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1、汽车电控系统在线故障诊断方法的研究汽车电控系统在线故障诊断方法的研究摘要摘要本文简要阐述了汽车电控系统故障诊断的基本原理，针对汽车电控系统故障诊断的特殊性和复杂性及在诊断中获得的具有随机性、模糊性和突变性等特征的信息种类和庞大的信息，阐述了将信息融合技术引入到汽车电控系统故障诊断领域的必要性。阐述了信息融合技术的基本原理，概括了信息融合的结构形式，给出了诊断融合的一般框架。重点研究了信息融合的方法，着重分析了Dempster-Shafer证据推理的故障识别框架、mass函数的确定、证据合成、诊断决策规则建立等内容，这些研究为信息融合应用于汽车电控系统故障诊断领域提供了理论依据和算法基础。另外，
2、在熟悉ABS基本组成、工作原理、布置方案和控制方法的基础上，运用PIC单片机进行了制动防抱死系统(ABS)故障诊断系统的设计:包括故障诊断的硬件电路设计和软件开发。此故障诊断系统己初步实现了它所预设的所有功能并在实际中得到了验证。关键词关键词:汽车电控系统信息融合mass函数制动防抱死系统故障诊断第一章绪论第一章绪论1. 1汽车电控系统故障诊断简介1.1.1汽车电控系统故障诊断技术的发展在汽车电子控制系统的控制器中，故障自诊断功能也就是平常所说的随车诊断(On-board diagnostic) 1，可自诊断系统故障，将故障码存入储存器中，通过通讯口进行输出。借助于安装在仪表板上的故障指示灯或
3、专用的故障诊断仪，可方便地读出电子控制系统的工作状态和发生故障的部位。近年来，随着汽车电子技术的飞速发展，系统自诊断功能日益增强，专用的故障诊断仪的功能也变得越来越强大。电控系统的故障诊断技术的发展可分为以下三个阶段2：(1)第一阶段(70年代一80年代初)由于被诊断的电子控制系统的结构简单，故障种类也很少，故障码也简单，所用的故障诊断仪也较为简单。它除了可以读取故障码之外，还可以监视汽车的运行状态，清除故障码和获取少量的诊断数据。美国福特公司的STAR (Self-Test Automatic Reader)适用于1978年的EEC-1, 1979年的EEC-11, 1980年一1984年的
4、EEC-III发动机控制单元和底盘控制单元，维修人员可以通过它读取ECU内的故障代码。当时的“Scanner“故障诊断仪，用于1981年通用公司的电控发动机模块ECM和1985年的底盘控制模块BCM的故障诊断，除了可以读取故障代码之外，它还可以显示少量数据。(2)第二阶段(80年代初一80年代末)为了适应增强的随车诊断系统故障诊断功能，出现了功能更为强大故障诊断仪。故障诊断仪配有探头，可以检测汽车的电子电路和电子器件，还可以与ECU的随车诊断系统进行交互式通讯，从而获得更多的汽车或发动机的运行信息，并能通过故障诊断仪控制汽车和发动机部件的工作和设定其运行状态。具有代表性的是通用汽车公司的故障诊
5、断仪“TECH “。车上各子控制系统之间通过通讯线连接在一起，故障诊断仪可以通过数据连接线(AssemblyLine Data Link)与发动机管理系统通讯，检测各系统的故障。(3)第三阶段(80年代末到现在)故障诊断技术向智能化和信息化方向发展是该阶段的特点。维修手册和诊。断手册等被有效的组织成“智能化”的电子文档，存储于诊断系统内。维修人员在专家故障诊断系统上，可以方便地查询所需的资料，得到检测故障的步骤和排除故障的方法。如福特公司1985年的在线汽车维修信息系统OASIS(On-Line Automotive Maintenance System)和通用汽车公司1986年的汽车维修计算
