《汽車電控系統(tǒng)檢測方法的研究》

1、摘要理，概括了信息融合的結(jié)構(gòu)形式，給出了診斷融合的一般框架。重點研究了信息融合的方法，著重分析了Dempster-Shafer證據(jù)推理的故障識mass函數(shù)的確定、證據(jù)合成、診斷決策規(guī)則建立等內(nèi)容，這些研究為信息融合應(yīng)用于汽車電控系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域提供了理論依據(jù)和算法基礎(chǔ)。另外，在熟悉ABS基本組成、工作原理、布置方案和控制方PIC單片機進行了制動防抱死系統(tǒng)(ABS)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計:包括故障診斷的硬件電路設(shè)計和軟件開發(fā)。此故障診斷系統(tǒng)己初步實現(xiàn)了它所預(yù)設(shè)的所有功能并在實際中得到了驗證。關(guān)鍵詞汽車電控系統(tǒng)信息融合mass函數(shù)制動防抱死系統(tǒng)故障診斷第一章緒論1. 1汽車電控系統(tǒng)故障診斷簡介1.1.

2、1汽車電控系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展的隨車診斷(On-board diagnostic) ，可自診斷系統(tǒng)故障，將故障碼存入儲存器中，通過通訊口進行輸出。借助于安裝在儀表板上的故障指生故障的部位。近年來，隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)自診斷功能日益增強，專用的故障診斷儀的功能也變得越來越強大。電控系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)的發(fā)展可分為以下三個階段 ：(1)第一階段(70年代一80年代初)由于被診斷的電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，故障種類也很少，故障碼也簡單，所用的故障診斷儀也較為簡單。它除了可以讀取故障碼之外，還可以監(jiān)視汽車的運行狀態(tài)，清除故障碼和獲取少量的診斷數(shù)據(jù)。美國福特公司的STAR (Self-Test

3、Automatic 適用于1978EEC-1, 年的EEC-11, 1980年一1984年的EEC-III發(fā)動機控制單元和底盤控制單元，維修人員可以通過它讀取ECU內(nèi)的故障代碼。當(dāng)時的“Scanner故障診斷儀，用于1981年通用公司的電控發(fā)動機模塊 ECM和1985年的底盤控制模塊BCM的故障診斷，除了可以讀取故障代碼之外，它還可以顯示少量數(shù)據(jù)。(2)第二階段(80年代初一80年代末)為了適應(yīng)增強的隨車診斷系統(tǒng)可以檢測汽車的電子電路和電子器件，還可以與ECU的隨車診斷系統(tǒng)進行交互式通訊，從而獲得更多的汽車或發(fā)動機的運行信息，并能通過故的是通用汽車公司的故障診斷儀“TECH 。車上各子控制系統(tǒng)

4、之間通過通訊線連接在一起，故障診斷儀可以通過數(shù)據(jù)連接線 (AssemblyLineData Link)與發(fā)動機管理系統(tǒng)通訊，檢測各系統(tǒng)的故障。(3)第三階段(80年代末到現(xiàn)在)診。斷手冊等被有效的組織成“智能化”的電子文檔，存儲于診斷系統(tǒng)內(nèi)。維修人員在專家故障診斷系統(tǒng)上，可以方便地查詢所需的資料，得1985年的在線汽車維修信息系統(tǒng)OASIS(On-Line Automotive Maintenance System)和通用汽車公司1986年的汽車維修計算機系統(tǒng)CAMS (Computerized AutomotiveMaintenance System)，維修終端和維修主機連接，能通訊交換維修

5、信息。此后不久，美國通用公司又成功研制了內(nèi)然一一電力機車故障排除和修理咨詢專家系統(tǒng)DELTA(又名CATS-1)o 80年代末，90年代初，日本日產(chǎn)汽車公司開發(fā)了所謂的隨車和離車汽車發(fā)動機故障診斷專家系統(tǒng)。預(yù)計未來汽車故障診斷技術(shù)將在以下幾個方面進一步發(fā)展 .3采用汽車局部網(wǎng) (VAN/CAN)對各子系統(tǒng)模塊進行管理的技術(shù)將會得到推廣應(yīng)用。提高子系統(tǒng)的智能化，由專用的診斷模塊對子系統(tǒng)進行監(jiān)控，提供故障信息和故障發(fā)生部位。外部診斷設(shè)備可采用汽車局部網(wǎng)直接對子系統(tǒng)故障進行診斷和測試。增強隨車診斷系統(tǒng)對汽車運行狀態(tài)的監(jiān)視功能，采用大容量存儲器實時記錄車輛運行狀態(tài)，提高隨車診斷系統(tǒng)對突發(fā)性的故障處理，

