汽车电控发动机故障诊断专家系统设计开发

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1、汽车电控发动机故障诊断专家系统设计开发赵树朋张世芳邝朴生杨学红(河北农业大学人工智能研究中心071001)摘要针对汽车电控发动机故障诊断的特点，研究了汽车电控发动机故障诊断专家系统的设计开发。探讨了电控发动机故障诊断知识表示、规范化知识获取及专业领域知识库的开发。运用了双可信度的不精确推理机制，并对专家系统人机界面的开发jf口设计进行了研究。关键词电控发动机故障诊断专家系统设计开发电控燃油喷射发动机在现代汽车上得到了广泛的应用。随着大量的电子元件和微机控制在发动机上的应用，发动机电控系统越来越复杂，故障诊断也越来越困难。现代电控发动机基本上都有故障自诊断功能，但是其自诊断功能仅

2、仅局限于电控系统中的一般性故障，如线路短路或断路、信号超出正常范围等，而对于一些复杂故障则无能为力。故障诊断的复杂性也使得一般的诊断检测仪器难以迅速、准确的进行故障定位。因此，开发电控发动机故障诊断专家系统就显得很有必要。汽车电控发动机的故障比较复杂，表现为：一果多因、一因多果，多因多果；诊断推理具有不确定性，需要极其丰富的专业诊断知识和先进的诊断设备配合。该专家系统将领域专家的大量诊断经验进行汇总和提炼，利用计算机辅助推理并搜索可能故障，结合发动机内部的自诊断功能，引导用户逐步深入诊断，最终确定发动机故障部位，并提出具有专家水平的维修建议【lJ。1系统的体系结构与界面设计(1

3、)系统的体系结构及诊断流程专家系统主要由知识库、推理机、解释系统、管理系统、人机界面等组成【2J。对于发动机的确定性故障，本系统模拟专家的实践经验和思维方式，以人机对话的方式搜集故障信息、指导检查、推理并给出解决方案。这需要完备的信息提示、合理的推理机制、详尽的解释和友好的人机界面以及自学能力。系统诊断流程为：系统向用户提出诊断询问，根据用户的回答及选择进行推理、分析，若找到故障原因，则结束诊断推理过程并给出解释及维修建议，否则继续询问，直到诊断完成。(2)系统界面设计由于汽车电控发动机故障诊断专家系统面向的用户成分复杂、技术水平不一，因此就要求系统的人机界面具有较强大的解释功

4、能、容错功能、保存功能、浏览功能、打印功能等；另外，对于电控发动机(如丰田系列)，由于其诊断故障树的特点是分叉少、层次多，不便于采用形象树枝图示方案，可采用屏幕调用的方法，利用一级或多级询问窗口来完成不同的诊528断过程；考虑到软件系统的升级和兼容，为以后可能出现的新型发动机故障诊断做准备，还需设置添加、删除功能。对于电控发动机的诊断，采用屏幕调用的方法，利用多级诊断窗口询问故障症状。而后利用LIST列表框将用户走过的每个步骤实时记载，同时显示出来，作为屏幕的一部分，这样即具有透明性，又方便打印(见图1)。圈圉围圈困圈曰图1诊断窗口示意图2系统知识库的生成(1)领域知识的规范化

5、获取以“规范化形式”进行知识获取便于把浅层知识和深层知识结合起来，可以直接输入计算机，加快了知识获取。“知识规范化”是总结诊断经验而得出的一种概念模型，便于对知识进行整理。电控发动机的电控部分包括点火控制系统、燃油喷射控制系统、怠速控制系统、及排放控制系统等，主要由传感器、ECU、执行器、电路组成。具体领域专家知识可以抽象为典型故障、典型症状、确诊症状、故障原因四个组成部分。具体过程可以先建立故障树，并对之做定性和定量分析，按常见故障、系统故障等论域进行知识整理。以空气流量传感器为例，用规范化形式对它的知识分四部分进行知识获取。表i给出了空气流量传感器发生故障症状及其双可信度的

6、规范化知识。表I空气流量传感器故障症状及可倍度正可信故障症状负可信度度1)故障码显示空气流量传感器发生故1—0．9障2)发动机不工作0．5—0．53)发动机怠速不稳、易熄火0．6—0．74)发动机间断运行0．5—0．65)发动机油耗增加O．7一O．5空气流量传感器确诊症状的规范化知识：①读取故障码，如为空气流量传感器发生故障，则可做进一部检修。②检测线束阻值不正常。③检测供电电压不正常。导致空气流量传感器故障原因的规范化知识：①热线沾污导致空气流量电压下降而使供油量过小，导致发动机运转不平稳或不工作、发动机运转无力、加速不良。②热线短断路导致无空气流量信号输出，发动机不能工作。

7、③热敏电阻不良导致空气流量信号电压不准确，发动机油耗过高或运转不正常。空气流量传感器维修建议的规范化知识：①如为线路短路或断路，或接触不良，可对529线束和插接器进行修理或更换。②若空气流量传感器发生故障则需换件。(2)知识库的开发本系统利用VisualC++语言和VisualFoxpro数据库进行开发。VisualC++是支持面向对象的高级程序设计语言，比传统的专用专家系统生成工具更具有通用性和可移植性，而且设计出的人机界面功能强大、界面友好，同时支持多种数据库的应用。开发主要采用Visu