特定車(chē)速下輕型卡車(chē)駕駛室異常抖動(dòng)故障診斷方法

王郡成

(1.北汽福田汽車(chē)股份有限公司時(shí)代事業(yè)部，山東 諸城 262233；2.濰坊市經(jīng)濟(jì)學(xué)校，山東 諸城 262234)

0 引言

輕型卡車(chē)在平直瀝青路面或平整度較高的水泥路面上以特定車(chē)速行駛時(shí)，駕駛室可能出現(xiàn)上下方向大幅振動(dòng)、左右方向傾斜與擺動(dòng)不規(guī)律以及異常抖動(dòng)等現(xiàn)象，降低駕駛員的主觀舒適度，嚴(yán)重可造成交通安全隱患[1]。車(chē)輛的抖動(dòng)分為兩種類(lèi)型：自激式抖動(dòng)和受迫式抖動(dòng)。自激式抖動(dòng)是指車(chē)輛在受力或者運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所引起的多種抖動(dòng)；受迫式抖動(dòng)是一個(gè)被其他振動(dòng)源激發(fā)的對(duì)象所引起的抖動(dòng)。輕型卡車(chē)駕駛室異常抖動(dòng)的自激振主要有：在工作狀態(tài)下的引擎振動(dòng)、變速器與驅(qū)動(dòng)橋的內(nèi)齒輪轂的碰撞、輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)不均衡所產(chǎn)生的振動(dòng)。這種抖動(dòng)與由道路的不平整引起的車(chē)輛的無(wú)規(guī)則的震動(dòng)共同組成了異常抖動(dòng)。其他的車(chē)架振動(dòng)、車(chē)體振動(dòng)和車(chē)身振動(dòng)都屬于受迫式抖動(dòng)。在受迫振動(dòng)體的抖動(dòng)頻率與其自身的抖動(dòng)頻率相近時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振。

已有眾多研究者對(duì)駕駛室異常抖動(dòng)故障診斷方法展開(kāi)了研究。其中應(yīng)用比較廣泛的診斷方法主要有兩種，一種是基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障診斷方法[2]，該方法利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的非線性映射能力，來(lái)判斷車(chē)輛駕駛室有無(wú)故障，并對(duì)抖動(dòng)故障實(shí)現(xiàn)分類(lèi)，但其判別速度較慢，導(dǎo)致診斷效果不理想；另一種是基于CAN總線的車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障診斷方法[3]，該方法通過(guò)對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取訓(xùn)練樣本，并建立診斷模型，將訓(xùn)練樣本作為模型的檢測(cè)與參數(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)，以此實(shí)現(xiàn)故障診斷，該方法雖然診斷效率比常規(guī)層式網(wǎng)絡(luò)有所提升，但對(duì)于樣本分散且數(shù)據(jù)量大的問(wèn)題，此方法不能進(jìn)行反推，使得診斷準(zhǔn)確率較低。

鑒于此，本文針對(duì)特定車(chē)速下輕型卡車(chē)駕駛室異常抖動(dòng)故障問(wèn)題提出一種診斷方法，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)解析，計(jì)算引起駕駛室抖動(dòng)故障的底部事件的概率主要度，進(jìn)而完成故障診斷任務(wù)。并通過(guò)分析測(cè)試的方式，驗(yàn)證了所提方法的診斷效果。研究表明，所提方法計(jì)算得出車(chē)輛汽缸故障的概率重要度為0.874，診斷準(zhǔn)確性較高；車(chē)輛居家室抖動(dòng)故障得出的準(zhǔn)確率最高值為97%。

1 異常抖動(dòng)故障診斷方法設(shè)計(jì)

