蔣鳴雷

（北京交通大學(xué)，北京 100044）

前言

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，由于傳感器技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)在汽車(chē)中的大量應(yīng)用，使得汽車(chē)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，功能日趨先進(jìn)，但診斷、維修難度也大大增加，診斷中需獲取的信息量迅速膨脹。有資料表明，現(xiàn)代汽車(chē)維修需要40%的精力查閱資料、30%的精力分析故障，拆裝零件的時(shí)間由過(guò)去的70%降到30%以下。面對(duì)如此龐大的信息量，如何根據(jù)技術(shù)資料快速找出故障原因，是今后汽車(chē)故障診斷中急待解決的問(wèn)題。

1 汽車(chē)故障診斷技術(shù)的發(fā)展歷程

汽車(chē)故障診斷技術(shù)起始于60年代的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，隨著汽車(chē)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，必然要求有相應(yīng)的診斷手段來(lái)滿(mǎn)足其維護(hù)的需求，因此，汽車(chē)診斷技術(shù)在過(guò)去的幾十年中取得了迅速的發(fā)展，其發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。

人工檢驗(yàn)階段。早期的汽車(chē)診斷，主要依靠有一定技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的工人，憑耳聽(tīng)、手摸的方法來(lái)了解汽車(chē)的技術(shù)狀況，再根據(jù)已掌握的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行故障診斷，方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但是準(zhǔn)確性差，很大程度上依賴(lài)于操作者的感覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)。

運(yùn)用簡(jiǎn)單的儀器、儀表進(jìn)行測(cè)量階段。由于汽車(chē)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，因此一些簡(jiǎn)單的測(cè)試儀器，如萬(wàn)用表、真空儀、油壓表等應(yīng)用于故障診斷中，從而使診斷技術(shù)從耳聽(tīng)手摸的定性階段，發(fā)展到儀器、儀表的定量測(cè)量階段。該方法為汽車(chē)故障診斷提供了客觀依據(jù)，不足之處是儀器分散，對(duì)故障缺乏綜合的分析和判斷。

利用專(zhuān)門(mén)設(shè)備進(jìn)行綜合診斷階段。在汽車(chē)總成不解體的情況下，用先進(jìn)的儀器和設(shè)備對(duì)汽車(chē)各工作系統(tǒng)進(jìn)行精密監(jiān)測(cè)，測(cè)出汽車(chē)有關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)電子計(jì)算機(jī)的處理，就能顯示汽車(chē)的技術(shù)狀況或?qū)ふ页龉收系脑颉?/p>

人工智能診斷階段。進(jìn)入九十年代，隨著專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)智能化的提高，用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存專(zhuān)家知識(shí)，建立汽車(chē)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，把汽車(chē)故障診斷推向了更加智能化的階段。

2 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代發(fā)達(dá)國(guó)家就相繼研制開(kāi)發(fā)了各種獨(dú)立于車(chē)輛的車(chē)外診斷設(shè)備。1972年德國(guó)大眾汽車(chē)公司率先推出了他們研制的國(guó)民牌車(chē)外診斷裝置，隨后，美國(guó)和日本也開(kāi)發(fā)出了類(lèi)似裝置。但因?yàn)楫?dāng)時(shí)技術(shù)水平有限，這些車(chē)外診斷裝置的診斷效果并不理想。為了克服車(chē)外診斷裝置的局限性，1979年，美國(guó)通用公司在其所生產(chǎn)汽車(chē)的電控汽油噴射系統(tǒng)中，正式采用了車(chē)載診斷系統(tǒng)，也稱(chēng)隨車(chē)診斷系統(tǒng)。隨后幾年，歐、美、日等國(guó)的汽車(chē)廠商陸續(xù)在各自生產(chǎn)的汽車(chē)上配備了車(chē)載診斷系統(tǒng)。到了20世紀(jì)80年代末期，專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始應(yīng)用于故障診斷領(lǐng)域。1985年通用公司研制了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)專(zhuān)家診斷系統(tǒng)，1986年日產(chǎn)公司推出了發(fā)動(dòng)機(jī)電子集成控制系統(tǒng)的離線(xiàn)診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，1989年美國(guó)Venkat等首次將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于故障診斷中，此后，Marko等把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷中，Sharky等在對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的故障推理進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)上，提出了多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷策略。

90年代末期，具有診斷復(fù)雜故障能力的專(zhuān)家系統(tǒng)和汽車(chē)自診斷功能密切相連，構(gòu)成新的車(chē)外診斷系統(tǒng)。這些車(chē)外診斷系統(tǒng)采用微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并結(jié)合人工智能，將汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，自診斷結(jié)果輸出到車(chē)外診斷系統(tǒng)中，維修人員在專(zhuān)家故障診斷系統(tǒng)上做出綜合分析判斷和處理，得到故障檢測(cè)排除的步驟和方法。此外維修中心的主機(jī)與維修點(diǎn)終端機(jī)相連，相互交換信息，可以方便地查詢(xún)所需的資料。

