车载诊断系统介绍（精选四篇）
车载诊断系统介绍 篇1
一、OBD的发展
OBD的概念最早是由通用汽车 (GM) 于1982年引入的, 其目的是监测排放控制系统。一旦发现故障, OBD系统会点亮仪表板上的一个指示灯以通知驾驶员, 同时在ECU内记录一个代码, 这个代码可通过相应设备获取以便于故障排除。在汽车的自诊断系统中可分为:OBD, OBD-I, OBD-II三大系统。
(1) OBD-I
通用汽车提出这一概念引起加州空气资源委员会 (CARB) 的重视。CARB于1985年采用了SAE所制定的标准, 要求从1988年起所有在加州销售的车辆都必须具有一些基本的OBD功能。之后, 美国环保局 (EPA) 要求自1991年起所有在美国销售的新车必须满足相关OBD技术要求, 这就是后来所说的OBD-I。OBD-I只能监控部分部件的工作和一些排放相关的电路故障, 其诊断功能较为有限。此外, 获取OBD信息的数据通讯协议以及连接外部设备和ECU的接口仍然未被标准化。
(2) OBD-II
汽车工程师协会 (SAE) 对诊断接口、通讯方式等技术细节进行了进一步标准化工作, OBD-I在此基础上发展成为第二代OBD, 即OBD-II。美国环境保护局 (EPA) 采用了这些新的技术标准, 并于1990修订了《清洁空气法》 (Clear Air Act) , 要求自1996年1月1日起所有在美国市场销售的新车必须符合OBD-II所定义的技术要求。与OBD-I相比, OBD-II在诊断功能和标准化方面都有较大的进步。故障指示灯、诊断连接口、外部设备和ECU之间的通讯协议以及故障码都通过相应标准进行了规范。此外, OBD-II可以提供更多的数据被外部设备读取。这些数据包括故障码、一些重要信号或指标的实时数据等。
(3) OBD-I与OBD-II诊断功能的比较
(见表1)
(4) OBD-III
前面提到的OBD-II虽然能够诊断出汽车排放相关的故障, 但却无法保证驾驶者接受MIL的警告并迅速对车辆故障修复。因此以无线传输故障信息为主要特征的新一代OBD系统, 即OBD-III应运而生。OBD-III系统能够利用小型车载无线收发系统, 通过无线蜂窝通信, GPS系统或者卫星通信将车辆的VIN码、故障码以及所在位置等信息自动通告管理部门。管理部门根据该车辆排放问题的等级对其发出指令, 包括解决排放问题的时限, 去何处维修的建议等。这些信息可在相关法规基础上对由于维护不当造成过多排放污染的车辆进行惩罚。
OBD-III不仅需要相关通讯技术、法规和标准的不断成熟, 对OBD系统诊断功能本身的准确性和可靠性也提出了更高的要求。
二、OBD-II具体功能
美国加利福尼亚州率先于1994年以立法的形式提出了利用车载诊断技术对排放控制装置实行故障监测的要求, 称为OBD-II。后来, 欧洲也制订了从2000年跟欧III同时生效的指令, 内容包括:
(1) 所有车辆必须装备OBD系统, 其设计、制造和安装应能确保车辆在整个生命期内识别劣化类型和故障类型。
(2) 当排放控制系统失效导致排放超过规定的极限值时, OBD系统必须指示他们的失效。
(3) 汽油机OBD系统必须监测下列项目:三元催化转化器;发动机在一定工况区域内出现的缺火;氧传感器劣化;排放控制系统中其他一旦失效就会导致排放超过失效限值的零部件;排放控制系统中传感器和执行器电路是否接通;对于蒸发排放物控制系统中的炭罐控制阀, 至少应监测其电路是否接通。
