汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷技術(shù)分析

陳國(guó)慶

摘 要：近幾年隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的普及應(yīng)用。汽車已經(jīng)成了機(jī)電液一體化的載體，各種智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，給廣大汽車維修人員帶來了很大挑戰(zhàn)，而在眾多的汽車故障中以發(fā)動(dòng)機(jī)故障最為常見，因此，掌握汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷和維修技術(shù)，對(duì)提高汽車維修質(zhì)量有積極幫助。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；智能故障診斷；技術(shù)分析

中圖分類號(hào)：D472.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.009

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力裝置，給汽車啟動(dòng)和運(yùn)行提供強(qiáng)大動(dòng)力。隨著汽車使用里程和年限的增加，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常常會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的故障，影響汽車行駛安全。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和各種智能裝備的廣泛應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，給故障診斷帶來一定的難度，而智能故障診斷技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障的快速、精確判斷，為故障維修提供了極大便利。文章首先介紹了智能診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，然后詳細(xì)分析了目前常用的幾種智能故障診斷技術(shù)。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)來說，其工作過程中所產(chǎn)生的振動(dòng)、熱量、噪聲等信息，都是對(duì)自身運(yùn)行狀況的一種反映，一旦這些信息發(fā)生突變，很有可能是發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了故障。而發(fā)動(dòng)機(jī)智能診斷技術(shù)就是借助于現(xiàn)代科技產(chǎn)品，收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作時(shí)所產(chǎn)生的一系列信號(hào)，然后結(jié)合人工智能分析技術(shù)，得出故障結(jié)論的一種方法。

發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷技術(shù)的發(fā)展，與科技進(jìn)步、新技術(shù)、新設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用密不可分，根據(jù)目前的技術(shù)現(xiàn)狀，可以預(yù)測(cè)未來發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)的大體發(fā)展趨勢(shì)：

1.1 與現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的聯(lián)系更加緊密

現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)主要包含隨機(jī)信號(hào)處理、高階信號(hào)分析、時(shí)頻信號(hào)分析等內(nèi)容，與以往所使用的經(jīng)典信號(hào)處理技術(shù)相比，它在發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)收集、故障信號(hào)分析和判定以及模式識(shí)別能力上都有顯著增強(qiáng)。近年來，以現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)為基礎(chǔ)的時(shí)頻分析法得到了廣泛應(yīng)用，成為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷技術(shù)的新亮點(diǎn)。因此，智能診斷技術(shù)要想得到不斷的完善和發(fā)展，離不開相關(guān)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的支持，對(duì)于現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的依賴程度也會(huì)大大增加。

1.2 實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與設(shè)計(jì)制造的有機(jī)結(jié)合

現(xiàn)階段所使用的智能故障診斷技術(shù)，主要工作流程是當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障后，進(jìn)行故障檢測(cè)與分析，在一定程度上延長(zhǎng)了維修時(shí)間。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造的過程中，將故障診斷傳感器（信號(hào)收集系統(tǒng)）安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，這樣一來，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障的預(yù)判斷，降低了因發(fā)動(dòng)機(jī)故障所造成汽車安全事故的概率；另一方面也對(duì)后期的故障診斷、維修提供了便利條件，節(jié)省了大量復(fù)雜信號(hào)的處理過程，對(duì)于降低診斷誤差也有積極幫助。

1.3 提高診斷裝置的實(shí)用性、標(biāo)準(zhǔn)性和可靠性

從整體上看，我國(guó)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷技術(shù)在科研和應(yīng)用領(lǐng)域取得了不錯(cuò)成績(jī)，但是在實(shí)際操作過程中，仍然存在諸多關(guān)鍵性問題沒有得到有效解決。例如診斷裝置偏向于試驗(yàn)，實(shí)際應(yīng)用效果大打折扣，診斷設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)性有待統(tǒng)一和規(guī)范等。隨著新設(shè)備、新技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及市場(chǎng)秩序的不斷規(guī)范，智能故障診斷技術(shù)也會(huì)朝著實(shí)用化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。

2 常見的發(fā)動(dòng)機(jī)智能診斷技術(shù)分析

2.1 基于專家系統(tǒng)的智能診斷方法

事實(shí)上，專家系統(tǒng)智能診斷的原理就是收集各種已知的發(fā)動(dòng)機(jī)故障問題和解決方案，然后程序員將這些問題、解決方式以編程方式輸入到計(jì)算機(jī)相應(yīng)的軟件中，然后當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)故障智能診斷。其主要運(yùn)作流程為：當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障后，利用專用的信號(hào)采集裝置，收集發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息，然后將這些信息傳送到計(jì)算機(jī)中。隨后將這些信息保存到專門的故障識(shí)別軟件中，將故障信息與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，自動(dòng)匹配與之相對(duì)應(yīng)的故障類型，必要時(shí)還可以調(diào)用其他軟件和程序，最終查找到發(fā)動(dòng)機(jī)故障。具體來說，數(shù)據(jù)庫(kù)的功能是存儲(chǔ)故障匹配標(biāo)準(zhǔn)，即將常見的發(fā)動(dòng)機(jī)故障原因、故障預(yù)兆、解決方式等內(nèi)容，以數(shù)據(jù)編程的形式存儲(chǔ)起來，以便于后期進(jìn)行信息匹配與應(yīng)答。

