汽车故障诊断专家系统的设计.docx
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汽车故障诊断专家系统的设计.docx
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汽车故障诊断专家系统的设计
中南大学
课程设计说明书
课题汽车故障诊断专家系统的设计
学院能源科学与工程学院
学生姓名刘超
指导老师
专业班级
学号
2012年9月19日
摘要
随着社会的发展和技术的进步,汽车故障诊断技术已经有了很大的发展。
本文从汽车诊断技术的发展趋势出发介绍了汽车故障诊断专家系统的基本结构及其开发的基本方法,论述了汽车故障诊断专家系统软件的开发研究的意义和设计中的难点,针对汽车故障的复杂性特点模拟经验丰富的维修专家的诊断思路及方法,利用Delphi7进行编程,建立友好的人机界面,依据计算机数据结构原理,采用故障树的数据结构和关系数据库原理完成知识表示建立完善的知识库,实现了确定性故障诊断所需的知识库和推理机。
从而可使用户通过人机对话的形式方便、快速、准确地找出故障原因,大大地提高汽修行业的效益及汽车的使用寿命。
关键字:
汽车故障诊断专家系统
内燃机课程设计任务书
一、设计题目
发动机电控系统设计
以某一具体类型的发动机(如:
凌志LS400轿车1UZ-FE型发动机)为对象,结合发动机电控系统设计的要求,选择合适的传感器和执行器等硬件设备,对发动机的主要控制系统或某一控制系统进行硬件设计和软件设计。
控制内容:
发动机控制系统包括电子控制汽油喷射(EFI)、电子控制点火提前(ESA)、怠速控制(ISC)、废气再循环控制(EGR)、蒸发污染控制(ECS)、谐波进气增压系统控制(ACIS)、故障诊断(DIAGN)、失效保护与后备功能和怠速混合气浓度调节(CO排放控制)等内容。
二、设计内容
1.原理简介
主要内容:
对发动机的构成与工作原理进行简要介绍
2.对象特性描述
主要内容:
对所选择的控制对象的特性进行分析和描述
3.控制系统设计
发动机的电子控制系统设计。
1)电子控制单元的设计;2)传感器和控制开关;3)各类执行器;4)控制系统的工作过程。
主要内容:
控制方案的选择与论证;被控参数与控制参数的选择;输入输出系统的设计;画出原理图、方框图和仪表流程图、系统接线图、梯形图;进行程序设计。
三、设计要求
1.课程设计说明书的格式应严格按照学校课程设计格式要求。
2.论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切,并提出自己的见解和观点。
3.课程设计说明书。
前置部分:
封面、摘要、设计任务书、目录;主体部分:
引言(设计目的、任务与要求等)、正文、结论、参考文献;附录部分:
系统方框图和电路原理图、程序清单等。
4.课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识。
5.如有程序,必须提供清单。
四、题目选择
汽车故障诊断专家系统的设计
1绪论
1.1汽车故障诊断技术的发展趋势
汽车故障诊断是在不解体(或仅卸下个别小件)的条件下,确定汽车技术状况,查明故障部位及原因的检查和分析。
有效的汽车故障诊断是维护汽车最佳车况的一个先决条件。
随着制造业水平的提高、计算机技术在汽车上的广泛应用,车辆的安全性、可靠性和操控性能得到大大的提高,同时也使得汽车结构复杂化,增加了汽车的诊断维修保养难度,对汽车维修人员的各方面知识和维修技能提出了更高的要求。
汽车故障诊断从传统的听、看、闻等经验诊断方式,发展为以集成化、智能化的诊断设备为手段,以信息技术为依托的现代汽车故障诊断技术。
1.1.1国外发展概况
20世纪50年代之前,国外就研发了以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术。
早期的检测诊断设备是以机械结构为主,单机人工操作。
