基于專家系統(tǒng)的純電動客車制動系統(tǒng)故障診斷

劉 靜，趙苗苗，劉瑤秋

（揚(yáng)州亞星客車股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

純電動客車制動系統(tǒng)由電制動和氣制動結(jié)合構(gòu)成，在傳統(tǒng)氣制動的基礎(chǔ)上，增加了電制動，能夠很好實(shí)現(xiàn)提前制動功能。制動系統(tǒng)故障維修，當(dāng)前主要根據(jù)維修人員經(jīng)驗(yàn)診斷故障部位，進(jìn)行針對性維修。

純電動客車安裝的車輛監(jiān)控設(shè)備，可以實(shí)時采集車輛運(yùn)行過程中CAN總線報文數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)時監(jiān)控車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，本文在對制動故障和整車通信數(shù)據(jù)相關(guān)性研究基礎(chǔ)上，設(shè)計專家系統(tǒng)進(jìn)行制動系統(tǒng)故障機(jī)構(gòu)定位，提高制動系統(tǒng)故障處理效率。

1 制動系統(tǒng)故障關(guān)系

純電動客車制動系統(tǒng)由多個零部件組成，相互協(xié)作完成車輛制動工作。為方便制動系統(tǒng)故障分析，將故障進(jìn)行分類處理，分類分析。

制動系統(tǒng)故障包含電制動失效（M1）、氣制動失效（M2）、制動拖滯（M3）等，故障的主要機(jī)構(gòu)有供能機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳能機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)。

1）供能機(jī)構(gòu)主要包括儲氣筒組件（G1）、空氣壓縮機(jī)（G2）等零部件。

2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括左前輪（L1）、左后輪（L2）、右前輪（L3）、右后輪（L4）處制動裝置和驅(qū)動電機(jī)（L5）。

3）傳能機(jī)構(gòu)包括制動踏板（C1）、氣管路（C2）、閥類件（C3）等。

4）控制機(jī)構(gòu)包括整車控制器（K1）、空氣壓縮機(jī)控制器（K2）和驅(qū)動電機(jī)控制器（K3）。

制動系統(tǒng)故障與各個機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 制動系統(tǒng)故障關(guān)系圖

引起制動系統(tǒng)故障原因有多個，如何快速定位故障機(jī)構(gòu)，確定故障點(diǎn)，是制動系統(tǒng)故障維修的必要條件。

根據(jù)制動系統(tǒng)關(guān)系分析，匯集車輛維修理論與維修人員多年維修經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用模糊推理，設(shè)計出故障診斷的專家系統(tǒng)，對車輛實(shí)時運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，診斷車輛故障機(jī)構(gòu)。

2 制動系統(tǒng)故障專家?guī)旖?/h2>

純電動車上安裝的監(jiān)控設(shè)備，能夠?qū)崟r有效地采集整車CAN報文數(shù)據(jù)并發(fā)送給監(jiān)控后臺系統(tǒng)。整車CAN報文負(fù)責(zé)各個電器部件之間的通信，其中與制動系統(tǒng)相關(guān)的通信數(shù)據(jù)見表1。

車輛故障診斷知識庫是匯集車輛維修理論與維修人員多年維修經(jīng)驗(yàn)而建立的?；趯囕v運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測、分析，及時準(zhǔn)確地顯示車輛故障信息，完成車輛故障定位，提供車輛故障解決方案，專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

專家知識庫故障診斷技術(shù)，利用人工智能和現(xiàn)代計算技術(shù)，將領(lǐng)域內(nèi)的專家經(jīng)驗(yàn)知識進(jìn)行程序化編寫，結(jié)合車輛實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障診斷。

專家系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、知識庫、推理機(jī)、知識獲取、知識算法程序和知識輸入構(gòu)成。工作原理是將制動系統(tǒng)故障特征數(shù)據(jù)知識庫管理，系統(tǒng)將知識進(jìn)行算法程序化處理后存入知識庫，推理機(jī)載入車輛運(yùn)營數(shù)據(jù)與知識庫中的知識進(jìn)行匹配，將完成匹配的信息顯示在診斷結(jié)果中，再通過解釋機(jī)反饋給維修人員，同時作為知識再次輸入知識庫管理。

表1 通信數(shù)據(jù)關(guān)系表

圖2 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本文專家系統(tǒng)的核心設(shè)計是知識庫管理和推理及設(shè)計。

2.1 知識庫管理

本文專家系統(tǒng)中的知識獲取來自相關(guān)書籍和維修人員經(jīng)驗(yàn)，知識庫中包含純電動客車專用制動系統(tǒng)所有資料，包含但不限于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、零部件說明書、維修手冊、維修案例匯總以及工程師故障診斷經(jīng)驗(yàn)等，將知識庫整理后，轉(zhuǎn)化為相關(guān)知識庫算法應(yīng)用程序。

本專家系統(tǒng)采用產(chǎn)生式規(guī)則對知識進(jìn)行表示：

式中：P——規(guī)則的前提；Q——結(jié)論；CF——置信度。

2.2 推理機(jī)設(shè)計

推理機(jī)按時間逐條載入表1中涉及的18個車輛監(jiān)控數(shù)據(jù)，對每個數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)算法處理后，針對每個數(shù)據(jù)發(fā)生后制動系統(tǒng)是否工作、分析結(jié)果不一致的情況，進(jìn)行篩選并標(biāo)記為異常數(shù)據(jù)，然后與知識庫中的知識進(jìn)行匹配。推理工作過程如圖3所示。

圖3 推理流程圖

3 制動系統(tǒng)故障診斷應(yīng)用

某輛車實(shí)時運(yùn)營監(jiān)控數(shù)據(jù)，報文時差10s，見表2。該組數(shù)據(jù)表示車輛運(yùn)營過程中，駕駛員進(jìn)行了制動操作，整車制動系統(tǒng)同時進(jìn)行了響應(yīng)操作，但是車速下降緩慢。

專家系統(tǒng)對該組數(shù)據(jù)算法處理流程如圖4所示。公交車行駛線路儀表為瀝青或混凝土路面，摩擦系數(shù)為0.012～0.02，本文取中間值0.018，即車輛無驅(qū)動力、無制動力時，減速度為0.18m/s2。

有車速診斷出車輛無制動作用，而其他數(shù)據(jù)則判斷出車輛制動正常響應(yīng)，該結(jié)果與知識庫中一條知識匹配：

IF（車輛制動系統(tǒng)響應(yīng)，而無制動效果）

THEN（制動執(zhí)行部件故障）

表2 運(yùn)營監(jiān)控數(shù)據(jù)表

圖4 案例分析流程圖

數(shù)據(jù)處理中，車輛與地面減速度計算存在估值，車速減速度的隸屬函數(shù)：

車輛減速度計算為0.125m/s2，則診斷可信度為0.94。

專家系統(tǒng)分析得出“制動執(zhí)行部件故障”，即L1、L2、L3、L4處出現(xiàn)故障。

4 結(jié)束語

專家系統(tǒng)是人工智能的一個重要部分，本文將專家系統(tǒng)應(yīng)用于車輛制動系統(tǒng)故障，進(jìn)行車輛監(jiān)控數(shù)據(jù)自動處理分析，能夠快速發(fā)現(xiàn)并確定故障部位，增加了車輛安全運(yùn)行的系數(shù)，提升了故障維修的效率。