2.2 基于模糊數(shù)學(xué)的方法

模糊理論最早的提出，主要為了解決數(shù)學(xué)領(lǐng)域中一些問題，從而將一些經(jīng)典的定理、公式和理論進(jìn)行模糊化，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)問題的解決，在應(yīng)用過程中逐步發(fā)展成完整的推理體系。模糊數(shù)學(xué)之所以能夠應(yīng)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能診斷技術(shù)中，主要是利用了數(shù)學(xué)建模和模糊診斷兩大功能。當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障信息進(jìn)行綜合整理和方法分析，并以此為基礎(chǔ)建立模糊診斷模型。通過模型分析，能夠幫助技術(shù)分析人員在較短時(shí)間內(nèi)確定故障源點(diǎn)，從而采取有針對(duì)性的故障維修方法。將模糊理論應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)智能診斷技術(shù)當(dāng)中，主要具有以下三大優(yōu)勢(shì)：第一是將專家語言轉(zhuǎn)變成了計(jì)算機(jī)更容易識(shí)別的語言變量，降低了語言的理解難度系數(shù)，間接提升了故障診斷效率；第二是在進(jìn)行多種故障分析時(shí)，能夠自動(dòng)生成故障安全等級(jí)，從而根據(jù)故障等級(jí)實(shí)現(xiàn)有重點(diǎn)、有層次的處理；第三是對(duì)于不確定性問題的分析能力增強(qiáng)，提高了不確定性故障的處理能力。

2.3 基于故障樹的方法

故障樹分析是根據(jù)汽車工作特性與性能狀況之間互相構(gòu)成的樹狀圖形，它以系統(tǒng)最不希望事件為頂事件，以可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的其他事件為第二級(jí)事件和第三級(jí)事件，采用邏輯門表示事件之間聯(lián)系的一種倒樹狀結(jié)構(gòu)，反映了系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，零部件和系統(tǒng)之間發(fā)生故障的全部邏輯關(guān)系。但是由于邏輯結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，故障診斷的范圍比較有限，因此多數(shù)情況下是作為現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)的輔助方法。

2.4 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的提出是基于神經(jīng)元模型的建立，從1943年該模型被建立，到目前為止人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人工智能領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。其工作原理主要是通過神經(jīng)元以及相互之間的有向權(quán)重連接來進(jìn)行各種隱含問題的處理。在實(shí)際應(yīng)用過程中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠完成較為復(fù)雜問題的分析，而且面對(duì)新信息有自主學(xué)習(xí)的能力。

通過與上述幾種方法進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，可以看出人工神?jīng)網(wǎng)絡(luò)在發(fā)動(dòng)機(jī)智能診斷上更具優(yōu)勢(shì)，但是同時(shí)，由于受現(xiàn)有技術(shù)條件的制約，該診斷技術(shù)仍然存在一些有待改進(jìn)的問題，例如故障診斷所需樣本容量較大，當(dāng)樣本數(shù)目不足時(shí)，很容易使故障診斷出現(xiàn)偏差。

2.5 綜合方法

2.5.1 專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合

這種智能故障系統(tǒng)的診斷方法能夠在實(shí)際應(yīng)用中自行地進(jìn)行組織、學(xué)習(xí)，并進(jìn)行模糊推理，運(yùn)用該方法能夠解決傳統(tǒng)的人工智能方法中存在的不足，即較為復(fù)雜的知識(shí)獲取及推理過程。眾所周知，我們的大腦分為左半腦和右半腦，其中左半腦負(fù)責(zé)人體的邏輯思維能力，使人更趨向于理性化；而右半腦則負(fù)責(zé)人體的形象思維能力，使人更趨向于感性化。同樣，專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就像人體的左右半腦一樣，各負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的一部分，只有兩者協(xié)調(diào)作用，才能夠提升智能診斷效果。

2.5.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊推理方法相結(jié)合

這兩種方法相結(jié)合，能夠大大提升知識(shí)的表示及知識(shí)的存儲(chǔ)效果，并且能夠提升智能問題的推理效率。這里的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要功能是效仿人腦中的神經(jīng)元思維，作用體現(xiàn)是進(jìn)行自學(xué)及直接處理數(shù)據(jù)。模糊推理方法主要效仿的是人類的邏輯思維能力，能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的知識(shí)表達(dá)。因此可以對(duì)不確定的信息進(jìn)行處理和調(diào)整。

2.5.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與案例推理的結(jié)合

這組結(jié)合中的案例診斷方法主要是將智能診斷中問題信息與自身存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)信息庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，從而搜尋出較為近似的診斷案例，提取出診斷方案，并對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行修訂后給出診斷結(jié)果。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與案例推理方法的結(jié)合能夠提高診斷效率，診斷過程中，通過對(duì)相似問題的處理，來縮減診斷過程的繁瑣。而且案例推理診斷不需要重新建立診斷對(duì)象模型，運(yùn)用自身原有的知識(shí)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，而且自身的適用能力較強(qiáng)，對(duì)問題的分析處理速度較快，同時(shí)可以對(duì)知識(shí)進(jìn)行靈活的運(yùn)行，自主完成動(dòng)態(tài)問題的處理。

3 結(jié)論

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)利用智能診斷技術(shù)，能夠提升其問題處理效率，節(jié)省維修時(shí)間及費(fèi)用。在各種智能診斷技術(shù)中，每一項(xiàng)技術(shù)都有各自的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，在面對(duì)較為復(fù)雜多變的實(shí)際故障問題時(shí)，就應(yīng)靈活運(yùn)用各種技術(shù)，并能夠進(jìn)行綜合的技術(shù)分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多種故障的診斷。

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