1.1 駕駛室信息數(shù)據(jù)在線采集

對(duì)車(chē)輛駕駛室異常抖動(dòng)故障進(jìn)行診斷，駕駛室數(shù)據(jù)采集是本研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)，本文通過(guò)數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集車(chē)輛駕駛室在線數(shù)據(jù)，提取駕駛室關(guān)鍵狀態(tài)信息，根據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)車(chē)輛數(shù)據(jù)進(jìn)行重新打包，利用總線遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)包傳送至本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，并在終端設(shè)備上進(jìn)行顯示，之后在終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，最終傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器中[4-5]。對(duì)于車(chē)輛駕駛室的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)主要利用可修改的定時(shí)幀存儲(chǔ)方式，則數(shù)據(jù)采集器A可表示為：

A={S，Ls，Le，E，C}

(1)

式中，S表示的是多向傳感器組；Ls表示的是傳感器組可控制效率參量；Le表示的是線束集的調(diào)整權(quán)值系數(shù)；E表示的是系數(shù)的反向修正因子；C表示的是采集器接口網(wǎng)關(guān)。

在數(shù)據(jù)采集器中，傳感器組中的第i個(gè)傳感器Si對(duì)勻速行駛中的車(chē)輛駕駛室的在線數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與采集，通過(guò)控制效率參量Ls將數(shù)據(jù)與修正因子Ei相比較，根據(jù)采集器的傳輸控制協(xié)議將與修正因子一致的數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉骺偩€中，并通過(guò)調(diào)整權(quán)值系數(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，之后在車(chē)輛駕駛室標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口間實(shí)現(xiàn)傳輸與存儲(chǔ)[6]。

利用數(shù)據(jù)采集器采集的車(chē)輛駕駛室故障信息可采列表如表1所示。

表1 駕駛室故障信息可采列表

實(shí)時(shí)周期性地采集駕駛室的狀態(tài)信息，以篩選出駕駛室的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，這對(duì)于分析駕駛室抖動(dòng)故障具有實(shí)際意義，并且可以被大多數(shù)車(chē)輛采集[7-8]。根據(jù)狀態(tài)信息的特征對(duì)這種類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)。故定義車(chē)輛駕駛室數(shù)據(jù)采集信息集P描述為：

P={Pf，Ps，Po}

(2)

式中，Pf表示的是車(chē)輛的車(chē)速信息；Ps表示的是車(chē)輛駕駛室的振動(dòng)主頻信息；Po表示的是駕駛室振動(dòng)峰值信息。三者可描述為式(3)所示：

(3)

式中，Pfi表示的是車(chē)輛駕駛室振動(dòng)幅值信息，包含N個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象；Psj表示的是駕駛室振動(dòng)頻響信息，包含M個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象；Pok表示的是駕駛室振動(dòng)頻率信息，包含Q個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。

根據(jù)采集器的采集規(guī)律可知，在特定的采集周期內(nèi)，采集器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)幀格式一致，但由于采集的速率有所差異，因此，終端接收到的數(shù)據(jù)應(yīng)答幀也不同?；诖嗽?，定義駕駛室狀態(tài)數(shù)據(jù)采集機(jī)制為隨機(jī)性數(shù)據(jù)幀應(yīng)答機(jī)制[9-10]。故駕駛室振動(dòng)幅值信息Pfi、駕駛室振動(dòng)頻響信息Psj、駕駛室振動(dòng)頻率信息Pok分別可描述為式(4)所示：

(4)

式中，mf1、ms1、mo1均表示的是駕駛室狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的響應(yīng)數(shù)據(jù)定時(shí)幀；TC表示的是采集數(shù)據(jù)器采集周期；TK表示的是將周期劃分為K個(gè)。則對(duì)于車(chē)輛駕駛室采集到的信息數(shù)據(jù)可表示為B=(Pfi，Psj，Pok)。

利用以上方法確定了車(chē)輛駕駛室數(shù)據(jù)采集列表，以及相應(yīng)車(chē)輛數(shù)據(jù)采集周期[11]。并采用采用問(wèn)答式總線通訊，以定周期發(fā)送車(chē)輛駕駛室數(shù)據(jù)采集信息集中的數(shù)據(jù)詢問(wèn)數(shù)據(jù)幀，獲取駕駛室數(shù)據(jù)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，以此實(shí)現(xiàn)車(chē)輛駕駛室狀態(tài)信息的采集，為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 駕駛室信息數(shù)據(jù)解析

