汽車故障診斷技術與現代網絡技術的結合

張林輝

（山西機電職業技術學院，山西 長治 046011）

將汽車故障診斷技術與現代網絡技術相結合，建立基于Internet的汽車遠程故障診斷系統，實現故障診斷的智能化與信息化，是未來汽車診斷技術的發展趨勢。

1 診斷系統車載單元結構分析

車載單元部分包括單片機、信號傳感器、電荷放大器、A/D采集器和無線Modem等五個元件。考慮到汽車小價值的特點，這一部分的設備費用要做到盡量的低，只有這樣才能使整個汽車狀態遠程監測與故障診斷系統具有實際意義。因此，選擇單片機作為其核心元件來控制協調各部分的工作。這些工作，也就是單片機所要實現的功能：①接受駕駛員觸發命令或在行車狀態下通過定時的方式自觸發，控制無線Modem完成車載單元與監測中心的通信連接；②接受監測中心采集數據的命令及相關采集參數；③控制A/D采集器完成數據采集；④通過無線Modem實時傳送數據；⑤控制指示燈向駕駛員顯示監測中心正進行遠程數據采集；⑥接收監測中心實時分析處理數據的結果；⑦根據接收到的數據處理結果，完成對報警裝置是否報警以及如何報警的控制。

單片機這些功能的實現主要是依靠設計單片機程序和相應的電路板來完成的，這也是車載單元部分設計的核心任務。

2 遠程中心基本結構分析

基于Internet的發動機遠程故障診斷系統采用B/S結構，它是一種開方式的操作系統。包括數臺服務器，將汽車診斷專家系統、大型知識庫、數據庫、推理機構等分布于幾臺服務器上。該系統診斷故障的一般流程為：用戶首先通過網絡瀏覽器登陸遠程中心的站點服務器，通過身份驗證后，再根據遠程中心提供的HTML頁面選擇請求診斷服務，并將由數據采集與處理系統獲取的信息通過網絡輸送至遠程中心的診斷服務器，服務器依據一定的規則對信息進行處理并從數據庫調用該車的標準參數，經演繹推理判斷出故障部位及故障原因，并通過Internet網絡將診斷結果返回給客戶機。此外，通過對遠程診斷中心的二次開發，系統還可具備教育教學、專家在線服務及實時升級等功能。

（1）診斷服務器。診斷服務器的主要功能在于：接受來自現場的診斷服務請求，通過程序中的控制模塊對請求指令進行內部譯碼，調用故障診斷專家系統進行分析診斷，并將診斷結論和檢修意見返回診斷現場，專家系統融入有先進的故障診斷機理，確保診斷結論的準確性與可靠性。

（2）數據庫系統。完備的數據庫系統是汽車故障診斷系統不可缺少的部份，數據庫包括了汽車特征數據庫和汽車檔案數據庫，特征數據庫(實時數據庫)存儲來自數據采集與處理系統的實時信息，也存儲系統推理決策的中間結果和最終結果，檔案數據庫(非實時數據庫)存儲汽車各部件性能檢測的標準數據及系統進行故障診斷的歷史信息等。

（3）知識庫系統。知識庫是發動機故障診斷專家知識、經驗知識和書本知識等的儲存器，知識的數量、質量、知識表達方式的合理性、知識利用的方法等都極大地影響著診斷效果的好壞。汽車遠程故障診斷中心知識庫的核心內容是診斷知識，它是領域專家通過長期的研究和實踐積累而來的。診斷知識分為3類：征兆、規則與對策。征兆描述的是汽車故障的各種特征表現，它是診斷推理的最主要依據，來自于信息采集系統并進行了相應的數據處理；規則是經過整理的專家經驗知識，是一種表示征兆和故障之間因果關系的形式，它控制診斷推理的方法與過程；對策是針對故障應采取的措施。

知識庫的填充與完善是由系統的維護和使用者在系統的運行過程中進行的。知識庫系統具備較強的學習功能，其需要獲取的知識包括：汽車運行中出現的各種故障的現象、部位和原因，以及專家對各種故障診斷的方法、診斷原理以及經驗數據等。獲取知識主要有兩種途徑：①由專家手工組織的各類知識庫、模型庫及方法庫等；②由系統通過各種算法實現的自動獲取知識的過程，它通過對典型案例、典型故障樣本等的歸納和類比學習，發現具有指導意義的新知識。隨著知識庫知識的不斷豐富，珍斷模型、診斷算法及診斷機理得以不斷改進，發動機故障診斷的精確性和可靠性得到不斷提高。

（4）Web服務器。Web服務器負責與故障診斷現場的連接，是聯系診斷中心與客戶之間的紐帶，它接受用戶故障診斷請求并反饋診斷結果。系統管理員也可通過Web服務器對數據庫、知識庫等進行管理維護、內容更新與系統升級等工作，在線專家通過Web服務器對診斷過程中遇到的疑難雜癥進行會診和指導。

（5）遠程中心關鍵技術分析。汽車遠程故障診斷中心的核心內容是故障診斷專家系統，診斷專家系統是一個具有大量專業知識與經驗的計算機程序，其主要功能在于根據專家提供的汽車專業知識、經驗知識等進行故障推理與判斷，通過模擬專家做決定的過程來解決問題。遠程診斷中心專家系統的關鍵技術在于推理系統的建立。推理系統主要解決知識的選擇與應用問題，控制整個問題的求解過程，它根據數據庫中的當前信息，將知識庫中的診斷原則拿來匹配，以此推斷出診斷結論。系統的知識庫來源于經驗知識、專用知識和推理知識，并且系統具有自學習功能。

推理系統的推理策略有正向推理、反向推理和雙向推理等。正向推理的法則是由特征數據庫 (即輸入的發動機信息)出發，尋找與知識庫中規則的前提條件相匹配的事實，如果匹配成功，則該規則被觸發，從而產生新的結論，把新的結論并入數據庫，繼續進行匹配，直到得出對結論再也不能進行匹配為止。反向推理法則是首先假設結論正確(即故障存在)，再去驗證條件是否滿足，若滿足則結論正確，不滿足則再用另一條假設去推斷結。

考慮到汽車結構及工作原理的復雜性，為提高故障診斷的精確性及效率，基于Internet的汽車遠程故障診斷中心采取雙向推理策略，其基本思路是：先根據系統輸入的事實進行正向推理，并檢測相應規則，當推理到某個中間結論時，啟用反向推理機，根據中間結論進行假設方案(故障現象與原因)的選擇，并根據該假設方案反向檢測相應的規則隨引，即先以正向推理縮小搜索空間，后以反向推理獲得求解。

3 結語

綜上所述，來自汽車的信息經信號處理和特征提取后，被送入故障滲斷推理機，推理機依照雙向推理規則進行邏輯推理與判斷，最后獲取診斷結果。例如：某柴油機故障現象為“功率不足”，推理機依據發動機輸入的信息，經正向推理獲得故障原因為“噴油器故障”，為驗證該診斷結果的正確性，推理機將反向搜索規則庫，通過查詢“壓縮壓力"和“噴油壓力”是否正常，驗證上述結論。由于噴油壓力高，壓縮壓力正常，故推理機最終得出的診斷結論為“噴油器故障”。在推理機給出故障診斷結論后，系統通過Web服務器，向客戶反饋故障診斷結果，并自動生成可視化的維修向導，指導客戶進行維修操作。依照維修工作的需要，系統可根據被診斷發動機的結構和拆裝順序關系，對相關裝配單元拆裝順序關系進行描述，以保證為用戶提供最直接的圖像信息，方便用戶進行檢修準備和操作。