(4) 每次发动机起动时, 都必须开始一系列的诊断检测。
(5) OBD系统应带有能让驾驶者感知故障存在的故障指示器, 该器件只能用于指示启动了紧急程序或跛行程序。
(6) OBD系统必须记录指示排放控制系统状态的代码。使用各种专设的状态代码来标识正确工作的排放控制系统以及那些需要进一步运转车辆才能全面地评价的排放控制系统。必须将由于劣化或故障或永久性排放失效模式引起故障指示器激活的失效代码储存起来, 该失效代码必须标识故障的类型。故障指示器激活期间, 车辆行驶经过的距离必须随时通过标准数据连接器的串行口读出。
(7) 如果不再出现可能损坏催化转化器的缺火水平, 或者如果发动机转入其缺火水平不会损坏催化转化器的其他转速和负荷条件之后继续运转, 那么故障指示器可以切换回到先前检测到缺火的第一个运转循环的激活状态, 并在后续的运转循环中切换到正常的被激活模式。如果故障指示器切换回到先前的激活状态, 那么相应的失效代码和储存的冻结状况可以被擦除。对于缺火以外的所有其他故障, 如果负责激活故障指示器的监测系统在三个相继的运转循环中不再检测到故障, 并且没有识别到其他能独立地激活故障指示器的故障, 那么故障指示器可以被解除激活。
(8) 如果在至少40个发动机暖机循环内没有出现相同的失效, 那么OBD系统可以擦除失效代码、行驶过的距离和冻结信息。
(9) OBD系统在下列情况可以自动地临时停止工作:OBD系统的监测能力因燃油箱液位过低而受到影响, 但是只要燃油量超过燃油箱名义容量的20%, OBD系统就不得停止工作;发动机起动时环境温度低于-7℃, 或海拔高于2500m时, 制造商可以让OBD系统停止工作;道路的路面情况十分恶劣;对于装有功率输出装置的车辆, 允许让受到影响的监测系统停止工作, 条件是当功率输出装置在工作时, 监测系统才停止工作。
(10) 型式认证主管机关除了对新车型进行型式认证以外, 还要对已经行驶了超过新车型型式认证的Ⅴ型耐久性试验里程的车辆, 进行OBD系统的型式认证, 该项试验在Ⅴ型耐久性试验结束时进行。
三、部分国产车辆诊断座位置及使用接头
长安之星:三孔诊断座, 品字形, 位于驾驶员座椅底下蓄电池附近。用OBD-II转接头和品字型接头, 采用博世电脑, 还用过德尔福电脑, 玛瑞利电脑, 日本电装。
长安欧雅:三孔诊断座, 博世电脑联合电子系统, 诊断座位于驾驶员座椅下横梁左侧。
长安镭蒙:OBD或大众/奥迪接头, 诊断座位于驾驶员左侧保险盒附近。
长安奥托:OBD接头, 联电系统, 诊断座位于驾驶员左侧保险盒附近。
奇瑞QQ: (1) 0.8排量3缸, 372发动机, 西门子电脑, 用OBD接头, 诊断座位于右侧杂物箱下方。
(2) 0.8排量3缸372发动机, 玛瑞利AA9电脑, 用欧宝/赛欧接头, 进奇瑞风云。
(3) 1.1排量465发动机, 联合电子系统, 三孔诊断座, 位于驾驶员左侧保险盒附近。
奇瑞风云7160EX:两孔诊断座, 玛瑞利电脑, 诊断座位于发动机舱制动泵附近, ABS系统的诊断座位于驾驶室仪表板左下方, 用欧宝/赛欧接头。摩托罗拉系统也用。
华洋汽车:OBD-II接头, 德尔福电脑, 诊断座位于驾驶员左侧保险盒附近。
五菱之光:OBD接头, 西门子电脑, 五菱系统下, 看下电脑的型号然后采用相应的电控系统进行测试, 摩托罗拉系统:用欧宝/赛欧接头, 进摩托罗拉系统;西门子系统, 用欧宝/赛欧, 大众/奥迪接头, 进西门子系统或联合电子。