將上述利用數(shù)據(jù)采集器采集到的駕駛室在線狀態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)采集事件進(jìn)行排序，并創(chuàng)建動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流文件，將其上傳到計(jì)算機(jī)上，對(duì)駕駛室抖動(dòng)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，以此找出引起駕駛室異常抖動(dòng)故障的具體因素[12]。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析之前，為保證故障來(lái)源的反推精準(zhǔn)度，需要預(yù)處理采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)中的重復(fù)、損壞數(shù)據(jù)予以剔除，并將整理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，整合為統(tǒng)一格式，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)解析流程。數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化公式如下所示：

(5)

式中，ct表示的是采集數(shù)據(jù)的歸一化結(jié)果；n表示的是數(shù)據(jù)的計(jì)算維度，本研究中的數(shù)據(jù)維度選為2；r表示的是歸一化系數(shù)，該系數(shù)的取值范圍為0.01～0.05[13]；B表示的是初始數(shù)據(jù)。

在正常情況下，駕駛室中測(cè)量點(diǎn)的振動(dòng)頻率在車(chē)輛運(yùn)行期間是穩(wěn)定的。雖然不能保持不變，但其波動(dòng)幅度相對(duì)較小，通常沒(méi)有0.5 Hz的差異。如果在一段時(shí)間內(nèi)駕駛室測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻率多次超過(guò)0.5 Hz，且波動(dòng)頻率出現(xiàn)異常，就可以判定駕駛室存在抖動(dòng)故障。根據(jù)以上分析，首先根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)流計(jì)算出駕駛室測(cè)點(diǎn)的波動(dòng)頻率，其計(jì)算公式如下：

(6)

式中，p表示的是駕駛室測(cè)點(diǎn)異常波動(dòng)頻率；t表示的是測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)時(shí)間；u表示的是在特定車(chē)速下駕駛室測(cè)點(diǎn)的異常振動(dòng)頻率次數(shù)。車(chē)輛在運(yùn)行中，在不同車(chē)速下車(chē)輛的抖動(dòng)是無(wú)法避免的，但車(chē)輛的劇烈抖動(dòng)會(huì)給駕駛者帶來(lái)不適，甚至引起駛室結(jié)構(gòu)的諧振，進(jìn)而導(dǎo)致車(chē)輛的損傷。輕型卡車(chē)按照40 km/h行駛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的抖動(dòng)，給司機(jī)帶來(lái)較大的不適。這種抖動(dòng)的出現(xiàn)，使車(chē)輛行駛的舒適度和行駛的安全得到極大的降低；甚至還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)，變速器等的部件過(guò)早受損，使整個(gè)輕型卡車(chē)抖動(dòng)更加嚴(yán)重。

在實(shí)際應(yīng)用中，駕駛室測(cè)點(diǎn)的頻率出現(xiàn)波動(dòng)不是判斷駕駛室出現(xiàn)異常抖動(dòng)故障的直接指標(biāo)，有些情況下，其他外界因素也會(huì)引起駕駛室異常抖動(dòng)故障[14-15]。因此可設(shè)定一個(gè)閾值，根據(jù)該閾值診斷駕駛室是否存在抖動(dòng)故障，其用公式表示如下：

C=p≥H

(7)

式中，C表示的是駕駛室抖動(dòng)故障狀態(tài)；H表示的是故障診斷閾值。若駕駛室監(jiān)測(cè)點(diǎn)的頻率波動(dòng)值超過(guò)設(shè)定閾值，則可判定此時(shí)駕駛室存在異常抖動(dòng)故障。

通過(guò)以上方法可以明確當(dāng)前車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)及駕駛室是否存在抖動(dòng)故障，便于接下來(lái)診斷故障類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)故障診斷輸出。

