（车辆工程专业论文）基于小波免疫的车辆在线检测方法及其应用技术研究.pdf

浙江大学博七学位论文：基于小波免疫的车辆在线拎铡方法及其应用技术研究 摘要 本文依托于为国内数家知名企业研发驱动桥综合性能试验机的课题，将人工免 疫系统引入到车辆在线检测中，建立了两类车辆在线检测模型，并根据两类模型 的不同要求提出了两种基于小波免疫机理的车辆在线检测方法。该方法具有实时 性好、检测准确率高、智能化程度高以及鲁捧性好等特点，弥补了目前几种检测 方法的一些不足。本文中结合课题的需要，将该在线检测方法应用到了驱动桥在 线检测中，以检测驱动桥在出厂前是否存在质量问题，把好出厂质量关。工程应 用表明该套检测方法具有很高的实用性。全文共分七章，主要内容如下： 第一章首先阐述了所研究课题的选题意义。介绍了车辆检测技术国内外的发展 现状。简要介绍了本文中将被应用到车辆在线检测技术中的人工免疫系统的研究、 发展现状以及本论文的课题背景。最后给出了本论文的主要研究内容和章节安排。 第二章简单介绍了有关小波的一些基本知识，并给出了基于最优小波包基准则 选取的基本原理；提出了一种在最优小波包基的基础上利用模极大值法进行消噪 的方法。本文还给出了根据所研究信号的特征不同，利用小波( 包) 进行特征提 取的方法，用于本文所研究的两类车辆在线检测方法中，给出了相应的算法。 第三章首先简要介绍了人体免疫系统的一些基本概念和其工作机理，并与人工 神经网络进行了比较。介绍了几种重要的人工免疫系统模型，建立了一般人工免 疫系统模型框架。介绍了几种重要的免疫算法，给出了一般免疫算法实现的基本 步骤。分析了人工免疫系统在车辆在线检测中的应用潜力，将人工免疫系统理论 引入到车辆在线检测中，建立了两类车辆在线检测问题模型，并分析了车辆在线 检测中几种常见的故障现象。 第四章分析了免疫系统阴性选择机理及已有的阴性选择算法。结合车辆在线检 测背景，提出了一种改进型阴性选择算法。在理论研究的基础上，以车辆上的差 速器为典型的应用，使用正常差速器不同工况下的数据生成算法中的自体抗体空 间，对几种不同类型故障的差速器进行检测，并与使用r b f 方法得到的结果进行 了比较，结果表明该匹配算法速度快、准确度较高、鲁棒性好，验证了该算法的 可行性。 第五章介绍了人体抵抗病原体及发生自身免疫应答的免疫机理。提出了一种适 用于故障检测诊断的疫苗算法。这套算法有效地解决了当前故障诊断方法中一些 很难解决的问题，实现了边检测边学习，不断地动态调整整个检测系统。通过对 典型对象车辆差速器检测的试验及与r b f 方法得到的结果进行对比，验证了 v 该疫苗算法的有效性。 第六章结合本文所依托课题的研究对象为汽车驱动桥，将基于小波免疫的车辆 在线检测方法应用于驱动桥在线检测上，通过采集驱动桥振动噪声信号判断被测 驱动桥是否存在质量问题。在进行检测前首先需要明确驱动桥的振动噪声特性才 能根据其特性应用本文所研究的在线检测方法进行检测。因此本章首先从理论上 分析了主减速器主从动锥齿轮的齿侧间隙以及动态耦合等对齿轮振动噪声在频域 上的影响，给出了轴承的各种可能的振动频率计算公式。分析了驱动桥振动噪声 的特性，指出驱动桥的振动噪声是非稳态、非高斯分布的信号。通过试验研究分 析了驱动桥噪声的功率及其频谱结构，确定了驱动桥噪声的主要辐射部位，给出 了驱动桥振动和噪声之间的关系，指出了驱动桥和试验机本身的共振频率对驱动 桥噪声产生的影响。从试验结果的分析给出了驱动桥噪声产生的原因。通过对驱 动桥振动噪声特性的研究为应用基于小波免疫的在线检测方法进行驱动桥在线检 测提供了基础知识的支撑。然后简单介绍了课题组研发的驱动桥综合性能试验机 装置，分析了驱动桥综合性能试验机数据采集系统的数据采集精度误差来源。将 基于小波免疫的车辆在线检测方法应用于驱动桥在线检测系统，编制了驱动桥异 响识别程序，通过试验分析了常见的几种驱动桥异响故障在该在线检测系统的表 现特性。 第七章对全文进行了总结，并对以后的研究做出了展望。 关键词：人工免疫系统，免疫算法，小波分析，特征提取，信号消噪，车辆在线 检测，故障诊断，驱动桥，异响识别 浙江大学博十学位论文：摹于小被免疫的车辆存线拎铡方法及其府用技术研究 a b s t r a c t d e p e n d i n go nt h ed e s i g no f d r i v ea x l e sc o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c et e s t i n gb e n c h p r o j e c tf o rs e v e r a ld o m e s t i cf a m o u se n t e r p r i s e s ，t h ea r t i f i c i a li m m u n es y s t e mi su s e do n v e h i c l eo n l i n et e s t i n