爱丽舍16V:OBD接头, 诊断座位于驾驶员左护板侧, 西门子电脑。8V和富康988一样。
福特翼虎吉普:OBD接头, 诊断座位于驾驶员左侧护板侧。
别克君威2.5 (3.0) :OBD接头, 油门踏板上方 (发动机, ABS, SRS) 。
北京吉普2500:OBD接头, 诊断座位于驾驶员左护板侧, 发动机舱 (西门子电脑) 。
北京现代索纳塔、伊兰特:OBD或欧宝/赛欧接头测发动机和SRS, 诊断座位于油门踏板上方。
桑塔纳99新秀:OBD或大众/奥迪接头, 诊断座位于排挡前方。
桑塔纳2000:OBD接头或大众/奥迪接头, 诊断座于排挡前方。
时代超人:OBD或大众/奥迪接头, 诊断座位于手制动杆前。
福田轻卡:摩托罗拉电脑, 用欧宝/赛欧接头, 诊断座在驾驶员座椅底下。
帕萨特B4:西门子电脑, 用OBD或大众/奥迪接头, 诊断座位于仪表板右下方, 装饰板内。
长安客车:488发动机西门子电脑, 16PIN诊断座。
帕萨特B5:OBD或大众/奥迪接头, 诊断座位于手制动杆前方。
奥迪V6:诊断座位于发动机舱保险丝盒内, 用白色两针线接到诊断信号线上, 然后外接电源。
奥迪A6:OBD接头或大众/奥迪接头, 诊断座位于驾驶员左护板侧。
一汽捷达:OBD或大众/奥迪接头, 诊断座位于方向盘左侧保险盒附近。两阀捷达的诊断座也有在面板上的。
本田奥德赛:老款的为三针的, 诊断座位于转向柱右侧, 有一个蓝色的二针接头和三针接头。
哈飞路宝:OBD接头, 联合电子系统, 诊断座位于司机座椅底下蓄电池处。
大宇蓝天:诊断为12孔, 位于副驾驶侧杂物箱下方, 93年采用人工读码, 跨接诊断座的A和B脚, 连接K线可读SRS系统。
一汽佳宝:OBD接头, 德尔福系统, 诊断座位于保险盒附近或前右门附近。2005年12月以后的车采用德尔福三代MT20U的电控系统, 应进入五菱里面的系统进行测试。
哈飞中意:OBD接头, 德尔福系统或联合电子系统, 诊断座位于油门踏板上方或保险盒附近, 联合电子系统的诊断断座为白色。
松花江:OBD接头, 德尔福电控系统, 诊断座位于保险盒附近。
松花江7110:OBD接头, 五菱N1电脑联合电子, 诊断座位于右前座下, 电脑也在。
欧兰德:三菱16接头, 与猎豹飞腾一样。
昌河汽车:OBD接头, 德尔福电控系统, 诊断座位于保险盒附近或在油门踏板上方。
昌河海豚:OBD接头, 德尔福系统, 诊断座位于保险盒附近, 或在油门踏板上方。
昌河北斗星:OBD接头, 有K10A/F10A的电脑, 也有M154联合电子的系统。
汉江伊美:OBD接头, 德尔福电控系统, 诊断座在保险盒附近。
秦川福莱尔:OBD接头, 诊断座位于驾驶员右侧工具箱下电脑旁。
GPS与车载导航系统 篇2
全球定位系统具有在海、陆、空三方面进行全方位实时三维导航与定位能力,其主要目的.是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等方面.GPS在民用方面发展很快,最为人们熟悉的是车载GPS导航.这是一套极其先进的系统,能够侦测汽车在行驶途中的现时位置,帮助驾驶者在陌生的道路环境中准确地掌握前往目的地的路线.介绍了GPS及其组成、特点、用途及定位原理,并介绍了GPS车载导航系统的组成、功能及类别.