6、預(yù)測突發(fā)性故障的發(fā)生。隨車診斷和離線診斷系統(tǒng)的結(jié)合，包括分工、通訊協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的完善，故障診斷和容錯控制的結(jié)合。加強診斷技術(shù)的研究，將一些新技術(shù)應(yīng)用于汽車故障診斷。例如型技術(shù)等。1. 1.2汽車電控系統(tǒng)故障診斷方式(1)采用專用檢測儀診斷70年代末，首先出現(xiàn)了專用檢測儀，通過這種儀器，技術(shù)人員可以觀測控制系統(tǒng)的輸入輸出，有助于了解控制系統(tǒng)的工作過程，并可對系確定，技術(shù)水平要求高，應(yīng)用受到限制。(2)隨車診斷為了克服專用檢測儀的缺陷，80年代初出現(xiàn)了隨車診斷系統(tǒng)。隨車結(jié)果的診斷方法。它具有一系列功能如:有嚴(yán)重故障時向駕駛員報警，(3)車外診斷為了擴展診斷信息和診斷功能，80年代中后期開始研究

7、多功能車外診斷儀。車外診斷是指利用儀器對電控系統(tǒng)進行檢測和診斷，與隨車診相互補充，才能滿足維修的需要。(4)集成診斷隨著汽車電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，汽車電控系統(tǒng)日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。汽車集成診斷適應(yīng)時代的發(fā)展，通過診斷手段的有機結(jié)合，集多種診斷功能于一體，提高了診斷精度和效率。它的內(nèi)容包括診斷功能的集成、基于整車的診斷、故障診斷專家系統(tǒng)與故障電子信息檢索技術(shù)、診斷網(wǎng)絡(luò)等。1. 1. 汽車電控系統(tǒng)的診斷標(biāo)準(zhǔn)90年代才逐漸形成了世界汽車工業(yè)界廣泛認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是OBD-11，其含義是第2代隨車診斷標(biāo)準(zhǔn)。1994年美國汽車工程協(xié)會(SAE)在第1代隨車診斷的標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)

8、一了故障代碼和軟硬件結(jié)構(gòu)，制定了第2代隨車診斷標(biāo)準(zhǔn)OBD-II。出于SAE在世界工業(yè)領(lǐng)域的權(quán)威地位，它很快被汽車各大公司所接受，成為世界汽車工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。它有如下特點4(1)采用統(tǒng)一的16端子診斷座，并統(tǒng)一安裝在駕駛室儀表盤下方。(2)采用統(tǒng)一含義的故障代碼。(3)具有數(shù)據(jù)通訊傳輸和分析功能DLC (Data Link Connecter)，又分ISO歐洲統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和SAE美國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)兩種。(4)具有行車記錄功能，可以獲得故障車輛行使過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)資料，通過與數(shù)據(jù)資料對比，可很快分析出故障的原因。(5)具有利用儀器讀取和消除故障代碼的功能。(6)具有記憶和重新顯示故障代碼的功能。隨著汽車系統(tǒng)的不

9、斷復(fù)雜化，故障診斷應(yīng)用越來越廣泛，要求也越來越高，理想的診斷系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個特點s7,(1)高度的實時性，出于汽車安全性的要求，診斷算法一般都是嵌入控制軟件中，當(dāng)故障出現(xiàn)時應(yīng)及時輸出。(2)自動化診斷，即診斷過程的進行是自動完成的，只是在出現(xiàn)故障時給出報警和存儲故障代碼，不要使用者的干預(yù)。(3)對環(huán)境、載荷、使用時間及使用人員有良好的適應(yīng)性。(4)良好的人一機和機一機界面。(5)具有低的誤報率(包括虛報和漏報。1.2汽車制動防抱死系統(tǒng)(ASS)簡介1. 2. 1 的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢防抱制動系統(tǒng)(Anti-lock Braking System)是一種在制動時能自動調(diào)節(jié)管路壓力，使車輪不致

10、抱死，從而避免汽車后輪側(cè)滑和前輪喪失轉(zhuǎn)向能力，以提高汽車行駛穩(wěn)定性和制動安全性，并最大程度地利用地面附著力的制動力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。ABS1928年制動防抱死理論就被提出。ABS最早并不是應(yīng)用于汽車上，而是應(yīng)用于火車上的。因為鐵路機車如果制動強度過大，車輪就會抱死并在鐵軌上滑行，造成車輪外圓上磨出一些小平面，使車輪在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生噪聲和振動1. 1936年德國RobertBosch公司取得了ABS專利權(quán)，Bosch公司所提出的ABS設(shè)計方案是ABS系統(tǒng)由裝在車輪上的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器和控制制動液壓的電磁閥所組成，系統(tǒng)根據(jù)磁電傳感器獲得的車輪轉(zhuǎn)速信號判斷車輪是否抱死，再根據(jù)判斷的結(jié)果去調(diào)整制動液壓力來改變車輪