我國(guó)汽車(chē)故障診斷技術(shù)的研究始于70年代后期，1977年國(guó)家為了改變汽車(chē)維修技術(shù)落后的局面，立項(xiàng)了“汽車(chē)不解體檢驗(yàn)研究”的課題，它標(biāo)志著我國(guó)汽車(chē)故障診斷技術(shù)研究的開(kāi)始。80年代，一汽奧迪與北京切諾基率先在其電噴發(fā)動(dòng)機(jī)中采用了車(chē)載診斷系統(tǒng)，開(kāi)始了車(chē)載診斷系統(tǒng)在我國(guó)的推廣,目前我國(guó)生產(chǎn)的各類(lèi)轎車(chē)，均需配備車(chē)載診斷系統(tǒng)。自90年代以來(lái)，我國(guó)企業(yè)自行研制開(kāi)發(fā)了車(chē)外診斷系統(tǒng)，例如深圳元征計(jì)算機(jī)公司生產(chǎn)的“電眼睛”汽車(chē)電控系統(tǒng)檢測(cè)儀，適用于亞、歐、美各大車(chē)系2000多種車(chē)型的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、防抱剎車(chē)、防撞氣囊等系統(tǒng)的故障檢測(cè)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)流、故障碼及發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試，并具備直接打印以及與PC機(jī)聯(lián)機(jī)打印等功能。此外還有深圳金德、北京金奔騰等企業(yè)。20世紀(jì)80年代末，國(guó)內(nèi)部分高校和科研機(jī)構(gòu)對(duì)汽車(chē)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行了研究,如1988年解放軍運(yùn)輸工程學(xué)院在PC機(jī)上用DBASE語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，以Turbe-Prolog語(yǔ)言改寫(xiě)的汽車(chē)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)；1990年華中理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)。進(jìn)入21世紀(jì)后，國(guó)內(nèi)研究進(jìn)入了快速發(fā)展期,許多高校做了大量的研究工作，部分研究已達(dá)到國(guó)外同等水平。

3 汽車(chē)故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

車(chē)載診斷的優(yōu)點(diǎn)是：可以減少專(zhuān)業(yè)儀器的使用，降低維修費(fèi)用；查找故障及時(shí)，有效地避免二次故障的產(chǎn)生，應(yīng)用廣泛；缺點(diǎn)是：診斷范圍有限，精度不高，對(duì)較復(fù)雜故障不能診斷，適應(yīng)性差，車(chē)型不同或控制系統(tǒng)改動(dòng)后需重新設(shè)計(jì)新的診斷系統(tǒng)。而車(chē)外診斷的優(yōu)點(diǎn)是：診斷功能可以及時(shí)擴(kuò)充，提高了效率和精度，擴(kuò)大了診斷范圍，增強(qiáng)了適應(yīng)性，縮短了診斷設(shè)備和車(chē)輛的開(kāi)發(fā)周期；缺點(diǎn)是：沒(méi)有車(chē)載診斷系統(tǒng)那樣及時(shí)、方便?？梢?jiàn)，只有把車(chē)載診斷和車(chē)外診斷結(jié)合起來(lái)，才能達(dá)到既實(shí)用、又方便的診斷效果。

國(guó)內(nèi)外的研究表明，汽車(chē)故障的診斷方式已由車(chē)載診斷與車(chē)外診斷的相互獨(dú)立走向相互結(jié)合，將電控系統(tǒng)檢測(cè)儀完善的數(shù)據(jù)通信功能與專(zhuān)家系統(tǒng)強(qiáng)大的分析判斷功能相結(jié)合，并充分運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)在人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊診斷以及基于決策數(shù)據(jù)庫(kù)的最新成果，將是新一代汽車(chē)診斷技術(shù)的發(fā)展方向。概括來(lái)說(shuō)，主要有以下幾個(gè)方面：

車(chē)載診斷或使用故障診斷設(shè)備的診斷，主要診斷電子控制系統(tǒng)的故障，而且還有局限性，不能對(duì)ECU存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。開(kāi)發(fā)既用于電控系統(tǒng)又適用于機(jī)械系統(tǒng)故障的診斷技術(shù)，是現(xiàn)代汽車(chē)診斷技術(shù)的關(guān)鍵。隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，新的故障診斷系統(tǒng)，即專(zhuān)家系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)并逐步推向應(yīng)用。

診斷推理方法多樣化。診斷推理是以診斷特征參數(shù)為基礎(chǔ)，采用數(shù)學(xué)方法處理信號(hào)，找出故障的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)系統(tǒng)故障做定量分析?；谛盘?hào)的處理，由傳統(tǒng)的傅立葉變換轉(zhuǎn)換為小波分析，為故障信號(hào)的預(yù)處理提供了有效途徑；基于知識(shí)的處理，由傳統(tǒng)的基于邏輯的專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展成為集成模糊理論和案例的專(zhuān)家系統(tǒng)，解決了故障癥狀不確定性，極大地提高了診斷速度和精度。

故障診斷信息網(wǎng)絡(luò)化。汽車(chē)是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，新車(chē)型和新功能層出不窮。在汽車(chē)故障診斷時(shí)，專(zhuān)業(yè)人員對(duì)各種車(chē)型的技術(shù)資料掌握有限。而通過(guò)汽車(chē)檢測(cè)維修專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)，可以傳遞診斷維修信息，徹底打破信息傳遞時(shí)空上的限制，實(shí)現(xiàn)資源共享，而且能在線(xiàn)得到診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的指導(dǎo)。

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