新時代汽車智能化檢測和維修技術(shù)研究

刁慧平

摘要：2020年以來汽車工業(yè)飛速進(jìn)入智能新時代，智能化是汽車發(fā)展的一個必然趨勢。與之相應(yīng)的是傳統(tǒng)汽車故障檢測和維修方式也要適應(yīng)汽車智能化發(fā)展的趨勢，能夠利用智能化手段快速檢測高度復(fù)雜的汽車故障，精準(zhǔn)進(jìn)行診斷，為快速維修提供準(zhǔn)確的依據(jù)。同時，采用智能化維修技術(shù)，提高維修效率和精準(zhǔn)度，減少傳統(tǒng)人工維修帶來的問題。

關(guān)鍵詞：新時代;汽車;智能化;檢測和維修技術(shù)

中圖分類號：U472.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0132-02

0? 引言

汽車新技術(shù)日新月異，各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，對維修的要求越來越高。而且隨著智能化水平的日益提高，車載電子設(shè)備增多，用戶對汽車的體驗要求越來越高，在一些特殊場景下，要求快速檢測汽車故障。比如汽車在高速上出現(xiàn)不能啟動，車主不能判斷是發(fā)電機(jī)不發(fā)電，還是起動機(jī)故障，只能等拖車，這樣危險性就會增大。如果能夠快速排除就會大大降低這一風(fēng)險，假如智能檢測系統(tǒng)能夠快速判斷發(fā)電機(jī)不發(fā)電，此時如果車上除了司機(jī)還有其他人，就可以用別擋打火等方式快速駛離應(yīng)急車道。目前傳統(tǒng)汽車修理主要靠經(jīng)驗判斷，尤其是發(fā)動機(jī)等故障，拆卸復(fù)雜，判斷經(jīng)常失誤。對于一些復(fù)雜故障檢測的時間往往占到80%左右，維修時間僅占到20%。維修中過程中還因為操作不當(dāng)造成各種失誤，比如換錯變速箱油，操作程序不當(dāng)造成車輛損害，甚至發(fā)動機(jī)內(nèi)部構(gòu)件彈出發(fā)生重大安全事故。在此背景之下，結(jié)合汽車智能化發(fā)展的方向，應(yīng)用智能檢測和維修技術(shù)就是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大勢所趨。

1? ?汽車智能故障檢測技術(shù)

1.1 汽車智能故障檢測技術(shù)的優(yōu)勢

智能化故障檢測技術(shù)結(jié)合了AI技術(shù)和故障診斷技術(shù)，能夠?qū)ζ嚨陌l(fā)動機(jī)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等進(jìn)行診斷。和傳統(tǒng)人工經(jīng)驗相比，智能故障檢測能夠精確給出汽車各項故障的參數(shù)，比如輪胎胎壓通過判斷四個輪胎胎壓分壓是2.2bar、2.4bar、2.8bar和2.7bar，即可以判斷車輛動平衡問題是由胎壓引起，進(jìn)而通過傳感器系統(tǒng)對輪胎進(jìn)行受力分析，無需扒胎就能夠智能分析是否存在漏氣現(xiàn)象。然后結(jié)合機(jī)器視覺系統(tǒng)，對輪胎表面的紋路進(jìn)行判斷，找出漏氣點。和傳統(tǒng)汽車故障檢測技術(shù)相比，智能故障檢測技術(shù)更符合汽車智能化時代的發(fā)展方向，能夠在數(shù)據(jù)庫中快速判斷汽車的各類故障，對故障原因分析更精準(zhǔn)、更快速，能夠有效解決傳統(tǒng)汽車故障檢測中耗時耗力但是也不能找到故障原因的問題。比如，某汽車水溫不準(zhǔn)，跑了幾家修理廠，先換節(jié)溫器，又換溫度感應(yīng)塞，最后拆卸水溫表進(jìn)行修理，都沒有找到故障原因，更換后汽車水溫表水溫仍然處于低位上不來。這就是典型的依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗維修帶來的弊端，一旦修理人員不能夠準(zhǔn)確排除故障，耗時耗力也不能解決。

1.2 汽車智能故障檢測技術(shù)的分類

1.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障技術(shù)方法

該技術(shù)具有強(qiáng)大的非線性處理功能，容錯性強(qiáng)，因此能將汽車故障快速分類。但是其缺陷在于學(xué)習(xí)樣本量大，訓(xùn)練時間長，因此推理能力較差。目前以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最為廣泛，但需要采用自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)法等方法進(jìn)行改進(jìn)。

