汽车故障诊断专家系统关键技术的研究与发展

系的知识，具有自然、清晰的特点。但是当规则库比较大时，匹 配效率不高，求解复杂问题时容易引起知识的“组合爆炸”，同 时不能表示具有结构关系的知识。 ｂ）语义网络式，是通过概念以及语义关系来表达知识的 一种网络图。语义网络能将各种事物有机地联系起来，明确地 描述事物之间的语义关系；同时着重表达了知识间的语义关 系，符合人类联想思维的过程，而且具有信息共享和表达自然 的特点。但是这种知识表示方法对于深层次的判断性知识不 能很好地表达。 ｃ）框架式，是一种表示定性状态的数据结构，可表达知识
转向系统茎季鬟黧警篓纂篙憾取方式
空调系统基于遗传神经嘲络 神经嗣络：案例推理
莉动系统纛磊喜羹萎：笔嚣架式知识表示于一传统方法改进
传动系统要皇再：曼署’ｉ患。‘！要言１誉？人工智能语言 Ｐｒｏｌ醒结合，利ｊ｜Ｊ Ｉｎｔｅｍｅｔ技术
行驶系统产生式规则．框架与树相结合的多知识表示
新技术新理论
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远程技术 传统方法改进
１．１ 图ｌ
几种主要故障诊断方法在不同时期应用研究所占比例
ｂ）从８０年代中期到９０年代后期，这一时期很多汽车制造 厂家进行了专家系统的试制以及实用性评价等工作¨。，并且 许多先进的理论也融合到传统方法中。例如１９８９年美国 Ｖｅｎｋａｔ等人首次将神经网络用于故障诊断中，获得理想的结 果Ｈ３；此后，Ｍａｒｋｏ等人将神经网络引入到汽车控制系统和柴 油发动机的故障诊断中，实现了故障的快速分类ｐ“１；Ｂｒｅｎｎ明 等人运用状态监控和模糊逻辑推理，开发了汽车悬架单元的故 障诊断系统陋’９１；Ｍ．Ｌ．ｓｍｉｆｈ为Ｅａｔｏｎ公司开发了汽车制动系 集成诊断系统¨玑儿。等。但是由于当时主要采用的开发语言为 “ｓｐ和Ｐｒｏｌｏｇ等，使得系统知识库的开发效率低下，系统的扩 展性和编辑性也不理想，专家系统的实用化发展受到了限制。 ｃ）从９０年代后期到现在，这一时期更加注重专家系统的 实用化发展，出现了解决故障诊断问题的专家系统构筑工具 等。同时，随着多媒体、网络以及信息等相关技术的发展，大规
２
专家系统及其实现关键技术
专家系统的基本结构 汽车故障诊断专家系统是指应用人工智能技术，模拟人类
之间的结构关系。但是框架表示法不善于表达过程性知识。 以上是对确定性知识的表示；对于不确定知识，可以用模
２．１
糊数学相关理论对其进行表达。 ３）推理方法 推理方法是专家系统解决具体问题的思维过程，一般由程 序实现。常用的推理方式有基于规则的演绎推理，包括正向推 理、反向推理和正反向混合推理等；还有归纳推理，包括完全归 纳推理和不完全归纳推理等，这些都是关于精确知识的推理。 对于不精确知识推理主要采用概率法、可信度方法、证据论证 法和模糊子集法等。 这些关键技术之间相互联系、相互作用。知识获取技术是 对故障诊断源知识的获取，源知识获取的多少以及获取程度的 大小直接关系到专家系统是否真正发挥作用；而能否将这些源 知识表示成计算机易于识别的方式又是推理机能否正确推理 的基础。因此，对这些关键技术的研究和解决对促进专家系统 的实用化具有积极的现实意义。
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Ｖ“ｎｄｏｗｓ及数据库和多媒体技术
糊技术、多媒体技术与专家系统结合；基于专家知识．毋…。……。
善三彦鎏苎型引擎的故障诊断；基于ＡｓＰ网络的
远穰故障诊断 诊断丛元、产生式规则以及过程的混合知识表示 电器系统神经网络：神经网络与规则相结合 基于Ｂ，Ｓ的远程诊断
远程技术 ～～。 传Байду номын сангаас方法改进 新技术新理论 远程技术 传统方法改进 新技术新理论 新技术新理论
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传统方法改进
识装入知识库。 ２）知识表示 知识表示是关于各种存储知识的数据结构及其对这些结 构的解释过程的结合。传统汽车故障诊断专家系统主要有以 下几种知识表示方法： ａ）产生式，又称规则式表示法，是人工智能中最常用的知 识表示方法。它以过程性知识为中心，通常用来表示有因果关