11、的運動狀態(tài)。 Bosch公司的這一專利被認(rèn)為是ABS系統(tǒng)形成中的的一個里程碑，其工作原理一直被沿用至今。ABS的實際應(yīng)用于1943年美國的Westinghouse Air Brake公司開發(fā)的鐵路機車專用ABS裝置，它被批量應(yīng)用于火車上的方抱控制系統(tǒng)。與此同時，飛機的發(fā)展進一步推動了ABS的發(fā)展，由于噴氣式飛機的出現(xiàn)，使得飛機的重量和飛行速度大大提高，但也造成了飛機在著若跑道上結(jié)冰，還會出現(xiàn)飛機側(cè)滑或機體旋轉(zhuǎn)等危險工況。ABS成功地運用于飛機上，防止了這些危險現(xiàn)象的發(fā)生。1948年，HydroAir公司生產(chǎn)的裝置被用于美國Boeing公司生產(chǎn)的B-47車上首先采用ABS系統(tǒng)裝置的是美國的For

12、d汽車公司。1954年美國Ford公司在Lincon牌轎車上裝用法國航空公司的ABS裝置. 1957年美國Ford公司與Kelsey Hayes公司開始聯(lián)合開發(fā)ABS. 1958年Durlop公司開發(fā)出了應(yīng)用于載貨車的Maxart ABS. 50年代到70年代這一時期開發(fā)出的ABS系統(tǒng)相對簡單，只有在特定的車輛參數(shù)和工況下才有顯著的防抱死效果。若要提高防抱制動效果，就必須增加機械系統(tǒng)的復(fù)雜性和體積，這70年代中期大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，ABS控制器開始使用集成電路，大大減小了控制器元件的數(shù)目和控制器的體積，同時也增加了系統(tǒng)的可靠性。但控制功能的實現(xiàn)是依靠由硬件構(gòu)成的邏輯電路，這決定了控制器不可能

13、實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。這一階段所研制出來的ABS系統(tǒng)無論在控制效果、可靠性還是價格上都車輛理論的發(fā)展水平所決定的。1978年ABS有T突破性進展。德國Bosch公司和Mercedes Benz公司合作開發(fā)出三通道四輪帶有數(shù)字式控制器的ABS系統(tǒng)，并批量裝于Benz轎車上。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展、單片機和個人計算機的迅速發(fā)展和普便應(yīng)用，使得對 ABS系統(tǒng)的研究手段和研究設(shè)備都有了巨大的變化。同時，ABS法規(guī)在歐美各國已普遍制定并不斷發(fā)展，ABS系統(tǒng)開始進入了一個成熟和不斷更新發(fā)展的時期。在美國，新車的ABS裝車率已達(dá)到100%。在發(fā)展的過程中，ABS體積和重量變得更小、更輕，控制和診斷功

14、能不斷加強。液壓 ABS系統(tǒng)己將統(tǒng)中去。ABS系統(tǒng)除朝著集成化、低價格、大批量的方向發(fā)展外，還在原有的系統(tǒng)上進行了擴展。80年中后期，發(fā)展了ASR驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)(取自德語Antriebsschiupf Regelung )，使汽車在驅(qū)動時能最大限度ASR系統(tǒng)和ABS系統(tǒng)使用相同的傳感器信號和控制量，僅僅在控制方法上不同，可以在原ABS系統(tǒng)上增加相應(yīng)的控制程序和控制部件，便可實現(xiàn)ASR功能，這樣使得系統(tǒng)的性價比大大提高。近些年來還出現(xiàn)了EBS電子制動控制系統(tǒng)，它除了ABS/ASR功能外，還能獨立控制各個車輪的制動力。除EBSVDC車輛動力學(xué)控制系統(tǒng)，它是在ABS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過測量車輛的一些運

15、動參數(shù)對今后車輛上會出現(xiàn)更多的電子裝置，最終的趨勢是，這些電子裝置將合并為一個系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)在這個系統(tǒng)里共享信息、互相協(xié)作，使未來的汽車變得更安全、高效、舒適、清潔和便宜。與國外相比ABS系統(tǒng)的研究和開發(fā)起步較晚。國內(nèi)較早從事ABS研究的是東風(fēng)汽車公司。東風(fēng)公司從20世紀(jì)80年代就開始對日本NABCO公司的ABS產(chǎn)品進行了分析，并做了大量的試驗。1984年山西514廠研制出由飛機防抱制動系統(tǒng)改進的汽車ABS系統(tǒng)，ABS控制器采用模擬電路，壓力調(diào)節(jié)器采用氣壓調(diào)ABS1990年開始對ABS系統(tǒng)進行研究，對其控制理論作了大量的研究，同時也研制了兩代ABS系統(tǒng)，并裝于斯達(dá)一斯太爾重型載貨汽車上進行試

