基于故障树的汽车故障诊断专家系统的设计

摘要

本文介绍了汽车故障诊断专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

The paper introduces Automobile Fault Diagnosis Expert System of basic structure and development of basic methods. Discusses the software of Automobile Fault Diagnosis Expert System 's research meaning and the difficulty in the design. Aiming at the complexity characteristic of the fault ,simulating the way that experienced diagnosis maintenance of expert thinking, using Delphi7, established friendly human-machine interface. According to the principle structure data of the computer , adopt the fault tree's data structure and relation theories of database to accomplish the representation of knowledge, and realized the uncertainty of knowledge base for fault diagnosis and reasoning machine. The user could find fault convenient, fast and accurately through the man-machine dialogue form , greatly improve the automobile industry's efficiency and the automobile's service life.

Key words：automobile fault diagnosis expert system

1 绪论 ................................................................ - 1 -

1.1 汽车故障诊断技术的发展趋势..................................... - 1 -

1.1.1 国外发展概况 ............................................. - 1 -

1.1.2 国内发展概况 ............................................. - 1 -

1.1.3 汽车故障诊断技术的发展趋势 ............................... - 2 -

1.2 汽车故障诊断专家系统简介....................................... - 3 -

1.2.1 汽车诊断专家系统的功能与特点 ............................. - 3 -

1.2.2 研究汽车诊断专家系统的意义 ............................... - 4 -

2. delphi7.0软件简介.................................................. - 5 -

3. 汽车系统的故障分析 ................................................. - 8 -

3.1 汽车故障的产生................................................. - 8 -

3.2 汽车故障的特点................................................. - 9 -

3.3 本章小结....................................................... - 9 -

4. 汽车故障诊断专家系统设计与开发 .................................... - 10 -

4.1 汽车故障诊断专家系统的一般结构................................ - 10 -

4.2 基于Delphi的汽车故障诊断专家系统的特点....................... - 10 -

4.3 故障诊断专家系统各模块的建立.................................. - 11 -

4.3.1 故障诊断模块 ............................................ - 11 -

4.3.2 故障诊断知识库的建立 .................................... - 17 -

4.3.3 知识库的基本管理 ........................................ - 18 -

4.3.4 知识库检索模块 .......................................... - 22 -

4.3.5 推理机制 ................................................ - 24 -

4.4 结论.......................................................... - 24 -

5. 总结和展望 ........................................................ - 25 -

5.1 总结.......................................................... - 25 -

5.2 展望.......................................................... - 25 -

6. 致谢 .............................................................. - 27 -

7. 参考文献 .......................................................... - 28 -

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