作 者：曹淑华 吴文红 CAO Shuhua WU Wenhong 作者单位：长安大学,陕西,西安,710064 刊 名：现代电子技术 ISTIC英文刊名：MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE 年，卷(期)： 30(23) 分类号：P228.4 关键词：GPS 卫星 定位 导航
车载诊断系统介绍 篇3
中国汽车工业协会发布的数据显示中国汽车销售意外加速增长, 2013年汽车产、销2211.68万辆和2198.41万辆, 根据公安部提供的数据, 截至2013年底, 我国汽车保有量达1.37亿辆。汽车在带给我们方便快捷的同时也带来了能源消耗环境污染及交通安全事故, 如何充分发挥汽车的功能以及减少其负面效应是我们汽车行业的当务之急。从制造角度来看, 我们可以严把质量关, 提高产品质量水平, 推广应用新技术, 增加汽车技术含量, 从而提高汽车的可靠性;当然我们也可以从车辆使用维护过程中挖掘潜力, 采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法, 掌握汽车的运行状态, 对汽车做出评估来达到我们的目的;机械设备状态监测和故障诊断技术在保障石化、冶金、钢铁和电力等流程工业中的机械设备安全、可靠和高效运行方面起到了重要的作用, 近年来一直是一个重要的研究方向, 现在是可以把它借鉴到汽车行业的时候了。
1 车辆维修状况分析
1.1 故障维修
目前我们普遍采用的一种维修方法, 等到车辆出现了故障并且被发现了才进行维修, 其受人为因素影响很大, 部分车辆问题能够被及时判断, 并及时维修而不至于发展成大故障, 而另一部分车辆问题被粗心大意的人忽略, 得不到及时维修进而演化成零部件受损, 造成半路抛锚, 甚至酿成交通事故。
1.2 预防性维修
即定期维修也称做定期保养, 在车辆行驶一定的里程或经过一段时间, 在车辆还没有出现故障时就进行维护的一种方式, 这对减少汽车故障起到了积极的作用, 目前所有的汽车生产企业在车辆售后服务说明中都有详细的规定, 例如北京福田戴姆勒汽车有限公司规定:免费强制保养期限及里程为, 自购车之日 (按发票购车日期) 60天内或行驶里程 (2000-2500) 千米 (以先到者为限) ;定期保养期限及里程为, 公路用车每8000-10000千米或3个月保养一次 (以先到者为限) ;非公路用车每2个月保养一次。保养中主要消耗品更换情况为:发动机机油每行驶1至2万千米 (视发动机型号不同及车辆使用条件不同而定) 或每6个月更换一次。看到这个保养规定我们许多人一定会认为所有的车辆都不会出现故障了, 其实不然, 尽管我们已在生产过程采用了精益生产原理进行质量控制, 从正态分布性质图 (图1) 我们可以看到还会有0.03%左右的车辆会出现故障, 对全国而言就是有四百多万辆车在带病运行 (假设车辆都按要求进行定期维修) , 反之就有99.97%的车辆进行了过渡维修, 也浪费了大量的石油资源, 例如发动机机油, 我们的更换周期比国外同类车辆短一半左右, 也就是说我们的消耗量是人家的一倍。对于一些需要拆解的定期维修, 由于受到人员技术素质和设备条件的影响, 也可能产生越修越坏的现象, 而对于一些精密偶合件, 可能产生破坏其配合效果, 造成性能下降。
1.3 状态维修
一种新的维修方式, 由定期维修变成定期检测车辆的运行状态, 根据车辆状态变化的程度, 在故障发生前的某个时间内做好检修准备, 有针对性地、有计划地安排停工修理, 即按需维修也是本文探讨的重点。
2 车载状态监测与故障诊断应用分析
2.1 状态监测应用基础分析
随着新技术的不断推广, 汽车电子的发展主要集中在动力总成、底盘控制、车身控制、主被动安全、汽车网络、通信系统、安全与防盗等方面, 并呈现出功能多样化、技术一体化、系统集成化和通信网络化的特点。汽车电子控制系统ECU电控单元、CBCU中央控制单元、ABS防抱死、ASR驱动防滑、EBD制动力分配、ESP电子稳定、GPS导航、CAN总线、TPMS胎压监测、OBD故障诊断、CCS巡航、行驶记录等已经接近普及 (图2) 。
汽车信息系统越来越庞大, 远远超出如车速、里程、油压、冷却液温度等相关范围, 逐渐向全面反映车辆状态和行驶动态等功能发展。智能车身电子系统等提高驾驶舒适性的系统也在逐步推广, 例如, 自动座椅调节系统、电子门锁与防盗系统、全自动空调系统、智能前灯系统、汽车夜视系统等包括导航系统、语音识别系统等多媒体数码产品将逐步应用到重卡的高端车上, 通过电子智能传感器把信号送入系统中央控制器后, 可以根据乘员的衣着和心理反应进行自动调节气流温度、流量、流动方向等, 满足各个乘员的舒适性。近几年广泛在大型客车、牵引半挂车、危险品运输车上应用的行驶记录仪, 就可以记录最近24~240小时的行车曲线, 能够记录车辆行驶过程中的连续量车速、转速、水温、油压、气压一、气压二、电压和油量。能够记录车辆行驶过程中的报警量车速报警、转速报警、水温报警、气压一报警、气压二报警、电压报警、油量报警、机油滤报警、燃油滤报警、水位报警、仓温报警。能够记录车辆行驶过程中的开关量左转向、右转向、远光、前雾、后雾、倒车、制动、胎压、缓速、喇叭、车门动作等。由此可见汽车电子的逐渐发展, 功能的日益强大, 成本步步降低, 这就为车载状态监测系统应用奠定了扎实的基础。