1.3 實(shí)現(xiàn)駕駛室抖動(dòng)故障診斷

本文采用故障樹(shù)分析法，對(duì)可能引起駕駛室抖動(dòng)故障的原因進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的故障樹(shù)模型，從整個(gè)駕駛室發(fā)生故障的底部事件中分析判斷故障因素，實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)故障類(lèi)型的輸出。

首先需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的故障原因逐步進(jìn)行分析與推導(dǎo)，找出能夠引起抖動(dòng)故障的所有底部事件，接著將這些所有的事件通過(guò)相對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系按照特定的符號(hào)進(jìn)行連接，最后畫(huà)出一種可以顯示導(dǎo)致駕駛室抖動(dòng)故障的各個(gè)事件邏輯關(guān)系的樹(shù)狀圖[16]。然后對(duì)樹(shù)狀邏輯圖從定性與定量分析，計(jì)算出各個(gè)底部事件的故障概率及相關(guān)的重要度，從而獲取故障類(lèi)型。

故障樹(shù)作為一種完整性較強(qiáng)的邏輯因果關(guān)系圖，能夠詳細(xì)了解輕型卡車(chē)駕駛室各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況，對(duì)各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)因素作出合理分析，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行異常抖動(dòng)故障診斷，邏輯性與實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，能夠改善傳統(tǒng)診斷方法的不足，安全防護(hù)實(shí)際上是駕駛室抖動(dòng)故障診斷模型的主要功能，在合理的范圍內(nèi)降低風(fēng)險(xiǎn)或者完全避免風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，以此來(lái)維護(hù)駕駛室的安全[17]?？梢圆捎民{駛室抖動(dòng)故障診斷模型作為引導(dǎo)，設(shè)計(jì)整體的感知結(jié)構(gòu)，在故障樹(shù)的輔助下，形成駕駛室抖動(dòng)故障診斷模型，如圖1所示。各符號(hào)代表的含義如表2所示。

圖1 駕駛室抖動(dòng)故障診斷模型

表2 駕駛室抖動(dòng)故障診斷故障樹(shù)符號(hào)含義

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，所有底部事件構(gòu)成整個(gè)故障樹(shù)。這些底部事件將不可避免地影響頂部事件，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障[18]。因此，可通過(guò)計(jì)算求出每一個(gè)底部事件的關(guān)鍵重要度，來(lái)判斷故障類(lèi)型。底部事件Xj的結(jié)構(gòu)重要度Ij的算法為：

(8)

式中，mj表示的是事件Xj故障狀態(tài)，1表示的是事件Xj處于故障狀態(tài)，0表示的是事件Xj不發(fā)生；m表示的是事件Xj的狀態(tài)數(shù)。

在基本事件的結(jié)構(gòu)重要度基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算出底部事件的重要度系數(shù)，可直觀表征出在所有基本事件中，若剔除某個(gè)基本事件，其余基本事件引起頂部事件發(fā)生的概率情況[19]。Xj基本事件的概率重要度系數(shù)計(jì)算公式為：

(9)

式中，P(T)表示的是由于底部事件的影響導(dǎo)致頂部事件發(fā)生的分布概率；qj表示的是第j個(gè)底部事件被剔除的概率。則基本事件的關(guān)鍵重要度的計(jì)算公式為：

(10)

式中，Ie(j)表示的是基本事件的關(guān)鍵重要度系數(shù)；P(T)表示的是由于底部事件的影響導(dǎo)致頂部事件發(fā)生的分布概率；qj表示的是第j個(gè)底部事件被剔除的概率。

經(jīng)過(guò)上述的計(jì)算所得，駕駛室抖動(dòng)故障診斷的故障樹(shù)模型中任意一個(gè)底部事件Xj到頂部事件T的關(guān)鍵重要度均相同[20-21]。通過(guò)對(duì)駕駛室抖動(dòng)故障診斷構(gòu)建的故障樹(shù)進(jìn)行定性分析，可以有效地分析出當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)故障樹(shù)模型以及基本事件的關(guān)鍵主要度系數(shù)值大小，分析判斷出導(dǎo)致駕駛室抖動(dòng)故障發(fā)生的具體因素。