g t w ov e h i c l eo n l i n et e s t i n gm o d e l sa r es e tu p a c c o r d i n gt ot h e d i f f e r e n tr e q u e s t so f t h et w om o d e l s ，t w ov e h i c l eo n l i n et e s t i n ga l g o r i t h m sa r cp r e s e n t e d b a s e do nw a v e l e ta n di m m u n em e c h a n i s m t h ea l g o r i t h m sa r er e a l t i m e ，h i g h e rc o r r e c t , m o r ei n t e l l i g e n ta n dr o b u s t t h ea l g o r i t h m sh a v es o m eu n i q u ef e a t u r e sd i f f e r e n tf r o m o t h e ra l g o r i t h m s n l ea l g o r i t h m sa r eu s e di nd r i v ea x l eo n l i n et e s t i n gt od e c i d ew h e t h e r t h ed r i v ea x l e sh a v ef a u l t s 1 n h ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o ns h o w st h a tt h ea l g o r i t h m sh a v e h i g h e rp r a c t i c a b i l i t y t h e r ea r es e v e nc h a p t e r si nt h ed i s s e r t a t i o n i nc h a p t e r1 t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h es i g n i f i c a n c eo ft h ep r o j e c tf n 魁l y t h e c u 玎e 】眦d e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fv e h i c l et e s t i n gi nd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lc o u n t r i e s i si n t r o d u c e d t h ed e v e l o p i n gc o n d i t i o n so fa r t i f i c i a li m m u n es y s t e ma n dt h e b a c k g r o u n do ft h e i rr e s e a r c hw o r ka r ea l s op r o p o s e db r i e f l y f i n a l l yi nt h ec h a p t e r , t h e d i s s e r t a t i o nc o n t e n t sa n dc h a p t e r sa r r a n g e m e n ta r cg i v e n i nc h a p t e r2 t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e ss o m eb a s i ct h e o r i e so fw a v e l e t a n d d i s s o u s s e st h eb a s i cp r i n c i p l eo f s e l e c t i o nc r i t e r i o nb a s e do nt h eb e s tw a v e l e tp a c k a g e a n e wd e n o i s em e t h o du s i n gm o d u l u sm a x i m u mb a s e do nb e s tw a v e l e tp a c k a g ei s a d o p t e d t h ed i s s e r t a t i o na l s op u t sf o r w a r dt h ef e a t u r ee x t r a c t i o nm e t h o d su s i n gw a v e l e t o rw a v e l e tp a c k a