汽车故障诊断技术与现代网络技术的结合

张林辉

（山西机电职业技术学院，山西 长治 046011）

将汽车故障诊断技术与现代网络技术相结合，建立基于Internet的汽车远程故障诊断系统，实现故障诊断的智能化与信息化，是未来汽车诊断技术的发展趋势。

1 诊断系统车载单元结构分析

车载单元部分包括单片机、信号传感器、电荷放大器、A/D采集器和无线Modem等五个元件。考虑到汽车小价值的特点，这一部分的设备费用要做到尽量的低，只有这样才能使整个汽车状态远程监测与故障诊断系统具有实际意义。因此，选择单片机作为其核心元件来控制协调各部分的工作。这些工作，也就是单片机所要实现的功能：①接受驾驶员触发命令或在行车状态下通过定时的方式自触发，控制无线Modem完成车载单元与监测中心的通信连接；②接受监测中心采集数据的命令及相关采集参数；③控制A/D采集器完成数据采集；④通过无线Modem实时传送数据；⑤控制指示灯向驾驶员显示监测中心正进行远程数据采集；⑥接收监测中心实时分析处理数据的结果；⑦根据接收到的数据处理结果，完成对报警装置是否报警以及如何报警的控制。

单片机这些功能的实现主要是依靠设计单片机程序和相应的电路板来完成的，这也是车载单元部分设计的核心任务。

2 远程中心基本结构分析

基于Internet的发动机远程故障诊断系统采用B/S结构，它是一种开方式的操作系统。包括数台服务器，将汽车诊断专家系统、大型知识库、数据库、推理机构等分布于几台服务器上。该系统诊断故障的一般流程为：用户首先通过网络浏览器登陆远程中心的站点服务器，通过身份验证后，再根据远程中心提供的HTML页面选择请求诊断服务，并将由数据采集与处理系统获取的信息通过网络输送至远程中心的诊断服务器，服务器依据一定的规则对信息进行处理并从数据库调用该车的标准参数，经演绎推理判断出故障部位及故障原因，并通过Internet网络将诊断结果返回给客户机。此外，通过对远程诊断中心的二次开发，系统还可具备教育教学、专家在线服务及实时升级等功能。

（1）诊断服务器。诊断服务器的主要功能在于：接受来自现场的诊断服务请求，通过程序中的控制模块对请求指令进行内部译码，调用故障诊断专家系统进行分析诊断，并将诊断结论和检修意见返回诊断现场，专家系统融入有先进的故障诊断机理，确保诊断结论的准确性与可靠性。

（2）数据库系统。完备的数据库系统是汽车故障诊断系统不可缺少的部份，数据库包括了汽车特征数据库和汽车档案数据库，特征数据库(实时数据库)存储来自数据采集与处理系统的实时信息，也存储系统推理决策的中间结果和最终结果，档案数据库(非实时数据库)存储汽车各部件性能检测的标准数据及系统进行故障诊断的历史信息等。

（3）知识库系统。知识库是发动机故障诊断专家知识、经验知识和书本知识等的储存器，知识的数量、质量、知识表达方式的合理性、知识利用的方法等都极大地影响着诊断效果的好坏。汽车远程故障诊断中心知识库的核心内容是诊断知识，它是领域专家通过长期的研究和实践积累而来的。诊断知识分为3类：征兆、规则与对策。征兆描述的是汽车故障的各种特征表现，它是诊断推理的最主要依据，来自于信息采集系统并进行了相应的数据处理；规则是经过整理的专家经验知识，是一种表示征兆和故障之间因果关系的形式，它控制诊断推理的方法与过程；对策是针对故障应采取的措施。

知识库的填充与完善是由系统的维护和使用者在系统的运行过程中进行的。知识库系统具备较强的学习功能，其需要获取的知识包括：汽车运行中出现的各种故障的现象、部位和原因，以及专家对各种故障诊断的方法、诊断原理以及经验数据等。获取知识主要有两种途径：①由专家手工组织的各类知识库、模型库及方法库等；②由系统通过各种算法实现的自动获取知识的过程，它通过对典型案例、典型故障样本等的归纳和类比学习，发现具有指导意义的新知识。随着知识库知识的不断丰富，珍断模型、诊断算法及诊断机理得以不断改进，发动机故障诊断的精确性和可靠性得到不断提高。

（4）Web服务器。Web服务器负责与故障诊断现场的连接，是联系诊断中心与客户之间的纽带，它接受用户故障诊断请求并反馈诊断结果。系统管理员也可通过Web服务器对数据库、知识库等进行管理维护、内容更新与系统升级等工作，在线专家通过Web服务器对诊断过程中遇到的疑难杂症进行会诊和指导。

（5）远程中心关键技术分析。汽车远程故障诊断中心的核心内容是故障诊断专家系统，诊断专家系统是一个具有大量专业知识与经验的计算机程序，其主要功能在于根据专家提供的汽车专业知识、经验知识等进行故障推理与判断，通过模拟专家做决定的过程来解决问题。远程诊断中心专家系统的关键技术在于推理系统的建立。推理系统主要解决知识的选择与应用问题，控制整个问题的求解过程，它根据数据库中的当前信息，将知识库中的诊断原则拿来匹配，以此推断出诊断结论。系统的知识库来源于经验知识、专用知识和推理知识，并且系统具有自学习功能。

推理系统的推理策略有正向推理、反向推理和双向推理等。正向推理的法则是由特征数据库 (即输入的发动机信息)出发，寻找与知识库中规则的前提条件相匹配的事实，如果匹配成功，则该规则被触发，从而产生新的结论，把新的结论并入数据库，继续进行匹配，直到得出对结论再也不能进行匹配为止。反向推理法则是首先假设结论正确(即故障存在)，再去验证条件是否满足，若满足则结论正确，不满足则再用另一条假设去推断结。

考虑到汽车结构及工作原理的复杂性，为提高故障诊断的精确性及效率，基于Internet的汽车远程故障诊断中心采取双向推理策略，其基本思路是：先根据系统输入的事实进行正向推理，并检测相应规则，当推理到某个中间结论时，启用反向推理机，根据中间结论进行假设方案(故障现象与原因)的选择，并根据该假设方案反向检测相应的规则随引，即先以正向推理缩小搜索空间，后以反向推理获得求解。

3 结语

综上所述，来自汽车的信息经信号处理和特征提取后，被送入故障渗断推理机，推理机依照双向推理规则进行逻辑推理与判断，最后获取诊断结果。例如：某柴油机故障现象为“功率不足”，推理机依据发动机输入的信息，经正向推理获得故障原因为“喷油器故障”，为验证该诊断结果的正确性，推理机将反向搜索规则库，通过查询“压缩压力"和“喷油压力”是否正常，验证上述结论。由于喷油压力高，压缩压力正常，故推理机最终得出的诊断结论为“喷油器故障”。在推理机给出故障诊断结论后，系统通过Web服务器，向客户反馈故障诊断结果，并自动生成可视化的维修向导，指导客户进行维修操作。依照维修工作的需要，系统可根据被诊断发动机的结构和拆装顺序关系，对相关装配单元拆装顺序关系进行描述，以保证为用户提供最直接的图像信息，方便用户进行检修准备和操作。