2 故障診斷結(jié)果與基本事件匹配

在上述設(shè)計(jì)的駕駛室抖動(dòng)故障診斷內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)故障診斷結(jié)果與基本事件的匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)輕型卡車(chē)異常抖動(dòng)故障診斷方法的設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，基于輕型卡車(chē)駕駛室中設(shè)備失效層面分析，由于每個(gè)底部事件都是最能測(cè)量和控制的最小分析單位，也是設(shè)備在運(yùn)行中失效的根本原因，因此可以認(rèn)為最小割集是引起輕型卡車(chē)駕駛室設(shè)備失效的最小因素?；谳p型卡車(chē)駕駛室設(shè)備失效概率方面分析，可以根據(jù)各個(gè)功能部件的關(guān)鍵性程度，對(duì)其進(jìn)行排序，從而快速地判斷出輕型卡車(chē)駕駛室設(shè)備的失效概率。此過(guò)程如下計(jì)算公式所示。

(11)

式中，a(x)表示的是輕型卡車(chē)駕駛室設(shè)備的失效概率；b(x)表示的是頂部事件的失效概率；Ni(x)、Mi(x)均表示的是單元構(gòu)件的失效概率。針對(duì)輕型卡車(chē)駕駛室設(shè)備在使用過(guò)程中發(fā)生的抖動(dòng)故障，可以將故障樹(shù)的相關(guān)信息導(dǎo)入到故障樹(shù)模型上，從而更直觀地判斷出每個(gè)設(shè)備的關(guān)鍵部位信息，并按照順序進(jìn)行排序，從而生成失效順序。對(duì)其進(jìn)行故障的分析，要從主要的儀器開(kāi)始，一旦發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，要立即進(jìn)行修理或更換。若沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，則根據(jù)其在故障判斷順序中所占的重要位置，查找出問(wèn)題根源。由于輕型卡車(chē)駕駛室各設(shè)備的失效機(jī)理各有差別，可以根據(jù)下面所列的公式，進(jìn)行失效概率的匹配，從而迅速識(shí)別出故障的種類(lèi)。

(12)

式中，Scfm表示故障診斷結(jié)果與基本事件的匹配；Di表示關(guān)鍵重要度單元。按照上述方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障診斷結(jié)果與基本事件的匹配，完成特定車(chē)速下輕型卡車(chē)駕駛室異常抖動(dòng)故障診斷方法的研究。

3 實(shí)驗(yàn)論證

本研究通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)獲取并分析駕駛室實(shí)時(shí)的在線狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的駕駛室抖動(dòng)故障診斷方法的合理性。

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)中選取2021年生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)輕型卡車(chē)作為實(shí)車(chē)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將數(shù)據(jù)采集器接入車(chē)輛的32針標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口，采集器后端連接搭載車(chē)輛在線監(jiān)測(cè)的PND設(shè)備，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)中其他設(shè)備還包括三向加速度傳感器2個(gè)、單向傳感器12個(gè)、24通道的振動(dòng)濾波運(yùn)算放大器3套、聲振測(cè)試儀一套。測(cè)試路面為B級(jí)瀝青路面，控制車(chē)速為50 km/h，駕駛室測(cè)點(diǎn)布置如表3所示。

表3 加速度傳感器安裝位置分布表

設(shè)置單向傳感器的采樣頻率為100 Hz，多向傳感器的采樣頻率為150 Hz，采樣間隔均為10s。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，車(chē)輛的以50 km/h速度勻速行駛，并且每行駛100 m采集一次20 s的駕駛室關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)的振動(dòng)在線數(shù)據(jù)。