g ea c c o r d i n gt ot h ef e a t u r eo fs t u d i e ds i g n a l t h em e t h o d sa r eu s e di n t h ef o l l o w i n gc h a p t e r s i nc h a p t e r3 ，s o m eb a s i cc o n c e p t i o n so ft h eh a m a nb e i n gi n l m u n es y s t e ma n dt h e w o r k i n gm e c h a n i c so ft h ei m m u n es y s t e ma f ci n t r o d u c e db r i e f l y c o m p a r i s o n sb e t w e e n a r t i f i c i a li m m u n es y s t e ma n da r t i f i c i a ln e r v en e t w o r ka r eg i v e n a c c o r d i n gt os e v e r a l i m p o r t a n ta r t i f i c i a li m m u n es y s t e mm o d e l s ，ag e n e r a la r t i f i c i a li m m u n es y s t e mm o d e l f l a m ei sb u i l t ag e n e r a li m m u n ea l g o r i t h m si m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r e sa r ee x t r a c t e d f r o ms e v e r a li m p o r t a n ti m m u n ea l g o r i t h m s a n a l y z e dt h ea r t i f i c i a li m m u n es y s t e m s a p p l i c a t i o np o t e n t i a l i t yi nv e h i c l eo n l i n et e s t i n g , t h ea r t i f i c i a li n l n u n es y s t e mt h e o r yi s u s e dt ob u i l dt w ok i n d so fm o d e l so fv e h i e l eo n l i n et e s t i n g t h ed i s s e r t a t i o np r e s e n t s s e v e r a lc o m m o nf a u l t si nv e h i c l eo n l i n et e s t i n g i nc h a p t e r4 n e g a t i v es e l e c t i o nm e c h a n i c si ni m m u n es y s t e ma n dn e g a l i v es e l e c t i o n a l g o r i t h ma r es t u d i e d a na d v a n c e dn e g a t i v es e l e c t i o na l g o r i t h ma d a p t e dt ot h ee n g i n e e r n e e d si nv e h i c l eo n l i n et e s t i n gi s p r e s e n t e d i no r d e rt ov e i l f yt h ea l g o r i t h m s e f f e c t i v e n e s s , t h ea l g o r i t h mi su s e di nt h ed i f f e r e n t i a lm e c h a n i s mt e s t i n g i nt h e a l g o r i t h m ，t h ed a t ao fd i f f e r e n tw o r kc o n d i t i o n sc o m p o s et h es e l f - a n t i b o d ys p a c e s e v e r a lk i n d so ff a u l t so fd i f f e r e n t i a lm e c h a n i s ma r et e s t e d c o m p a r e dw i t ht h er e s u l t s o fr b fm e t