基于专家系统的纯电动客车制动系统故障诊断

刘 静，赵苗苗，刘瑶秋

（扬州亚星客车股份有限公司，江苏 扬州 225000）

纯电动客车制动系统由电制动和气制动结合构成，在传统气制动的基础上，增加了电制动，能够很好实现提前制动功能。制动系统故障维修，当前主要根据维修人员经验诊断故障部位，进行针对性维修。

纯电动客车安装的车辆监控设备，可以实时采集车辆运行过程中CAN总线报文数据。根据实时监控车辆运行数据，本文在对制动故障和整车通信数据相关性研究基础上，设计专家系统进行制动系统故障机构定位，提高制动系统故障处理效率。

1 制动系统故障关系

纯电动客车制动系统由多个零部件组成，相互协作完成车辆制动工作。为方便制动系统故障分析，将故障进行分类处理，分类分析。

制动系统故障包含电制动失效（M1）、气制动失效（M2）、制动拖滞（M3）等，故障的主要机构有供能机构、执行机构、传能机构、控制机构。

1）供能机构主要包括储气筒组件（G1）、空气压缩机（G2）等零部件。

2）执行机构主要包括左前轮（L1）、左后轮（L2）、右前轮（L3）、右后轮（L4）处制动装置和驱动电机（L5）。

3）传能机构包括制动踏板（C1）、气管路（C2）、阀类件（C3）等。

4）控制机构包括整车控制器（K1）、空气压缩机控制器（K2）和驱动电机控制器（K3）。

制动系统故障与各个机构之间的关系如图1所示。

图1 制动系统故障关系图

引起制动系统故障原因有多个，如何快速定位故障机构，确定故障点，是制动系统故障维修的必要条件。

根据制动系统关系分析，汇集车辆维修理论与维修人员多年维修经验，运用模糊推理，设计出故障诊断的专家系统，对车辆实时运营数据进行分析，诊断车辆故障机构。

2 制动系统故障专家库建立

纯电动车上安装的监控设备，能够实时有效地采集整车CAN报文数据并发送给监控后台系统。整车CAN报文负责各个电器部件之间的通信，其中与制动系统相关的通信数据见表1。

车辆故障诊断知识库是汇集车辆维修理论与维修人员多年维修经验而建立的。基于对车辆运行数据的实时监测、分析，及时准确地显示车辆故障信息，完成车辆故障定位，提供车辆故障解决方案，专家系统结构如图2所示。

专家知识库故障诊断技术，利用人工智能和现代计算技术，将领域内的专家经验知识进行程序化编写，结合车辆实际运行数据，进行故障诊断。

专家系统主要由数据库、知识库、推理机、知识获取、知识算法程序和知识输入构成。工作原理是将制动系统故障特征数据知识库管理，系统将知识进行算法程序化处理后存入知识库，推理机载入车辆运营数据与知识库中的知识进行匹配，将完成匹配的信息显示在诊断结果中，再通过解释机反馈给维修人员，同时作为知识再次输入知识库管理。

表1 通信数据关系表

图2 专家系统结构图

本文专家系统的核心设计是知识库管理和推理及设计。

2.1 知识库管理

本文专家系统中的知识获取来自相关书籍和维修人员经验，知识库中包含纯电动客车专用制动系统所有资料，包含但不限于系统结构图、零部件说明书、维修手册、维修案例汇总以及工程师故障诊断经验等，将知识库整理后，转化为相关知识库算法应用程序。

本专家系统采用产生式规则对知识进行表示：

式中：P——规则的前提；Q——结论；CF——置信度。

2.2 推理机设计

推理机按时间逐条载入表1中涉及的18个车辆监控数据，对每个数据进行相关算法处理后，针对每个数据发生后制动系统是否工作、分析结果不一致的情况，进行筛选并标记为异常数据，然后与知识库中的知识进行匹配。推理工作过程如图3所示。

图3 推理流程图

3 制动系统故障诊断应用

某辆车实时运营监控数据，报文时差10s，见表2。该组数据表示车辆运营过程中，驾驶员进行了制动操作，整车制动系统同时进行了响应操作，但是车速下降缓慢。

专家系统对该组数据算法处理流程如图4所示。公交车行驶线路仪表为沥青或混凝土路面，摩擦系数为0.012～0.02，本文取中间值0.018，即车辆无驱动力、无制动力时，减速度为0.18m/s2。

有车速诊断出车辆无制动作用，而其他数据则判断出车辆制动正常响应，该结果与知识库中一条知识匹配：

IF（车辆制动系统响应，而无制动效果）

THEN（制动执行部件故障）

表2 运营监控数据表

图4 案例分析流程图

数据处理中，车辆与地面减速度计算存在估值，车速减速度的隶属函数：

车辆减速度计算为0.125m/s2，则诊断可信度为0.94。

专家系统分析得出“制动执行部件故障”，即L1、L2、L3、L4处出现故障。

4 结束语

专家系统是人工智能的一个重要部分，本文将专家系统应用于车辆制动系统故障，进行车辆监控数据自动处理分析，能够快速发现并确定故障部位，增加了车辆安全运行的系数，提升了故障维修的效率。