3.2 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

對(duì)駕駛室的測(cè)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記并安裝量測(cè)設(shè)備，在采集系統(tǒng)中設(shè)置采集參數(shù)，包括信號(hào)源頻率和傳輸信道類(lèi)型等。由于駕駛室內(nèi)的測(cè)點(diǎn)分布較廣，數(shù)量較多，因此，為方便后續(xù)對(duì)采集的在線數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別與在線解析，將10個(gè)測(cè)點(diǎn)劃分為一組，共計(jì)50組測(cè)點(diǎn)，對(duì)每組測(cè)點(diǎn)依次測(cè)試。同時(shí)，在測(cè)試過(guò)程中，實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)狀態(tài)，以保證測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性。

根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，在特定車(chē)速下，引起車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障的激勵(lì)源可能為發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、變速箱、傳動(dòng)軸、底盤(pán)傳動(dòng)、行駛路面等因素。經(jīng)過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)車(chē)輛在6.0 Hz處的振動(dòng)峰值最為明顯，存在抖動(dòng)故障，通過(guò)振源分析與預(yù)先排查，引起駕駛室導(dǎo)軌處振動(dòng)的主要原因?yàn)楹髽蜉斎?，與汽缸故障有直接關(guān)系。將此結(jié)論作為測(cè)試設(shè)計(jì)的抖動(dòng)故障診斷方法應(yīng)用性能的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證所提方法的有效性。

3.3 抖動(dòng)故障診斷結(jié)果分析

通常在特定車(chē)速下，輕型卡車(chē)駕駛室內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)值與信息是十分龐大的，且變化性較強(qiáng)，可以在控制平臺(tái)中安裝相對(duì)適配的數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)源，搭配相應(yīng)的執(zhí)行指令與協(xié)議，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)及信息的等效采集。但是需要注意的是，部分輕型卡車(chē)駕駛室的作業(yè)態(tài)勢(shì)包括但不限于運(yùn)行狀態(tài)、安全事件、評(píng)估檢測(cè)等問(wèn)題的處理，所以對(duì)應(yīng)的感知程序也需要較為靈敏一些，此時(shí)可以構(gòu)建故障樹(shù)，具體步驟如下。

步驟一：通過(guò)所采集的特定車(chē)速下輕型卡車(chē)駕駛室內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出等效感知比率，具體如公式(13)所示：

(13)

式中，J(n)表示的是等效感知比率，nm表示的是感知態(tài)勢(shì)差值，α1表示的是異常點(diǎn)距離，λ2表示的是感知頻率，gc表示的是風(fēng)險(xiǎn)最大值，cg表示的是風(fēng)險(xiǎn)最小值。將得出的數(shù)值設(shè)定在車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障樹(shù)模型之中，結(jié)合故障樹(shù)理論，設(shè)定量化層級(jí)設(shè)計(jì)，對(duì)輕型卡車(chē)駕駛室作業(yè)每一個(gè)環(huán)節(jié)均作出態(tài)勢(shì)的多目標(biāo)感知，實(shí)現(xiàn)故障風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)判別。

步驟二：在完成對(duì)等效感知比率的計(jì)算后，接下來(lái)，采用自適應(yīng)處理法，實(shí)現(xiàn)對(duì)輕型卡車(chē)駕駛室異常抖動(dòng)故障風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)的感知設(shè)計(jì)。結(jié)合模型的感知情況，設(shè)計(jì)自適應(yīng)感知范圍，具體如下公式(14)所示：

(14)

式中，U表示的是自適應(yīng)感知范圍，θ表示的是等效覆蓋距離，HJK表示的是最優(yōu)感知常數(shù)，BHJ表示的是單向態(tài)勢(shì)變動(dòng)差。

步驟三：結(jié)合得出的感知范圍，設(shè)定自適應(yīng)覆蓋區(qū)域，并實(shí)現(xiàn)均勻劃定，并計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)感知適應(yīng)度，具體如下公式(15)所示：

(15)

