基于AI智能技術(shù)的車輛診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：針對(duì)車輛故障診斷復(fù)雜化問題，研究開發(fā)了基于ChatGPT4.0和RAG技術(shù)的智能診斷專家系統(tǒng)。系統(tǒng)通過整合歷史服務(wù)公告、維修手冊(cè)等數(shù)據(jù)，構(gòu)建向量化知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)故障的智能檢索與解決方案自動(dòng)生成。采用語(yǔ)義分塊和Word2Vec模型提升檢索效率，結(jié)合大語(yǔ)言模型輸出精準(zhǔn)診斷建議。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確率達(dá)90%，響應(yīng)時(shí)間縮短至分鐘級(jí)，減少50%人工咨詢量，顯著提升了維修效率和質(zhì)量，為車輛智能診斷提供了創(chuàng)新解決方案。

關(guān)鍵詞：智能技術(shù) 診斷專家系統(tǒng) 檢索增強(qiáng)生成技術(shù) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 介紹

隨著汽車電子控制系統(tǒng)日益復(fù)雜，涵蓋新能源、智能駕駛等多元領(lǐng)域，故障診斷難度顯著增加。目前某車企售后部門日均處理200+維修咨詢，依賴10名工程師人工響應(yīng)，存在三大痛點(diǎn)：一是專業(yè)知識(shí)覆蓋有限，復(fù)雜問題需2-3天反饋；二是響應(yīng)時(shí)效受工作時(shí)間制約；三是新能源車型問題激增導(dǎo)致處理壓力倍增。為此，研究創(chuàng)新性地提出融合ChatGPT 4.0與RAG技術(shù)的智能問答系統(tǒng)，為AI在專業(yè)領(lǐng)域的落地提供了可復(fù)用的技術(shù)框架[1]。核心價(jià)值在于通過機(jī)器學(xué)習(xí)不斷優(yōu)化診斷模型，推動(dòng)汽車售后服務(wù)向智能化轉(zhuǎn)型。

2 方法

診斷專家系統(tǒng)采用RAG技術(shù)，通過檢索知識(shí)庫(kù)增強(qiáng)大語(yǔ)言模型的輸出質(zhì)量。系統(tǒng)主要模塊包括知識(shí)處理、向量數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、嵌入式模型、用戶查詢、檢索查全、大語(yǔ)言模型及答案生成。如圖1所示，其核心是包含服務(wù)公告、維修手冊(cè)等知識(shí)的診斷知識(shí)庫(kù)。知識(shí)經(jīng)過清洗、分塊后導(dǎo)入向量數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用ChatGPT 4.0將文本轉(zhuǎn)為向量表示，有效捕捉語(yǔ)義關(guān)系。該系統(tǒng)通過先進(jìn)算法，能快速準(zhǔn)確診斷故障，生成診斷報(bào)告和服務(wù)工單，顯著提升診斷效率和準(zhǔn)確性。

2.1 知識(shí)模塊設(shè)計(jì)

日常應(yīng)用中積累了海量新能源汽車技術(shù)數(shù)據(jù)，包括百萬(wàn)級(jí)服務(wù)案例、車型公告、手冊(cè)、論壇技術(shù)帖及T-BOX數(shù)據(jù)。這些資料以Word、TXT、CSV、Excel、PDF、圖片和視頻等多種格式存儲(chǔ)。為處理這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用PDF提取器和OCR技術(shù)將其轉(zhuǎn)為純文本。

2.1.1 收集服務(wù)公告

服務(wù)公告是汽車廠商發(fā)布的官方技術(shù)文件，持續(xù)更新典型案例、解決方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如圖2所示，某電動(dòng)車充電公告包含14個(gè)項(xiàng)目，詳細(xì)說明故障處理流程和技術(shù)規(guī)范。例如圖2《直流快充故障指南》指導(dǎo)技術(shù)人員通過測(cè)量電阻和電壓值，精準(zhǔn)定位快充故障電路。

