贺平平

三门峡职业技术学院,河南三门峡472000

基于联合故障树的农机车辆制动系统故障诊断专家系统设计

贺平平

三门峡职业技术学院,河南三门峡472000

为解决农机车辆制动系统故障诊断过程难度大，效率低问题，运用小波包理论方法对农机车辆制动系统故障诊断专家系统进行设计，最后通过模糊计算方法对系统故障树模型进行定量分析。分析结果表明，通过将改进后的数据采集分析流程与改进后系统内核推理机算法进行联合，最终建立农机车辆制动系统故障诊断专家系统，为农机车辆制动系统的故障诊断研究开辟了新的途径，具有一定工程实际运用价值。

制动系统;故障诊断;故障树;专家系统

目前农机车辆正朝着大吨位，大承载方向发展，详见图1，制动系统作为农机车辆重要的核心部件，对车辆行驶安全性起到了至关重要的作用，然而如何能够快速准确地对故障车辆制动系统进行故障诊断并提出解决方案成为各大整车厂商日益关注的问题。目前大量学者均对故障诊断系统进行了大量研究，靳哲峰[1]、赵德安[2]以齿轮箱和水产养殖监控系统为载体研究故障诊断神经网络模型和各种信号处理技术在应用过程的可行性，黄洪钟[3]、段荣行[4]分别提出了基于模糊方法和动态故障树的分析理论；陶勇剑[5]对传统故障诊断方法进行改良，提高了诊断效果。本文以全液压式农机车辆制动系统为研究对象，运用小波包理论方法对农机车辆制动系统故障诊断专家系统进行设计，最后通过模糊计算方法对系统故障树模型进行定量分析。

图1 农机车辆杆模型图Fig.1Agricultural vehicles model

1 制动系统故障诊断专家系统理论研究

小波在时频域上变换为：

空间L2被分解为子空间Wj的直和：

2 农机车辆制动系统故障诊断专家系统设计

农机车辆制动系统故障诊断专家系统是一个基于小波分析的计算机程序，它通过收集生产过程信息以及专家故障诊断知识通过一系列复杂推理过程，方便快捷的解决一些传统意义上需要大量专家会商才能解决的故障问题。如图2所示本文提出的故障诊断专家系统的总体结构主要由数据库、知识库、推理机、自学习机制、解释机制以及人机操作界面组成。

图2 专家系统总体结构Fig.2 Total structure of expert system

图3 农机车辆全液压制动系统Fig.3 Brake system of agricultural vehicles

对于系统中的解释机制，构建农机车辆制动系统故障诊断专家系统首要解决的问题是知识的获取，建立解释机制，尽可能准确的将所有的故障都写进专家系统。由以上建立的故障树为基础，以及分析出的最小割集，进行该专家系统知识库的构建能使计算机的工作过程竭尽全力模拟专家的解释过程，具有很高的效率和实用性。解释机制建立有如下步骤：

第一步，建立故障征兆集；针对上述所建立的故障树，提取农机车辆制动系统所有能发生的故障征兆，建立可能性征兆集：，其中分别为对应故障树的中间节点。

第二步，建立故障征兆与其隶属度值之间的映射；农机车辆制动系统在运行过程中，各设备的运行状祝是由无故障运行到带故障运行的一个渐变的过程。

第三步，建立故障原因；由故障树分析在每个子系统中，分析出导致现有故障征兆的所有可能原因，建立各子系统的故障原因集。农机车辆制动系统运行时，导致其发生故障征兆产生的可能原因由故障树分析及对应故障树的最小割集组成。

本文以某型农机车辆全液压制动系统制动性能下降为顶事件，以油源部分、控制油路部分、设计制造安装部分问题等为中间事件。具体系统回路如图3所示。通过将系统故障树进行原理分析，将故障原因归类、划分，最后得到引起故障的基本原因，最终得如图4所示的故障树，图4中各代码意义可具体如表1所示。

图4 农机车辆全液压制动系统故障树Fig.4 The engineering vehicle hydraulic brake system fault tree

运用Visual Basic方法开发农机车辆制动系统故障诊断专家系统，以Access为工具建立专家系统数据库，系统通过OLE DB实现与Access数据库之间的连接与通信。具体人机操作界面如图5所示，图6为制动系统故障诊断系统对话框。

图5 农机车辆全液压制动系统故障诊断系统人机操作界面Fig.5 Man-machine operation interface of agricultural vehicle hydraulic braking system fault diagnosis system

图6 制动系统故障诊断系统对话框Fig.6 Dialogue box of brake system fault diagnosis system

本文提出故障树与专家推理相融合的方法，并将其应用到农机车辆制动系统故障诊断中，系统为具有故障诊断和主动预测的专家系统，提高了农机车辆制动系统故障诊断自动化与智能化水平，该专家系统较好的克服了传统专家系统的局限，具有较强的针对性。得到农机车辆液压制动系统产生故障的频率FT1的λ集为：；当λ=0时系统故障概率为[0.306，0.372]，为后续故障诊断及预测提供了一定的参考依据。

3 结论

以上将全液压式农机车辆制动系统为研究对象，运用小波包理论方法对农机车辆制动系统故障诊断专家系统进行设计，最后通过模糊计算方法对系统故障树模型进行定量分析。

分析结果表明，通过将改进后的数据采集分析流程与改进后系统内核推理机算法进行联合，最终建立了农机车辆制动系统故障诊断专家系统，为农机车辆制动系统的故障诊断研究开辟了新的途径，具有一定工程实际运用价值。

[1]靳哲峰,陈文华,潘晓东,等.船用齿轮箱的模糊可靠性故障树分析[J].农业机械学报,2003,34(1):145-148

[2]赵德安,刘星桥,潘天红,等.故障树分析在水产养殖监控系统可靠性设计中的应用[J].农业工程学报,2003,19(4):249-253

[3]黄洪钟.机械系统故障树分析的一种新的模糊方法[J].机械科学与设计,1994(1):1-6

[4]段荣行,董德存,赵时旻.采用动态故障树分析诊断系统故障的信息融合法[J].同济大学学报(自然科学版),2011,39(11):1699-1703

[5]陶勇剑,董德存,任鹏.采用故障树分析诊断系统故障的改进方法[J].哈尔滨工业大学学报,2010,42(1):143-145

Design ofAn Expert System for Fault Diagnosis ofAgricultural Vehicles Braking System Based on Union Fault Tree

HE Ping-ping
Sanmenxia Polytechnic,Sanmenxia 472000,China

To solve the problems of agricultural vehicle braking system fault diagnosis process exists diagnosis is difficult, low efficiency,the wavelet packet theory approach to agricultural vehicle brake system fault diagnosis expert system design were used,and finally through the fuzzy calculation method for system fault tree model for quantitative was analyzed.The results show that through union improved data acquisition analysis processes and improved system kernel inference algorithms,the eventual establishment of a agricultural vehicle brake system fault diagnosis expert system for fault diagnosis of vehicle braking systems agricultural has opened up new approach,the system has a certain practical application engineering.

Brake system;fault diagnosis;fault tree;expert system

TH17

A

1000-2324(2015)03-0422-03

2013-05-11

2013-05-20

贺平平(1981-),女,河南陕县人,硕士,讲师.研究方向:机械设计制造及其自动化.E-mail:49765499@qq.com