇到的“温度高”、“排气过热”等属于连续的隶属函数,对于这类问题,可用典型的隶属函数来描述,。第三种:依据主观相识或个人阅历,给出隶属函数的具体数值。此时论域元素多半是离散的。因此确定隶属函数常用的方法有:模糊统计试验法、灰色关联度分析法、二元对比排序法、加权统计法等。本文运用的是模糊二元对比排序法来确定故障诊断中隶属函数。在汽车故障诊断中常有各种不同的故障缘由导致相同征兆的出现,要确定哪一个故障缘由的可信度最大,就要运用下述二元对比排序方法,求解“模糊次序”的问题。在生活实践中,人们相识事物往往是从两个事物地对比起先的。一般先对两个对象进行比较,如此重复多次,每一次比较就得到一个相识,而这种相识是模糊的,诸如甲比已更优越些等,并将这种模糊相识数量化,最终用模糊数学的方法给出总体的排列依次,这就是模糊二元对比决策。其中依据各自特点,又将模糊二元对比决策分为模糊优先关系排序决策法、模糊相像优先比较决策法、模糊相对比较决策法。这里仅介绍好用又便利的模糊优先关系排序决策[19][20]。由于汽车发动机故障的困难性,同一种故障可能由多种缘由造成。设论域为n个可能的备选方案(故障缘由),在U上确定一个模糊集A,运用模糊数学的方法在n个备选方案中建立一种模糊优先关系,然后将它们排出一个优劣次序,这就是模糊优先关系排序决策。现以发动机怠速不稳为例进行具体说明。其中发动机出现此故障的缘由有:进气歧管泄漏、燃油系统渗漏、燃油压力调整器故障、喷油器堵塞、火花塞松动或高压线连接故障、点火正时不正确、节气门电位计故障。把上述缘由依次设为。由此确定论域(故障的可能缘由),A=“发动机怠速不稳”是U上的模糊集,现将它们进行排序。由修理专家和修理人员组成的评议组m=10(人)进行对产生的故障的可能的缘由进行评分,评分标准如表3所示(注:等级越高说明故障的可能性越大)。表3评分标准评分标准一等二等三等四等五等六等分数1086431将论域中故障缘由两两进行比较评分,例如:(以先评价的为基准,后评价的为对象进行相对比较评分)。比如10人所给评分相加的总分是80分,则对的优先选择比为=80100=0.80(其中分母是100为10个人评价都给最高分时的总分)。相应的对的优先选择比为=1-=0.20。利用上述原则得出的结果如表4所示。表4专家评价表一等二等三等四等五等六等评议组给的总分数优先选择比分数1086431343800.801531720.722521760.766211860.863142700.704312780.781432680.68421111700.7022321630.635212800.8032311710.712341530.5323122560.5622123410.4112322540.542314310.3111233340.3411233360.36121213460.4612313400.4012223430.43依据表4给出的优先选择比及其所满意的条件(,取=1)得对应优先先选择比如表5所示。表5对应优先选择比对象基准10.800.720.760.860.700.780.2010.680.700.630.800.710.280.3210.530.560.410.540.240.300.4710.310.340.360.140.370.440.6910.460.400.300.200.590.660.5410.430.220.290.460.640.600.571由表5得模糊优先关系矩阵为(5-4)取得截距阵为(5-5)截距阵的第一行元素都等于1,说明只有的优越程度超过了0.70,所以为第一优越对象。除去中的第一优越对象所在的行和列,得到新的模糊优先关系矩阵为(5-6)取得(5-7)可知截距阵的第一行全是1,应取作为其次优越对象。除去中的其次优越对象所在的行和列,得到新的模糊优先关系矩阵为(5-8)取得(5-9)可知为第三优越对象。除去中的第三优越对象所在的行和列,得到新的模糊优先关系矩阵为(5-10)取,得(5-11)可知可做为第四优越对象。类似的,可知为为(5-12)取,得(5-13)可知可以作为第五优越对象,同样(5-14)取,得(5-15)可知可以作为第六优越对象。由公式5-4的模糊优先关系矩阵用平均法(其中规定=0)可以求得的隶属度:(5-16)同理可以求得=0.53,=0.38,=0.29,=0.36,=0.39,=0.40。因此7个故障缘由的模糊优先关系排列为本节分析了隶属函数的确定方法,结合实例介绍了如何用二元对比排序的分析法来确定故障缘由的隶属度,为基于模糊推理的故障诊断专家系统的开发供应参考。5.4模糊诊断的原则经过模糊运算后,假设得到故障缘由模糊向量,对这个结果的处理方法很多,在诊断过程中用得最多的方法有两个:
(1)最大隶属度原则:设(5-17)则认为故障缘由是。(2)阈值原则:设定一个阈值(有时可设定一个阈值向量),若,则设备具有故障缘由。本系统常采纳最大隶属原则与阈值原则相结合的方法进行推断。规定一个阈值水平[0,1],记:(5-18)若,则作出“拒绝”判决的推断,说明供应的信息量不足,在修理人员供应足够的信息后再作推断;若,则认为诊断结论可行,按最大隶属原则进行推断。5.5模糊学问的表示故障征兆与缘由的模糊关系的学问表示由于汽油发动机故障现象(征兆)与故障缘由之间的困难关系,它们之间没有确定的对应关系。为此我们须要模糊数学理论来表示不确定型的诊断学问,在模糊数学中元素值是在[0,1]的范围内,为使诊断学问表达便利以及便于推理将其扩展成[0,100],元素值相应地称为“扩展隶属度”,相应的矩阵则称为“扩展模型矩阵”。元素值的大小反应了故障现象与缘由之间的亲密程度,其具体数值可依据修理专家的阅历和概率统计等方法综合评定[21],如表6所示。在电控发动机故障诊断中,依据故障现象不同的表现程度可分为六个等级,其中等级越高说明故障的可能性越大。在诊断模式时要将此描述进行转换,用元素的模糊化可以实现此转换。故障程度的描述如表7所示,其中数值可用统计或专家评分来获得。表6汽油发动机故障现象与缘由部分模糊矩阵怀疑部位起动电器起动机活塞环点火正时汽油泵怠速电机点火线路油路连杆轴承火花塞现象发动机不起动807000000000燃烧不完全00807010060000发动机转动慢0700000030700怠速高0000000000怠速低0000000000怠速不平稳30400400702050060表7故障现象严峻程度评分表评分标准一等二等三等四等五等六等分数1086431学问的规范化以“规范化形式”进行学问获得便于把浅层学问和深层学问结合起来,可以干脆输入计算机,加快了学问获得。“学问规范化”是总结诊断阅历而得出的一种概念模型,便于对学问进行整理。同时学问的规范化对系统的设计和系统的维护的功能有着重要的作用。在学问表示和组织中,最上层的对象是发动机本身,其下层是发动机的各系统,再下层是具体部件。电控发动机除具有一般机械装置外,其电控系统包括燃油喷射限制系统、点火限制系统、怠速限制系统、及排放限制系统等,主要由传感器、ECU、执行器和基本电路组成。为了学问表示便利、合理,可以将具体故障分为五类系统级别故障,包括油路故障、进气系统故障、点火系统故障、怠速系统故障、气缸故障。在每一个系统级别故障中又包括若干部件故障。具体领域专家学问可以抽象为典型故障症状、系统级别故障、部件故障三个层次。这种学问表示方法有利于实现正反向混合推理。另外,检修建议也分为系统级别检修建议和部件级别检修建议被规范化地录入学问库。5.6模糊推理策略专家系统推理机是在肯定的限制策略下,依据上下各种症状信息进行推理的策略,同诊断学问的表示有亲密联系。由于汽车故障诊断学问采纳不确定型的模糊矩阵进行表示,而采纳单一反向推理策略比较简便易行,但是推理结果往往并不志向,给确诊带来肯定的难度。而且其推理过程不符合诊断专家思维习惯,具有比较大的盲目性和风险性。为了解决单一反向推理策略的不足,进而采纳了符合常规诊断思路的正反向混合模糊推理策略。正反向混合推理示意图如图9所示。首先视察故障的症状,依据症状和最易获得的故障信息先反向循因推理,由典型症状推理找发出可能存在的故障愿因,对全部可能故障缘由进行按系统分类,得出系统级别的故障集,并计算出故障集中每一系统故障发生的可能性大小。然后对可信度最大的系统进行检测确认系统故障,确认系统故障后再依据模糊诊断的原则,进行反向推理,对可疑元件进行检测确诊。先得出系统级别故障集并进行检修有利于从系统的高度先解除掉大部分可能故障缘由,缩小可疑故障缘由范围,实现快速确诊。推理流程如图10所示[22]。征兆集征兆集系统级别诊断集按系统分类故障缘由集反向推理正向推理反向推理图9正反向混合推理示意图在对系统及部件故障进行推理时都要考虑可信度的阀限。