h o d ，t h ea d v a n c e dn e g a t i v es e l e c t i o na l g o r i t h mh a sf a s t e rs p e e d ，h i g h e r c o r r e c t n e s sa n dr o b u s t n e s s i nc h a p t e r5 ，i l l u m i n e db yt h em e c h a n i c so f b o d yr e s i s t i n ga n t i g e na n ds e l f i m m u n e v n a b s t r a e t i i 宣i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 宣i i i i i i i r e s p o n s e ，an e wi m m u n ea l g o r i t h mn a m e da sv a c c i n ea l g o r i t h mi sp r e s e n t e dw h i c hi s a p p l i e dt of a u l t st e s t i n g 1 1 1 ev a c c i n ea l g o r i t h mr e s o l v e ss o m ed i f f i c u l tp r o b l e m s e f f i c i e n t l yw h i l et h ee x i s t i n gf a u l t sd i a g n o s i sm e t h o d sc a nn o tr e s o l v e 1 1 1 ea l g o r i t h m c a ns t u d yi nt h et e s t i n gp r o g r e s sb yo n e s e l f , a n da d j u s tt h ew h o l et e s t i n gs y s t e m d y n a m i c a l l y t h ea l g o r i t h mi sp r o v e dt ob ee f f i c i e n tc o m p a r e dw i t ht h er b fm e t h o di n t h ed i f f e r e n t i a lm e c h a n i s mt e s t i n g i nc h a p t e r6 ，a c c o r d i n gt ot h ep r o j e c t s ，t h ev e h i c l eo n l i n et e s t i n ga l g o r i t h m sb a s e d o nw a v e l e ta n di m m u n em e c h a n i s mi sa p p l i e dt od r i v ea x l eo n l i n et e s t i n g t h e a l g o r i t h m sd i a g n o s i sw h e t h e rt h et e s t e dd r i v ea x l eh a sf a u l tb y 啪o f t h ed r i v ea x l e s v i b r a t i o no rn o i s es i g n a l b e c a u s et h ef e a t u r e so f d r i v ea x l e sv i b r a t i o na n dn o i s es i g n a l s m u s tb er e s e a r c h e db e f o r ea p p l yt h ea l g o r i t h m st ot h ed r i v ea x l eo n l i n et e s t i n g , c o n t r i b u t i o no nt h ef r e q u e n c ys p a c eo fv i b r a t i o na n dn o i s es i g n a l sb ym a i nr e d u c i n g g e a r sd r i v eg e a ra n dd r i v e ng e a r s f l a n kg a pa n dd y n a m i cc o u p l ea l es t u d i e di nt h e o r y f i r s t l y e v e r yv i b r a t i o nf r e q u e n c yc a l c u l a t i o ne q u a t i o n so fb e a r i n g a r