16、驗。另外一些高等院校也從事對ABS系統(tǒng)的研究。清華大學(xué)承擔(dān)了國家科委九ABS系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”。在對美國Bendix公司研制的ABS系統(tǒng)進行研究的基礎(chǔ)上，自行開發(fā)了ABS控制程序。由于ABS技術(shù)在世界上屬于尖端技術(shù)，ABS產(chǎn)品屬于高利潤產(chǎn)品，各個ABS研發(fā)公司都不愿透露ABSABS系統(tǒng)需要大量的資金投入和高技術(shù)人員參與。國內(nèi)的ABS系統(tǒng)研制水平在很短的時間內(nèi)還趕不上國外，主要休現(xiàn)在ABS的控制技術(shù)和液壓技術(shù)上。隨著國家、企業(yè)對ABS研究投入的加大及相關(guān)法律的制定、實施，我國的ABS研究將會進入一個快速發(fā)展的時期61791. 2. 2 ABS的基本組成ABS系統(tǒng)通常由車輪輪速傳感器、液壓調(diào)節(jié)單元

17、(HCU)、電子控制單元(ECU)和ABS9。在不同的ABS系統(tǒng)中，的結(jié)構(gòu)形式和工作原理往往不盡相同，ECU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制邏輯也有很大差異。圖一1為一種較為典型的防抱制動系統(tǒng)示意圖 Iol圖1一1 典型防抱制動系統(tǒng)示意圖電子控制單元(ECU)是整個ABS輪輪速傳感器送來的信號，計算出制動時車輪的轉(zhuǎn)速、車速、滑移率以及車輪加減速等值，并對其進行比較、分析和判斷，然后向 HCU發(fā)出控制指令，使其產(chǎn)生最合適的制動液壓，從而控制車輪的轉(zhuǎn)速。輪速傳感器根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將輪速變?yōu)殡娦盘査徒oECU。通常由與車輪同步一個帶齒的圓環(huán)，形狀很像一個直齒圓柱齒輪，只是齒的外廓形狀不是漸開線形狀，而是矩形齒。轉(zhuǎn)速

18、傳感器主要由永久磁鐵、傳感線圈和極軸組成，極軸被傳感線圈包圍，并直接安裝于傳感器轉(zhuǎn)子的上方，并保持一ECU輪轉(zhuǎn)速。HCU:一是三位電磁閥，它是HCU的液壓控制裝置，用于ABS工作時車輪制動分泵中壓力的調(diào)節(jié)，它能在制動總泵、車輪制動分泵和回油路之間建立連系，實現(xiàn)壓力升高、壓力保持和壓力降低的功能;二是泵電機和儲液罐，當(dāng)壓力降低時，從車輪制動分泵流出的制動液經(jīng)過儲液罐并由泵電機送回到制動總泵中f2211. 2. 3 的故障診斷概述ABS作為一種先進的電控技術(shù)，其故障診斷的重要性不言而喻。通常ABS容易發(fā)生故障的部位除了機械式制動系統(tǒng)易發(fā)生的故障之外還有壓力調(diào)節(jié)器的電磁閥、速度傳感器、電源、ECUI

19、IIABS故障診斷系統(tǒng)中，要對穩(wěn)壓電源、輪速傳感器輸入放大電路、運算電路和電磁閥控制電路的故障信號進行監(jiān)視，控制主繼電器。出現(xiàn)故障信號時，ABS停止耳_作，返回常規(guī)制動狀態(tài)。同時存儲故障代碼，故障代碼可以不同方式顯示出來:由儀表盤的故障警告燈閃爍故障代碼，由儀表盤上的顯示屏直接顯示故障代碼的數(shù)字和信息資料，用專用檢測儀連接到診斷座上，直接讀取故障代碼。現(xiàn)代裝有ABS的車輛的故障診斷工作過程一般分為三個階段f91f21,(1)接通電源時的初始檢查當(dāng)汽車點火開關(guān)、ECU電源接通時，電子控制裝置將會自動地對自身、繼電器等進行靜態(tài)測試。檢測的具體項目有:微處理器功能檢查、繼電器功能檢查、故障反饋電路功

20、能檢測。(2)汽車起步時的檢查在汽車起步時，速度達(dá)到8-16km/h，防抱死控制系統(tǒng)的電子控制裝置對系統(tǒng)中的一些電器元件進行動態(tài)測試。檢查的項目有:電磁閥功能檢查、電動機功能檢查、輪速傳感器及輸入放大電路的信號確認(rèn)。(3)行駛中的定時檢查電子控制裝置在系統(tǒng)處于工作狀態(tài)期間特別是 ABS處于控制工作階段時，必須對系統(tǒng)中的電氣元件進行監(jiān)測，以免發(fā)生意外。定時檢查項目有:12V, 5V電壓監(jiān)視，電磁閥功能檢查，運算電路中運算結(jié)果的對比檢查，微處理器失控檢查，脈沖信號的檢查等。ABS在上述任何一階段檢測出故障，都將采取相應(yīng)的治理措施，同時使ABS報警燈持續(xù)亮提醒駕駛員。1.3本文研究的目的和意義在世界