2.1.2 收集《維修手冊(cè)》中的“診斷步驟”

車輛維修手冊(cè)是重要技術(shù)文件，包含維修流程、故障代碼解析等技術(shù)參數(shù)。如圖3所示，手冊(cè)詳細(xì)說明DTC P012200的診斷流程，幫助技術(shù)人員快速定位和解決故障。

2.2 數(shù)據(jù)清理

車輛診斷專家系統(tǒng)依賴精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，需優(yōu)化文檔處理并進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗。

A）基礎(chǔ)清洗：規(guī)范文本格式，清除特殊字符、冗余及敏感信息。如圖4案例所示，需刪除客戶姓名等隱私內(nèi)容。

B）術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)化：統(tǒng)一技術(shù)用語(yǔ)，消除歧義。如圖7案例中，需將非標(biāo)準(zhǔn)表述“多媒體”修正為官方術(shù)語(yǔ)“娛樂系統(tǒng)”，確保知識(shí)庫(kù)準(zhǔn)確性。

2.3 向量庫(kù)的建立

矢量數(shù)據(jù)庫(kù)是專門為存儲(chǔ)和檢索矢量數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。可以實(shí)現(xiàn)高效檢索。針對(duì)不同文檔類型采用差異化分塊方案：服務(wù)手冊(cè)使用固定大小分塊，服務(wù)公告采用遞歸分塊，服務(wù)案例運(yùn)用語(yǔ)義分塊。

2.3.1 大小分塊方案

服務(wù)手冊(cè)內(nèi)容多、結(jié)構(gòu)好，書寫規(guī)范。在研究中，將整個(gè)手冊(cè)分成多個(gè)文本塊，然后將它們嵌入到向量中。一般將手冊(cè)分成500個(gè)單詞作為一個(gè)塊，目的是在保持語(yǔ)義連貫的同時(shí)盡量減少嵌入內(nèi)容中的噪聲，從而更有效地找到文檔中與用戶查詢最相關(guān)的部分。然后將所有不同大小的塊存儲(chǔ)到一個(gè)向量數(shù)據(jù)庫(kù)中，并保留每個(gè)塊的上下文關(guān)系[2-4]。

2.3.2 語(yǔ)義分塊處理

服務(wù)案例是經(jīng)銷商上傳的故障圖片和數(shù)據(jù)列表，內(nèi)容復(fù)雜且非結(jié)構(gòu)化。系統(tǒng)采用語(yǔ)義分塊策略，確保每塊信息獨(dú)立完整，利用標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和自然段落進(jìn)行分塊。接著，使用嵌入方法將用戶查詢轉(zhuǎn)為向量以保留語(yǔ)義，并借助預(yù)訓(xùn)練的Word2Vec模型捕捉深層語(yǔ)義關(guān)系。最后，通過計(jì)算查詢向量與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的相似度，檢索最相關(guān)的結(jié)果。

2.4 嵌入式模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嵌入模型的核心任務(wù)是將文本轉(zhuǎn)換為向量形式，而系統(tǒng)使用了大量充滿歧義和輔助詞的服務(wù)用例，這些服務(wù)用例對(duì)傳達(dá)單詞的含義沒有用處，向量表示更加密集和精確，捕獲了上下文關(guān)系和句子的核心含義。這種轉(zhuǎn)換使系統(tǒng)能夠通過簡(jiǎn)單地計(jì)算向量之間的差異來識(shí)別語(yǔ)義上相似的句子。

該診斷系統(tǒng)基于Word2Vec的CBOW模型，通過淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練生成詞向量。CBOW模型忽略單詞順序，通過上下文預(yù)測(cè)目標(biāo)詞，將單詞映射為向量以表達(dá)語(yǔ)義關(guān)。具體流程：a.初始化：每個(gè)單詞分配隨機(jī)向量（通常50-300維）；b.訓(xùn)練：輸入定長(zhǎng)文本（如5個(gè)詞），將上下文詞向量拼接（例如“品牌 車型 汽車 失控”→[0.2，0.1，0.3，0.1，0.3，...]）；C.計(jì)算：通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理拼接向量，輸出故障診斷結(jié)果[5-7]。

