顏筱紅，劉存香

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023)

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區(qū)間層次分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

顏筱紅，劉存香

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023)

為了改進(jìn)層次分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷應(yīng)用中的缺陷，文章引入?yún)^(qū)間層次分析法，兩兩比較故障因素，計(jì)算區(qū)間數(shù)權(quán)重，并利用基于可能度的區(qū)間判斷矩陣排序法，給出了與參考文獻(xiàn)完全相同的排序結(jié)果，較好地說(shuō)明了區(qū)間層次分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中應(yīng)用的可行性。

區(qū)間層次分析法；發(fā)動(dòng)機(jī)；怠速不良；診斷；可能度

0 引言

電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良是汽車維修中遇到的頻率較高的故障現(xiàn)象。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)以及汽車、電子、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車故障檢測(cè)診斷技術(shù)得到了快速提升，并向智能化和信息化方向發(fā)展。文獻(xiàn)[1]～[3]分別探討了層次分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷中的應(yīng)用，給出了故障診斷的排序。三者解決問(wèn)題的方法不一，如分別用故障樹(shù)法、經(jīng)驗(yàn)歸類法建立了不同的故障診斷模型；依據(jù)不同基準(zhǔn)建立了互反或互補(bǔ)判斷矩陣并計(jì)算權(quán)重等，但它們都用確定的數(shù)值來(lái)度量故障因素的相對(duì)重要程度。然而，由于

汽車構(gòu)造的復(fù)雜性、故障發(fā)生的隨機(jī)性以及決策者認(rèn)識(shí)的模糊性，決策者在對(duì)故障因素進(jìn)行兩兩比較時(shí)，有時(shí)難以給出確定的數(shù)值。使用區(qū)間數(shù)可能更合適，也更符合人們的思維習(xí)慣。因此，本文探討區(qū)間層次分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷中的應(yīng)用，給出故障診斷排序的一種方法，以期為汽車故障診斷系統(tǒng)的研發(fā)及提高故障診斷效率提供參考依據(jù)。

1 區(qū)間層次分析法

區(qū)間層次分析法是一種定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的多屬性決策方法。它改進(jìn)了傳統(tǒng)的層次分析法，用區(qū)間數(shù)代替確定的數(shù)來(lái)表示指標(biāo)的兩兩判斷，以更好地解決決策信息的隨機(jī)性、復(fù)雜性以及決策者認(rèn)識(shí)的不確定性、模糊性。由于區(qū)間層次分析法在處理復(fù)雜決策問(wèn)題上具有實(shí)用性和有效性，目前，它在高速送料機(jī)可靠性綜合分配、模糊信息安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、單軌橋梁狀態(tài)評(píng)估等機(jī)械、管理、工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。區(qū)間層次分析法的具體步驟類似于層次分析法。

2 電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良的故障診斷模型

構(gòu)造科學(xué)、可行的層次結(jié)構(gòu)模型是運(yùn)用區(qū)間層次分析法進(jìn)行決策的首要步驟，也是關(guān)鍵步驟。這里，應(yīng)系統(tǒng)分析決策問(wèn)題，層層分解影響決策問(wèn)題的各要素，并使同一層次的各要素盡量獨(dú)立。最上層稱之為目標(biāo)層，最下層稱為方案層或?qū)ο髮樱虚g層次稱為準(zhǔn)則層或指標(biāo)層。層次結(jié)構(gòu)模型一般如圖1所示：

圖1 決策問(wèn)題的層次結(jié)構(gòu)圖

目前，對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷模型的研究不多，文獻(xiàn)[1]～[3]圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷這一目標(biāo)，給出了兩個(gè)基于不同指標(biāo)層的電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良的故障診斷模型。

模型一是文獻(xiàn)[1]以發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良的故障診斷為目標(biāo)，通過(guò)分析故障的外在特征為怠速偏高、偏低和不穩(wěn)，以此，建立指標(biāo)層。又由于指標(biāo)層各要素的內(nèi)因是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、供油、點(diǎn)火、電路和機(jī)械故障等方面的某一因素或綜合因素造成各氣缸的功率難以平衡，以致引起電控發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速不良，因此，通過(guò)故障樹(shù)分析，歸類出從屬于指標(biāo)層的各故障因素。具體的層次結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障層次結(jié)構(gòu)模型圖