式中，TZ表示感知適應(yīng)度，d表示覆蓋區(qū)域，p表示定向感應(yīng)區(qū)域，x表示單向輸出感知范圍，β表示變動(dòng)感知向量。依據(jù)感知適應(yīng)度，劃定具體的感知區(qū)域，結(jié)合感知模型，對(duì)電力作業(yè)位置進(jìn)行定位，最終實(shí)現(xiàn)感知分析，完成故障樹(shù)的構(gòu)建。

根據(jù)上述流程，得到所構(gòu)建車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障樹(shù)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障樹(shù)

根據(jù)圖3，在本文設(shè)計(jì)的車(chē)輛駕駛室異常抖動(dòng)故障樹(shù)中，駕駛室抖動(dòng)故障屬于故障樹(shù)的頂部事件，其對(duì)應(yīng)的子事件包括進(jìn)氣、氣缸壓力故障，各個(gè)子事件對(duì)應(yīng)的故障因素存在一定的差異，還包含子事件第二層。另一個(gè)子事件為點(diǎn)火、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油故障，同樣對(duì)應(yīng)子事件第二層為點(diǎn)火系統(tǒng)故障、發(fā)動(dòng)機(jī)故障和燃油故障；在故障樹(shù)子事件中，建立故障底部事件各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)參數(shù)之間對(duì)應(yīng)的關(guān)系，全方位反映駕駛室各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的隸屬度。通過(guò)車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障樹(shù)的結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)映射各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀況。將數(shù)據(jù)采集器采集到的車(chē)輛駕駛室在線狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障樹(shù)的故障診斷，計(jì)算底部事件的概率重要度，從而診斷引起駕駛室抖動(dòng)故障的具體故障點(diǎn)，根據(jù)該故障點(diǎn)種類(lèi)，劃分駕駛室抖動(dòng)不同故障種類(lèi)，通過(guò)建立相應(yīng)的故障樹(shù)模型，將底部事件的數(shù)據(jù)輸入到車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障樹(shù)中，可以較為直接地確定各個(gè)單元關(guān)鍵性，并按次序排列，分析產(chǎn)生故障的次序。在進(jìn)行故障診斷時(shí)，從最重要的方面入手，如果診斷出現(xiàn)故障，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修或替換。如果未發(fā)生存在故障，可按照故障診斷次序中的重要性排列，定位并找到故障源。在此過(guò)程中，考慮到發(fā)生不同故障的原因存在差異，因此，可通過(guò)故障診斷結(jié)果與故障事件的匹配，通過(guò)此種方式，快速辨識(shí)故障類(lèi)型。診斷結(jié)果如圖4所示。

圖4 駕駛室抖動(dòng)故障診斷結(jié)果

從圖4可以看出，采用本文方法通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，計(jì)算得出車(chē)輛汽缸故障的概率重要度為0.874，可知引起駕駛室抖動(dòng)故障的根本原因?yàn)槠状嬖诠收希c預(yù)先排查結(jié)果一致，證明本文方法能夠根據(jù)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)分析判斷出是否發(fā)生抖動(dòng)故障，并通過(guò)計(jì)算底部事件的概率重要度，從而診斷出駕駛室抖動(dòng)故障的具體因素，表明所提方法的實(shí)際應(yīng)用性能良好，診斷準(zhǔn)確性較高。其原因是所提方法逐步分析與推導(dǎo)整個(gè)系統(tǒng)的故障原因，找出能夠引起抖動(dòng)故障的所有底部事件，將這些所有的事件通過(guò)相對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系按照特定的符號(hào)進(jìn)行連接，最后畫(huà)出一種可以顯示導(dǎo)致駕駛室抖動(dòng)故障的各個(gè)事件邏輯關(guān)系的樹(shù)狀圖。對(duì)樹(shù)狀邏輯圖從定性與定量分析，計(jì)算出各個(gè)底部事件的故障概率及相關(guān)的重要度，從而獲取故障類(lèi)型，一定程度上有利于提高診斷準(zhǔn)確性。

