劉 靜,趙苗苗,劉瑤秋
(揚(yáng)州亞星客車股份有限公司,江蘇 揚(yáng)州 225000)
純電動客車制動系統(tǒng)由電制動和氣制動結(jié)合構(gòu)成,在傳統(tǒng)氣制動的基礎(chǔ)上,增加了電制動,能夠很好實(shí)現(xiàn)提前制動功能。制動系統(tǒng)故障維修,當(dāng)前主要根據(jù)維修人員經(jīng)驗(yàn)診斷故障部位,進(jìn)行針對性維修。
純電動客車安裝的車輛監(jiān)控設(shè)備,可以實(shí)時采集車輛運(yùn)行過程中CAN總線報文數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)時監(jiān)控車輛運(yùn)行數(shù)據(jù),本文在對制動故障和整車通信數(shù)據(jù)相關(guān)性研究基礎(chǔ)上,設(shè)計專家系統(tǒng)進(jìn)行制動系統(tǒng)故障機(jī)構(gòu)定位,提高制動系統(tǒng)故障處理效率。
純電動客車制動系統(tǒng)由多個零部件組成,相互協(xié)作完成車輛制動工作。為方便制動系統(tǒng)故障分析,將故障進(jìn)行分類處理,分類分析。
制動系統(tǒng)故障包含電制動失效(M1)、氣制動失效(M2)、制動拖滯(M3)等,故障的主要機(jī)構(gòu)有供能機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳能機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)。
1)供能機(jī)構(gòu)主要包括儲氣筒組件(G1)、空氣壓縮機(jī)(G2)等零部件。
2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括左前輪(L1)、左后輪(L2)、右前輪(L3)、右后輪(L4)處制動裝置和驅(qū)動電機(jī)(L5)。
3)傳能機(jī)構(gòu)包括制動踏板(C1)、氣管路(C2)、閥類件(C3)等。
4)控制機(jī)構(gòu)包括整車控制器(K1)、空氣壓縮機(jī)控制器(K2)和驅(qū)動電機(jī)控制器(K3)。
制動系統(tǒng)故障與各個機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系如圖1所示。
圖1 制動系統(tǒng)故障關(guān)系圖
引起制動系統(tǒng)故障原因有多個,如何快速定位故障機(jī)構(gòu),確定故障點(diǎn),是制動系統(tǒng)故障維修的必要條件。
根據(jù)制動系統(tǒng)關(guān)系分析,匯集車輛維修理論與維修人員多年維修經(jīng)驗(yàn),運(yùn)用模糊推理,設(shè)計出故障診斷的專家系統(tǒng),對車輛實(shí)時運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,診斷車輛故障機(jī)構(gòu)。
純電動車上安裝的監(jiān)控設(shè)備,能夠?qū)崟r有效地采集整車CAN報文數(shù)據(jù)并發(fā)送給監(jiān)控后臺系統(tǒng)。整車CAN報文負(fù)責(zé)各個電器部件之間的通信,其中與制動系統(tǒng)相關(guān)的通信數(shù)據(jù)見表1。
車輛故障診斷知識庫是匯集車輛維修理論與維修人員多年維修經(jīng)驗(yàn)而建立的?;趯囕v運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測、分析,及時準(zhǔn)確地顯示車輛故障信息,完成車輛故障定位,提供車輛故障解決方案,專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
專家知識庫故障診斷技術(shù),利用人工智能和現(xiàn)代計算技術(shù),將領(lǐng)域內(nèi)的專家經(jīng)驗(yàn)知識進(jìn)行程序化編寫,結(jié)合車輛實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù),進(jìn)行故障診斷。
專家系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、知識庫、推理機(jī)、知識獲取、知識算法程序和知識輸入構(gòu)成。工作原理是將制動系統(tǒng)故障特征數(shù)據(jù)知識庫管理,系統(tǒng)將知識進(jìn)行算法程序化處理后存入知識庫,推理機(jī)載入車輛運(yùn)營數(shù)據(jù)與知識庫中的知識進(jìn)行匹配,將完成匹配的信息顯示在診斷結(jié)果中,再通過解釋機(jī)反饋給維修人員,同時作為知識再次輸入知識庫管理。
表1 通信數(shù)據(jù)關(guān)系表
圖2 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
本文專家系統(tǒng)的核心設(shè)計是知識庫管理和推理及設(shè)計。
本文專家系統(tǒng)中的知識獲取來自相關(guān)書籍和維修人員經(jīng)驗(yàn),知識庫中包含純電動客車專用制動系統(tǒng)所有資料,包含但不限于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、零部件說明書、維修手冊、維修案例匯總以及工程師故障診斷經(jīng)驗(yàn)等,將知識庫整理后,轉(zhuǎn)化為相關(guān)知識庫算法應(yīng)用程序。
本專家系統(tǒng)采用產(chǎn)生式規(guī)則對知識進(jìn)行表示:
式中:P——規(guī)則的前提;Q——結(jié)論;CF——置信度。
推理機(jī)按時間逐條載入表1中涉及的18個車輛監(jiān)控數(shù)據(jù),對每個數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)算法處理后,針對每個數(shù)據(jù)發(fā)生后制動系統(tǒng)是否工作、分析結(jié)果不一致的情況,進(jìn)行篩選并標(biāo)記為異常數(shù)據(jù),然后與知識庫中的知識進(jìn)行匹配。推理工作過程如圖3所示。
圖3 推理流程圖
某輛車實(shí)時運(yùn)營監(jiān)控數(shù)據(jù),報文時差10s,見表2。該組數(shù)據(jù)表示車輛運(yùn)營過程中,駕駛員進(jìn)行了制動操作,整車制動系統(tǒng)同時進(jìn)行了響應(yīng)操作,但是車速下降緩慢。
專家系統(tǒng)對該組數(shù)據(jù)算法處理流程如圖4所示。公交車行駛線路儀表為瀝青或混凝土路面,摩擦系數(shù)為0.012~0.02,本文取中間值0.018,即車輛無驅(qū)動力、無制動力時,減速度為0.18m/s2。
有車速診斷出車輛無制動作用,而其他數(shù)據(jù)則判斷出車輛制動正常響應(yīng),該結(jié)果與知識庫中一條知識匹配:
IF(車輛制動系統(tǒng)響應(yīng),而無制動效果)
THEN(制動執(zhí)行部件故障)
表2 運(yùn)營監(jiān)控數(shù)據(jù)表
圖4 案例分析流程圖
數(shù)據(jù)處理中,車輛與地面減速度計算存在估值,車速減速度的隸屬函數(shù):
車輛減速度計算為0.125m/s2,則診斷可信度為0.94。
專家系統(tǒng)分析得出“制動執(zhí)行部件故障”,即L1、L2、L3、L4處出現(xiàn)故障。
專家系統(tǒng)是人工智能的一個重要部分,本文將專家系統(tǒng)應(yīng)用于車輛制動系統(tǒng)故障,進(jìn)行車輛監(jiān)控數(shù)據(jù)自動處理分析,能夠快速發(fā)現(xiàn)并確定故障部位,增加了車輛安全運(yùn)行的系數(shù),提升了故障維修的效率。