摘要：該文針對(duì)現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了開發(fā)一類便攜式電控汽車故障智能診斷系統(tǒng)。在該故障智能診斷系統(tǒng)中，提出了建立以知識(shí)庫管理模塊、推理模塊、綜合數(shù)據(jù)模塊等為基礎(chǔ)的故障診斷專家系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：汽車故障 智能診斷 故障診斷專家系統(tǒng)

汽車電子化提高了車輛的操控性能和可靠性，但也使汽車故障診斷發(fā)生了質(zhì)的變化，即由傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗(yàn)診斷方法轉(zhuǎn)變?yōu)橛檬褂矛F(xiàn)代診斷設(shè)備或儀器讀取電控單元的各種數(shù)據(jù)以及對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，從而判別出故障類型和確定出故障部位。本研究根據(jù)汽車電控汽車故障特點(diǎn)，提出了將專家系統(tǒng)和多傳感器數(shù)據(jù)融合理論相結(jié)合，開發(fā)一類便攜式電控汽車故障智能診斷系統(tǒng)，進(jìn)行現(xiàn)代汽車故障診斷與維修。

一、故障智能診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車故障智能診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，主要由診斷對(duì)象（電控汽車）、電控單元（ECU）、故障智能診斷系統(tǒng)等組成。汽車電控系統(tǒng)中電控單元為從機(jī)，既可獨(dú)立工作又負(fù)責(zé)向故障智能診斷系統(tǒng)提供其內(nèi)存的故障診斷所需信息；故障智能診斷系統(tǒng)為主機(jī)，主要由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)等組成，其功能是隨時(shí)接受電控單元的信息并可對(duì)從機(jī)發(fā)布指令等。故障智能診斷系統(tǒng)通過CAN數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，其核心部件采用IC18F468單片機(jī)，CAN驅(qū)動(dòng)控制器和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模塊的接口采用PCA82C250T實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受。故障智能診斷系統(tǒng)一方面可以接受電控單元的信息如發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、故障碼等；另一方面可以向電控單元發(fā)布命令如寫入數(shù)據(jù)、指令發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行測(cè)試工況等，其診斷通信程序包含底層通信和上層通信，其操作平臺(tái)相對(duì)獨(dú)立，底層通信采用匯編語言編寫，直接對(duì)硬件操作；上層通信則采用C語言編寫，以便與診斷界面鏈接。故障智能診斷系統(tǒng)作為主機(jī)根據(jù)不同的檢測(cè)對(duì)象發(fā)送不同的診斷請(qǐng)求，進(jìn)行協(xié)議封裝后，由驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)用輸入輸出（I/O）模塊輸出至CAN網(wǎng)絡(luò)；電控單元作為從機(jī)，根據(jù)接收到的信息執(zhí)行相應(yīng)的功能。

二、故障智能診斷系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

故障智能診斷系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖2所示。 在故障智能診斷系統(tǒng)中，知識(shí)庫管理模塊、解釋模塊、推理模塊和綜合數(shù)據(jù)模塊等作為獨(dú)立的模塊，這樣既符合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，便于程序的調(diào)試、維護(hù)和系統(tǒng)功能的拓展，又利于知識(shí)庫管理模塊的維護(hù)和保證推理模塊的獨(dú)立性，為以后在此基礎(chǔ)上開發(fā)工具系統(tǒng)提供了可行性。

1、知識(shí)庫管理模塊

知識(shí)庫管理模塊主要包括以下幾種類型的知識(shí)：

1）結(jié)構(gòu)和功能知識(shí)：結(jié)構(gòu)和功能知識(shí)用于描述電控汽車各部分結(jié)構(gòu)及它們之間的連接關(guān)系。按照電控汽車故障特點(diǎn)，將診斷知識(shí)分塊化，在診斷過程中可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)用相應(yīng)的診斷知識(shí)，加快診斷知識(shí)的搜索。

2）專家診斷知識(shí)：專家診斷知識(shí)是電控汽車故障診斷的精華。主要用于識(shí)別和診斷故障，在診斷專家系統(tǒng)中建立規(guī)則庫，通過故障樹分析法在規(guī)則庫中獲取專家的專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