1.2.2 故障樹技術(shù)方法

該方法常應(yīng)用于汽車故障檢測，其采用圖形結(jié)構(gòu)的方法簡單有效，能夠?qū)收下矢叩牟考M(jìn)行優(yōu)化。但是需要專業(yè)人員進(jìn)行分析，而且系統(tǒng)復(fù)雜度提高，其推理速度會減慢，因此要結(jié)合其它方法。

1.2.3 案例推理技術(shù)方法

其原理是通過過去知識重現(xiàn)來解決汽車當(dāng)前遇到的問題，對其進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)分層檢索，提高檢測的精度。但是該技術(shù)需要在對組織結(jié)構(gòu)和檢索算法進(jìn)行優(yōu)化，并且依賴豐富案例庫提升自學(xué)習(xí)能力，對案例庫的數(shù)量要求較高。

1.2.4 規(guī)則推理技術(shù)方法

規(guī)則推理方法接近于人的思維方式，該方法也被稱為RBR診斷技術(shù)，通過對規(guī)則建立索引，能夠快速找到相應(yīng)規(guī)則，匹配效率高。但是存在規(guī)則推理無法解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)、規(guī)則不統(tǒng)一等問題。

2? 基于案例推理方法的汽車智能檢測與維修模型

由于大數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展，本研究采用案例庫推理方法，適應(yīng)未來車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展。一旦發(fā)生故障可以直接通過車聯(lián)網(wǎng)等系統(tǒng)直接錄入到案例庫中。

2.1 基于案例推理方法的汽車智能檢測

對于案例推理方法，其關(guān)鍵技術(shù)是案例學(xué)習(xí)。案例相似度記為S=（S1，S2，…，Sn）（n∈1，……，N;0≤Si≤1）。當(dāng)Si=0時，作為新案例，與所有案例都不相似，保存入庫。當(dāng)Si=1時，說明與歷史案例完全相似，則不保存。用五元組的方法表示故障案例，E=<N，T，D，R，A>，其中N是唯一標(biāo)識符，T是種類，D是故障征兆屬性值，R是故障原因。以潤滑系統(tǒng)故障檢測為例，其故障案例可以表示為N=0001;其中故障種類T1表示為發(fā)動機(jī)，T2表示為潤滑系統(tǒng);故障征兆屬性值D1表示為機(jī)油壓力，D2表示為機(jī)油溫度，D3表示為機(jī)油顏色，D4表示為機(jī)油氣味。故障原因R表示為管路破損。A是輔助說明信息。

2.2 基于案例推理方法的汽車智能維修

維修模型可以用四元組來進(jìn)行表示，即E=<N，T，S，A>。其中T表示為維修工具，S為解決方案。以火花塞故障為研究案例。同樣，N=00001，維修工具T1表示為鯉魚鉗，T2表示為套筒，T3表示為接桿，T4表示為棘輪扳手。S表示為維修解決方案，即使用維修工具拔下高壓線，取下火花塞，進(jìn)行跳火測試。A表示其中的維修時間和費用等信息。

2.3 汽車故障與維修案例檢索策略

盡管大數(shù)據(jù)技術(shù)飛速發(fā)展，但是因為汽車的零件成千上萬，其故障種類繁多，因此案例數(shù)據(jù)庫異常龐大。所以要對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提升檢索效率，建立分類數(shù)據(jù)庫的組織結(jié)構(gòu)。具體來說，在分類過程中，可以設(shè)置如下分類結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)包括車身、底盤、發(fā)動機(jī)、電器和電子設(shè)備，底盤包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，發(fā)動機(jī)包括配氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等，電器和電子設(shè)備包括啟動系統(tǒng)等，車身包括后備箱等。以此設(shè)置索引結(jié)構(gòu)，并且設(shè)置多級代表性案例。通過分類分層次檢索，可以提升檢索效率。

2.4 案例推理和規(guī)則推理的混合

案例推理方法，只需要從數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行匹配即可完成推理，但是沒有相關(guān)案例時，則需要復(fù)雜的規(guī)則推理進(jìn)行判斷。因此要對案例推理方法進(jìn)行優(yōu)化，具體來說，當(dāng)案例推理不能夠滿足故障診斷需求時，則進(jìn)入到規(guī)則推理方式。通過規(guī)則提取和人工專家診斷方式，進(jìn)行配合，提升診斷的水平，并且提出相應(yīng)的維修解決方案。