荔曩桀戮纛骘拿妻纂囊蠢莩篓燃识．新技术新理论
在收集整理大量国内外相关研究文献的基础上针对知识获取方法知识表示方法及推理策略等这些关键技术相应的解决方法进行了分析包括对传统方法的改进如故障规则的自动获取组合的知识表示方法和推理方法的多样化等以及新理论新技术的应用如基于案例的专家系统基于模糊的专家系统基于神经网络的专家系统以及基于行为的专家系统等并提出智能化网络化和集成化是未来故障诊断专家系统的发展方向
表１
诊断部位
生的所有信息以及所需要的原始数据，包括用户输入的信息、 推理的中间结果、推理过程的记录等。
知识Ｔ程师 用户
图２专家系统结构
２．２专家系统的实现关键技术 １）知识获取 知识获取是指如何获得专家的知识和经验的问题，一般知 识获取的方式有如下几种：通过知识工程师与领域专家接触， 在专家的指导下以一种适当的计算机内部表示将知识编入知 识库；通过一种智能的知识获取机制，让专家与专家系统直接 打交道，由智能编辑器直接生成知识库；通过建立一个带有归 纳、类比或其他高级学习功能的知识发现系统，使之通过实例 或实际问题来总结发现出一些尚未被专家掌握或认识到的知
万方数据
・１６３４・
计算机应用研究
第２５卷
模故障诊断专家系统的研制及其应用将再次成为学者和制造 厂家关注的焦点。 １．２国内研究应用状况 我国在汽车故障诊断专家系统方面的研究一直紧跟国外 学术动态，并注重加强对新理论、新方法和新趋势等方面的把 握和研究，取得了一些研究成果。在８０年代末，国内部分高校 和科研机构就开始对汽车故障诊断专家系统进行研究；９０年 代中期后，国内的研究进入快速发展期，部分研究已达到国外 同等水平。同时专家系统的诊断技术也呈现出多样化的特点， 从传统基于规则的诊断专家系统模型发展到基于模糊逻辑、实 例和神经网络技术的诊断专家系统模型，并逐渐向网络化、集 成化的方向发展¨引。其中主要用于发动机相关系统的故障诊 断，对于底盘以及一些相关附属装置的诊断研究也正处于不断 发展的研究阶段。主要研究与应用状况如表ｌ所示。
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专家求解问题的思维过程来进行汽车故障诊断的一种智能化 方法。该方法不仅适用于汽车机械系统的故障诊断，而且也适 用于汽车电器系统的故障诊断；同时，还可以与诊断工具相连 接或与外部软件相结合，提高了诊断效率和准确性。专家系统 的基本结构通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综 合数据库、知识获取六个部分构成¨“。如图２所示。 其中知识获取具有将知识输入到知识库中，并且负责维护 知识的一致性和完整性的功能；知识库用于存放领域专家的各 种与设备有关的知识；推理机利用诊断知识库中的知识进行推 理诊断，从而给出诊断结果；解释程序对求解过程作出说明，并 回答用户的提问；人机接口模块是用户、领域专家或知识工程 师进行交互的平台；综合数据库用于存放系统运行过程中所产
国外研究应用概况 国外汽车专家系统的研究发展大致经历了三个阶段： ａ）从２０世纪７０年代后期到８０年代中期，这一时期各国
汽车行业开始将人工智能应用于汽车故障诊断领域…。例如 １９８２年意大利米兰汽车工业大学首先研制了一个包括汽车发 动机点火系、充电系和起动系在内的汽车电器系统的故障诊断
收稿日期：２００７・０８・Ｏｌ；修回日期：２００７—１１—２８
关键技术相应的解决方法进行了分析，包括对传统方法的改进，如故障规则的自动获取、组合的知识表示方法和 推理方法的多样化等，以及新理论新技术的应用，如基于案例的专家系统、基于模糊的专家系统、基于神经网络
的专家系统以及基于行为的专家系统等，并提出智能化、网络化和集成化是未来故障诊断专家系统的发展方向。
关键词：汽车；故障诊断；专家系统；关键技术
专家系统在汽车故障诊断中的研究与应用
廊用 所属类型 传统方法
利用棚关软件开发设计，如Ｌｉｓｐ．Ｐｍｌｏｇ等 ａ）知识获取和袁示。基于粗集理论的知识自动获取： 扩展产生式规则的知识表示：介了产生式和框架之 间的分类框架的知识表乐 ｂ）推理方法。故障树推理；Ｅ．Ｒ图与故障树推理结 发动机合；双可信度不精确推理 思舭 基于案例推理：Ｂｐ神经网络：模糊理沧、种择网络