21、經(jīng)濟日益發(fā)展的今天，人們的生活質(zhì)量在不斷提高。隨著交通和科技進步，汽車速度在不斷提高，交通事故日益頻繁。為保證汽車正常行駛，及時排除故障，有必要開發(fā)故障診斷系統(tǒng)對汽車電控系統(tǒng)進行在線故障診斷，即由各種傳感器傳輸各種信息到故障診斷系統(tǒng)，再由它進行故障診斷，并及時將故障以故障代碼的形式顯示出來，使駕駛?cè)藛T和位及原因，從而縮短汽車維修時間，延長汽車的正常運營時間，減少和預(yù)防事故起到積極的推動作用，保證汽車的行駛安全性。80年代以來，微型電子計算機在汽車上廣泛應(yīng)用，使多，故障點數(shù)目日趨上升，在診斷中獲得的信息量迅速膨脹。面對如此錯綜復(fù)雜的，具有隨機性的、模糊性和突變性等特征的信息種類和龐大魚待解決的問

22、題。事實上，僅憑單一或少量的信息對汽車電控系統(tǒng)這樣龐雜的系統(tǒng)作出及時、準(zhǔn)確的狀態(tài)識別和故障診斷幾乎是不可能的。汽車電控故障診斷技術(shù)是一個包括數(shù)據(jù)采集、處理、表達(dá)和決策分析的綜合技術(shù)，具有典型的信息融合的特點，因而將信息融合技術(shù)引入到汽化程度的日益提高，其控制系統(tǒng)所采用的傳感器種類和數(shù)目也越來越多。出于各個傳感器所檢測的物理量不同，所以從不同角度提供了汽車技術(shù)的必要條件。節(jié)，信息融合是信息綜合利用的重要手段，是汽車電控故障診斷技術(shù)領(lǐng)域一種全新的研究方法。迄今為止，國內(nèi)外以信息融合技術(shù)為基礎(chǔ)的汽車故障診斷理論的研究還很少581。因而本文希望通過此課題的研究，為后續(xù)對車輛一些其他系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的研

23、究提供一條新思路。1.4本文研究的主要內(nèi)容本文通過信息融合技術(shù)的應(yīng)用，致力于構(gòu)建汽車電控故障系統(tǒng)框架，并在框架中以本校開發(fā)的ABS系統(tǒng)作為研究對象。具體工作如下:建立汽車電控系統(tǒng)的故障診斷模型和故障診斷知識庫(KnowledgeBase，簡稱KB)，用于存放領(lǐng)域?qū)＜业母鞣N與設(shè)備有關(guān)知識，包括設(shè)備征兆、控制知識、經(jīng)驗知識、對策知識等;多傳感器信息融合診斷原理以及信息融合技術(shù)在汽車電控系統(tǒng)故障融合技術(shù)的理論問題:診斷信息融合過程的一般框架、信息融合的基本原理、Bayes推理方法、基于Dempster-Shafter證據(jù)理論的決策層信息融合方法等。利用PIC匯編語言進行編程以及開發(fā)相應(yīng)的硬件來對車輛

24、制動防抱死系統(tǒng)(ABS)進行實時監(jiān)控和故障診斷，從而來驗證上述信息融合技術(shù)在汽車電控故障診斷系統(tǒng)中的可行性。第二章汽車電控系統(tǒng)的故障診斷原理及其發(fā)展2. 1故障診斷的基本概念一般來說，診斷對象可以是一個比較復(fù)雜的大系統(tǒng)(甚至是巨系統(tǒng)，也可以是一個簡單的元件或部件子系統(tǒng))，嚴(yán)格來講，從不同的層次觀察可對診斷對象有不同的劃分。但無特別說明的話，診斷對象都被視為系統(tǒng)，其診斷也就被看作系統(tǒng)診斷。該定義具有以下特點:(1)強調(diào)系統(tǒng)的輸出()，從而有利于給出系統(tǒng)狀態(tài)的測量途徑。（2)強調(diào)系統(tǒng)故障評判的多樣性，即從系統(tǒng)的所有行為表現(xiàn)都可以進行評判，系統(tǒng)的輸出是以多種方式表現(xiàn):一些能直接表現(xiàn)系統(tǒng)的功能行為(稱

25、功能輸出);一些則是實現(xiàn)系統(tǒng)功能時所附帶產(chǎn)生的行為 (稱附加輸出)，如發(fā)動機發(fā)出功率，缸體發(fā)熱都是發(fā)動機的輸出，前者是其功能輸出，后者則是附加輸出。(3)強調(diào)對故障認(rèn)識的主觀性，即系統(tǒng)的狀態(tài)“超過允許范圍”是人參與的體現(xiàn)。(4)該定義也不排除客觀性，即“超過允許范圍”是一個診斷標(biāo)準(zhǔn)問題，一旦標(biāo)準(zhǔn)確立，則具有客觀性與公正性。方法:(1)按故障發(fā)生的時間歷程分，有突發(fā)性故障和漸進性故障。突發(fā)性故障是發(fā)生故障前，不能提前測試與預(yù)測，這種故障表現(xiàn)出隨機性 ;漸進期預(yù)測，一般正常使用下在其有效壽命的后期才會表現(xiàn)出來。(2)按故障存在的時間歷程來分，有間歇性故障和永久性故障。間歇故機高溫下工作時個別氣缸由