2.2 状态监测的数据处理系统
车载数据处理系统是进行状态监测的基础, 应能够尽可能地节省投资, 具备可靠性、实用的功能, 操作简便, 较好的可扩展性和自开发性能。
对于已经具备多模块电子控制系统的车型, 或具备其中一个模块控制系统的车型可以通过升级软件, 增加功能来处理状态监测的数据;对于不具备上述条件的车型可以增加一个状态监测模块, 来实现状态监测与故障诊断的功能, 并在故障临界状态时进行报警;实时或定期进行数据存储及传送, 由车辆管理者、售后服务部门、研发部门进行后方评估, 以确定对车辆的保养维修。
2.3 状态监测的信息采集
状态监测可以开展的内容很多, 综合各方面因素后认为先从节约资源与保障安全两个方面开始, 然后再逐步扩充 (图3) 。
2.3.1 节约资源, 减少污染, 降低费用
发动机是汽车的心脏, 其工作状态对整车的油耗、排放、动力起关键性的作用, 通过对发动机气缸压力、油耗、排气排放物、机油粘度、机油品质、机油中磨损颗粒物、主轴颈跳动或震动的信息采集, 来分析判断发动机的工作状况, 其中气缸压力、油耗、排放物在许多电控发动机上都已经具备了这些功能, 我们只需要把这些信息转移到状态监测模块进行处理就可以了, 对于机油的监测可在油底壳里加装相应的传感器, 主轴颈轴瓦处安装跳动监测传感器采集信息。
车辆的齿轮是主要部件, 齿轮起着传递扭矩的作用, 它们的异常振动是引起车辆故障的重要因素, 因此进行齿轮异常振动信息采集, 是对车辆齿轮状态监测的一种方式。齿轮箱振动信号的一个重要组成部分是齿轮啮合振动, 它可通过任何介质和路径传播到齿轮箱甚至车辆的任何部件。在任何情况下, 只要齿轮状态发生变化, 就会引起齿轮振动信号产生相应的变化。例如变速箱、分动箱、驱动桥、转向助力泵等, 利用传感器在其箱体的外壳就可以测得反映齿轮状态特征的振动信号。同样轴承也是汽车的重要零件之一, 轴承支撑着车辆的旋转部件, 承载着车辆的重量, 发生磨损故障时, 轴承零件的间隙会随着磨损的加剧而不断增大, 这样会导致在车辆运行时增大轴承的振动, 在轴承的周围增加传感器就可以采集到信息。
2.3.2 减少事故, 保障安全
在车辆行驶中, 最难预防的就是爆胎问题, 它会引起交通事故, 对汽车轮胎气压监测, 防止车轮爆胎。对制动蹄片、制动毂、制动盘磨损情况进行监测, 防止其功能失效刹车失灵。对于制动鼓或制动盘、轮毂轴承温度进行监测防止其温度过高引起的火灾, 对于悬架系统可通过监测板簧变形来采集车辆载荷情况, 以防止过度超载引起零部件损坏。
2.4 状态监测的远程通讯与远程支持
因为汽车的流动性极强, 所以车载状态监测与故障诊断系统没有像石油、化工、电力、钢铁等行业那样应用广泛, 但随着互联网及移动通讯技术的发展, 特别是移动3G、4G技术的普及推广, 为车载状态监测与故障诊断系统远程数据传输奠定了基础。图4展示了数据传输的基本模式。
车载中央处理单元接收各监测传感器信息, 进行处理并存储, 实时或定期通过卫星或手机将数据传输到车队管理部门、汽车售后服务站、汽车制造企业研发部门数据库, 按照车辆VIN代码自动存入该车数据库, 研发部门用针对各种车型编制运算程序, 进行运算、分析、判断, 对车辆运行状况作出评估。
3 结论
车载状态监测与故障诊断系统能及时、正确、有效地对车辆的各种异常或故障状态作出诊断, 预防或消除故障;同时对车辆的运行维护进行必要的指导。确保可靠性、安全性和有效性。
制定合理的监测维修制度, 保证车辆发挥最大设计能力, 同时在允许的条件下充分挖掘车辆潜力, 延长其服役期及使用寿命, 降低车辆全寿命周期费用。
远程状态监测与故障诊断系统是设备诊断技术与通信技术、网络技术、计算机技术以及控制技术相结合的产物, 能够方便地实现企业内部、行业内部、甚至更大范围的诊断数据和知识的共享, 用车企业界则可以利用它为生产企业研究机构提供宝贵的现场数据, 能够有效地组织异地专家会诊等, 这样既解决了车辆使用企业技术力量不足和技术水平提高的问题又有利于研发机构更准确、更有效的获得车辆运行的第一手资料, 通过检测、分析、性能评估等, 为车辆修改结构、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息, 充实理论和技术研究。
摘要：本文简要分析了现有汽车维修方式的利弊, 针对如何提高汽车的使用效率、减少资源浪费、避免汽车故障甚至交通事故的发生, 提出了车载状态监测与故障诊断的应用探讨。
关键词：车载状态监测,车载互联通讯,远程服务
参考文献
[1]史昕.基于PXA270的车载传感器数据采集与处理方法研究[D].长安大学, 2011-06-09.