ed i s c u s s e d a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fd r i v ea x l e s v i b r a t i o na n dn o i s es i g n a l s ，t h ev i b r a t i o na n d n o i s es i g n a l so fd r i v ea x l e sa r ei n s t a n l a n e o u sa n dn o n - g a s u s s i a mb yu s eo ft h ed a t a a c q u i r e df r o md r i v ea x l et e s t i n g , t h ep o w e rs p e e m a na n df r e q u e n c ys p c 埘r u n lo ft h e n o i s eo fd r i v ea x l ea r es t u d i e d 1 1 屺m a i nr a d i a t i o np o s i t i o n sa r ed e t e r m i n e d t h es t u d y d i s c l o s e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv i b r a t i o na n dn o i s eo fd 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，s u m m a r yo ft h ed i s s e r t a t i o ni sg i v e n , a n dt h ef u t u r es t u d ya s p e c ti s i n t r o d u c e da l s o k e yw o r d s ：a r t i f i c i a li m m u n es y s t e m , i m m u n ea l g o r i t h m , w a v e l e ta n a l y s i s ，f e a t u r e e x t r a c t i o n ，s i g n a ld e n o i s e ，v e h i c l eo n l i n et e s t i n g , f a u l td i a g n o s i s ，d r i v ea x l e ，a b n o r m a l n o i s ei d e n t i f i c m i o n v 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘茎或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鎏盘鲎有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权迸鎏盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 电话： 浙江大学博士学位论文：摹于小波免疫的车辆在线枪测方法及其戍用技术研究 1 1 选题意义 第一章绪论帚一早珀t 匕 随着现代科学技术的飞速发展，人们对各种机器设备的安全性要求越来越高。 作为人类最主要的交通工具车辆，人们对其安全性更是空前的重视。车辆检 测技术相应得到越来越多的重视。目前由于车辆质量本身出现问题而引起的事故 所占比率是相当高的。当前关于汽车质量的投诉已经占到商品投诉的第六位。有 关资料显示，2 0 0 2 年全国各地消费者组织共受理汽车投诉3 9 1 9 件，其中质量问题 的投诉为2 9 1 5 件，占全部投诉的近八成。中消协首次将汽车投诉专门列表分类和 统计。2 0 0 3 年全国消协共受理汽车投诉5 6 5 1 件，比2 0 0 2 年的3 9 1 9 件增长了4 4 2 ， 汽车成为2 0 0 3 年投诉增幅最快的商品之一。中国消费者协会投诉与法律事务部主 任王前虎介绍说，在汽车消费的各类投诉中，质量问题最为突出。一些汽车产品 质量不过关，使得一些代步工具变成。街头杀手”。主要表现为由于汽车的质量问 题所导致的安全问题突出。 对于复杂汽车产品而言，产生质量问题的因素往往很繁多，并且这些因素之间 是相互交织和影响的，这就使得检测诊断十分困难。对于人工检测来说，检测诊 断的准确程度与诊断者的知识和经验有密切关系。因此，采用人工智能技术，以 提高故障诊断的技术水平，是世界各国都很重视的研究内容。 据有关资料介绍，使用检测技术可以使事故发生率减少7 5 ，降低设备维修 费用的2 5 5 0 ，具有显著的社会经济效益。国内外的各大汽车公司、研究所以 及高校等科研机构都投入了大量的人力和物力致力于新的检测技术的研究并将其 应用于车辆检测。 