大數(shù)據(jù)背景下智能汽車電子設備故障診斷和檢測

李敏，卜喬生，鄧劍鋒

（廣西生態(tài)工程職業(yè)技術學院，廣西 柳州 545004）

信息技術的不斷發(fā)展使得汽車中的電子設備越來越豐富，相關電子設備的復雜程度和技術含量也越來越高。當前絕大多數(shù)智能汽車都會配制大量的電子設備以輔助車輛的運行，提高車輛的運行效率。但電子設備的技術比較復雜，一旦出現(xiàn)故障和問題很容易導致整個智能汽車系統(tǒng)的癱瘓。因此加強對智能汽車電子設備故障的診斷和檢測是十分必要的，通過結合大數(shù)據(jù)技術和云計算技術，建立起智能的診斷和檢測系統(tǒng)，可以自動化的對各項故障進行識別和處理，提高智能車輛運行的安全性和可靠性，有效解決傳統(tǒng)故障檢測效率低下以及診斷范圍有限的問題。

1 智能汽車電子設備概述

隨著物聯(lián)網(wǎng)自動化控制系統(tǒng)和智能技術的飛速發(fā)展，汽車自動化程度不斷提升，配置的電子設備的數(shù)量和種類也越來越多，對于汽車整體管理也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的管理方法和管理策略已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化智能車輛的運行需要，基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘技術的不斷發(fā)展，進一步加快了智能車輛的發(fā)展步伐。未來智能汽車將會是決定公路運輸業(yè)發(fā)展方向的關鍵因素，通過整合網(wǎng)絡、實體以及道路一體化智能信息服務系統(tǒng)，能夠進一步加快傳統(tǒng)公路運輸業(yè)智能化發(fā)展的進程，提高汽車智能化水平和自動化水平。隨著科學技術的不斷發(fā)展和工業(yè)4.0戰(zhàn)略的持續(xù)推進，車輛越發(fā)趨向于無人化和智能化的方向發(fā)展，其內(nèi)部電子設備配置的自動化水平和復雜程度也越來越高，對于汽車售后檢修人員的專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力也提出了更高的要求。由于車輛面臨的工作環(huán)境多變，所以對車輛智能故障診斷技術和檢測技術提出了更高的要求。結合大數(shù)據(jù)設置有效的故障監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，能夠幫助工作人員快速準確的識別系統(tǒng)故障，保證陸運安全，促進公路運輸業(yè)的持續(xù)發(fā)展。利用智能診斷和檢測系統(tǒng)，可以自動化快速收集機械設備的各項數(shù)據(jù)，對機械設備運行的整體情況進行可靠監(jiān)測，收集各種各樣的數(shù)據(jù)種類和數(shù)據(jù)結構，并在龐大的數(shù)據(jù)庫中借助云計算技術系統(tǒng)，自動抓取設備的故障信息，有效解決車輛電子設備故障問題，提高電子設備運行的穩(wěn)定性和安全性。隨著傳感器技術的不斷發(fā)展，在智能汽車當中配置的傳感器數(shù)量和監(jiān)測點的數(shù)量也不斷增加，當前智能車輛電子設備故障診斷正在逐漸朝向高效化、數(shù)據(jù)化和智能化的方向發(fā)展。

2 智能汽車電子設備故障智能診斷和檢測技術

2.1 可靠性與重組技術

軟件重組技術可以加速提升控制網(wǎng)絡的可靠性和自恢復性，在電子設備故障智能診斷和檢測系統(tǒng)構建的過程中，利用軟件重組技術可以進一步提高電子設備運行的可靠性和穩(wěn)定性。從當前智能汽車電子設備控制系統(tǒng)來看，對于人工故障排除的依賴程度仍然比較高，難以實現(xiàn)故障的有效分離。利用重組技術可以在一定程度上解決綜合電子系統(tǒng)的故障恢復問題，層次化的進行故障控制，可以將上層監(jiān)管各個相關功能與底層的安全保障功能有效分隔開來。利用軟件重組技術可以在受到控制的電子設備當中嵌入配置相應的底層和組件，結合臨界控制響應系統(tǒng)以及傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)電子設備的自動管理和功能拓展，從而能夠極大的減輕對人力資源的依賴度，實現(xiàn)故障的自動識別、自動分析、自動處理和自動優(yōu)化，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和智能性。另外，在系統(tǒng)的不同層級上面實現(xiàn)上層監(jiān)控功能，結合具體區(qū)域的底層控制器的要求，對其他相關層級的控制器進行依次影響和響應傳遞，并最終反饋到上層控制器當中。