[2]王南.汽车发动机在线监测与故障诊断系统设计[J].河北工程大学学报, 2008, 12.
[3]杨洲.轮胎压力监测与车辆防盗集成系统研究[C]//第二届全国大学生创新论坛论文集.桂林电子科技大学.
[4]黄毅.混凝土泵车便携式状态监测与故障诊断系统研究[J].中国工程机械学报, 2012, 12.
车载诊断系统介绍 篇4
目前的大部分故障检测方法往往只是对系统状态信息中的一种或几种信息进行多层次、多角度的分析和观察, 从中提取有关系统行为的特征, 所以给系统故障的有效诊断带来了局限性[1]。比如, 在汽车的运动过程中, 利用发动机气缸的缸温对发动状态进行诊断时, 由于信号类型中能够提供的信息较少, 因而很难做出准确评价。但如果能将气缸的温度信息、发动机转速, 以及汽车的运动速度综合起来考虑, 那么就可以对发动机的状态进行更准确的评价。在某些故障诊断过程中, 虽然有时利用一种信息, 即可判断机器的故障, 但在许多情况下得出的诊断结果并不可靠。因而多传感器数据融合技术从多个不同的信息源获得有关系统状态的特征参数进行有效的集成与融合, 能较为准确和可靠地实现系统运行状态的识别和故障的诊断与定位[2,3]。
随着微电子技术、现场总线、计算机测控技术、信息与处理技术、无线通信、线控驱动等技术的发展, 多传感器信息融合的智能化诊断技术在汽车系统故障诊断中的应用已成为一个新的研究方向。多传感器数据融合与所有单传感器信号处理相比, 单传感器信号处理是对人脑数据处理的一种低水平模仿, 而通过多传感器数据融合可以更大程度地获得被测目标和环境的信息量, 能够在最短的时间内, 以最小代价获取单个传感器所无法获取的更精确特征。多传感器数据融合的基本原理也象人脑综合处理信息一样, 充分利用多个传感器资源, 通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用, 把多个传感器在空间或时间的信息冗余或互补依据某种准则进行组合, 以获得被测对象的一致性解释或描述, 但从现代生活应用的角度看, 多传感器信息的融合技术可以定义为通过对空间分布的多源信息, 各种传感器的时空采样, 对所关心的目标进行检测、关联、跟踪、估计等多级多功能处理, 以更高的精度、较高的概率或置信度得到人们所需要的目标状态和估计, 以及完整及时的态势和威胁评估, 为驾驶员提供有用的决策信息[4]。实际上也是对各类传感器提供的信息进行综合处理, 模拟人脑对复杂问题的综合处理。它的基本原理就是充分利用不同时间与空间的多传感器信息资源, 通过在一定准则下对计算机技术这些传感器及观测信息进行自动分析、综合以及合理支配和使用, 将各种单个传感器获取的信息冗余或互补依据某种准则组合起来, 获得对被测对象的一致性解释与描述, 使系统获得比它的各组成部分更优越的性能, 以此来提高整个传感器系统的有效性, 消除单个或少量传感器的局限性。因此, 它应用在汽车系统中就能使整个系统的各个子系统更好的管理和维修[5]。
1 自诊断系统思想的实现
汽车系统是一个集机械、电子、材料、通信和网络等先进技术的复杂系统。汽车故障诊断系统的目标是实现准确故障诊断和维修, 以减少汽车在运动中的一些事故发生。为适应未来人们高质量的需要, 提高汽车智能化的发展, 降低总的维修费用, 需要根据汽车的具体要求建立汽车故障诊断体系和技术方法, 即汽车整个系统实施方案。首先要确定可以直接表征其故障、健康状态的参数指标或间接推理判断系统故障、健康状态所需的参数信息, 并利用数据采集设备将该类参数信息进行实时采集, 这些采集数据是实施汽车系统诊断的数据基础。