目前，车辆检测技术已经发展成为- - f 7 建立在故障机理、传感器技术、信号分 析技术、计算机技术及人工智能技术之上的多学科综合性技术，其中故障检测诊 断方法的研究是核心问题。近二十年来，许多新的、有效的检测诊断方法相继出 现，取得了广泛的应用成果，为提高车辆的可靠性和安全性起到了巨大的促进作 用，给车辆生产厂家带来了显著的经济效益和社会效益。 目前用于车辆检测诊断方法主要有模糊方法、神经网络方法、粗糙集方法以及 专家系统等。这些方法为准确检测诊断车辆存在的故障问题起到了重要作用，但 也存在以下不足：1 ) 需要使用系统仿真模型，对于复杂系统，模型难以准确建立， 诊断速度慢。对于不同的领域，仿真模型各异，较难统一；2 ) 需要大量的先验知 第一荦绪论 识( 如故障样本等) 。对于复杂的车辆来说，这些先验知识是非常难以获取的，影 响了车辆故障诊断的准确性和鲁棒性。另外，对故障样本的学习过程缺乏自主连 续学习功能；3 ) 实时性差，难以实现设备的在线检测诊断。 为了提高故障诊断的准确性、实时性和鲁棒性，一方面需要对现有方法进行改 进研究。另外，还需要加强新方法的研究，特别是基于生物智能的新方法研究。 免疫系统足生物，特别是脊椎动物和人类所具有的高效的防御机制，可以保护 机体抵御病原体、有害异物等致病因子，是一个非常复杂的智能信息处理系统， 俗称人的第二大脑。它具有很强的自体非自体辨识能力、联想记忆能力、模式识 别能力等，同时还具有完全分布式、并行处理信息的特点。随着人们对生物免疫 系统认识的不断深入，在2 0 世纪9 0 年代中后期在国际上引发了人工免疫系统的 研究热潮。近几年来，i e e e s y s t e m m a n a n d c y b e r n e t i c s 国际会议以及许多有关进 化计算和人工智能的国际会议每年都组织专题讨论人工免疫系统( a r t i f i c i a l i m m u n es y s t e m ，a i s ) 。2 0 0 2 年9 月在英国举行了第一届人工免疫系统国际会议； 2 0 0 2 年6 月i e e e 进化计算杂志第三期专刊刊载a i s 论文。目前已掀起了智能系 统中继神经网络、模糊系统和进化计算研究之后又一个研究热点，已有越来越多 的学者开始从事a i s 的研究。虽然有些研究还很不成熟，甚至是初步的，但已有 的研究成果展现了a i s 解决复杂问题的能力和在工程中的应用潜力。 基于免疫机理发展的人工免疫系统通过学习自然防御机理的技术，可以提供噪 声忍耐、无导师学习、自组织、不需反面例子，能明晰地表达学习的知识、具有 内容可访记忆并能遗忘很少使用的知识，同时还具有分布式并行处理和鲁捧性等 很多优点，因此具有提供解决复杂工程问题方法的潜力。从故障诊断角度分析， 生物免疫系统的主要功能就是在线检测、识别和杀伤来自生物体内和体外称为抗 原的非自体物质( 如病毒、癌细胞等致病因子) ，其实质是生物体内的在线自主故 障诊断和健康监控系统，其机理可用于发展新的故障诊断方法。 生物免疫系统在缺乏先验知识的情况下，能准确地识别和记忆各种非己物质， 在自主学习过程中不断提高免疫功能，对机体进行在线自主故障诊断和健康监控。 如何有效模拟生物免疫系统的在线自主故障诊断机理，研究适于车辆在线检测的 人工免疫系统模型及算法，是车辆在线检测研究领域的崭新研究课题。通过对该 课题的研究，可望产生更有效的车辆在线检测方法，给车辆在线检测这一研究领 域带来新的生机。 2 浙江大学博十学位论文：基于小波免疫的车辆存线柃测方法及其府用技术研究 1 2 车辆检测技术发展状况 车辆检测技术是伴随着车辆技术的发展而发展地。在车辆发展的早期，人们主 要是通过有经验的维修人员发现车辆的故障并作有针对性的修理。即过去人们常 讲的“望( 眼看) ”、“闻( 耳听) ”、“切( 手摸) ”方式。随着现代科学技术的进步， 特别是计算机技术的进步，车辆检测技术也飞速发展。目前人们能依靠各种先进 的仪器设备对车辆进行不解体检测，而且安全、迅速、可靠。目前出现了很多的 车辆检测方法，其分类大体如下表1 1 所示： 表i - ! 车辆检测诊断方法的分类 分类依据分类结果 信号的物理特征 诊断目的和要求 诊断方法的完善程度 ( 1 ) 振动诊断( 2 ) 声学诊断( 3 ) 温度诊断( 4 ) 强度诊 断( 5 ) 污染诊断( 6 ) 光学诊断( 7 ) 电参数诊断 ( 8 ) 压力诊断( 9 ) 表面形貌诊断( 1 0 ) 性能诊断 ( 1 ) 功能诊断和运行诊断( 2 ) 定期诊断和连续诊断 ( 3 ) 直接诊断和间接诊断( 4 ) 常规诊断和特殊诊断( 5 ) 在线诊 断和离线诊断 ( 1 ) 简易诊断( 2 ) 精密诊断 ( 3 ) 系统诊断 1 2 1 国外车辆检测技术发展状况 车辆检测技术是从无到有逐步发展起来的。