M—怠速不良 A1—怠速不穩(wěn) A2—怠速偏高 A3—怠速偏低 C1—空氣濾清器堵塞 C2—進(jìn)氣管漏氣 C3—節(jié)氣門拉線調(diào)整不當(dāng) C4—燃油壓力過(guò)高或過(guò)低 C5—噴油器滴漏或堵塞 C6—燃油泵故障 C7—燃油濾清器損壞 C8—怠速執(zhí)行器故障(臟、卡、滯、壞) C9—水溫傳感器故障 C10—空氣流量(或進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力)傳感器故障 C11—節(jié)氣門位置傳感器故障或其插頭接觸不良 C12—ECU故障 C13—三元催化劑堵塞 C14—點(diǎn)火提前角失準(zhǔn) C15—?dú)飧讐毫Φ?/p>

模型二是文獻(xiàn)[2]以發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良的故障診斷為目標(biāo)，考慮到電控發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其產(chǎn)生故障的緣由不僅相互交織和影響，且涉及的因素多，因此，為了準(zhǔn)確和高效地診斷出故障的原因，從故障的發(fā)生、危害以及檢測(cè)三者出發(fā)，以故障發(fā)生率、故障危害程度以及故障檢測(cè)難易度為指標(biāo)，建立指標(biāo)層。同時(shí)，分析故障產(chǎn)生的規(guī)律和特征，以考慮確定性故障知識(shí)為重點(diǎn)以及電子控制系統(tǒng)這一故障診斷難點(diǎn)。由此，通過(guò)故障樹(shù)分析對(duì)象層的故障排查因素，建立層次結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良的故障診斷層次結(jié)構(gòu)圖

以上兩個(gè)故障診斷模型，各有特點(diǎn)。本文將以文獻(xiàn)[2]給出的模型二為例，說(shuō)明區(qū)間數(shù)層次分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷中的后續(xù)步驟，并將結(jié)果與文獻(xiàn)[2]觀點(diǎn)進(jìn)行比較，以說(shuō)明方法的可行性。

2 電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良的故障診斷矩陣

由于在故障診斷模型中，各層次的故障因素所起的作用和影響程度不一樣，因此，為了量化和比較它們的重要程度，需要建立一定的判斷基準(zhǔn)。常用的方法有1～9標(biāo)度法、0～1標(biāo)度法等等，這里，我們不妨以1～9標(biāo)度法為判斷基準(zhǔn)(見(jiàn)表1)。

表1 1～9標(biāo)度法表

由此，我們通過(guò)專家小組比較故障診斷模型中的指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層、對(duì)象層對(duì)指標(biāo)層的各因素的相對(duì)影響程度。同時(shí)，考慮到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的復(fù)雜性、故障產(chǎn)生的不確定性以及專家認(rèn)識(shí)的習(xí)慣性和模糊性，采用區(qū)間數(shù)來(lái)度量比較的結(jié)果，使故障因素的比較判斷更客觀、合理，并構(gòu)造出各層次的區(qū)間數(shù)的互反判斷矩陣。

這里，注意到區(qū)間數(shù)的互反判斷矩陣A=(aij)n×n有定義：

所以，專家們只需判斷出區(qū)間數(shù)互反判斷矩陣中的上三角元素值即可。

因此，可建立如表2～5所示的區(qū)間數(shù)互反判斷矩陣。

表2 判斷矩陣M-Mi表

表3 判斷矩陣M1-A表

表4 判斷矩陣M2-A表

表5 判斷矩陣M3-A表

3 電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷的指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)的權(quán)重是指標(biāo)重要程度的量化表示，是指標(biāo)重要程度排序的依據(jù)。目前，區(qū)間數(shù)判斷矩陣權(quán)重的計(jì)算有不同方法，如特征根法，對(duì)數(shù)最小二乘法，最小偏差法、迭代法等，綜合相關(guān)文獻(xiàn)，本文介紹區(qū)間數(shù)特征向量法[4]。

3.1 對(duì)判斷矩陣做一致性檢驗(yàn)