在設備運行的過程中，還需要通過適當?shù)耐ǖ缹⑷蝿諆?yōu)先級和執(zhí)行計劃等相關信息嵌入到底層控制算法當中，切實保證系統(tǒng)運行的智能化程度。另外，本地嵌入控制策略與車輛內(nèi)部的電子設備系統(tǒng)當中，從而可以更好地對故障進行預測和分析，明確故障的相關影響因素，并從根源上進行故障控制。通過本地嵌入控制策略可以解決分布式電子設備的可測試性問題，利用成千上萬的分布式節(jié)點替代少數(shù)大型設備，進行信息控制基礎結構的構建，并將信息控制的概念放大。在車輛電子設備故障智能診斷和檢測系統(tǒng)的設計期間，也可以利用類同的電子技術組建分布式的網(wǎng)絡。利用多個軟事件，通過更為理想的方式控制大型電子設備網(wǎng)絡，提高網(wǎng)絡系統(tǒng)控制的可靠性，保證電子設備運行的效率和質(zhì)量。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡同專家系統(tǒng)相結合的診斷技術

當前關于智能汽車電子設備故障的診斷技術的研究主要是基于神經(jīng)網(wǎng)絡的故障診斷技術和基于符號推理的智能故障診斷技術兩個方面來進行的。智能汽車電子設備配置相對比較復雜，電子設備的精密程度也比較高，所以電子設備的故障診斷是一個非常困難和復雜的問題，單一采取診斷方法很難取得應有的成效。其次，智能汽車電子設備的故障和征兆具有模糊性的特征，故障與征兆之間的界限很多，并不明確，而且有的時候多故障同時發(fā)生，單純采取某一個特定的技術或者系統(tǒng)都難以準確地判斷故障。所以需要綜合集成診斷系統(tǒng)，有效控制智能汽車電子設備的故障，綜合神經(jīng)網(wǎng)絡和符號推理功能，實現(xiàn)信息處理的智能化和自動化?？梢圆扇∩窠?jīng)網(wǎng)絡同專家系統(tǒng)相結合的方式，進行智能汽車電子設備故障智能診斷和檢測系統(tǒng)的搭建。工作人員可以將專家系統(tǒng)構建成神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的可學習性特征確定網(wǎng)絡中的權值，并將權值的總和作為不確定性，以此進行網(wǎng)絡計算。其次，工作人員也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡視為某一類知識的處理和表達模型，通過知識網(wǎng)絡模型與其他知識表達模型，比如語義網(wǎng)絡、框架網(wǎng)絡和規(guī)則網(wǎng)絡等相關結構，一起對領域?qū)＜业闹R進行表達和計算，面向不同的推理機制進行構思。

2.3 人工免疫算法

通過對智能汽車電子設備故障和問題進行智能的檢測，可以幫助工作人員精準的判斷電子設備故障發(fā)生的區(qū)域和發(fā)生的類型，從而可以有效減少電子設備故障的損害，提高智能汽車整體的運行質(zhì)量。常用的電子設備故障檢測方法包括短路法、比較法和直觀法等，這些方法往往只針對電子設備可視層面的故障檢測，對于其內(nèi)部發(fā)生的元件故障，通過人力的方法很難檢測出來。所以，加強智能汽車電子設備故障自動和智能檢測系統(tǒng)的分析是十分必要的。人工免疫算法在各個領域的故障檢測和分析當中獲得了廣泛的應用，將之應用于智能汽車電子設備故障檢測當中，可以結合電路圖以及電子設備的運行數(shù)據(jù)，通過對比電子設備不同元件的節(jié)點，從而能夠幫助工作人員準確的識別故障發(fā)生的范圍，為后續(xù)自動化的檢測奠定堅實的基礎。在具體操作時，工作人員需要將相關運算程序輸入到檢測電路當中，然后將之植入到需要檢測的電子設備。利用人工免疫算法可以自動化的分析設備各類軟件的運行數(shù)據(jù)以及相關參數(shù)，包括芯片狀態(tài)、電壓參數(shù)、電流參數(shù)以及電容參數(shù)等。設備檢測電路當中配有相關中央處理器可以自動處理運算檢測資源，并將電子設備電路模型的記憶存儲到電路板上。一旦出現(xiàn)電子設備內(nèi)部元件故障，電路系統(tǒng)可以智能識別電子設備的元件位置并向工作人員發(fā)出警報，提高設備識別的效率和識別的質(zhì)量。20世紀40年代國外人工免疫算法的研究者發(fā)明了第一個人工神經(jīng)元計算模型，可以模擬人的思維對故障信號進行反饋。通過合理設置故障變量、兩級神經(jīng)元之間的參數(shù)連接以及門限，可以科學地進行故障運算，并結合故障信息處理數(shù)據(jù)獲得最終的故障范圍。明確神經(jīng)元參數(shù)連接的大小，可以進一步縮小故障范圍的診斷結果，使得診斷更加精確。在具體運行的過程中，學習和記憶反彈是神經(jīng)元的特點，同時也可以全面體現(xiàn)出人工免疫算法的優(yōu)勢。

