張林輝

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046011）

將汽車故障診斷技術(shù)與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，建立基于Internet的汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障診斷的智能化與信息化，是未來汽車診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 診斷系統(tǒng)車載單元結(jié)構(gòu)分析

車載單元部分包括單片機(jī)、信號(hào)傳感器、電荷放大器、A/D采集器和無線Modem等五個(gè)元件。考慮到汽車小價(jià)值的特點(diǎn)，這一部分的設(shè)備費(fèi)用要做到盡量的低，只有這樣才能使整個(gè)汽車狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)具有實(shí)際意義。因此，選擇單片機(jī)作為其核心元件來控制協(xié)調(diào)各部分的工作。這些工作，也就是單片機(jī)所要實(shí)現(xiàn)的功能：①接受駕駛員觸發(fā)命令或在行車狀態(tài)下通過定時(shí)的方式自觸發(fā)，控制無線Modem完成車載單元與監(jiān)測(cè)中心的通信連接；②接受監(jiān)測(cè)中心采集數(shù)據(jù)的命令及相關(guān)采集參數(shù)；③控制A/D采集器完成數(shù)據(jù)采集；④通過無線Modem實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)；⑤控制指示燈向駕駛員顯示監(jiān)測(cè)中心正進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集；⑥接收監(jiān)測(cè)中心實(shí)時(shí)分析處理數(shù)據(jù)的結(jié)果；⑦根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，完成對(duì)報(bào)警裝置是否報(bào)警以及如何報(bào)警的控制。

單片機(jī)這些功能的實(shí)現(xiàn)主要是依靠設(shè)計(jì)單片機(jī)程序和相應(yīng)的電路板來完成的，這也是車載單元部分設(shè)計(jì)的核心任務(wù)。

2 遠(yuǎn)程中心基本結(jié)構(gòu)分析

基于Internet的發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，它是一種開方式的操作系統(tǒng)。包括數(shù)臺(tái)服務(wù)器，將汽車診斷專家系統(tǒng)、大型知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)構(gòu)等分布于幾臺(tái)服務(wù)器上。該系統(tǒng)診斷故障的一般流程為：用戶首先通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器登陸遠(yuǎn)程中心的站點(diǎn)服務(wù)器，通過身份驗(yàn)證后，再根據(jù)遠(yuǎn)程中心提供的HTML頁面選擇請(qǐng)求診斷服務(wù)，并將由數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)獲取的信息通過網(wǎng)絡(luò)輸送至遠(yuǎn)程中心的診斷服務(wù)器，服務(wù)器依據(jù)一定的規(guī)則對(duì)信息進(jìn)行處理并從數(shù)據(jù)庫調(diào)用該車的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，經(jīng)演繹推理判斷出故障部位及故障原因，并通過Internet網(wǎng)絡(luò)將診斷結(jié)果返回給客戶機(jī)。此外，通過對(duì)遠(yuǎn)程診斷中心的二次開發(fā)，系統(tǒng)還可具備教育教學(xué)、專家在線服務(wù)及實(shí)時(shí)升級(jí)等功能。

（1）診斷服務(wù)器。診斷服務(wù)器的主要功能在于：接受來自現(xiàn)場的診斷服務(wù)請(qǐng)求，通過程序中的控制模塊對(duì)請(qǐng)求指令進(jìn)行內(nèi)部譯碼，調(diào)用故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行分析診斷，并將診斷結(jié)論和檢修意見返回診斷現(xiàn)場，專家系統(tǒng)融入有先進(jìn)的故障診斷機(jī)理，確保診斷結(jié)論的準(zhǔn)確性與可靠性。

（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。完備的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是汽車故障診斷系統(tǒng)不可缺少的部份，數(shù)據(jù)庫包括了汽車特征數(shù)據(jù)庫和汽車檔案數(shù)據(jù)庫，特征數(shù)據(jù)庫(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫)存儲(chǔ)來自數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，也存儲(chǔ)系統(tǒng)推理決策的中間結(jié)果和最終結(jié)果，檔案數(shù)據(jù)庫(非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫)存儲(chǔ)汽車各部件性能檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的歷史信息等。

（3）知識(shí)庫系統(tǒng)。知識(shí)庫是發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和書本知識(shí)等的儲(chǔ)存器，知識(shí)的數(shù)量、質(zhì)量、知識(shí)表達(dá)方式的合理性、知識(shí)利用的方法等都極大地影響著診斷效果的好壞。汽車遠(yuǎn)程故障診斷中心知識(shí)庫的核心內(nèi)容是診斷知識(shí)，它是領(lǐng)域?qū)＜彝ㄟ^長期的研究和實(shí)踐積累而來的。診斷知識(shí)分為3類：征兆、規(guī)則與對(duì)策。征兆描述的是汽車故障的各種特征表現(xiàn)，它是診斷推理的最主要依據(jù)，來自于信息采集系統(tǒng)并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；規(guī)則是經(jīng)過整理的專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，是一種表示征兆和故障之間因果關(guān)系的形式，它控制診斷推理的方法與過程；對(duì)策是針對(duì)故障應(yīng)采取的措施。

