蔣鳴雷

（北京交通大學(xué)，北京 100044）

前言

自20世紀(jì)70年代以來，由于傳感器技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)在汽車中的大量應(yīng)用，使得汽車結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，功能日趨先進(jìn)，但診斷、維修難度也大大增加，診斷中需獲取的信息量迅速膨脹。有資料表明，現(xiàn)代汽車維修需要40%的精力查閱資料、30%的精力分析故障，拆裝零件的時(shí)間由過去的70%降到30%以下。面對如此龐大的信息量，如何根據(jù)技術(shù)資料快速找出故障原因，是今后汽車故障診斷中急待解決的問題。

1 汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展歷程

汽車故障診斷技術(shù)起始于60年代的西方發(fā)達(dá)國家，隨著汽車結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，必然要求有相應(yīng)的診斷手段來滿足其維護(hù)的需求，因此，汽車診斷技術(shù)在過去的幾十年中取得了迅速的發(fā)展，其發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。

人工檢驗(yàn)階段。早期的汽車診斷，主要依靠有一定技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的工人，憑耳聽、手摸的方法來了解汽車的技術(shù)狀況，再根據(jù)已掌握的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行故障診斷，方法簡單、經(jīng)濟(jì)，但是準(zhǔn)確性差，很大程度上依賴于操作者的感覺和經(jīng)驗(yàn)。

運(yùn)用簡單的儀器、儀表進(jìn)行測量階段。由于汽車結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，因此一些簡單的測試儀器，如萬用表、真空儀、油壓表等應(yīng)用于故障診斷中，從而使診斷技術(shù)從耳聽手摸的定性階段，發(fā)展到儀器、儀表的定量測量階段。該方法為汽車故障診斷提供了客觀依據(jù)，不足之處是儀器分散，對故障缺乏綜合的分析和判斷。

利用專門設(shè)備進(jìn)行綜合診斷階段。在汽車總成不解體的情況下，用先進(jìn)的儀器和設(shè)備對汽車各工作系統(tǒng)進(jìn)行精密監(jiān)測，測出汽車有關(guān)數(shù)據(jù)，通過電子計(jì)算機(jī)的處理，就能顯示汽車的技術(shù)狀況或?qū)ふ页龉收系脑颉?/p>

人工智能診斷階段。進(jìn)入九十年代，隨著專家系統(tǒng)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)智能化的提高，用計(jì)算機(jī)儲存專家知識，建立汽車故障診斷專家系統(tǒng)，把汽車故障診斷推向了更加智能化的階段。

2 國內(nèi)外汽車故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代發(fā)達(dá)國家就相繼研制開發(fā)了各種獨(dú)立于車輛的車外診斷設(shè)備。1972年德國大眾汽車公司率先推出了他們研制的國民牌車外診斷裝置，隨后，美國和日本也開發(fā)出了類似裝置。但因?yàn)楫?dāng)時(shí)技術(shù)水平有限，這些車外診斷裝置的診斷效果并不理想。為了克服車外診斷裝置的局限性，1979年，美國通用公司在其所生產(chǎn)汽車的電控汽油噴射系統(tǒng)中，正式采用了車載診斷系統(tǒng)，也稱隨車診斷系統(tǒng)。隨后幾年，歐、美、日等國的汽車廠商陸續(xù)在各自生產(chǎn)的汽車上配備了車載診斷系統(tǒng)。到了20世紀(jì)80年代末期，專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開始應(yīng)用于故障診斷領(lǐng)域。1985年通用公司研制了發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)專家診斷系統(tǒng)，1986年日產(chǎn)公司推出了發(fā)動機(jī)電子集成控制系統(tǒng)的離線診斷專家系統(tǒng)，1989年美國Venkat等首次將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于故障診斷中，此后，Marko等把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到柴油發(fā)動機(jī)的故障診斷中，Sharky等在對柴油發(fā)動機(jī)的故障推理進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)上，提出了多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷策略。

90年代末期，具有診斷復(fù)雜故障能力的專家系統(tǒng)和汽車自診斷功能密切相連，構(gòu)成新的車外診斷系統(tǒng)。這些車外診斷系統(tǒng)采用微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并結(jié)合人工智能，將汽車的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，自診斷結(jié)果輸出到車外診斷系統(tǒng)中，維修人員在專家故障診斷系統(tǒng)上做出綜合分析判斷和處理，得到故障檢測排除的步驟和方法。此外維修中心的主機(jī)與維修點(diǎn)終端機(jī)相連，相互交換信息，可以方便地查詢所需的資料。