中图分类号：啦７３
Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
文献标志码：Ａ
文章编号：１００１－３６９５（２００８）０６—１６３３一０６
ｓｔｕｄｙ
ａｎｄ ｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｅｘｐｅｒｔ ｓｙｓｔｅｍ
Ｊｉａｎｇ．ｗｅｉ２，ＱＩＡＮＧ’ｎａＩｌ－ｇａｎ９１，ＨＡＮ
作者简介：张丽莉（１９７７．），女，黑龙江五常人，博士研究生，主要研究方向为智能化汽车故障诊断方法与技术（ｚｈ８Ｉｌｇｕ７７０７＠ｙａｌｌｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ）； 储江伟（１９６２．），男，江苏宜兴人，教授，博导，主要研究方向为智能车辆与智能维修系统；强添刚（１９６８．），男，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士研究 生，主要研究方向为载运工具运用工程；韩太明（１９６８一），男，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士研究生，主要研究方向为载运工具运用工程．
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ａｎｄ ｉｎｆｂｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｐｐｌｙｉｎｇ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ－ｂａｓｅ
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ｍｏｂｉｌｅ ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：
ｅｘｐｅｒｔ ｓｙｓｔｅｍ．
ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；
ｆａｕｌｔ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ；
ｅｘｐｅｒｔ
专家系统‘引。
１
国内外研究发展与应用概况
目前，汽车故障诊断领域涌现出很多的方法，其中依据诊
断的流程可分为经验仪表诊断法（利用专家的经验或借助仪 表进行诊断）、专家系统诊断法（将专家的经验以计算机程序 的形式进行表达。是一种智能化的诊断方法）、基于特征状态 识别的方法（通过提取故障信号进行分析和识别）、车载自诊 断方法（主要用于汽车电控系统的故障诊断）以及近几年来发 展的集成化和网络化故障诊断方法等。本文以汽车故障诊断 为检索词，在中文期刊网上进行检索，对从１９９４年至今的３００ 多篇相关研究文献的内容进行归纳整理和分析，得出各种诊断 方法在不同时期研究论文的数量比例统计结果，如图１所示。 从图中可见，专家系统故障诊断方法一直在汽车故障诊断研究 领域占有比较高的比例，已经成为目前广泛研究并不断推广应 用的汽车故障诊断方法之一。
万方数据
第６期
张丽莉，等：汽车故障诊断专家系统关键技术的研究与发展
・１６３５・
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Ｂａｓｅｄ
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第２５卷第６期 ２００８年６月
计算机应用研究
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｖ０１．２５ Ｎｏ．６
ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ
Ｊｕｎ．２００８
汽车故障诊断专家系统关键技术的研究与发展
张丽莉１，储江伟２，强添刚１，韩大明１
（１．东北林业大学交通学院，哈尔滨１５００４０；２．吉林大学交通学院，长春１３００２５） 摘要：在收集整理大量国内外相关研究文献的基础上，针对知识获取方法、知识表示方法及推理策略等这些