26、于供油系統(tǒng)氣阻而間歇不發(fā)火;永久性故障引起異響等。(3)按故障的顯現(xiàn)狀況來分，有潛在故障和功能故障。潛在故障是系統(tǒng)功能輸出并未超出允許范圍，但其附加輸出己有的明顯的表現(xiàn) ;功能故障則是系統(tǒng)的功能輸出超過規(guī)定范圍，一般是子系統(tǒng)的功能降低，嚴(yán)重的情況是零部件的損壞。(4)按故障原因分，有內(nèi)在故障和環(huán)境故障。內(nèi)在故障是系統(tǒng)內(nèi)部各部分結(jié)構(gòu)關(guān)系不協(xié)調(diào)或結(jié)構(gòu)劣化引起，環(huán)境故障是系統(tǒng)的輸入異常引起，在故障，而系統(tǒng)的環(huán)境故障是指其從環(huán)境中獲得的能量、物質(zhì)和信息異常，例如，發(fā)動機輸入的燃料不足、空氣稀薄、司機操作失誤等引起的發(fā)動機輸出超界是環(huán)境故障。故障的主要性質(zhì)表現(xiàn)如下13J(1):從系統(tǒng)的觀點看，可以認(rèn)為系

27、統(tǒng)是按“元素”按一定的規(guī)律聚合而成的。當(dāng)然，系統(tǒng)的“元素”可以是子系統(tǒng)，子系統(tǒng)的“元素”還可以是更深層次的子系統(tǒng)，如此類推，直到元件是物理元件為止，顯然，系統(tǒng)是有層次的。故障的產(chǎn)生對應(yīng)于系統(tǒng)的不同層次而表現(xiàn)出層次性。(2):系統(tǒng)故障的產(chǎn)生與表現(xiàn)常常與時間有關(guān)，以及有其運行的動態(tài)性所決定，如漸進性故障、間歇故障等。(3)相關(guān)性:復(fù)雜系統(tǒng)如汽車發(fā)動機)是若干相互聯(lián)系的子系統(tǒng)組成的障傳播所致，從而表現(xiàn)出相關(guān)性。(4):系統(tǒng)運行狀態(tài)中的模糊性，以及人們在狀態(tài)監(jiān)測和技術(shù)診斷中存在著許多模糊的概念及方法。(5):故障的發(fā)生常常與時間緊密相關(guān)的隨機過程有關(guān)。(6)未確知性:它既不是由于故障描述的模糊性所引起

28、，也不是因為隨不能準(zhǔn)確說明其發(fā)生的部位及原因，而它又確實存在，只是因條件不足我們不能完全感知。(7):系統(tǒng)故障與一定的條件和環(huán)境有關(guān)，在不同條件和環(huán)境下某種功能失調(diào)的原因或性質(zhì)，判斷劣化狀態(tài)發(fā)生的部位或部件，以及預(yù)測劣化狀態(tài)的發(fā)展趨勢等。如醫(yī)療診斷，是指醫(yī)生借助各種手段對人體進行檢查、化驗，然后根據(jù)醫(yī)學(xué)理論確定診斷對象是否患病和患有何種疾病的過程。診斷就是由現(xiàn)象判斷本質(zhì)，山當(dāng)前預(yù)測未來，由局部推測整體的過程。在工程技術(shù)領(lǐng)域，也需要根據(jù)設(shè)備各種可測量的物理現(xiàn)象件，預(yù)測潛在故障發(fā)生的原因等等。借用了醫(yī)療方面的術(shù)語，將給機器故障診斷的過程稱為故障診斷。故障診斷的基本思想一般可以這樣表述:設(shè)被檢測對象

29、全部可能發(fā)生的狀態(tài)(包括正常和故障狀態(tài))組成狀態(tài)空間S.它的可觀測量特征的取值范圍全體構(gòu)成特征框架，當(dāng)系統(tǒng)處于某一狀態(tài)s時，系統(tǒng)具有確定的特征y，即存在映射:g: S-Y反之，一定的特征也對應(yīng)確定的狀態(tài):f: Y-4 S狀態(tài)空間與特征空間的關(guān)系可用圖2-1表示:圖21 故障診斷表述示意圖如果和是雙射函數(shù)，即特征空間和狀態(tài)空間存在一對一的單滿射，則由特征向量可唯一確定系統(tǒng)的狀態(tài) :反之亦然.故障診斷的目的在于根f.若系統(tǒng)可發(fā)生的狀態(tài)是有限的，例如可能發(fā)生n種故障，這時把正常系統(tǒng)所處的狀態(tài)稱為so，把存在不同故障的系統(tǒng)所處的不同狀態(tài)稱為:I,52，。二su。當(dāng)系統(tǒng)處于時，對應(yīng)的可測量特征向量為Y=