知識(shí)庫的填充與完善是由系統(tǒng)的維護(hù)和使用者在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中進(jìn)行的。知識(shí)庫系統(tǒng)具備較強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能，其需要獲取的知識(shí)包括：汽車運(yùn)行中出現(xiàn)的各種故障的現(xiàn)象、部位和原因，以及專家對(duì)各種故障診斷的方法、診斷原理以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。獲取知識(shí)主要有兩種途徑：①由專家手工組織的各類知識(shí)庫、模型庫及方法庫等；②由系統(tǒng)通過各種算法實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)獲取知識(shí)的過程，它通過對(duì)典型案例、典型故障樣本等的歸納和類比學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)具有指導(dǎo)意義的新知識(shí)。隨著知識(shí)庫知識(shí)的不斷豐富，珍斷模型、診斷算法及診斷機(jī)理得以不斷改進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的精確性和可靠性得到不斷提高。

（4）Web服務(wù)器。Web服務(wù)器負(fù)責(zé)與故障診斷現(xiàn)場的連接，是聯(lián)系診斷中心與客戶之間的紐帶，它接受用戶故障診斷請(qǐng)求并反饋診斷結(jié)果。系統(tǒng)管理員也可通過Web服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫等進(jìn)行管理維護(hù)、內(nèi)容更新與系統(tǒng)升級(jí)等工作，在線專家通過Web服務(wù)器對(duì)診斷過程中遇到的疑難雜癥進(jìn)行會(huì)診和指導(dǎo)。

（5）遠(yuǎn)程中心關(guān)鍵技術(shù)分析。汽車遠(yuǎn)程故障診斷中心的核心內(nèi)容是故障診斷專家系統(tǒng)，診斷專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量專業(yè)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)程序，其主要功能在于根據(jù)專家提供的汽車專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等進(jìn)行故障推理與判斷，通過模擬專家做決定的過程來解決問題。遠(yuǎn)程診斷中心專家系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于推理系統(tǒng)的建立。推理系統(tǒng)主要解決知識(shí)的選擇與應(yīng)用問題，控制整個(gè)問題的求解過程，它根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的當(dāng)前信息，將知識(shí)庫中的診斷原則拿來匹配，以此推斷出診斷結(jié)論。系統(tǒng)的知識(shí)庫來源于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、專用知識(shí)和推理知識(shí)，并且系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)功能。

推理系統(tǒng)的推理策略有正向推理、反向推理和雙向推理等。正向推理的法則是由特征數(shù)據(jù)庫 (即輸入的發(fā)動(dòng)機(jī)信息)出發(fā)，尋找與知識(shí)庫中規(guī)則的前提條件相匹配的事實(shí)，如果匹配成功，則該規(guī)則被觸發(fā)，從而產(chǎn)生新的結(jié)論，把新的結(jié)論并入數(shù)據(jù)庫，繼續(xù)進(jìn)行匹配，直到得出對(duì)結(jié)論再也不能進(jìn)行匹配為止。反向推理法則是首先假設(shè)結(jié)論正確(即故障存在)，再去驗(yàn)證條件是否滿足，若滿足則結(jié)論正確，不滿足則再用另一條假設(shè)去推斷結(jié)。

考慮到汽車結(jié)構(gòu)及工作原理的復(fù)雜性，為提高故障診斷的精確性及效率，基于Internet的汽車遠(yuǎn)程故障診斷中心采取雙向推理策略，其基本思路是：先根據(jù)系統(tǒng)輸入的事實(shí)進(jìn)行正向推理，并檢測(cè)相應(yīng)規(guī)則，當(dāng)推理到某個(gè)中間結(jié)論時(shí)，啟用反向推理機(jī)，根據(jù)中間結(jié)論進(jìn)行假設(shè)方案(故障現(xiàn)象與原因)的選擇，并根據(jù)該假設(shè)方案反向檢測(cè)相應(yīng)的規(guī)則隨引，即先以正向推理縮小搜索空間，后以反向推理獲得求解。

3 結(jié)語

綜上所述，來自汽車的信息經(jīng)信號(hào)處理和特征提取后，被送入故障滲斷推理機(jī)，推理機(jī)依照雙向推理規(guī)則進(jìn)行邏輯推理與判斷，最后獲取診斷結(jié)果。例如：某柴油機(jī)故障現(xiàn)象為“功率不足”，推理機(jī)依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)輸入的信息，經(jīng)正向推理獲得故障原因?yàn)椤皣娪推鞴收稀?，為?yàn)證該診斷結(jié)果的正確性，推理機(jī)將反向搜索規(guī)則庫，通過查詢“壓縮壓力"和“噴油壓力”是否正常，驗(yàn)證上述結(jié)論。由于噴油壓力高，壓縮壓力正常，故推理機(jī)最終得出的診斷結(jié)論為“噴油器故障”。在推理機(jī)給出故障診斷結(jié)論后，系統(tǒng)通過Web服務(wù)器，向客戶反饋故障診斷結(jié)果，并自動(dòng)生成可視化的維修向?qū)?，指?dǎo)客戶進(jìn)行維修操作。依照維修工作的需要，系統(tǒng)可根據(jù)被診斷發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和拆裝順序關(guān)系，對(duì)相關(guān)裝配單元拆裝順序關(guān)系進(jìn)行描述，以保證為用戶提供最直接的圖像信息，方便用戶進(jìn)行檢修準(zhǔn)備和操作。