3.4 診斷準(zhǔn)確率對(duì)比試驗(yàn)分析

在上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備基礎(chǔ)上，選取6臺(tái)使用時(shí)間不同、行駛速度均為30 km/h、駕駛室抖動(dòng)故障特征明顯的車(chē)輛，且引起每臺(tái)車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障的原因均不相同。利用本文方法與基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的駕駛室抖動(dòng)故障診斷方法(方法1)、基于CAN總線的駕駛室抖動(dòng)故障診斷方法(方法2)對(duì)以上6臺(tái)車(chē)輛駕駛室抖動(dòng)故障進(jìn)行診斷。對(duì)每種方法應(yīng)用于每臺(tái)車(chē)輛進(jìn)行診斷10次，統(tǒng)計(jì)3種方法的診斷準(zhǔn)確率，對(duì)比結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同方法診斷準(zhǔn)確率對(duì)比結(jié)果

分析圖5可知，應(yīng)用本文方法診斷車(chē)輛居家室抖動(dòng)故障得出的準(zhǔn)確率較高，最高的準(zhǔn)確率值為97%，而方法1與方法2診斷準(zhǔn)確率要遠(yuǎn)低于本文方法，均未達(dá)到90%，方法1的準(zhǔn)確率最高值為89%，方法2的準(zhǔn)確率最高值為88%。本文發(fā)方法準(zhǔn)確率較高的原因是：本文方法根據(jù)采集的車(chē)輛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流可直接分析出抖動(dòng)故障特征，從而能以較高準(zhǔn)確率完成抖動(dòng)故障診斷任務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文在實(shí)際應(yīng)用效果上優(yōu)于對(duì)比方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

輕型卡車(chē)駕駛室異常抖動(dòng)故障不僅影響乘坐舒適性，還易引發(fā)安全事故。本文以特定車(chē)速下輕型卡車(chē)為研究對(duì)象，利用數(shù)據(jù)采集器以周期性的形式對(duì)車(chē)輛駕駛室在線狀態(tài)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，以明確輕型卡車(chē)駕駛室是否存在抖動(dòng)故障，基于此，采樣建立故障樹(shù)模型實(shí)現(xiàn)故障診斷。并經(jīng)試驗(yàn)對(duì)所提方法的有效性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果證明，文中方法能夠準(zhǔn)確地診斷出引起駕駛室抖動(dòng)故障的具體因素。該方法為輕型卡車(chē)駕駛室異常抖動(dòng)問(wèn)題的處理，提供了依據(jù)與參考。通過(guò)研究得到如下結(jié)論：

1)采用所提方法進(jìn)行故障診斷，計(jì)算得出車(chē)輛汽缸故障的概率重要度為0.874，能夠診斷出駕駛室抖動(dòng)故障的具體因素，表明所提方法的實(shí)際應(yīng)用性能良好，診斷準(zhǔn)確性較高。

2)應(yīng)用所提方法診斷車(chē)輛居家室抖動(dòng)故障得出的準(zhǔn)確率較高，最高的準(zhǔn)確率值為97%。

雖然特定車(chē)速下輕型卡車(chē)駕駛室異常抖動(dòng)故障診斷方法取得一定進(jìn)展，但是未來(lái)的研究可以在如下方面進(jìn)行深入研究：

1)下一步的工作可以從共振和摩擦力矩不穩(wěn)定的兩個(gè)方面深入分析；

2)針對(duì)環(huán)境溫度、工作載荷和相對(duì)滑移速率等對(duì)摩阻性能的影響，在以后的實(shí)驗(yàn)中，可以充分地考慮各種因素的相互耦合效應(yīng)，從而診斷輕型卡車(chē)駕駛室異常抖動(dòng)故障。

3)以解決實(shí)際問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)分析的前提下，對(duì)平衡過(guò)載造成的引擎抖動(dòng)進(jìn)行對(duì)比分析，未來(lái)工作可以深入研究。