30、 Ya,.,Y+小故障診斷是由特征向量Y(Y,Y.)，求出它所對應(yīng)的狀態(tài)s的過程。因為一般的故障狀態(tài)不是絕對清晰的，有一定的模糊性。它所對應(yīng)的特征值也在一定范圍內(nèi)變動，在這種情況下，故障診斷就成為按特征向量對被測系統(tǒng)進行分類的問題或?qū)μ卣飨蛄窟M行狀態(tài)的模式識別問題。因此，故障診斷實質(zhì)上是一類模式分類問題。故障診斷學(xué)是以可靠性理論、信息理論、控制論和系統(tǒng)論為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代測試儀器和計算機為技術(shù)手段，結(jié)合各種診斷對象(系統(tǒng)、設(shè)備、機器、裝置、工藝過程、工程結(jié)構(gòu)等)的特殊規(guī)律而逐步形成的一門新興科學(xué)。它大體上由三部分組成。第一部分為故障診斷物理、化學(xué)過程的研究。例如電氣、機械部件失效的腐蝕、蠕變、疲勞

31、、氧化、絕緣擊穿、斷裂、磨損等理化原因的研究。第二部分為故障信息學(xué)的研究，它主要研究故障信號的采集、選擇、處理與分析過程。例如通過傳感器采集設(shè)備運行中的信號(如振動、轉(zhuǎn)速)，再經(jīng)過時域和頻域上的分析處理來識別和評價設(shè)備所處的狀態(tài)或故障。上述過程均屬于故障信息學(xué)范疇。第三部分為診斷邏輯與數(shù)學(xué)原理方面的研究，主要是通過邏輯方法、模型方法、推理方法以及人工智能等方法。根據(jù)可觀測的設(shè)備故障表征來確定下一步的檢測部位，最終分析判斷故障發(fā)生的部位和產(chǎn)生故障的原因。2.2汽車電控系統(tǒng)故障診斷原理汽車電控系統(tǒng)故障診斷過程主要有三個步驟:第一步是檢測設(shè)備狀態(tài)的特征信號;第二步是從所檢測到的特征信號中提取征兆 ;

32、第三步是根據(jù)征兆和其它診斷信息來識別設(shè)備的狀態(tài)。其診斷原理如圖2-2Uql圖2-2汽車電控系統(tǒng)故障診斷原理圖檢測設(shè)備狀態(tài)的特征信號，一般來說，它具有兩種特征形式，一種是以能量方式表現(xiàn)出來的特征信號，如振動、噪聲、溫度、電壓、電流、磁場、射線、彈性波等:另一種是以物態(tài)形式表現(xiàn)出來的特征信號，如設(shè)備產(chǎn)生或排出的煙霧、油液等以及可直接觀察到的銹蝕、裂紋等，檢測能量方式表現(xiàn)出來的特征信號，如果不使用人的感官，則必須使用傳感裝置，因為檢測這類信號是通過能量交換來完成的;而提取物態(tài)形式的特征信號一般不采用傳感裝置，只采用特定的收集裝置或直接觀測。形式的，則可在時域中提取征兆，也可以在頻域、幅值域或相位域中

33、提取征兆。對于物態(tài)形式的特征信號，如油液、煙霧等，其征兆提取方法一般是通過特定的物理、化學(xué)方法，得到諸如鐵譜、光譜、濃度、粘度以及化學(xué)成分等征兆。對于直接觀測到的裂紋、銹蝕等信息，可以直接作為征兆信息來使用。從征兆提取裝置輸出的征兆即可反饋入狀態(tài)識別裝置來識別設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)，這是整個診斷過程的核心。一般來說，這是將實際上己存在的參考模式標(biāo)準(zhǔn)模式)與現(xiàn)有的由征兆按不同方式組成的相應(yīng)的待檢模式進行對比，而決定待檢模式應(yīng)劃分為哪一類參考模式，即對系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)進行模式識別。在智能技術(shù)引入診斷領(lǐng)域之前，狀態(tài)識別實際上是的應(yīng)用，產(chǎn)生了基于知識的診斷推理這一發(fā)展方向，它模擬領(lǐng)域?qū)＜襾聿顒e:狀態(tài)識別過程是一個