3）過程知識(shí)：指診斷中最基本的診斷子任務(wù)或復(fù)雜計(jì)算方面的知識(shí)或有確定順序關(guān)系的動(dòng)作等。在診斷專家系統(tǒng)中，過程知識(shí)主要采用C語言中的子程序或函數(shù)形式來表達(dá)。由于允許過程中調(diào)用各種子過程，甚至調(diào)用自身，所以可以把過程知識(shí)表示成層次嵌套結(jié)構(gòu)。只要調(diào)用接口不變，局部知識(shí)的更新并不影響全局知識(shí)的表示。因而過程知識(shí)具有模塊化層次性的優(yōu)點(diǎn)，推理時(shí)可以采用直接求值的推理方式。

系統(tǒng)通過建立診斷單元、規(guī)則庫、過程知識(shí)相結(jié)合的知識(shí)庫管理模塊，較好地表達(dá)了領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)和功能知識(shí)以及專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，診斷單元知識(shí)庫和規(guī)則庫的相對(duì)獨(dú)立結(jié)構(gòu)，不僅便于推理模塊的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)行為的解釋，而且有利于知識(shí)庫的管理。

2、解釋模塊：

解釋模塊是專家系統(tǒng)重要特征之一，它用于對(duì)推理思維進(jìn)行提問和對(duì)含義給出必要的清晰的解釋，為用戶了解推理過程以及系統(tǒng)維護(hù)提供方便。

3、綜合數(shù)據(jù)模塊：

綜合數(shù)據(jù)模塊用于存儲(chǔ)專家系統(tǒng)故障診斷工作過程中問題的初始數(shù)據(jù)、系統(tǒng)推理過程中得到的中間結(jié)論、最終結(jié)果和控制運(yùn)行的一些描述信息的存儲(chǔ)集合，它是在運(yùn)行期間產(chǎn)生和變化的“動(dòng)態(tài)”數(shù)據(jù)庫。

4、推理模塊

推理模塊是專家系統(tǒng)的“思維”機(jī)構(gòu)，是構(gòu)成專家系統(tǒng)的核心部分之一。用于協(xié)調(diào)控制整個(gè)系統(tǒng)，其任務(wù)是模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，控制并執(zhí)行對(duì)問題的求解。

推理模塊目的是找出產(chǎn)生故障的功能部件。系統(tǒng)推理模塊采用正向推理的控制策略，它根據(jù)用戶提供的初始故障現(xiàn)象或推理所得的中間結(jié)果，找出一個(gè)或多個(gè)與該現(xiàn)象和事實(shí)相吻合的預(yù)選診斷單元形成假設(shè)，然后由用戶輸入的信息、數(shù)據(jù)庫中提供的數(shù)據(jù)及診斷單元結(jié)構(gòu)之間本身所具有的聯(lián)想關(guān)系，找到最底層的診斷單元，將最后一級(jí)的診斷單元作為本次推理的結(jié)論，并開始下一級(jí)的推理。

規(guī)則庫的目的是進(jìn)行故障定位。它是在診斷單元推理的基礎(chǔ)上，根據(jù)故障樹中的各事件及獲取的規(guī)則進(jìn)行推理，查找故障原因，從而完成故障的最終定位。

在診斷專家系統(tǒng)的推理模塊中，診斷單元推理控制規(guī)則庫推理的運(yùn)行，規(guī)則庫推理又調(diào)用診斷單元推理模塊，二者互相控制，從而使推理模塊更符合專家的思維過程，而且通過構(gòu)造這樣的推理模塊，減少了推理的盲目性，從而提高了推理效率。

三、結(jié)論

故障智能診斷系統(tǒng)采用以故障樹分析為基礎(chǔ)的層次診斷策略和以專家系統(tǒng)為主的診斷方法，建立診斷單元、規(guī)則庫、過程知識(shí)相結(jié)合的知識(shí)庫管理模塊，較好地表達(dá)了領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)和功能知識(shí)以及和專家診斷的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。推理模塊采用正反向混合推理的控制策略，使系統(tǒng)的診斷推理過程更接近領(lǐng)域?qū)＜业膶?shí)際決策水平。

1、故障智能診斷系統(tǒng)可以診斷出電控汽車大部分的電控組件和機(jī)械組件故障；

2、故障智能診斷系統(tǒng)結(jié)合了專家知識(shí)和多傳感器數(shù)據(jù)融合理論，對(duì)較復(fù)雜的故障提高了判別可信度；

3、故障智能診斷系統(tǒng)的正確率依賴于專家系統(tǒng)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的豐富程度，隨著對(duì)實(shí)際診斷過程的學(xué)習(xí)，故障智能診斷系統(tǒng)判別故障的可信度會(huì)不斷提高。

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