3? 汽車智能故障檢測與維修的系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用

3.1 汽車智能故障檢測與維修的系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法，方便加入各類模塊，維護(hù)高效便捷，可擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)應(yīng)該包括設(shè)置模塊、知識管理模塊、故障診斷與維修模塊、案例學(xué)習(xí)模塊等?？紤]到修車人員的學(xué)歷普遍較低，越是經(jīng)驗豐富的修車師傅其教育經(jīng)歷越少，因此操作應(yīng)該簡潔，界面具有親和力，最好和手機(jī)操作界面類似，符合維修人員的使用習(xí)慣。同時系統(tǒng)應(yīng)該具有高度的系統(tǒng)的可靠性、便于維護(hù)和安全性。同時方便融入車聯(lián)網(wǎng)等新系統(tǒng)，能夠?qū)噧?nèi)外環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測等。系統(tǒng)可采用三層C/S結(jié)構(gòu)，使用VS開發(fā)環(huán)境。同時融入VR等技術(shù)，能夠?qū)ζ嚬收线M(jìn)行模擬，以滿足零部件更換等需求。在系統(tǒng)設(shè)計中要充分融入當(dāng)前云計算的開放環(huán)境，大量搜集相關(guān)案例不斷補(bǔ)充進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫中，彌補(bǔ)對專家的依賴。智能檢測和維修系統(tǒng)要融合GPS技術(shù)、機(jī)器人視覺技術(shù)、關(guān)鍵部件安全控制技術(shù)等，不斷推動技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)的功能，比如利用該系統(tǒng)結(jié)合VR技術(shù)，并且連接案例庫，將每一種故障案例的發(fā)生、原理和維修過程，用VR視頻的方式呈現(xiàn)出來，將其上傳到云平臺，方便智能維修。

3.2 汽車智能故障檢測創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用

未來汽車智能故障診斷技術(shù)要向網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，應(yīng)該努力在這方面取得突破，比如給整車搭建完善的電氣架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引入域控制器，進(jìn)行T-GW擴(kuò)展。在此技術(shù)上實現(xiàn)零部件診斷功能，可以基于CAN主干網(wǎng)根據(jù)零部件的運行提出診斷需求。比如，傳統(tǒng)汽車維修需要儀表盤報故障，才能夠開到修理廠進(jìn)行維修，甚至是儀表盤不報故障，車主感覺到明顯故障之后才能維修。但是通過智能診斷平臺等新技術(shù)，可以自動判斷故障信息，并且能夠給車主推薦應(yīng)急處理方法和就近維修點。如果車輛不能開到就近維修點時，還可以連線人工專家等，幫助提出緊急處理和正確處置的措施。未來汽車故障檢測越來越多采用免拆的方式，能夠通過識別圖像、判斷聲音頻率、通過對車輛運動狀態(tài)進(jìn)行判定。

3.3 汽車智能維修技術(shù)的應(yīng)用

這里的智能維修指的是用機(jī)器人代替人來進(jìn)行重復(fù)性的安裝和維修工作，比如噴漆、鈑金、安裝、保養(yǎng)等。對于一些重復(fù)性的領(lǐng)域，使用機(jī)器進(jìn)行操作比人操作精度更高，正如汽車的全機(jī)器化生產(chǎn)一樣，在維修領(lǐng)域也可以逐漸采用這一技術(shù)。要實現(xiàn)智能維修技術(shù)的突破，可以從智能拆車技術(shù)入手。智能拆車技術(shù)的應(yīng)用能夠快速拆下大量的拆車件，拆車件其優(yōu)勢在于是原廠件，而且成本低，匹配度高，滿足快修的需求，不需要等待廠家或者配件商處發(fā)貨。同時使用拆車件更節(jié)能環(huán)保，滿足低碳汽車發(fā)展的需求，在維修中實現(xiàn)汽車零件的循環(huán)利用。其更大的優(yōu)勢在于進(jìn)行智能化拆解的過程中，可以更放心大膽地對程序進(jìn)行設(shè)定，并且評估是否對汽車造成損害，維修和拆卸的過程中遵循程序設(shè)定，根據(jù)此可以更好地對程序進(jìn)行設(shè)定。從某種意義上來說，智能拆車技術(shù)的應(yīng)用是汽車智能維修的試驗臺，在拆解的過程中，可以根據(jù)實際狀況對智能機(jī)械手和機(jī)器人進(jìn)行設(shè)定，通過機(jī)器學(xué)習(xí)等功能熟悉拆卸、安裝等基本步驟，并且對每個步驟進(jìn)行記錄，熟悉汽車的各個部件結(jié)構(gòu)，將其納入到數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

4? 結(jié)語

未來新能源汽車將會逐漸取代燃油車，汽車智能化水平也會大大提高，智能檢測和維修將會取得飛速發(fā)展。因此，必須具有前瞻視野，大膽推動技術(shù)的創(chuàng)新。

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