汽車發動機故障診斷專家系統設計

摘 要：基于汽車發動機系統結構日益復雜、故障診斷困難的問題，本文提出了基于規則和故障樹分析方法的汽車發動機故障診斷專家系統設計方案，并介紹了該系統的結構和實現方法。

關鍵詞：發動機 故障診斷 專家系統

中圖分類號：U472.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0078-01

隨著電子控制裝置在汽車工業中的廣泛運用，汽車發動機的結構有較大的改變，其技術也日趨復雜。汽車零部件多、相關影響大，故障形式多樣，對汽車發動機進行故障診斷，尤其是一些疑難故障，依靠傳統手段來判斷故障的診斷方法已顯示出較大的局限性，導致故障定位不準，維修時間較長，故采用汽車發動機故障診斷以提高快速性、經濟性和可靠性就成了越來越迫切的需求。而人工智能及計算機技術的發展也為汽車故障診斷技術的發展奠定了基礎，國內外對汽車故障診斷專家系統進行了大量的研究，通過這些系統的試運行和實車應用，一些診斷專家系統已經走向成熟和實用化。

1 系統的總體設計

發動機故障診斷專家系統是人工智能在故障診斷領域的應用，是一種具有一定判斷能力和專家知識水平的智能計算機程序系統。該系統需要有高效的推理策略和知識獲取手段以及完善的數據庫。本文運用系統理論對汽車發動機的結構與故障類型進行全面分析，提出了診斷專家系統的總體設計方案。其總體結構方框圖如圖1所示。系統主要由人機界面、知識庫、推理診斷模塊、解釋模塊和查詢打印模塊等幾個基本部分組成。

知識庫是專家系統的重要的組成部分，知識庫的質量好壞直接影響專家系統的質量好壞。知識庫由基于發動機基礎原理和理論以及直接和間接經驗積累的專門知識組成。推理診斷模塊按照一定的控制策略對當前出現的故障現象在知識庫中進行識別或選取，得出相應的產生該故障的原因及其處理方法。解釋模塊專門負責向用戶解釋專家系統的行為的和結果。

2 發動機故障診斷專家系統的實現

2.1 知識庫的獲取和建立

知識庫是整個專家系統的數據源。其目的在于大量的專家經驗表示成知識，使專家系統程序能夠利用這些知識進行正確的推理和決策，較快地解決問題。發動機故障診斷所需要的專業知識可以從相關資料中得到，還可以同長期從事該專業領域的專家們的經驗以及專家們以往處理問題的實例中抽取專家知識，從而選擇合適的形式把整理好的專家知識存入知識庫中。本文知識表示方法，采用基于規則的產生式表示法。該方法具有模塊性強、通用性強和自然性強等特點。以“IF…，THEN…”的格式表示，接近于人的自然推理方式，易于理解。

例如：規則1：IF發動機怠速過低，and進氣管路真空度異常。

THEN檢查進氣管路。

2.2 建立故障樹

故障診斷的樹狀流程圖是故障因果邏輯關系的圖形表示，它由頂端事件、中間事件和底端事件等組成。用相應的符號代表這些事件，再用適當的邏輯門把頂端事件、中間事件和底端事件連成樹形圖。該圖形是對專家真實診斷過程的抽象模擬，體現了故障現象和故障原因之間的因果邏輯關系。實際上就是把所研究系統得最不希望發生的故障狀態作為故障分析的目標，然后尋找直接導致這一故障發生的全部因素，再找出造成下一級事件發生的全部直接因素，以致追查到那些原始的、勿須再深究的因素為止。

2.3 推理診斷模塊設計

推理診斷模塊在進行推理時，利用數據庫中的信息和知識庫中的知識，按照專家診斷發動機故障的推理策略去解決遇到的問題。本系統通過人機界面獲取故障現象并將其讀入寄存器中，系統采用問診的方式詢問規則中的條件，通過這些故障現象和滿足的條件搜索出相關的故障樹進行推理。根據故障樹從樹根到樹葉的確定性選擇推理過程，直到不能再運算為止。逐步引導用戶完成故障診斷。

2.4 人機界面的實現

系統利用VC++開發汽車發動機人機界面，從而實現故障的診斷和查詢。用戶利用人機交互界面通過對話的形式在系統推理過程中提出問題；系統最終給出診斷結果并提供維修建議。系統的用戶人機界面包括故障診斷界面、知識庫維護界面、歷史記錄查詢打印界面以及知識學習界面等。

3 結論

本文提出了一種汽車發動機故障診斷專家系統的設計方案。采用基于規則的產生式知識表達方式來表達故障診斷知識，采用ACCESS數據庫構建專家系統的知識庫，利用VC++編制人機界面，為高效快速的發動機故障推理與診斷奠定了基礎。

參考文獻

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