基于車聯(lián)網(wǎng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的研究

摘要：遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)作為汽車維修行業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容，在新時(shí)代背景下要基于車聯(lián)網(wǎng)持續(xù)革新。本文在了解車聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷需求，分析基于車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)基本原理及組成，研究系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，以此促使汽車維修業(yè)飛速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng);汽車發(fā)動(dòng)機(jī);遠(yuǎn)程;故障診斷;小波閾值去噪

1 ?車聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)

簡單來講，車聯(lián)網(wǎng)是指以車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、車際網(wǎng)及車內(nèi)網(wǎng)為依據(jù)，按照規(guī)定通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在道路、行人及網(wǎng)絡(luò)之間，實(shí)施信息交換和無線通訊，并完成一體化管理的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。對車聯(lián)網(wǎng)而言，云架構(gòu)車輛運(yùn)行信息平臺屬于主體，感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層是基本體系，三者會(huì)結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行功能拓展[1]。在工作中，這三層的功能如下：第一，感知層。其作為汽車智能傳感器終端，可以運(yùn)用車載傳感器明確汽車的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，誒所處外界環(huán)境、運(yùn)行情況及所在位置等;第二，網(wǎng)絡(luò)層。其是指融合因特網(wǎng)和無線網(wǎng)的雙向數(shù)據(jù)傳輸通道，可以構(gòu)建汽車、道路及網(wǎng)絡(luò)、行人之間彼此相連的解決方案，以此讓多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間通信和漫游。同時(shí)，因?yàn)闊o線通信技術(shù)并不獨(dú)屬于車聯(lián)網(wǎng)，所以本文研究重點(diǎn)主要集中在通信技術(shù)的應(yīng)用上;第三，應(yīng)用層。其作為車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)處理和應(yīng)用數(shù)據(jù)的重要依據(jù)，內(nèi)部傳遞的大量數(shù)據(jù)信息都將聚集在這一層中，通過在層內(nèi)設(shè)計(jì)適宜的收發(fā)協(xié)議和處理算法，研究車聯(lián)網(wǎng)中不同節(jié)點(diǎn)的信息，有助于為用戶提供個(gè)性化服務(wù)。因?yàn)檫@些信息來源非常復(fù)雜，所以需要結(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等功能進(jìn)行有效處理。

2 ?基于車聯(lián)網(wǎng)的汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的原理及構(gòu)成

2.1 原理

這一系統(tǒng)可以自主獲取汽車運(yùn)行期間的故障信息，并運(yùn)用已有通信技術(shù)將故障信息傳遞給處理中心，而后在與維修網(wǎng)點(diǎn)、車廠等有效溝通后，認(rèn)真復(fù)檢收集故障信息，促使車主在發(fā)現(xiàn)故障的基礎(chǔ)上快速處理，同時(shí)系統(tǒng)也可以幫助車主盡快處理汽車故障，安排對應(yīng)維護(hù)工作[2]?；谲嚶?lián)網(wǎng)的汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)不僅能共享遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而且可以協(xié)調(diào)生產(chǎn)商和維修專家的工作經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技能，向車主提供遠(yuǎn)程診斷、監(jiān)管及維修等服務(wù)。一般來講，汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)包含了采集數(shù)據(jù)、電信通信及智能診斷、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)、后臺服務(wù)等內(nèi)容。

首先在車輛OBD接口安裝嵌入式在線檢測模塊，并由此獲取車輛總線上傳的電子控制單元的運(yùn)行信息，明確全球定位系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)信息，而后按照規(guī)定數(shù)據(jù)協(xié)議將這些內(nèi)容封裝;其次要運(yùn)用全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，將封裝內(nèi)容傳遞給信息管理服務(wù)中心，在對它們進(jìn)行深層解析的同時(shí)，研究傳遞故障診斷信息。這樣不僅能明確故障原因，而且可以提出最佳的處理對策。

2.2 組成

當(dāng)前汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)包含模塊有車載數(shù)據(jù)采集、定位、數(shù)據(jù)傳輸及車輛信息管理等，具體如圖1所示。下面對其中幾點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析：

第一，車載數(shù)據(jù)采集終端。這一模塊主要用來幫助外來設(shè)備取得車輛內(nèi)部信息，其中包含OBD數(shù)據(jù)采集模塊、USB與總線診斷轉(zhuǎn)換接口等。通過運(yùn)用LINUX操作系統(tǒng)，讓外部設(shè)備與車內(nèi)電子控制單元采集汽車故障、車內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)流在汽車診斷數(shù)據(jù)接口DLC中有效連接。因此，在新時(shí)代背景下要想保障私有APN和公共APN都可以正常訪問，必須要選擇以下硬件：中央處理器是基于Cortex-A8，運(yùn)行主頻1GHz的Samsung S5PV210;隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的容量要達(dá)到512M，單通道200MHz內(nèi)存;本地網(wǎng)絡(luò)接口要運(yùn)用100M的以太網(wǎng)芯片DM9000，且要運(yùn)用HS9016連接RJ54接口;電源管理要選用WM8310電源管理芯片[3]。

第二，定位模塊。這一模塊主要用于收集車輛實(shí)時(shí)位置信息，其中包含數(shù)據(jù)采集、內(nèi)置Sliver Box等內(nèi)容，在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)結(jié)合需求選擇單頻或雙頻的定位信息。當(dāng)然，最常見的依舊是GPS單頻定位模塊，不僅處理速度快，而且定位精確。

