汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)探究研究

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)探究研究摘要：智能故障診斷技術(shù)是建立在多種現(xiàn)代先進(jìn) 技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合了多種學(xué)科理論的一種新興綜合性的技 術(shù)，在現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用十分廣泛。文章闡述 了智能故障診斷技術(shù)及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并在介紹汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智 能故障診斷方法的基礎(chǔ)上，對(duì)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽車發(fā)動(dòng) 機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的分析。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；智能故障診斷；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 中圖分類號(hào)：u472. 4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)： 1006-8937 (2013) 06-0006-02發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其與汽車 的一些基本技術(shù)性能都有著直接或間接的聯(lián)系。由于工作條 件不穩(wěn)定，部分零

2、件運(yùn)行環(huán)境惡劣，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障在汽車 全部故障占據(jù)著一個(gè)較大的比重，而發(fā)動(dòng)機(jī)一旦發(fā)生故障不 僅會(huì)影響自身性能，還會(huì)對(duì)汽車其他結(jié)構(gòu)性能帶來影響，造 成較大的損失，嚴(yán)重時(shí)還可能造成人身傷亡，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 故障的及時(shí)診斷和排除十分重要。智能故障診斷技術(shù)是伴隨 著安全生產(chǎn)要求的不斷提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能技術(shù)等現(xiàn)代 先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生發(fā)展起來的，其被應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的 故障診斷中，極大地提高了故障診斷水平，對(duì)保證機(jī)械安全 可靠性有著十分重要的意義。隨著汽車制造技術(shù)的發(fā)展，發(fā) 動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，其故障的準(zhǔn)確判斷也更為困難， 在此形勢(shì)下，利用智能故障診斷技術(shù)開發(fā)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故 障診斷系統(tǒng)對(duì)減少汽車安

3、全事故發(fā)生率，降低損失有著十分 重要的現(xiàn)實(shí)意義。1智能故障診斷故障診斷是指在實(shí)際工作中針對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行過程中 的異常情況，利用各種檢查和檢測(cè)的方法，對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn) 行檢測(cè)，查看系統(tǒng)或設(shè)備是否存在故障，并進(jìn)一步確定出故 障所在部位的過程，智能故障診斷是借助智能技術(shù)，根據(jù)系 統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行中的技術(shù)參數(shù)和物理現(xiàn)象等對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備的運(yùn)行 情況進(jìn)行判斷，并根據(jù)故障的特征對(duì)故障信息作出評(píng)估，進(jìn) 而判斷出故障發(fā)生的原因和部位的一種故障診斷方法。智能故障診斷主要有故障檢測(cè)與診斷和故障容錯(cuò)控制 兩個(gè)部分，其系統(tǒng)主要包括人機(jī)接口、知識(shí)庫和數(shù)據(jù)庫、機(jī) 器學(xué)習(xí)、診斷信息獲取、診斷推理以及解釋機(jī)構(gòu)等幾主要的 功能模塊，其一

4、般結(jié)構(gòu)如圖1所示。在實(shí)際工作的過程中，通過建立系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的技術(shù)參 數(shù)和物理現(xiàn)象等知識(shí)庫和數(shù)據(jù)庫，利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)其進(jìn) 行樣本訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，在獲取系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的信息后，診斷模 塊根據(jù)訓(xùn)練學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)對(duì)信息作出診斷，并將診斷的過 程和結(jié)果通過解釋機(jī)構(gòu)模塊反映給用戶，從而幫助用戶了解 診斷對(duì)象的具體運(yùn)及故障情況，及時(shí)處理故障，保障系統(tǒng)和 設(shè)備正常運(yùn)行。2汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷2. 1汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷方法汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化使得發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷更困難， 開發(fā)智能故障診斷系統(tǒng)也成為其發(fā)展的必然要求。汽車發(fā)動(dòng) 機(jī)智能故障診斷技術(shù)主要有基于人工智能的故障診斷和基 于數(shù)學(xué)模型的故障診斷兩種，具體劃分