精确、及时、高可靠性的状态监测与数据处理技术作为实施汽车的前端技术, 将直接影响汽车系统的性能。但是汽车系统体积小、系统复杂, 机载设备多, 载荷能力有限, 所以汽车系统对数据信息、数据链路和诊断设备提出更高的要求, 并借助各种算法 (如快速傅里叶变换、离散傅里叶变换) 和智能模型 (如专家系统、神经网络、模糊逻辑等) 将原来单一的各分系统的性能检测信息、故障诊断信息和汽车运动信息进行集成, 实现对汽车各部件运行信息的综合管理、系统状态监测、故障诊断与预测、部件性能降级衰退分析与剩余寿命累计、预测。这种汽车智能安监系统与传统的故障检测相比, 优势在于由事后检测转移到事前预测, 在详细掌握部件失效机理的情况下, 构建部件失效模型, 达到故障预测。同时, 这种汽车安检系统还需要采纳传统优秀的故障检测方法, 用来探测潜在故障, 以便在灾难事件造成前采取措施。
将多传感器信息融合技术运用于汽车系统的故障诊断之中, 通过汽车运动时所采集到的状态参数、运动参数、发动机以及任务设备等方面的数据信息, 结合给定汽车系统故障机理及失效分析, 找出数据信息与故障元件之间的映射关系, 然后对采集的数据信息进行融合, 形成基于知识推理的多传感器信息融合故障诊断方法, 从而准确无误地诊断出故障元件[6]。但随着汽车故障诊断系统的庞大化和复杂化, 传感器的类型和数目急剧增多, 从而使汽车系统形成了一个传感器群, 基于此就引出了多传感器融合技术。当汽车在运行时, 其传感器群均处于实时信息采集状态, 对于每个系统每种故障征兆可能对应着故障库中多种可能的故障, 而故障库中的每个故障也可能引起多种故障征兆, 所以要对各传感器采集的故障信息进行融合。分别通过各故障征兆对所有的假设进行独立的判断, 得出各假设情况下发生的故障概率分布及发生的概率, 然后融合各故障信息, 以求得各故障发生的概率, 其中发生概率最大的为主要故障[7,8]。
多传感器融合判定原理如图1所示。
2 Bayes推理方法
Bayes推理方法算法如下:汽车运行过程可以看成是一个随机过程, 根据先验知识对故障做出概率估计称为先验概率, 记为P (ωi) , (i=0, 1, 2, …, c) ;P (ω0) 表示正常工况的概率, P (ωi) , (i=1, 2, …, c) 表示c类故障发生的概率。将故障样本X= (x1, x2, …, xn) 作为输入模式样本, P (X|ωi) (i=1, 2, …, c) 表示输入模式的c类条件概率密度函数。根据Bayes公式[4]:
式中:P (ωi|X) 是已知条件下ωi出现的概率, 称为后验概率。因此如果满足下面Bayes规则, 则X∈ωi, 且:
主观Bayes方法中, 每条推理规则可以表示为:IF[规则名]THEN H (LS, LN) 。其中, LS, LN (≥0) 分别称为充分性度量和必要性度量 (其数值由专家定) , 主观Bayes方法推理过程就是根据证据事件的概率P (E) , 利用规则 (LS, LN) , 事件的系统性能断言的先验概率P (H) 更新为后验概率P (H|E) , 同时H又作为新规则的证据, 结合新的规则 (LS, LN) , 进一步计算出新的后验概率[9] 。
3 实 例
下面用一个汽车的具体实例来说明, 如何采用Bayes方法进行故障诊断。汽车系统运行中经常出现各种各样的故障, 执行元件故障是其中最常见的一种情况。引发故障的原因很多, 大致归纳是由传动控制系统、主动悬挂系统、防自锁刹车系统、发动机控制系统、安全气囊系统、仪表显示系统、各个故障诊断系统、燃油喷射系统、电动车门系统、空调系统、照明系统、电动椅系统、排放控制系统、车身稳定系统、防盗系统的匹配、汽车噪声的检测这16个部分的不同故障可能的原因所引起。