我國汽車故障診斷技術(shù)的研究始于70年代后期，1977年國家為了改變汽車維修技術(shù)落后的局面，立項(xiàng)了“汽車不解體檢驗(yàn)研究”的課題，它標(biāo)志著我國汽車故障診斷技術(shù)研究的開始。80年代，一汽奧迪與北京切諾基率先在其電噴發(fā)動機(jī)中采用了車載診斷系統(tǒng)，開始了車載診斷系統(tǒng)在我國的推廣,目前我國生產(chǎn)的各類轎車，均需配備車載診斷系統(tǒng)。自90年代以來，我國企業(yè)自行研制開發(fā)了車外診斷系統(tǒng)，例如深圳元征計(jì)算機(jī)公司生產(chǎn)的“電眼睛”汽車電控系統(tǒng)檢測儀，適用于亞、歐、美各大車系2000多種車型的發(fā)動機(jī)、變速箱、防抱剎車、防撞氣囊等系統(tǒng)的故障檢測，可進(jìn)行數(shù)據(jù)流、故障碼及發(fā)動機(jī)動態(tài)測試，并具備直接打印以及與PC機(jī)聯(lián)機(jī)打印等功能。此外還有深圳金德、北京金奔騰等企業(yè)。20世紀(jì)80年代末，國內(nèi)部分高校和科研機(jī)構(gòu)對汽車故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行了研究,如1988年解放軍運(yùn)輸工程學(xué)院在PC機(jī)上用DBASE語言開發(fā)，以Turbe-Prolog語言改寫的汽車故障診斷專家系統(tǒng)；1990年華中理工大學(xué)開發(fā)的汽油發(fā)動機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)。進(jìn)入21世紀(jì)后，國內(nèi)研究進(jìn)入了快速發(fā)展期,許多高校做了大量的研究工作，部分研究已達(dá)到國外同等水平。

3 汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢

車載診斷的優(yōu)點(diǎn)是：可以減少專業(yè)儀器的使用，降低維修費(fèi)用；查找故障及時(shí)，有效地避免二次故障的產(chǎn)生，應(yīng)用廣泛；缺點(diǎn)是：診斷范圍有限，精度不高，對較復(fù)雜故障不能診斷，適應(yīng)性差，車型不同或控制系統(tǒng)改動后需重新設(shè)計(jì)新的診斷系統(tǒng)。而車外診斷的優(yōu)點(diǎn)是：診斷功能可以及時(shí)擴(kuò)充，提高了效率和精度，擴(kuò)大了診斷范圍，增強(qiáng)了適應(yīng)性，縮短了診斷設(shè)備和車輛的開發(fā)周期；缺點(diǎn)是：沒有車載診斷系統(tǒng)那樣及時(shí)、方便?？梢?，只有把車載診斷和車外診斷結(jié)合起來，才能達(dá)到既實(shí)用、又方便的診斷效果。

國內(nèi)外的研究表明，汽車故障的診斷方式已由車載診斷與車外診斷的相互獨(dú)立走向相互結(jié)合，將電控系統(tǒng)檢測儀完善的數(shù)據(jù)通信功能與專家系統(tǒng)強(qiáng)大的分析判斷功能相結(jié)合，并充分運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)在人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊診斷以及基于決策數(shù)據(jù)庫的最新成果，將是新一代汽車診斷技術(shù)的發(fā)展方向。概括來說，主要有以下幾個(gè)方面：

車載診斷或使用故障診斷設(shè)備的診斷，主要診斷電子控制系統(tǒng)的故障，而且還有局限性，不能對ECU存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。開發(fā)既用于電控系統(tǒng)又適用于機(jī)械系統(tǒng)故障的診斷技術(shù)，是現(xiàn)代汽車診斷技術(shù)的關(guān)鍵。隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，新的故障診斷系統(tǒng)，即專家系統(tǒng)被開發(fā)并逐步推向應(yīng)用。

診斷推理方法多樣化。診斷推理是以診斷特征參數(shù)為基礎(chǔ)，采用數(shù)學(xué)方法處理信號，找出故障的內(nèi)在聯(lián)系，對系統(tǒng)故障做定量分析?；谛盘柕奶幚?，由傳統(tǒng)的傅立葉變換轉(zhuǎn)換為小波分析，為故障信號的預(yù)處理提供了有效途徑；基于知識的處理，由傳統(tǒng)的基于邏輯的專家系統(tǒng)發(fā)展成為集成模糊理論和案例的專家系統(tǒng)，解決了故障癥狀不確定性，極大地提高了診斷速度和精度。

故障診斷信息網(wǎng)絡(luò)化。汽車是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，新車型和新功能層出不窮。在汽車故障診斷時(shí)，專業(yè)人員對各種車型的技術(shù)資料掌握有限。而通過汽車檢測維修專業(yè)網(wǎng)絡(luò)，可以傳遞診斷維修信息，徹底打破信息傳遞時(shí)空上的限制，實(shí)現(xiàn)資源共享，而且能在線得到診斷專家系統(tǒng)的指導(dǎo)。

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