上世纪60年代,随着机电一体化的产生,研制了单机自动化的设备,如四轮定位仪、非接触式速度计等;80年代,随着计算机技术的发展和应用,实现了汽车诊断控制自动化,出现了集检测工艺、操作、数据采集、存储和打印等功能于一体的系统软件。
目前,车载自诊断系统和车外诊断系统正在进一步发展。
车载自诊断系统(OBD)利用安装在汽车内各个部位的传感器,自动检测系统故障,以故障代码形式显示并将故障信息存入电子控制单元ECU的RAM中,在维修车辆时,维修人员能调出故障代码,找出故障部位。
1994年,美国汽车工程师协会(SAE)在第1代OBD基础上,制定了第2代在线诊断标准OBDⅡ,OBDⅡ除了对电子控制系统检测外,还对与排放有关的系统监测,更注重绿色环保问题。
车外诊断系统,通过传感器采集信号,送至车外仪器,在相应诊断软件的支持下,完成各种诊断。
例如:
发动机综合分析仪等。
1.1.2国内发展概况
我国是20世纪60年代开始研究检测技术,如发动机气缸漏气量检测仪等。
80年代,随着汽车工业的发展,汽车诊断技术得到了迅速发展,到90年代,相继研制了侧滑试验台、制动试验台、汽车检测站以及我国自主开发的发动机故障诊断仪、四轮定位仪等。
汽车检测站综合运用现代检测技术和设备对汽车进行不解体或不完全解体条件下的性能检测诊断,实现了以汽车安全性能为主到综合性能的检测。
国产车在汽车电子控制方面上也广泛应用了OBDⅠ,但根据我国目前的排放法规,OBDⅡ还没有在国产车上广泛使用。
我国汽车诊断技术正在快速发展,但与国外先进水平相比,还有一定差距,主要突出在以下几个方面:
(1)管理水平还须进一步提高。
我国已基本建立了车辆检测诊断制度,实施了“定期检测、强制维护、视情修理”的汽车维修制度,但我国各地区经济和技术水平不一致,大部分地区尚未进行汽车维修行业的电脑化管理和信息化建设,甚至还有“事后维修”现象。
汽车诊断技术的滞后,与高速发展的汽车技术和迅猛增长的汽车保有量严重脱节,这是一个值得重视的问题。
(2)诊断设备和仪器的国产化研发能力欠佳,而进口诊断设备价格昂贵,阻碍了我国汽车诊断技术的发展。
(3)汽车维修人员的素质普遍不高。
汽车的高科技化,现代检测设备本身的高性能,要求维修人员具备一定的汽车专业、机电专业理论知识,懂计算机、会英语,综合职业能力强,但这种技能型专门人才紧缺。
目前我国汽车保有量正在快速增加,进口车也越来越多,且车型复杂、种类繁多,因而使许多维修单位由于缺乏有关维修专家的技术指导而不能维修或难以满足维修的需要。
为了提高车辆的利用率减少经济损失,开发汽车故障诊断专家系统,利用计算机这种先进的设备进行故障诊断是形势发展的需要和必然趋势。
1.1.3汽车故障诊断技术的发展趋势
高科技的发展,信息化的网络,使得汽车故障诊断技术必将向着智能化、集成化方向发展。
(1)基于神经网络的故障诊断专家系统
神经网络具有较好的容错性,较强的自学习功能、自适应能力,大规模并行处理能力等。
把神经网络应用于诊断专家系统是新一类知识表达体系,在知识获取、并行推理等方面有明显的优越性,解决了传统专家系统在知识获取上的瓶颈问题,提高了诊断系统的智能水平。
(2)基于网络的集成故障诊断专家系统
由于汽车故障诊断实例丰富、诊断信息量大,不确定因素多,因此,探索适合汽车领域的专家系统,集成规则、案例、模糊和神经网络理论,集成推理机制,以网络为框架,以多媒体技术为载体,研究多种诊断模型融合技术必将是发展方向。
集成故障诊断专家系统能自动选择合适的诊断模型,灵活处理诊断知识和应用推理方式,满足内在机理上的融合,避免诊断的冗余问题。
多媒体技术集图形、音像、文本于一体,使诊断系统具有良好的人机界面和交互环境,增加了系统的可靠性,提高了诊断的效率。
通过局域网、因特网实现异地诊断和在线诊断,达到多个专家协同诊断、提高诊断准确性的目的,还可以对汽车诊断人员进行远程培训,在多媒体情境中,使诊断技术易懂好学,提高培训成效,保持诊断技术的先进性
汽车技术的高科技性,对汽车故障诊断技术提出了很高的要求。
智能化、集成化的现代汽车故障诊断技术必将成为汽车检测维修领域的发展方向。
1.2汽车故障诊断专家系统简介
汽车故障诊断专家系统是一种能模拟维修专家的诊断思路进行故障诊断的计算机智能软件程序。