从图2可看出, 引起执行元件故障的因素有很多种。其中, 执行系统动作的不稳定是故障的主要现象之一, 排气不良、工作油质不良等多种故障都可能导致执行元件的动作不稳定, 因此这种故障是连锁性质的, 不是简单的一一对应关系。通过对汽车系统这类故障的统计, 可以得到各部位发生故障的几率具有一定的先验统计规律, 上例的简单统计如表1所示。
基于智能诊断系统的一个假设将这些数据存储在知识库中。工作过程是:首先从监测数据中发现问题, 传感器反映的信息是流量、压力、位移和温度等, 参数偏离正常范围后, 将这些数据根据故障几率的大小, 送推理机进行融合判定。基于每个传感器观测结果的决策ui构成全局决策u, 且:
用P (H0) =P0, P (H1) =P1分别表示如果H0为真 (正常) 和如果H1为真 (故障) 的先验概率, yi (1≤i≤n) 表示第i个传感器的探测结果, ui (1≤i≤n) 表示第i个传感器基于yi的决策, 且:
令P (Hi|u) 表示在给定全局决策u的前提下, Hi为真的概率, 应判定2个概率中较大者所对应的假设为正确的假设。于是, 若:
则根据上述判决规则将选择H0, 否则将选择H1。
上述规则可表示为:
式 (7) 表示的规则正是最大后验概率准则。应用Bayes方法可得:
故:
从而式 (7) 化为:
对比式 (7) 和式 (9) 可以看出, Bayes准则下的判决规则与最大后验概率的判决规则相同。将上述关系作为规则存放在知识库中, 当发现这些参数偏低后, 推理机利用知识库中的规则进行推理, 即可在执行元件发生故障前预报故障。在实际中, 故障的表现往往是错综复杂的, 这就要求有中间假定, 反复推理。Bayes推理法则对每个假设推理运算为250次, 所以诊断系统的关键技术是建立具有专家智能的知识库, 使推理计算机能进行有效的推理分析。同时, 要求推理计算机具有高速处理的能力, 才能实现故障的预报和快速诊断功能[10,11]。
4 结 论
多传感器信息融合技术在汽车系统的运用, 充分利用了汽车电子系统本身安装多种传感器对汽车系统进行动态监测, 不需要增加系统硬件, 通过融合多传感器输出实时状态信息, 对系统运行状况进行综合判断, 可以对汽车系统大部分故障实现在线诊断, 当任何单个传感器出错时, 不会影响汽车系统最终的诊断结果, 使系统的故障诊断可靠性大大提高。汽车安检系统的故障诊断不但可以提高整个系统运行的可靠性, 还可以提高系统的维修效率, 对汽车系统的完善和发展有着重要意义, 是保证汽车系统安全运行的一个重要内容。当然, 由于受到目前汽车硬件条件 (如机体空间有限、增加传感器困难) 的限制, 汽车系统监测还不能覆盖所有可能故障, 对传感器不能感知到的信号还不能进行准确的故障在线监测和诊断。为了扩大故障监测范围, 汽车系统应在汽车系统设计开发时加以考虑, 在汽车关键部位适当增加传感器, 以保证汽车安检系统可以对汽车系统进行全方位的监测和故障诊断。
摘要：随着汽车行业的发展, 对汽车的性能检测、维修、管理提出更高的要求。通过分析多传感器数据融合技术故障诊断方法及汽车诊断系统 (故障预测与健康管理) 的特点, 在不改变当前汽车智能检测系统硬件组成的情况下, 将多传感器信息融合技术运用到汽车诊断系统, 并且比较智能化分析系统的故障, 以及记录下全部传感器和驱动器的数据, 实现对汽车系统的实时状态监测、健康评估和故障诊断。
关键词：故障分析,诊断系统,信息融合,传感器
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