如圖6所示，假設(shè)輸入的文本為“品牌車型汽車跑掉”，則圖V1為“品牌”，V2為“車型”，V3為“汽車”，V4為“失控”，假設(shè)隨機(jī)初始化的詞向量字典為{“品牌”：[0.2，0.1，0.3]，“車型”：[0.1，0.3，0.4]，“汽車”：[0.8，0.5，0.1]，“失控”：[0.5，0.5，0.5]}，則圖中的Xw運(yùn)算就是將“品牌車型汽車跑掉”的詞向量按順序依次排列。然后圖中的Xw運(yùn)算就是將“品牌車型汽車跑偏”這四個(gè)單詞的單詞向量從開始到結(jié)束依次拼接為[0.2，0.1，0.3，0.1，0.3，0.4，0.8，0.5，0.1，0.5，0.5]，然后這個(gè)拼接數(shù)組就是最后要代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算的輸入，通過這個(gè)輸入系統(tǒng)希望神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠計(jì)算出故障的問題。

2.5 導(dǎo)入ChatGPT格式

ChatGPT 是基于 Transformer 的生成式預(yù)訓(xùn)練模型，具備強(qiáng)大的自然語(yǔ)言處理和邏輯推理能力，能夠逐步分析并解決數(shù)學(xué)與邏輯問題。調(diào)用方法：導(dǎo)入OpenAI庫(kù)并配置API密鑰；構(gòu)建消息列表（如 role： \"user\"， content： \"Do you know DataWhale？\"）；調(diào)用 ChatCompletion.create 指定模型（如 gpt-4.0-mini），發(fā)送請(qǐng)求；從響應(yīng)對(duì)象的 choices[0]['message']['content'] 提取 ChatGPT 的回復(fù)。

代碼實(shí)現(xiàn)：

進(jìn)口openai

#設(shè)置API密鑰

#構(gòu)建消息對(duì)象列表

Messages = [

{\" role \"： \" user \"， \" content \"： “ Do you know DataWhale？ ”\"}

#調(diào)用API并打印響應(yīng)

response = openai.ChatCompletion.create（

模型= \" gpt - 4.0渦輪增壓”，

消息=消息，

溫度= 0）

打印（響應(yīng)['選擇'][0]（“信息”）（“內(nèi)容”））

2.6 查詢檢索

根據(jù)診斷專家系統(tǒng)需求，采用關(guān)鍵詞匹配和向量相似度計(jì)算兩種檢索方法，未來可拓展基于圖片的檢索。關(guān)鍵詞匹配直接比對(duì)查詢?cè)~與知識(shí)庫(kù)內(nèi)容；向量相似度計(jì)算則將文本轉(zhuǎn)化為向量，通過空間模型進(jìn)行相似度比對(duì)。為提升效率，系統(tǒng)構(gòu)建了三種索引：關(guān)鍵詞索引、向量索引、圖像索引；索引構(gòu)建流程包括：文本分割、特征提取、索引結(jié)構(gòu)建立。

2.7 用戶輸入查詢

在完成前期準(zhǔn)備后，系統(tǒng)通過嵌入模型將用戶問題矢量化，并從向量數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索相似知識(shí)。試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，技術(shù)人員常僅輸入DTC代碼或癥狀（如“U140287”或“DC快速充電器無法充電”），導(dǎo)致回答不理想。統(tǒng)計(jì)顯示僅45%的提問包含完整的“車型+癥狀+DTC+需求”四要素。為此，系統(tǒng)通過案例對(duì)比培訓(xùn)（如將僅查詢“DTC P180516”與完整提問對(duì)比）提升提問質(zhì)量，并增加問答對(duì)話環(huán)節(jié)，逐步優(yōu)化查詢準(zhǔn)確性。