研制专家系统的目的,就是要使计算机在特定领域中起到该领域人类专家应起的作用,设计专家系统的基本思想是使计算机的工作过程竭尽全力地来模拟人类专家解决实际问题的工作过程,也就是模拟人类专家如何运用他的知识与经验来解决所要解决的问题的方法与步骤。
本系统可利用计算机强大的信息处理能力,广泛收集各种车型的技术参数、故障征兆和判断处理程序及维修专家的经验,应用数据库及编程技术,依据汽车故障树建立动态知识库和推理库,利用强大数据库,在计算机提示下,完成诊断和修理工作,友好的人机交互操作界面及多媒体技术,将使诊断维修更为形象、直观。
汽车故障诊断专家系统(FDES)是根据对症状的观察与分析,推断故障所在,并给出排除故障方案的系统。
其实也可以把它定义为一个在某领域内,具有专家级水平的知识处理程序系统。
在结构上它由一个专门领域的知识库与一个能获取和运用知识的机构组成。
专家系统所处理的对象主要是用符号表示的知识和信息,而不仅仅是数据。
其智能行为除了能简单逻辑推理,目标查询之外,主要表现在启发性推理。
专家系统得出结论时,能自己解释“为什么要如此做”,“是如何做的”等问题。
这对判断它给出的结论是否合理或是否正确很有帮助[1]。
1.2.1汽车诊断专家系统的功能与特点
汽车诊断专家系统的功能与特点概括地说就是“由计算机存储的专家知识,按照需要可以调用,即使初学者也能近似地如专家一样进行故障诊断”。
目前,汽车故障诊断专家系统与其他诊断方式相比,具有以下特点:
·车内诊断和非车载诊断主要局限于汽车电器系统,而专家系统可以适用于电器和机械两方面的诊断;
·专家系统能利用车内诊断和非车载诊断的数据和信息,并可以与检测子系统联接,有效地提高了诊断效率和精度;
·专家系统能与信息系统相联,在不断充实知识库的同时,通过改进各诊断系统的相互关系,可以充分发挥专家系统的优点。
现代汽车诊断系统是由检测系统、专家系统和信息系统三部分构成。
各系统的作用和相互关系是为了进行有效的故障诊断,有关故障诊断所必须的信息以及对每个故障现象进行处理后的结果都应该进行存储,以扩充必要的诊断知识。
同时,通过信息系统还可以获得更多的诊断知识。
另外,利用故障诊断设备或装置获得的车辆技术状态及自诊断结果等信息,可以通过专家系统按有效的方式进行组合,因而使诊断系统的智能化和信息化水平得到了十分有效的提高。
以专家系统为核心的现代汽车故障诊断系统的特点是:
通过信息的网络化,沿着故障诊断流程能有效地利用相关的信息,提高了故障诊断和维修作业的正确性;
应用专家系统,即使不是熟练的维修人员也能应用多种信息进行正确的故障诊断;
应用多媒体技术提高了信息的交流速度和诊断工作的效率。
因此,现代诊断系统具有知识库的使用效率高、诊断的适应能力强和信息的检索速度快等性能。
1.2.2研究汽车诊断专家系统的意义
汽车诊断是汽车运用过程的一个重要组成部分,主要是确定在用汽车的技术状况是否正常,找出异常状况的故障原因及其部位。
汽车只有在技术状况正常的情况下,才能可靠运行并充分发挥其性能,保证行驶过程中的安全性、经济性和排放性。
汽车外部状况可以通过目视检查来确定其状态,但在不解体的情况下,对其内部状况的判断却是十分复杂的工作。
如果将汽车的总成或机构通过分解的方式进行检查,不仅费工费时,而且还可能对其可靠性和性能产生不利的影响。
因此,采用汽车诊断技术对汽车技术状进行监测、检查汽车维修质量和判断汽车故障,是十分有效的方法。
汽车诊断工作重点如下:
·对汽车的技术状态进行全面检查,确定汽车技术状况与标准状态相差的程度,从而决定汽车能否适合继续行驶,或采取何种维修措施保持和恢复技术状况;
·确定汽车的具体故障原因和寻找确切故障部位,制定合理的故障排除方案;
·预测汽车技术状态的变化趋势,在掌握汽车技术状况变化规律的前提下,确定适时的诊断周期或实现按需维修模式。
2.Delphi7.0软件简介
DELPHI是著名的Borland公司开发的可视化软件开发工具。
DELPHI被称
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