在故障診斷的模式之下，人工免疫算法可以依據(jù)原始數(shù)據(jù)對故障的類型和故障的屬性進行判斷，并將之帶入到算法本身進行匹配。經(jīng)過匹配之后的數(shù)據(jù)，通過輸出端進行模型的釋放，模型當中的故障指導信號可以向人們自動傳輸故障診斷的范圍，并不斷調(diào)整神經(jīng)元模型的參數(shù)，使得電子元件的故障范圍可以進一步縮小，從而可以準確的完成故障的匹配以及故障的診斷。

3 大數(shù)據(jù)背景下智能汽車電子設備故障診斷和檢測系統(tǒng)的應用

3.1 合理提取設備故障特征

隨著計算機技術的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術和云計算技術的應用越來越廣泛，利用大數(shù)據(jù)技術能夠進一步提升檢測系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)運行的智能性和穩(wěn)定性，提高故障診斷的準確性和可靠性。依據(jù)特征采樣原理，科學的采集智能汽車電子設備的故障信息，并結合設備運行數(shù)量以及相關節(jié)點的分布情況對數(shù)據(jù)進行調(diào)研和分析，明確設備運行的特征數(shù)據(jù)信息。

結合電子設備的運行條件，采取有效方式對電子設備的運行頻率、電壓、電流情況進行合理的保護，一旦出現(xiàn)這些參數(shù)異常，會通過智能故障診斷系統(tǒng)反饋給工作人員進行調(diào)整。其次，需要進一步加強對設備定位區(qū)域的計算，明確智能汽車電子設備運行標準數(shù)值，并將之對比異常數(shù)值，從而可以快速定位和分析設備故障信息。另外，工作人員還需要結合電子設備的履行情況和升級條件，不斷優(yōu)化設備故障特征提取的原理和提取的方案?？梢詰梅诸悊芜x方法篩選海量的負載數(shù)據(jù)，科學跟蹤和檢測智能汽車設備整體的運行狀態(tài)，并做好相關信號數(shù)據(jù)的采集，明確噪聲干擾數(shù)值的特征，便于后續(xù)進行處理。

3.2 合理進行智能汽車電子設備運行故障檢測

在收集電子設備故障特征并做好數(shù)據(jù)去噪之后，需要進一步檢測和修正電子設備運行故障的數(shù)值，保證數(shù)據(jù)采集的有效性。工作人員需要結合智能汽車電子設備的運行特征、運行環(huán)境和運行條件，合理的優(yōu)化智能汽車電子設備軟件運行參數(shù)統(tǒng)計，分析運行故障數(shù)值的頻率分布情況。對智能汽車電子設備故障模式進行迭代處理和反復對比，從而可以獲得不同環(huán)境下設備運行的穩(wěn)定數(shù)值，明確正常狀態(tài)下數(shù)據(jù)的情況和狀態(tài)，并將之存儲到系統(tǒng)當中，為后續(xù)故障檢測活動的快速進行提供充足的數(shù)據(jù)參考，保證智能汽車行駛的安全性。

3.3 智能汽車電子設備故障智能診斷和檢測系統(tǒng)的構建

結合現(xiàn)代傳播發(fā)展的特點以及智能化檢測和自動化控制的需求，應用大數(shù)據(jù)技術、云計算技術和紅外檢測技術，合理的進行智能汽車智能故障診斷技術的應用，可以幫助人們更好的認識智能汽車故障問題，提高智能汽車運行的安全性和可靠性。在構建智能汽車電子設備故障智能診斷檢測系統(tǒng)時，要注意故障診斷思維、診斷方法、診斷目標以及研究對象的延伸，突破傳統(tǒng)診斷思維的界限。以故障現(xiàn)象為表征，以經(jīng)驗機理為基礎，以智能算法為手段，以監(jiān)測數(shù)據(jù)為內(nèi)核，明確故障診斷的新的方向以及新的目標，打破原有診斷思維的束縛，提高診斷的高效性和準確性。其次，進一步擴大診斷方法，改變傳統(tǒng)過度依賴人工收集數(shù)據(jù)的情況，基于智能技術的相關機理提取故障特征，應用切片式的診斷方法，從而使診斷系統(tǒng)可以在多工況和多因素干擾下依然能夠準確快速的提取數(shù)據(jù)特征，并進行數(shù)據(jù)特征的篩選和利用，為故障數(shù)據(jù)解析和全局分析提供新的方向和方法。

4 結語

綜上所述，大數(shù)據(jù)背景下智能汽車電子設備故障智能診斷和檢測系統(tǒng)的建設需要基于智能化技術、電子信息技術和一系列的神經(jīng)網(wǎng)絡技術來進行。通過構建智能故障診斷和檢測系統(tǒng)，可以自動化的識別和分析智能汽車電子設備的運行問題，并幫助工作人員采取有效措施及時進行處理，保證電子設備運行的效率和運行的安全性，避免電子設備故障發(fā)生而影響車輛的正常使用，提高智能汽車運行的安全性和可靠性。