5、起來有基于數(shù)學(xué)模 型、基于參數(shù)估計(jì)、基于信號(hào)處理、基于知識(shí)、基于實(shí)例、 基于模糊理論和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷等多種方法。在智能化故障診斷系統(tǒng)中，其智能化的水平與機(jī)器學(xué)習(xí) 能力的關(guān)系十分密切，通常機(jī)器學(xué)習(xí)的能力越強(qiáng)，其智能故 障診斷的能力也就越高。因此選擇合理的數(shù)學(xué)模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn) 行訓(xùn)練十分重要。2. 2基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用類似大腦神經(jīng)突觸聯(lián)結(jié)的結(jié) 構(gòu)進(jìn)行信息處理的數(shù)學(xué)模型，是由大量的節(jié)點(diǎn)（神經(jīng)元）和 之間相互聯(lián)接構(gòu)成的一種運(yùn)算模型，其是基于現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué) 的研究成果建立起的非線性、非局限性、非常定性和非凸性 的自適應(yīng)信息處理系統(tǒng)，能通過模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理

6、、記 憶信息的方式進(jìn)行信息處理。具有部分神經(jīng)元損壞時(shí)不影響 系統(tǒng)整體性能、輸入信息模糊、殘缺或變形時(shí)能通過聯(lián)系恢 復(fù)完整記憶，對(duì)不完整的信息進(jìn)行正確的識(shí)別，給出次優(yōu)的 逼近解，是機(jī)器學(xué)習(xí)較為常用的一種數(shù)學(xué)模型。人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)又有著mlp (multi-layer perceptron,多層感知器)模 型、hopfield 模型、bp (back-propagation network)模型 等多種不同的模型，其中以bp網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用最為廣泛。利 用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖2所示。bp網(wǎng)絡(luò)是一種按照誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng) 絡(luò)，其結(jié)構(gòu)包括輸入層、隱層和輸出層三層

7、，其不需要事前 揭示輸入一輸出模式映射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型即能學(xué)習(xí)和存貯 大量的映射關(guān)系，使用的最速下降法能通過反向傳播來調(diào)整 網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閥值，使網(wǎng)絡(luò)誤差平方和最小，但并不能保證誤 差平面的全局最小值，另外還存在著網(wǎng)絡(luò)收斂速度較慢，訓(xùn) 練時(shí)間長，學(xué)習(xí)和記憶不穩(wěn)定等問題，而由于遺傳算法具有 全局搜索的特性，切搜索不依賴梯度信息，也不需要求解函 數(shù)可微，能夠較好地補(bǔ)充bp網(wǎng)絡(luò)的不足，因此可以利用其 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷主要是依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)信號(hào) 進(jìn)行的，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以信號(hào)的特值和速度作為 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入單元，輸出單元為發(fā)動(dòng)機(jī)的工況代碼，通過 調(diào)入學(xué)習(xí)特征向量和教師向量，利用遺傳

8、算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和 權(quán)值進(jìn)行優(yōu)化，利用函數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)輸出 后，完成輸入層到輸出層單元的映射，進(jìn)而完成智能診斷， 其智能診斷的流程如圖3所示。3結(jié)語發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的核心部件，其運(yùn)行的安全可靠與否直接 影響著汽車的正常安全使用，因此，利用智能診斷診斷技術(shù) 建立起汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)信 號(hào)，分析、診斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。汽 車發(fā)動(dòng)機(jī)智能故障診斷有多種方法，各種方法都有著各自的 優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)綜合利用各種智能技術(shù)， 對(duì)其進(jìn)行不斷的優(yōu)化，提高其智能診斷能力，充分發(fā)揮出智 能診斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以保障汽車的正?？煽渴褂?。參考文獻(xiàn)：1 徐斌基于智能診斷技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)故障排查研究進(jìn) 展j.重慶電子工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012, (1).2 廖中文，楊旭志.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)的虛擬 樣機(jī)硬件研發(fā)