6、机系统CAMS (Computerized Automotive Maintenance System)，维修终端和维修主机连接，能通讯交换维修信息。此后不久，美国通用公司又成功研制了内然一一电力机车故障排除和修理咨询专家系统DELTA(又名CATS-1)o 80年代末，90年代初，日本日产汽车公司开发了所谓的随车和离车汽车发动机故障诊断专家系统。预计未来汽车故障诊断技术将在以下几个方面进一步发展3.采用汽车局部网(VAN/CAN)对各子系统模块进行管理的技术将会得到推广应用。提高子系统的智能化，由专用的诊断模块对子系统进行监控，提供故障信息和故障发生部位。外部诊断设备可采用汽车局部网直接对子
7、系统故障进行诊断和测试。增强随车诊断系统对汽车运行状态的监视功能，采用大容量存储器实时记录车辆运行状态，提高随车诊断系统对突发性的故障处理，预测突发性故障的发生。随车诊断和离线诊断系统的结合，包括分工、通讯协议及标准化规范的完善，故障诊断和容错控制的结合。加强诊断技术的研究，将一些新技术应用于汽车故障诊断。例如规则系统或专家系统的知识数据库，神经网络和模式识别技术及动态模型技术等。1. 1.2汽车电控系统故障诊断方式(1)采用专用检测仪诊断70年代末，首先出现了专用检测仪，通过这种仪器，技术人员可以观测控制系统的输入输出，有助于了解控制系统的工作过程，并可对系统的工作状态做出判断。这要求操作人
8、员掌握控制系统的机理和标准的确定，技术水平要求高，应用受到限制。(2)随车诊断为了克服专用检测仪的缺陷，80年代初出现了随车诊断系统。随车诊断是指利用车载计算机对电控系统各部件进行检测，记录或显示检测结果的诊断方法。它具有一系列功能如:有严重故障时向驾驶员报警，存储和显示故障代码，采取应急措施，使系统维持在一定水平下运行等。(3)车外诊断为了扩展诊断信息和诊断功能，80年代中后期开始研究多功能车外诊断仪。车外诊断是指利用仪器对电控系统进行检测和诊断，与随车诊断的及时特点相比，主演特点是功能齐备。只有把两者有机地结合起来，相互补充，才能满足维修的需要。(4)集成诊断随着汽车电子技术的应用和发展，
9、汽车电控系统日趋复杂，传统的诊断方法和诊断设备在诊断精度、使用方便性和适应性方面难以满足用户要求。而计算机信息处理技术和人工智能技术为汽车诊断技术的进一步发展创造了有利条件。汽车集成诊断适应时代的发展，通过诊断手段的有机结合，集多种诊断功能于一体，提高了诊断精度和效率。它的内容包括诊断功能的集成、基于整车的诊断、故障诊断专家系统与故障电子信息检索技术、诊断网络等。1. 1. 3汽车电控系统的诊断标准汽车故障诊断标准的发展经历了各自为政到统一的过程，到90年代才逐渐形成了世界汽车工业界广泛认同的标准。当前公认的标准是OBD-11，其含义是第2代随车诊断标准。1994年美国汽车工程协会(SAE)在
10、第1代随车诊断的标准的基础上，统一了故障代码和软硬件结构，制定了第2代随车诊断标准OBD-II。出于SAE在世界工业领域的权威地位，它很快被汽车各大公司所接受，成为世界汽车工业的标准。它有如下特点4(1)采用统一的16端子诊断座，并统一安装在驾驶室仪表盘下方。(2)采用统一含义的故障代码。(3)具有数据通讯传输和分析功能DLC (Data Link Connecter)，又分ISO欧洲统一标准和SAE美国统一标准两种。(4)具有行车记录功能，可以获得故障车辆行使过程中的有关数据资料，通过与数据资料对比，可很快分析出故障的原因。(5)具有利用仪器读取和消除故障代码的功能。(6)具有记忆和重新显示
11、故障代码的功能。随着汽车系统的不断复杂化，故障诊断应用越来越广泛，要求也越来越高，理想的诊断系统应具备以下几个特点s7,(1)高度的实时性，出于汽车安全性的要求，诊断算法一般都是嵌入控制软件中，当故障出现时应及时输出。(2)自动化诊断，即诊断过程的进行是自动完成的，只是在出现故障时给出报警和存储故障代码，不要使用者的干预。(3)对环境、载荷、使用时间及使用人员有良好的适应性。(4)良好的人一机和机一机界面。(5)具有低的误报率(包括虚报和漏报)。1.2汽车制动防抱死系统(ASS)简介1. 2. 1 ASS的历史、现状及发展趋势防抱制动系统(Anti-lock Braking System)是一