由于判斷矩陣的元素是專家對(duì)故障因素兩兩比較的結(jié)果，因此，其信度和效度較容易受到專家的主觀性影響。所以，在區(qū)間層次分析法中，需要對(duì)判斷矩陣做一致性檢驗(yàn)。我們利用區(qū)間權(quán)重因子公式：

(1)

計(jì)算得到各判斷矩陣的權(quán)重因子為：

判斷矩陣M-Mi：k=0.932 3<1，m=1.046 4>1；

判斷矩陣M1-A：k=0.820 3<1，m=1.130 2>1；

判斷矩陣M2-A：k=0.838 5<1，m=1.037 8>1；

判斷矩陣M3-A：k=0.838 7<1，m=1.091 4>1。

因k<1或m>1，所以，利用文獻(xiàn)[12]的結(jié)論知，上述區(qū)間數(shù)判斷矩陣一致性較好。否則，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行校正。

3.2 計(jì)算單層次的區(qū)間數(shù)權(quán)重

那么，按照上述步驟，得到指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層的區(qū)間數(shù)權(quán)向量為：

ωM=([0.602 2，0.681 8]，[0.242 5，0.268 6]，[0.087 5，0.096 1])T

對(duì)象層對(duì)指標(biāo)層的區(qū)間數(shù)權(quán)向量為：

ωm1=([0.226 8，0.299 9]，[0.053 2，0.067 6]，[0.09，0.128 6]，[0.106 5，0.157 3]，[0.043 8，0.049 1]，[0.044 4，0.056 5]，[0.054 3，0.087]，[0.201 3，0.286])T

一體化教學(xué)場(chǎng)所建設(shè)不能忽視教室和實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地各自的氛圍 一邊是課桌椅和講臺(tái)，一邊是設(shè)備，這樣的一體化教室破壞了教室和實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地各自的不同氛圍。教室有教室文化，有學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生在教室里一般穿著校服。實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地應(yīng)該注入企業(yè)文化，企業(yè)有嚴(yán)格的規(guī)章制度、操作規(guī)范和安全保護(hù)意識(shí)與措施。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地對(duì)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)知或者操作，要有安全意識(shí)，要做好安全保護(hù)。以對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的認(rèn)知和拆裝為例，最基本的安全防護(hù)措施要戴手套、穿工裝。可見(jiàn)，教室和實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地具有各自鮮明的氛圍。把設(shè)備放入教室，在學(xué)生思想里淡化了企業(yè)的嚴(yán)肅性和對(duì)安全事故的防范意識(shí)。

ωm2=([0.154 7，0.185]，[0.039，0.059 6]，[0.069 8，0.090 4]，[0.112 2，0.145 7]，[0.047 7，0.051 8]，[0.171 4，0.213 3]，[0.064 1，0.075 3]，[0.179 6，0.216 6])T

ωm3=([0.051 4，0.073]，[0.142，0.197 9]，[0.202 5，0.261 3]，[0.197 5，0.256 2]，[0.103 9，0.123 6]，[0.049 9，0.059 9]，[0.096 5，0.12]，[0.253 7，0.034 7])T

3.3 計(jì)算組合區(qū)間數(shù)權(quán)重

區(qū)間數(shù)組合權(quán)重是最低層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重。所以，可利用對(duì)象層對(duì)指標(biāo)層的權(quán)重xji和指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重λj，通過(guò)公式計(jì)算可得。

(2)

因此，對(duì)象層對(duì)目標(biāo)層的組合區(qū)間數(shù)權(quán)向量為：

ωM-A=([0.178 6，0.261 2]，[0.053 9，0.081 1]，[0.088 8，0.135 8]，[0.108 6，0.171]，[0.047，0.059 3]，[0.072 2，0.101 6]，[0.056 7，0.091 1]，[0.167 8，0.277 6])T

4 電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷的排序

由于組合權(quán)重ωM-A為區(qū)間數(shù)，無(wú)法直接確定其排序。因此，這里介紹基于可能度的區(qū)間數(shù)比較方法[12]。首先，利用可能度計(jì)算公式：

pij(vi>vj)=

(3)

其次，考慮到P=(pij)n×n是模糊互補(bǔ)判斷矩陣，則可利用其排序公式：

(4)