34、由粗到精、由高層到低層直至找到滿意的診斷解為止的逐層診斷過程。當(dāng)然對于整個診斷過程，自然還應(yīng)形成最后的干預(yù)決策，并付諸實施。綜上所述，汽車電控故障診斷系統(tǒng)過程主要分三個步驟，即信號測取、征兆提取和狀態(tài)識別。由以上診斷步驟，決定了設(shè)備診斷技術(shù)的主要內(nèi)容為:采用合適的特征信號和相應(yīng)的觀測方法包括合適的傳感裝置、人的感官，在設(shè)備合適的部位，測取設(shè)備有關(guān)狀態(tài)的特征信號。征兆。有關(guān)狀態(tài)。顯然，有關(guān)狀態(tài)包括正常狀態(tài)與不正常狀態(tài)，不正常狀態(tài)即為故障診斷。別出有關(guān)狀態(tài)的發(fā)展趨勢，這類包括故障的早期診斷與預(yù)測。預(yù)決策;或者深入系統(tǒng)的下一層次繼續(xù)診斷或者已達(dá)指定的系統(tǒng)層次，作出調(diào)整、控制、自診治、維修等某類決策。

35、汽車電控系統(tǒng)在設(shè)備診斷中，毫無疑問，應(yīng)要求在每一步驟，花費盡可能少，有關(guān)狀態(tài)信息獲取盡可能多，結(jié)果盡可能好。然而，各診斷步驟還必須從全局出發(fā)，全面考慮整個診斷過程，從宏觀上制定盡可能好的診斷策略。2.3汽車電控系統(tǒng)故障診斷的智能化目前，用于汽車電控系統(tǒng)故障診斷的方法可分為兩大類一類是完全基于檢測數(shù)據(jù)處理的診斷方法，如用得較多的對比診斷法、函數(shù)診斷法、振動診斷法、模型識別法、統(tǒng)計診斷法以及模糊診斷法等，它們是通過對故障檢測信號的處理而較早地發(fā)現(xiàn)故障，以至預(yù)報故障:另一類則是在進行故障診斷時，首先觀察機器的癥狀，然后依據(jù)所觀察到的癥狀，處理的診斷方法為傳統(tǒng)診斷方法;而基于知識處理的診斷方法為智能診

36、斷方法。傳統(tǒng)診斷方法，盡管可以通過檢測信號的處理，實現(xiàn)機器工況監(jiān)視與故障診斷，但當(dāng)診斷對象變得龐大而復(fù)雜時，為了能把故障比較細(xì)致地區(qū)分出來，一方面需要增加檢測手段，另一方面需大大增加計算量，從而使得診斷時間延長。當(dāng)調(diào)試完畢后，用傳統(tǒng)診斷方法編制的軟件系統(tǒng)的功能就確定下來了，不易更改，象，因而推廣較難只局限于某時是怎么做的呢?的歷史和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等作出判斷，從而可能很快地找到故障源。這種專家經(jīng)驗的應(yīng)用，對于復(fù)雜大系統(tǒng)的診斷尤其有效，在多數(shù)情況下，可能診斷方法的共同局限性恰恰在于沒有利用人類領(lǐng)域?qū)＜业呢S富經(jīng)驗和知識在故障診斷中快速而有效的作用。對汽車電控系統(tǒng)智能故障診斷的目的之一就是試圖以計算機模擬

37、人類點。為了對智能診斷的概念有深入的理解，先考察一下人的智力活動過程是很有必要的。圖2-3人智力活動過程的一般模型。息傳給思維器官()，再對這些信息進行存儲、變換、處理、分析和獲得相應(yīng)的認(rèn)識，并在思維器官中形成決策信息，發(fā)出指令，在通過導(dǎo)出神經(jīng)系統(tǒng)來指揮執(zhí)行器官完成相應(yīng)的動作，作用于外部世界。這是人的活動的一個最基本的循環(huán)。實際上，人的活動是一個連續(xù)的周而復(fù)始的過程。在第一個最基本的循環(huán)之后，為了檢驗“認(rèn)識”和“動作”的效果，感覺器官還要把指令信息作用于外部世界的效果，作為一種效果信息反饋給思維器官，根據(jù)這個反饋信息，思維器官再作出補充決策，調(diào)整原理的指令信息，修正執(zhí)行器官的行動策略，并進而有效控制執(zhí)行器官對外部世界的后續(xù)作用。這樣不斷循環(huán)、修I E.，直到人與外部世界之間達(dá)成某種相互協(xié)調(diào)的條件為止。另一方面，我們還可以將人的活動過程模型從信息角度加以描述，如圖2-42-4模型中的感覺器官功能主要是為了從外部世界中獲取信息，感知外部世界事物的運動狀態(tài)及其變化方式。這些信息是結(jié)果神經(jīng)略信息。則主要是按照策略信息，對外部世界的事物產(chǎn)生相應(yīng)的反作用，改變或策略信息發(fā)生效用。思維器官處理、分析、決策)傳導(dǎo)神經(jīng)初始信息外部世界決策信息物質(zhì)能量執(zhí)行器官圖23人的智力活動模型流程圖信息傳遞信息處理與再生信