2.8 LLM大語(yǔ)言模型

大語(yǔ)言模型LLM生成響應(yīng)，是生成問題答案響應(yīng)的核心組件。與嵌入式模型類似，該診斷專家系統(tǒng)使用了langchain開發(fā)框架來構(gòu)建RAG系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于定義回調(diào)函數(shù)，查看使用了哪些上下文，檢查檢索結(jié)果來自哪個(gè)文檔等。

2.9 生成答案

用戶的問題和上一步檢索到的信息的最終組合構(gòu)建了一個(gè)提示模板，該模板被饋送到大型語(yǔ)言模型中，等待模型輸出答案。當(dāng)用戶輸入查詢或問題時(shí)，RAG系統(tǒng)首先接收該輸入。然后將檢索到的關(guān)鍵信息與用戶的輸入查詢結(jié)合起來，作為語(yǔ)言模型的輸入。最后生成輸出：語(yǔ)言模型根據(jù)輸入信息生成相應(yīng)的輸出文本。根據(jù)輸入的問題和檢索到的相關(guān)信息生成詳細(xì)的答案。

2.10 系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)試與優(yōu)化

本系統(tǒng)在開發(fā)中應(yīng)用了Python語(yǔ)言編程，并將主要代碼開發(fā)體現(xiàn)在處理知識(shí)模塊、嵌入式模型代碼開發(fā)、LLM大語(yǔ)言模型代碼開發(fā)上。隨后在20個(gè)汽車服務(wù)中心進(jìn)行三個(gè)月試運(yùn)行，要求每家每天測(cè)試至少3個(gè)問題，經(jīng)優(yōu)化后系統(tǒng)穩(wěn)定性顯著提升，最終系統(tǒng)能及時(shí)提供準(zhǔn)確解決方案，減少50%人工問答，同時(shí)幫助技術(shù)人員通過參考文檔學(xué)習(xí)診斷邏輯和流程，提升知識(shí)積累和效率，獲得用戶滿意。

3 結(jié)論

研究通過開發(fā)汽車診斷專家系統(tǒng)，驗(yàn)證了AI技術(shù)在智能診斷領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。該系統(tǒng)整合大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和自然語(yǔ)言處理技術(shù)，顯著提升了故障診斷效率和準(zhǔn)確性，縮短排查時(shí)間，降低維修成本，有效提升了用戶滿意度。盡管存在挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)進(jìn)步，該系統(tǒng)將在汽車服務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。未來通過支持語(yǔ)音輸入等功能優(yōu)化，診斷專家系統(tǒng)有望成為行業(yè)標(biāo)配，推動(dòng)維修服務(wù)整體升級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Hossain M N， Rahman M M， Ramasamy D.Artificial Intelligence-Driven Vehicle Fault Diagnosis to Revolutionize Automotive Maintenance： A Review[J].CMES-Computer Modeling in Engineering amp; Sciences， 2024， 141（2）：951-996.

[2]金志剛，張慶宇，王耀富.基于故障樹的低速無人車診斷系統(tǒng)研究[J]．物理學(xué)報(bào)：會(huì)議叢刊，2024，2816（1）：12083.

[3] Jung J， Han S， Park M， et al.Automotive digital forensics through data and log analysis of vehicle diagnosis Android apps[J].Forensic Science International： Digital Investigation， 2024， 49：301752.

[4]鄭一凡，張正杰，周思達(dá)，等.基于多特征融合模型的電動(dòng)汽車故障診斷與預(yù)警創(chuàng)新方法[J].儲(chǔ)能學(xué)報(bào)，2024：78.

[5]吳國(guó)芳，劉福佳，徐淑全.汽車故障診斷信息的編制方法[J].MATEC會(huì)議網(wǎng)，2022，355：71-75.

[6]李玉坤.基于智能診斷的人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)報(bào)，2022，20：19-23.

[7]王玉平，李衛(wèi)東.基于傳遞的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)新能源汽車故障診斷[J].能源研究前沿，2021，9：89-91.