早在5 0 年代在一些工业发达国家 就形成以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术和生产单项检测设备。6 0 年代 初期进入我国的车辆检测试验设备有荚国的发动机分析仪、英国的发动机点火系 故障诊断仪和车辆道路试验速度分析仪等，这些都是国外早期发展的车辆检测设 备。6 0 年代后期，国外车辆检测技术发展很快，并且大量应用电子、光学、理化 与机械相结合的光机电、理化机电一体化检测技术。例如；非接触式车速仪、前 照灯检测仪、车轮定位仪、排气分析仪等都是光机电、理化机电一体化的检测设 备。 进入7 0 年代以来，随着计算机技术的发展，出现了车辆检测诊断、数据采集 处理自动化、检测结果直接打印等功能的车辆性能检测仪器和设备。在此基础上， 为了加强车辆管理，各工业发达国家相继建立车辆检测站和检测线，使车辆检测 制度化。概括的讲，工业发达国家的车辆检测在管理上已实现了“制度化”；在检 第一章绪论 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 暑i i i i i i 宣i i i 皇i 宣i i i i i i 宣i i i i i i i i i i i i i i i i 宣 测基础技术方面已实现了“标准化”；在检测技术上向“智能化、自动化”方向发 展。 1 ) 制度化 在德国，车辆的检测工作由交通部门统一领导，在全国各地建有由交通部门认 证的车辆检测场( 站) ，负责新车的登记和在用车的安全检测。修理厂维修过的车 辆也要经过车辆检测场的检测，以确定其安全性能和排放是否符合国家标准。 在日本，车辆的检测工作由运输省( 相当于交通部) 统一领导。运输省在全国 设有“国家检测场”和经过批准的“民间检测场”，代替政府执行车检工作。其中 “国家检测场”主要负责新车登记和在用车安全检测：“民间检测场”通常设在车 辆维修厂内，经政府批准并受政府委托对车辆进行安全检测。 2 1 标准化 工业发达国家的车辆检测有一整套的标准。判断受捡车辆技术状况是否良好， 是以标准中规定的数据为准则，检查结果是以数字显示，有量化指标，以避免主 观上的误差。国外比较重视安全性能和排放性能的检测，如美国规定修理过的车 辆必须经过严格的排放检测方能出厂。 除对检测结果有严格完整的标准以外，国外对检测设各也有标准规定，如检测 设备的检测性能、具体结构、检测精度等都有相应标准。对检测设备的使用周期、 技术更新等也有具体要求。由于检测制度、技术的标准化，不仅提高了检测效率， 也保证了检测质量。 3 ) 智能化、自动化检测 随着科学技术的进步，国外车辆检测设备在智能化、自动化、精密化、综合化 方面都有新的发展，应用新技术开拓新的检测领域，研制新的检测设备。 随着电子计算机技术的发展，出现了车辆检测诊断、控制自动化、数据采集自 动化、检测结果直接打印等功能的现代综合性能检测技术和设备。例如：国外生 产的汽车制动检测仪、全自动前照灯检测仪、发动机分析仪、发动机诊断仪、计 算机四轮定位仪等检测设备，都具有较先进的全自动功能。进入8 0 年代后，计算 机技术在车辆检测技术领域的应用进一步向深度和广度发展，已出现集检测工艺、 操作、数据采集和打印、存储、显示等功能于一体的系统软件，使车辆检测线实 现了全自动化，这样不仅可避免人为的判断错误，提高检测准确性；而且可以把 受检车辆的技术状况储存在计算机中，既可作为下次检验参考，还可供处理交通 事故参考。 4 浙江大学博十学位论丈：苯于小波免疫的车辆在线检测方法及其府用技术研究 1 2 2 国内车辆检测技术发展状况 我国从6 0 年代开始研究车辆检测技术。为满足车辆维修需要，当时交通部主 持进行了发动机汽缸漏气量检测仪、点火正时灯等检测仪器的研究开发。7 0 年代 我国大力发展了车辆检测技术，车辆不解体检测技术及设备被列为国家科委的开 发应用项目。由交通部主持研制开发了反力式汽车制动试验台、惯性式汽车制动 试验台、发动机综合检测仪和汽车性能综合检验台( 具有制动性检测、底盘测功、 速度测试等功能) 等。 进入8 0 年代，随着国民经济的发展，科学技术的各个领域都有了较快的发展， 车辆检测技术也随之得到快速发展，加之我国的汽车制造业和公路交通运输业发 展迅猛，对车辆检测技术和设备的需求也与日俱增。我国机动车保有量迅速增加， 随之而来的是交通安全和环境保护等社会问题。如何保证车辆快速、经济、灵活， 并尽可能不造成社会公害等问题，已逐渐被提到政府有关部门的议事日程，因而 促进了车辆诊断和检测技术的发展。交通部主持研制开发了汽车制动试验台、侧 滑试验台、轴( 轮) 重仪、速度试验台、灯光检测仪、发动机综合分析仪、底盘 测功机等等。国家在六五”期间重点推广了车辆检测和诊断技术。 在单台检测设备研制成功的基础上，为了保证车辆技术状况良好，加强在用车 辆的技术管理，充分发挥车辆检测设备的使用，交通郎1 9 8 0 年开始有计划的在全 国公路运输和车辆管理系统( 交通部当时负责汽车监理) 筹建车辆检测站，检测 内容以车辆安全性检测为主。 