特定車速下輕型卡車駕駛室異常抖動(dòng)故障診斷方法

王郡成

(1.北汽福田汽車股份有限公司時(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

輕型卡車在平直瀝青路面或平整度較高的水泥路面上以特定車速行駛時(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]。車輛的抖動(dòng)分為兩種類型：自激式抖動(dòng)和受迫式抖動(dòng)。自激式抖動(dòng)是指車輛在受力或者運(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)。其他的車架振動(dòng)、車體振動(dòng)和車身振動(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)判斷車輛駕駛室有無(wú)故障，并對(duì)抖動(dòng)故障實(shí)現(xiàn)分類，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)特定車速下輕型卡車駕駛室異常抖動(dòng)故障問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)算得出車輛汽缸故障的概率重要度為0.874，診斷準(zhǔn)確性較高；車輛居家室抖動(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)車輛采集[7-8]。根據(jù)狀態(tài)信息的特征對(duì)這種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。故定義車輛駕駛室數(shù)據(jù)采集信息集P描述為：

P={Pf，Ps，Po}

(2)

式中，Pf表示的是車輛的車速信息；Ps表示的是車輛駕駛室的振動(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。基于此原理，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輛駕駛室數(shù)據(jù)采集列表，以及相應(yīng)車輛數(shù)據(jù)采集周期[11]。并采用采用問答式總線通訊，以定周期發(fā)送車輛駕駛室數(shù)據(jù)采集信息集中的數(shù)據(jù)詢問數(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表示的是在特定車速下駕駛室測(cè)點(diǎn)的異常振動(dòng)頻率次數(shù)。車輛在運(yùn)行中，在不同車速下車輛的抖動(dòng)是無(wú)法避免的，但車輛的劇烈抖動(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)致車輛的損傷。輕型卡車按照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)系的樹狀圖[16]。然后對(duì)樹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，從而獲取故障類型。

故障樹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]。可以采用駕駛室抖動(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。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駕駛室設(shè)備失效的最小因素。基于輕型卡車駕駛室設(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，可以將故障樹的相關(guān)信息導(dǎo)入到故障樹模型上，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，要從主要的儀器開始，一旦發(fā)現(xiàn)有問題，要立即進(jìn)行修理或更換。若沒有出現(xiàn)問題，則根據(jù)其在故障判斷順序中所占的重要位置，查找出問題根源。由于輕型卡車駕駛室各設(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。

(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，完成特定車速下輕型卡車駕駛室異常抖動(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)輕型卡車作為實(shí)車的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將數(shù)據(jù)采集器接入車輛的32針標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口，采集器后端連接搭載車輛在線監(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，在特定車速下，引起車輛駕駛室抖動(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)楹髽蜉斎耄c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

通常在特定車速下，輕型卡車駕駛室內(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，具體步驟如下。

步驟一：通過(guò)所采集的特定車速下輕型卡車駕駛室內(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)定在車輛駕駛室抖動(dòng)故障樹模型之中，結(jié)合故障樹理論，設(shè)定量化層級(jí)設(shè)計(jì)，對(duì)輕型卡車駕駛室作業(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，完成故障樹的構(gòu)建。

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

圖3 車輛駕駛室抖動(dòng)故障樹

根據(jù)圖3，在本文設(shè)計(jì)的車輛駕駛室異常抖動(dòng)故障樹中，駕駛室抖動(dòng)故障屬于故障樹的頂部事件，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)車輛駕駛室抖動(dòng)故障樹的結(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)采集器采集到的車輛駕駛室在線狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障樹的故障診斷，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，劃分駕駛室抖動(dòng)不同故障種類，通過(guò)建立相應(yīng)的故障樹模型，將底部事件的數(shù)據(jù)輸入到車輛駕駛室抖動(dòng)故障樹中，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?，與預(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)系的樹狀圖。對(duì)樹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)故障特征明顯的車輛，且引起每臺(tái)車輛駕駛室抖動(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。本文以特定車速下輕型卡車為研究對(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，以明確輕型卡車駕駛室是否存在抖動(dòng)故障，基于此，采樣建立故障樹模型實(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。該方法為輕型卡車駕駛室異常抖動(dòng)問題的處理，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%。

雖然特定車速下輕型卡車駕駛室異常抖動(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)，從而診斷輕型卡車駕駛室異常抖動(dòng)故障。

3)以解決實(shí)際問題為出發(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。