[发明专利]基于稀疏表示的汽车发动机故障诊断系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车发动机故障诊断技术，具体涉及基于稀疏表示的汽车发动机故障诊断系统和方法。

背景技术

汽车发动机工作过程中发出的声音包含了大量的机械运行信号，当发动机发生故障时，它振动的声音及其频谱便会出现变异和失真。因而通过对发动机发出的声音信号进行分解，使得声音信号中的有用信号与无用信号能够分离，然后提取信号的特征，可以检测到发动机的运行状态，从而对其进行故障诊断。

目前，利用汽车发动机声音信号进行故障诊断的系统主要是基于PC机的，也有部分是基于嵌入式架构的，但整体的结构没有改变，都是从传感器获得发动机声音信号，然后进行处理，无法实现远程故障诊断，而且成本较高，升级和维护困难。

另一方面，已有的故障诊断方法为了获得较高的精度，必须预先建立规模庞大的故障档案数据库以提取判别能力良好的信号特征，在实际应用中既耗费了大量的成本又不方便。而且汽车发动机运动形式复杂多样、激励源多，声音信号的谐波属于非平稳信号，构成极为复杂，实际监测往往引入复杂的背景噪声，造成较强的干扰，传统时域或频域方法难于有效地把握其特点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于稀疏表示的汽车发动机故障诊断系统，该系统能够对来自网络的汽车发动机声音信号进行远程故障诊断，而且数据处理能力强大，工作稳定，成本低，便于维护和升级。

本发明的目的还在于提供由上述基于稀疏表示的汽车发动机故障诊断系统实现汽车发动机故障诊断的方法，该方法将诊断可信的待检信号加入故障档案数据库，从而降低建立故障数据的成本，提高检测效率；并且自适应地选择基函数稀疏表示类间差异信号，获得识别能力强的特征，以提高故障诊断的正确率。

本发明目的通过下述技术方案实现：本基于稀疏表示的汽车发动机故障诊断系统，包括：

用于接收故障诊断终端传来的待检信号并回发诊断结果的网络接口模块；

用于控制和管理数字信号处理(DSP)模块、网络接口模块、数据存储(IDE)模块和输入输出(I/O)模块，接收经网络接口模块传来的待检信号并生成待检信号数据库存入IDE模块，将DSP模块输出的诊断结果存入IDE模块的诊断结果备案数据库的现场可编程逻辑阵列(FPGA)模块；

用于存储发动机声音信号故障档案数据库、待检信号数据库以及诊断结果备案数据库的IDE模块；

从IDE模块中读取待检信号并进行诊断，然后输出诊断结果的DSP模块；

用于提供人机交互的I/O模块；

同时，所述FPGA模块同时与DSP模块、IDE模块、网络接口模块、I/O模块相连接，DSP模块同时与IDE模块连接，所述网络接口模块与故障诊断终端信号连接。

所述DSP模块用于诊断汽车发动机声音信号，包括DSP芯片及相应的DDR2内存、Flash芯片等外围器件，所述Flash芯片用于固化故障诊断算法，DDR2内存用于实现数据的高速运算。

所述网络接口模块采用GSM(GPRS)或有线以太网(10M/100Mbps)等不同通信方式与故障诊断终端信号连接，接收来自网络的汽车发动机声音信号，并且发送诊断结果，完成对远程发动机声音信号采集器的访问和管理。

所述I/O模块包括键盘输入接口、液晶显示输出接口、USB数据导入接口和JATG调试接口，提供人机交互机制以及系统管理、维护和升级。

所述FPGA模块采用ARM9内核或PPC内核，可在内核中移植嵌入式实时操作系统(如μCOS、VxWorks等)。

上述DSP模块、IDE模块、网络接口模块及I/O模块，均通过FPGA实现接口适配。

所述DSP模块包括：

用于对发动机声音信号故障档案数据库中的发动机声音信号进行预处理，以及对待检信号数据库中的待检信号进行预处理的预处理模块；

用于对预处理后的故障档案类间差异信号进行自适应稀疏分解，以选择出最优基函数的稀疏分解模块；

用于计算所述最优基函数与故障档案信号的内积，以提取故障档案特征的故障特征提取模块；

用于利用故障档案特征训练分类算法的分类算法模块；

用于计算所述最优基函数与待检信号的内积，以生成待检信号特征的待检信号特征提取模块；

用于将待检信号特征代入分类算法模块所训练的分类算法，以进行故障诊断的故障诊断模块；

用于依据待检信号特征至分类超平面的距离，设置故障诊断置信度门限，判断诊断结果是否可信的诊断结果分析模块；