12、种在制动时能自动调节管路压力，使车轮不致抱死，从而避免汽车后轮侧滑和前轮丧失转向能力，以提高汽车行驶稳定性和制动安全性，并最大程度地利用地面附着力的制动力调节系统。ABS的历史可以追溯到本世纪初，早在1928年制动防抱死理论就被提出。ABS最早并不是应用于汽车上，而是应用于火车上的。因为铁路机车如果制动强度过大，车轮就会抱死并在铁轨上滑行，造成车轮外圆上磨出一些小平面，使车轮在旋转时产生噪声和振动1“. 1936年德国RobertBosch公司取得了ABS专利权，Bosch公司所提出的ABS设计方案是ABS系统由装在车轮上的磁电式转速传感器和控制制动液压的电磁阀所组成，系统根据磁电传感器获得的
13、车轮转速信号判断车轮是否抱死，再根据判断的结果去调整制动液压力来改变车轮的运动状态。Bosch公司的这一专利被认为是ABS系统形成中的的一个里程碑，其工作原理一直被沿用至今。ABS的实际应用于1943年美国的Westinghouse Air Brake公司开发的铁路机车专用ABS装置，它被批量应用于火车上的方抱控制系统。与此同时，飞机的发展进一步推动了ABS的发展，由于喷气式飞机的出现，使得飞机的重量和飞行速度大大提高，但也造成了飞机在着陆时由于制动强度过达而产生抱死，使轮胎磨损严重，并有破裂的危险。若跑道上结冰，还会出现飞机侧滑或机体旋转等危险工况。ABS成功地运用于飞机上，防止了这些危险现
14、象的发生。1948年，Hydro Air公司生产的ABS装置被用于美国Boeing公司生产的B-47飞机上。在汽车上首先采用ABS系统装置的是美国的Ford汽车公司。1954年美国Ford公司在Lincon牌轿车上装用法国航空公司的ABS装置. 1957年美国Ford公司与Kelsey Hayes公司开始联合开发ABS. 1958年Durlop公司开发出了应用于载货车的Maxart ABS. 50年代到70年代这一时期开发出的ABS装置，传感器部分使用磁电传感器测量轮速，控制部分主要是机械式的，系统相对简单，只有在特定的车辆参数和工况下才有显著的防抱死效果。若要提高防抱制动效果，就必须增加机械
15、系统的复杂性和体积，这同时减小了系统的稳定性和经济性。随着70年代中期大规模集成电路的应用，ABS控制器开始使用集成电路，大大减小了控制器元件的数目和控制器的体积，同时也增加了系统的可靠性。但控制功能的实现是依靠由硬件构成的逻辑电路，这决定了控制器不可能实现复杂的控制逻辑。这一阶段所研制出来的ABS系统无论在控制效果、可靠性还是价格上都无法达到实用化的程度，这也是由当时的电子、计算机技术和控制理论、车辆理论的发展水平所决定的。1978年ABS有T突破性进展。德国Bosch公司和Mercedes Benz公司合作开发出三通道四轮带有数字式控制器的ABS系统，并批量装于Benz轿车上。随着微电子技
16、术、计算机技术的发展、单片机和个人计算机的迅速发展和普便应用，使得对ABS系统的研究手段和研究设备都有了巨大的变化。同时，ABS法规在欧美各国已普遍制定并不断发展，ABS系统开始进入了一个成熟和不断更新发展的时期。在美国，新车的ABS装车率已达到100%。在发展的过程中，ABS体积和重量变得更小、更轻，控制和诊断功能不断加强。液压ABS系统己将控制器与控制阀集成为一体，可以作为一个附加系统添加到常规制动系统中去。ABS系统除朝着集成化、低价格、大批量的方向发展外，还在原有的系统上进行了扩展。80年中后期，发展了ASR驱动防滑控制系统(取自德语Antriebsschiupf Regelung )，使汽车在驱动时能最大限度地利用地面能提供的驱动力。由于ASR系统和ABS系统使用相同的传感器信号和控制量，仅仅在控制方法上不同，可以在原ABS系统上增加相应的控制程序和控制部件，便可实现ASR功能，这样使得系统的性价比大大提高。近些年来还出现了EBS电子制动控制系统，它除了ABS/ASR功能外，还能独立控制各个车轮的制动力。除EBS外，还出现了VDC车辆动力学控制系统