若计算值大于阀限就初步诊断有此故障,形成初诊故障集。若初诊故障集中仅此一项,那么就可以认定该故障为诊断结论或中间结论;若有多种故障存在,则需进一步询问,以便确诊;若初诊故障集为空,则可适当降低阀值使之不空,或对可信度值较大的故障进行进一步的询问、检查,得出初诊集或诊断结果后,可查看故障缘由、修理建议以便帮助诊断。推理过程中可信度的确定和故障集检修次序要充分考虑电控发动机故障诊断解除的基本原则:先外后内、先简后繁、先熟后生、代码优先等原则。反向推理反向推理是否是正向推理反向推理系统故障诊断完了吗否否是能确诊该部件发生故障了吗干脆诊断可能的故障缘由显示结论及说明信息是否是此系统故障检查一下系统检查该系统最可能发生故障的部件用户选择发动机类型型用户选择征兆集及征兆发生程度,A按征兆查找故障缘由集及对应的可信度计算CF×A将故障缘由按系统分类并计算系统发生故障的可信度指导用户检查可能发生故障系统图10正反向混合推理诊断流程图5.7混合模糊推理诊断的实例现以奥迪A6轿车发动机出现发动机怠速不稳的症状,按混合推理策略诊断故障缘由过程如表8、表9、表10所示。表8选择故障征兆表所选征兆发生程度评分A发动机怠速不稳严峻1表9“发动机启动困难”对应故障缘由表故障缘由编号故障缘由可信度所属系统1燃油系统渗漏0.53油路故障2进气歧管泄漏0.66进气系统故障3燃油压力调整器故障0.38油路故障4喷油器堵塞0.29油路故障5火花塞松动0.36点火系统故障6高压线连接故障0.36点火系统故障7点火正时不正确0.39点火系统故障8节气门电位计故障0.40进气系统故障表10按所属系统计算可信度表系统编号系统可信度1油路故障(0.53+0.38+0.29)/3=0.402进气系统故障(0.66+0.40)/2=0.533点火系统故障(0.36+0.36+0.39)/3=0.37推理的原则是先对系统的可信度大的系统按检修建议进行检查,若该系统的确有故障,则可以进一步对该系统中的可疑部件按专家系统供应的部件检修建议进行检修,检修依次依旧依据可信度大小依次进行,直到最终找到故障缘由。若该系统无故障,则检修下一个可疑系统直到确诊。本例中经过推理可知,进气系统发生故障的可信度最大,应当优先按系统供应的检修建议检查进气系统。其中进气系统中,进气歧管泄漏的可信度最大应先予以检查。6系统开发基于模糊推理的奥迪A6轿车发动机故障诊断系统主要由故障诊断模块、系统维护模块、学问库管理模块、学习询问模块、帮助系统模块等组成。利用混合模糊推理理论对奥迪A6发动机系统进行故障诊断分析。该系统利用VB语言和Access数据库进行开发。比传统的专用专家系统生成工具更有通用性和可移植性,而且设计出的人机界面功能齐全、界面友好,同时支持多种数据库的应用。诊断界面由对话框组成,利用访问数据库技术设计了该系统,并通过人机对话实现诊断[23]。6.1基于混合推理策略的系统诊断模块的开发诊断学问在计算机中的表示专家系统将具体故障分为五类系统级别故障:油路故障、进气系统故障、点火系统故障、怠速系统故障、气缸故障。每一个系统级别故障中又包括若干部件故障。具体领域专家学问抽象为典型故障征兆、系统级别故障征兆、部件故障征兆三个层次。检修建议也分为系统级别检修建议和部件级别检修建议,被录入学问库[22,23]。对应的学问在计算机中的表示如表11、表12、表13所示。表11征兆—故障缘由模糊关系表征兆编号征兆故障缘由索引号,可信度…5……发动机怠速不稳……1,0.53;2,0.66;3,0.38;4,0.29;5,0.36;6,0.36;7,0.39;8,0.40…注:征兆编号—此类型电控发动机可能产生的故障征兆编号故障缘由索引号,可信度—可能引起此征兆的全部故障缘由的索引号及可信度表12系统诊断表系统编号发生故障系统系统检查建议…2………进气系统故障………可能是进气系统故障。应对进气系统的各部件按可信度的大小依次进行逐一检查……表13部件诊断表故障缘由索引号故障缘由系统编号部件检修建议…2……进气歧管泄漏……2……修复进气歧管的泄漏或更换进气歧管…注:故障缘由索引号—底事务的索引号系统编号—发生故障部件所属系统索引号推理策略的计算机编程实现计算机编程的步骤及计算机界面如下[24][25]:步骤1:用户选择奥迪电控发
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