第三，數(shù)據(jù)傳輸模塊。這一模塊主要用于車載數(shù)據(jù)采集終端與遠(yuǎn)端車輛信息管理服務(wù)中心系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳遞，其中包含了無線網(wǎng)、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)等內(nèi)容。在實(shí)踐工作中，通過合理運(yùn)用上述技術(shù)，有助于位置信息、車輛傳輸信息等內(nèi)容，及時(shí)且準(zhǔn)確的傳遞給管理服務(wù)中心，促使相關(guān)部門員工嚴(yán)格按照規(guī)定要求進(jìn)行工作。

第四，車輛信息管理服務(wù)中心。這一模塊主要用于管理和解析車輛信息、了解故障處理情況及接聽電話等，其中包含了監(jiān)控中心、管理軟件及推理機(jī)、車況動(dòng)態(tài)性能采集庫等。由于其屬于汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)運(yùn)行的重要平臺，在日常管理工作中占據(jù)重要地位，所以需要提高員工的管理力度，以此確保車主可以正常應(yīng)用各項(xiàng)診斷功能。

3 ?汽車發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

通過了解當(dāng)前診斷系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題，如特征提取不精確，信息處理不完善等，本文在研究時(shí)提出了兩種處理方法，一種為小波閾值去噪，另一種為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由此獲取汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障特征，并進(jìn)行后續(xù)診斷工作，不僅能保障故障診斷效率，而且可以提高工作質(zhì)量水平。

3.1 小波閾值去噪的處理方法

在實(shí)際工作中，運(yùn)用這種方法有助于清除數(shù)據(jù)相關(guān)性。從理論角度分析，以廣義高斯分布為依據(jù)，研究信號的小波變換系數(shù)可知有效信號要高于噪聲，換句話說幅值較大的小波系數(shù)是在轉(zhuǎn)換有效信號后獲取的，而幅值較小的小波系數(shù)是由噪音信號變換產(chǎn)生的。因此，通過設(shè)計(jì)一個(gè)小波閾值來正確區(qū)分小波變換系數(shù)的源頭，不僅能有效清除由噪音引起的小波系數(shù)，而且可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期工作目標(biāo)。在運(yùn)用這種方法前，工作人員需要思考以下幾點(diǎn)問題：第一，提出科學(xué)的閾值去噪函數(shù);第二，選擇優(yōu)質(zhì)的小波去噪閾值;第三，提出有效的小波基[4]。

對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)而言，運(yùn)用這種方法主要清除發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元數(shù)據(jù)流的噪音，并提取其中包含的故障特征。具體步驟如下：第一，在掌握包含噪音的數(shù)據(jù)流后，要在了解尺度后實(shí)施小波分解，并得到對應(yīng)的小波系數(shù);第二，在小波變換域中，經(jīng)過閾值處理的小波系數(shù)，可以得到對應(yīng)的小波系數(shù);第三，對完成閾值去噪的小波系數(shù)實(shí)施小波逆變換，有助于恢復(fù)之前形變的小波系數(shù)，并運(yùn)用處理后的小波系數(shù)重新構(gòu)建，這樣就可以得到消除噪音后的完整信號。這種方法不僅能根據(jù)降噪結(jié)果明確評價(jià)指標(biāo)，而且可以獲取完善的故障特征。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究分析可知，因?yàn)槠嚢l(fā)動(dòng)機(jī)次級點(diǎn)火波形在點(diǎn)火的瞬間會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈變化，若直接強(qiáng)制降噪，不僅會(huì)消除部分原有波形，而且會(huì)影響整體故障判斷結(jié)果。因此，在劃分層次的基礎(chǔ)上，提出獨(dú)立的閾值，既能得到有效的閾值求解方法，又可以全面清除噪音。本文設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所選有四種閾值去噪方法：第一為極大極小原理;第二為偏似然估計(jì);第三為啟發(fā)式閾值;第四為固定閾值形式。結(jié)合最終計(jì)算得到的信噪比和均方根誤差分析可知，第一和第三種方法的閾值去噪效果最佳。需要注意的是，在應(yīng)用小波閾值去噪時(shí)要將軟閾值法看作去噪函數(shù)。

3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理方法

在以往汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，主要運(yùn)用OBD故障代碼，雖然提供故障有限但特征明確，適宜用于判斷單一故障類型[5]。但在新時(shí)代背景下，隨著汽車制造技術(shù)水平的提高，傳統(tǒng)單一診斷模型已經(jīng)無法滿足實(shí)踐工作需求，因此提出了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理方法。這種方法不僅能提高故障處理效率，而且可以在一定意義上保障診斷的精確性，這對正處于革新階段的汽車維修行業(yè)而言具有積極促進(jìn)作用。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，隨著我國汽車技術(shù)集成度的提高，面對越發(fā)復(fù)雜的城市交通運(yùn)輸環(huán)境，汽車領(lǐng)域必須要加強(qiáng)由汽車故障引起的道路安全事故，注重基于車聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建全新的汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)。因此，在新時(shí)代下，汽車維修行業(yè)不僅要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)管理模式，還要結(jié)合市場發(fā)展需求，大量收集以往處理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障的各項(xiàng)信息，以此運(yùn)用車聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建及時(shí)且合理的汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，這樣不僅能有效處理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障，而且可以為汽車維修行業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，要組織現(xiàn)有崗位人才學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，并加強(qiáng)高素質(zhì)專業(yè)人才的培育力度，只有這樣才能為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供充足力量。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：姜奉榮（1982-），山東人，講師，研究方向?yàn)槠嚬收显\斷。