汽车发动机故障诊断专家系统设计

摘 要：基于汽车发动机系统结构日益复杂、故障诊断困难的问题，本文提出了基于规则和故障树分析方法的汽车发动机故障诊断专家系统设计方案，并介绍了该系统的结构和实现方法。

关键词：发动机 故障诊断 专家系统

中图分类号：U472.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（c）-0078-01

随着电子控制装置在汽车工业中的广泛运用，汽车发动机的结构有较大的改变，其技术也日趋复杂。汽车零部件多、相关影响大，故障形式多样，对汽车发动机进行故障诊断，尤其是一些疑难故障，依靠传统手段来判断故障的诊断方法已显示出较大的局限性，导致故障定位不准，维修时间较长，故采用汽车发动机故障诊断以提高快速性、经济性和可靠性就成了越来越迫切的需求。而人工智能及计算机技术的发展也为汽车故障诊断技术的发展奠定了基础，国内外对汽车故障诊断专家系统进行了大量的研究，通过这些系统的试运行和实车应用，一些诊断专家系统已经走向成熟和实用化。

1 系统的总体设计

发动机故障诊断专家系统是人工智能在故障诊断领域的应用，是一种具有一定判断能力和专家知识水平的智能计算机程序系统。该系统需要有高效的推理策略和知识获取手段以及完善的数据库。本文运用系统理论对汽车发动机的结构与故障类型进行全面分析，提出了诊断专家系统的总体设计方案。其总体结构方框图如图1所示。系统主要由人机界面、知识库、推理诊断模块、解释模块和查询打印模块等几个基本部分组成。

知识库是专家系统的重要的组成部分，知识库的质量好坏直接影响专家系统的质量好坏。知识库由基于发动机基础原理和理论以及直接和间接经验积累的专门知识组成。推理诊断模块按照一定的控制策略对当前出现的故障现象在知识库中进行识别或选取，得出相应的产生该故障的原因及其处理方法。解释模块专门负责向用户解释专家系统的行为的和结果。

2 发动机故障诊断专家系统的实现

2.1 知识库的获取和建立

知识库是整个专家系统的数据源。其目的在于大量的专家经验表示成知识，使专家系统程序能够利用这些知识进行正确的推理和决策，较快地解决问题。发动机故障诊断所需要的专业知识可以从相关资料中得到，还可以同长期从事该专业领域的专家们的经验以及专家们以往处理问题的实例中抽取专家知识，从而选择合适的形式把整理好的专家知识存入知识库中。本文知识表示方法，采用基于规则的产生式表示法。该方法具有模块性强、通用性强和自然性强等特点。以“IF…，THEN…”的格式表示，接近于人的自然推理方式，易于理解。

例如：规则1：IF发动机怠速过低，and进气管路真空度异常。

THEN检查进气管路。

2.2 建立故障树

故障诊断的树状流程图是故障因果逻辑关系的图形表示，它由顶端事件、中间事件和底端事件等组成。用相应的符号代表这些事件，再用适当的逻辑门把顶端事件、中间事件和底端事件连成树形图。该图形是对专家真实诊断过程的抽象模拟，体现了故障现象和故障原因之间的因果逻辑关系。实际上就是把所研究系统得最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，然后寻找直接导致这一故障发生的全部因素，再找出造成下一级事件发生的全部直接因素，以致追查到那些原始的、勿须再深究的因素为止。

2.3 推理诊断模块设计

推理诊断模块在进行推理时，利用数据库中的信息和知识库中的知识，按照专家诊断发动机故障的推理策略去解决遇到的问题。本系统通过人机界面获取故障现象并将其读入寄存器中，系统采用问诊的方式询问规则中的条件，通过这些故障现象和满足的条件搜索出相关的故障树进行推理。根据故障树从树根到树叶的确定性选择推理过程，直到不能再运算为止。逐步引导用户完成故障诊断。

2.4 人机界面的实现

系统利用VC++开发汽车发动机人机界面，从而实现故障的诊断和查询。用户利用人机交互界面通过对话的形式在系统推理过程中提出问题；系统最终给出诊断结果并提供维修建议。系统的用户人机界面包括故障诊断界面、知识库维护界面、历史记录查询打印界面以及知识学习界面等。

3 结论

本文提出了一种汽车发动机故障诊断专家系统的设计方案。采用基于规则的产生式知识表达方式来表达故障诊断知识，采用ACCESS数据库构建专家系统的知识库，利用VC++编制人机界面，为高效快速的发动机故障推理与诊断奠定了基础。

参考文献

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