8 0 年代初，交通部在大连市建立了国内第一个车辆检测站。从工艺上提出将 各种单台检测设备安装联线，构成功能齐全的车辆检测线，其检测纲领为3 0 0 0 0 辆次年。 继大连检测站之后，作为“六五”科技项目，交通部先后要求1 0 多个省、市、 自治区交通厅( 局) 筹建车辆检测站的任务。8 0 年代中期，车辆监理由公安部主 管。公安部在交通部建设车辆检测站的基础上，进行了推广和发展。仅1 9 9 0 年底 统计，全国已有车辆检测站6 0 0 多个，形成了全国的车辆检测网。 1 9 9 0 年交通部发布第1 3 号令汽车运输业车辆技术管理规定和1 9 9 1 年交 通部发布第2 9 号令汽车运输业车辆综合性能检测站管理办法以后，全国又掀 起了建设车辆综合性能检测站的高潮。到1 9 9 7 年，全国已建立车辆综合性能检测 站近千家，其中a 级站1 4 0 多家。 与此同时，车辆的检测技术和设备也得到了大力发展。7 0 年代国内仅能生产 少量的、简单的检测诊断设备。目前全国生产车辆综合性能检测设备的厂家已达 第一章绪论 6 0 多个，除交通部门外，机械、城建、高等院校等部门也进入车辆检测设备研制、 开发、生产、销售领域。我国已能自己生产全套车辆检测设备，如汽车底盘测功 机、发动机综合分析仪、四轮定位仪、悬挂检测台、制动检测台、排气分析仪、 灯光检测仪等等。 为了配合车辆检测工作，国内已发布实施了有关车辆检测的国家标准、行业标 准、计量检定规程等1 0 0 多项。从车辆综合性能检测站建站到车辆检测的具体检 测项目，都基本作到了有法可依。 浙江大学现代制造工程研究所依靠雄厚的科研实力一直致力于汽车制造过程 的产品在线检测技术的研究，应用先进的检测技术所开发的汽车驱动桥在线检测 系统，实现了对汽车驱动桥的制动性能、a b s 、泄漏、异响等的检测【1 引。许多国 内车桥生产厂家的生产线上已经配备了这些检测系统，并得到了厂家的肯定。 1 3 车辆检测技术与前沿技术的结合 近十几年来，一些前沿学科得到了迅猛的发展，其中涌现出来的某些新方法、 新技术解决了很多车辆检测技术实践中的难题。所谓前沿技术，是指在当代科学 技术革命中涌现出来的，以科学最新成就为基础的，知识高度密集的，对经济和 社会发展具有重大意义的新兴技术群。前沿技术有以下三个特征：一是具有很强 的渗透性，能够迅速渗透到国民经济的各个领域中去，迅速改变着这些领域的面 貌；二是它能够吸引一大批领域专家从事这类前沿技术的移植和开发工作；三是 它能够在这些领域中形成新的生长点和学科分支，使这些领域重新充满活力。 在二十世纪九十年代所涌现出来的许多前沿学科中，人工智能完成了从理论探 索到实际应用的飞跃。九十年代初期，国外一些专家提出的所谓软计算在( s o f t c o m p u t i n g ) 在机电产品中得到了应用。一批产品开始走向智能化，以全新的面貌 进入市场。作为软计算的基础技术目前主要有如下几个方面： 1 ) 人工神经网络人工神经网络在机械工程领域内的应用极为广泛p 1 7 】。从 机械工程的基础到机器的设计、制造和运行，可以说是无孔不入。在机械检测诊 断中，人工神经网络可以用来对机器设备状态进行检测，自动分类、识别等。从 人工神经网络在机械领域的应用进展来看，国内有相当大的研究力量在进行这方 面的研究，而且研究的深度和广度都达到了一定的水平，在汽车的故障检测方面 也得到了应用1 1 8 2 0 ，但真正应用到实践中还有待进一步的努力。 2 ) 遗传算法和遗传编程近年来一种在思路和方法上别开生面的新的优化 算法遗传算法正在迅速发展。遗传算法以其很强的解决问题的能力和广泛的 6 浙江大学博士学位论文：摹于小波免疫的车辆在线柃测方法及其声用技术研究 适应性渗透到研究与工程的各个领域。文【2 1 】【2 2 】中作者利用遗传算法鲁棒地检测 出动态图像序列中的运动车辆。 3 ) 粗糙集合粗糙集合理论是一种处理含糊和不精确问题的新的数学方法， 近年来已引起了人工智能界的极大关注。它已经应用于机器学习、知识发现、决 策支持系统和模式识别等领域1 2 3 1 。粗糙集合理论有如下三个特点：( 1 ) 无需提供处 理问题所需处理的数据集之外的任何先验信息。对知识不确定程度的测量，是在 处理整体数据后自然获得的，因而可以客观地描述一批数据的不确定性；( 2 ) 在处 理数据的不一致性时，不是修改数据的不一致性，而是把产生的规则划分为确定 性规则和可能性规则；( 3 ) 粗糙集合理论提供一套严密的方法来处理数据分类问题， 特别适用于含有噪声、不完全的、不精确的数据。粗糙集合可以用来对机械系统 中不确定信息进行约简，以提高诊断的可靠性。该方法的优点是：在缺乏对故障 样本先验知识的基础上，能自动提取诊断规则；能处理不精确、不完整、不一致 的故障数据。其缺点是：需要大量的故障样本数据；规则的可解释性差。 4 ) 模糊集合在模糊数学理论基础上发展起来的模糊技术在机电、轻工