得到對(duì)象層對(duì)目標(biāo)層的數(shù)字排序向量為：

W=(0.178 3，0.087 8，0.134 9，0.147 7，0.065 8，0.110 9，0.095 9，0.178 5)T

因此，分析W中各元素值的大小，得到電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷的排序?yàn)椋?/p>

檢查燃油壓力(A8)、檢查節(jié)氣門控制組件(A1)、檢查空氣濾清器是否堵塞(A4)、檢查進(jìn)氣管是否漏氣(A3)、檢查空氣流量傳感器故障(A6)、檢查水溫傳感器故障(A7)、檢查各缸火花塞(A2)、檢查各缸噴油器(A5)，排序結(jié)果與文獻(xiàn)[2]完全相同。

5 結(jié)語(yǔ)

為了改進(jìn)層次分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷應(yīng)用中的缺陷，本文引入?yún)^(qū)間數(shù)層次分析法，給出了與文獻(xiàn)[2]完全相同的排序結(jié)果，較好地說(shuō)明了該方法的可行性，且用區(qū)間數(shù)描述故障因素的兩兩比較判斷，使得故障診斷決策的過(guò)程合理、客觀，更符合人的思維習(xí)慣。同時(shí)，計(jì)算方法的公式化更利于故障診斷專家系統(tǒng)的程序化。

[1]韋 皓，彭朝暉，劉存香.層次分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷中的應(yīng)用[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2011，40(3)：83-87.

[2]曹紅兵，董 穎，等.基于層次分析法的電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)故障診斷應(yīng)用研究[J].汽車維修與保養(yǎng)，2009(3)：82-83.

[3]顏筱紅.電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障診斷的模糊層次分析法[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，37(2)：203-208.

[4]徐玖平，吳 巍.多屬性決策的理論與方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[5]韋振中，韋蘭用.一致性區(qū)間數(shù)判斷矩陣及其性質(zhì)[J].廣西工學(xué)院，2000，11(4)：17-20.

[6]馮向前，錢 鋼.基于熵權(quán)的區(qū)間數(shù)多屬性決策方法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2010，46(33)：236-238.

[7]高顯義，陳立文.基于區(qū)間數(shù)層次分析法的工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].項(xiàng)目管理技術(shù)，2011，9(7)：74-77.

[8]朱慶鵬，孫 宇，陳 浩，等.基于區(qū)間層次分析法的高速送料機(jī)可靠性綜合分配方法[J].鍛壓技術(shù)，2015，40(4)：131-136.

[9]張彩然，朱爾玉，程京甫.不確定型AHP在單軌橋梁狀態(tài)評(píng)估中的應(yīng)用[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，34(6)：16-20.

[10]姜起源，謝金星，葉 俊.數(shù)學(xué)模型[M].北京：高等教育出版社，2003.

[11]牛菊菊.電控發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不良故障成因及診斷方法淺析[J].科技視界，2014(28)：62，117.

[12]徐澤水，達(dá)慶利.一種基于可能度的區(qū)間判斷矩陣排序法[J].中國(guó)管理科學(xué)，2003，11(3)：63-65.

Interval Analytic Hierarchy Process Application to Fault Diagnosis of Electronic-controlled Engine

YAN Xiao-hong，LIU Cun-xiang

(Guangxi Vocational and Technical College of Communications，Nanning，Guangxi，530023)

In order to improve defect of analytic hierarchy process application to idling bad fault diagno-sis of electronic-controlled engine，this article introduced interval analytic hierarchy process and com-pared faults in pairs，calculated interval number weight，and also used judgment matrix method based on possibility degree interval judgment to give ranking results which is the same as that of the bibliography，which was a good explanation of feasibility of interval analytic hierarchy process application to electronic-controlled engine fault diagnosis.

Interval analytic hierarchy process；Engine；Idling bad；Diagnosis；Possibility degree

顏筱紅(1965—)，教授，研究生，研究方向：預(yù)測(cè)與決策；

劉存香(1981—)，教授，博士研究生，研究方向：汽車機(jī)電一體化技術(shù)。

廣西壯族自治區(qū)高校科研課題(編號(hào)：2012 04LX603)

U462.12

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.022

1673-4874(2015)11-0099-05

2015-09-05