一种茶园拖拉机远程故障诊断系统及方法

一种茶园拖拉机远程故障诊断系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种茶园拖拉机远程故障诊断系统及方法，包括依次相连的信息采集模块、信息编码传输模块以及信息处理模块；信息采集模块采集环境参数和拖拉机自身参数，将采集的参数通过信息编码传输模块进行编码并通过无线网络发送至监控中心，监控中心的信息处理模块将信息进行解码、分析诊断并显示结果；所述分析诊断是通过装有Carsim的计算机构建动态拖拉机理论工况数据库，将接收的实际拖拉机工况数据与理论工况数据进行对比，进而诊断是否有故障，并将对应的故障信息通过LED屏幕显示。本发明通过计算机实时跟踪监测，能够快速诊断，及时发现故障，减少茶园拖拉机维修周期，同时在拖拉机研发阶段的车辆性能评估方面也具有较好的应用价值。
【专利说明】
一种茶园拖拉机远程故障诊断系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于拖拉机技术领域，具体涉及一种茶园拖拉机远程故障诊断系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 茶园拖拉机〔Tea garden tractor〕：亦称"茶园耕作机"，用于茶园耕作管理的机 械。随着Internet/Intranet技术的迅速发展，现代制造模式正朝着集成化、网络化、全球化 方向发展，涌现出智能制造、网络化分散制造等先进制造理念。以网络为载体的茶园拖拉机 远程故障诊断系统，可以让人们更快的知道茶园拖拉机所发生的故障，在短时间内处理掉 故障。同时，对于尚处在茶园拖拉器起步阶段的中国来说，更快的得到机器的故障，可以让 我们更快的修改产品中的不完善，加快我国茶园拖拉机的发展步伐，加强对产品质量的实 施追踪，具有较大的实用意义与市场价值。此外，远程故障诊断对于其他工作方面也具有较 大意义。

【发明内容】

[0003] 针对上述问题，本发明提出了一种茶园拖拉机远程故障诊断系统及方法，采用的 技术方案如下：
[0004] -种茶园拖拉机远程故障诊断系统，包括信息采集模块、信息编码传输模块以及 信息处理模块;所述信息采集模块、信息编码传输模块、信息处理模块依次相连；
[0005] 所述信息采集模块包括环境信息采集模块以及拖拉机信息采集模块;所述环境信 息采集模块包括采集道路坡度信息的道路坡度信息采集模块、采集环境温度信息的环境温 度信息采集模块以及采集风速信息的风速信息采集模块;所述拖拉机信息采集模块包括柴 油发动机信息采集模块、传动系信息采集模块、制动系信息采集模块、转向系信息采集模块 以及液压系统信息采集模块;所述柴油发动机信息采集模块用于采集发动机飞轮转速和尺 杆拨叉位置变化;所述传动系信息采集模块用于采集传动轴转速和传动轴加速度;所述制 动系信息采集模块用于采集制动蹄转过的角度;所述转向系信息采集模块用于采集转向油 栗转速和转向节的加速度;所述液压系统信息采集模块用于采集回油压力、液压油温度和 液面高度；
[0006] 所述信息编码传输模块包括信息编码模块和信息传输模块，所述信息编码模块和 信息传输模块相互连接;所述信息编码模块与所述信息采集模块相连，用于对所述信息采 集模块采集的信息进行编码处理，所述信息传输模块用于将编码的信息通过无线网络发送 给所述信息处理模块；
[0007] 所述信息处理模块包括信息接收模块，信息解码模块，信息分析模块以及信息显 示模块，所述信息接收模块、信息解码模块、信息分析模块以及信息显示模块依次相串接； 所述信息接收模块通过无线网络接收传输过来的编码信息;所述信息解码模块用于对接收 的编码信息进行解码处理;所述信息分析模块用于对解码后的拖拉机参数检测值和理论值 相对比，诊断拖拉机是否存在故障;所述信息显示模块用于显示拖拉机的故障信息。
[0008] 进一步，所述环境信息采集模块由传感器组实现，所述传感器组包括水平仪、温度 传感器以及恒温风速仪。
[0009] 进一步，所述柴油机发动机信息采集模块由第一传感器组实现，所述第一传感器 组包括安装在安装在飞轮固定端的非接触式转速传感器C111和安装在供油栗拨叉处的拨 叉位移传感器C112;所述传动系信息采集模块由第二传感器组实现，所述第二传感器组包 括安装在传动轴支架上的非接触式转速传感器C141和安装在传动轴轴底的加速度传感器 C142;所述制动系信息采集模块由第三传感器组实现，所述第三传感器组包括安装在制动 系的制动蹄一侧的角度传感器C121;所述转向系信息采集模块由第四传感器组实现，所述 第四传感器组包括安装在转向油栗传动轴一端的转速传感器C151和安装在转向节一侧的 加速度传感器C152;所述液压系统信息采集模块由第五传感器组实现，所述第五传感器包 括安装在回油路中的压力传感器C131、安装在液压油箱底壳中的热电偶传感器C132以及安 装在液压油箱底壳中的液位传感器C133。
[0010] 进一步，所述信息编码模块由寻呼机实现;所述信息传输模块由无线局域网络实 现。
[0011] 进一步，所述信息接收模块由雷凌3070系列实现;所述信息解码模块由单片机实 现;所述信息分析模块由装有Carsim的计算机实现;所述信息显示模块由LED实现。
[0012] 本发明还提出了一种茶园拖拉机远程故障诊断方法，包括如下步骤：
[0013] 1)采集需要的信息，所述信息包括环境信息和拖拉机自身信息；
[0014] 2)将采集得到的环境信息和拖拉机自身信息进行编码处理，并通过无线局域网络 发送给监控中心；
[0015] 3)监控中心对得到的信息进行分析处理，对拖拉机实现远程故障诊断，并将故障 状况通过屏幕显示。
[0016] 进一步，所述步骤1)的实现包括如下步骤：
[0017] 1.1)构建环境信息采集模块，采集拖拉机所处环境的具体信息;所述环境信息采 集模块包括道路坡度信息采集模块，环境温度信息采集模块以及风速信息采集模块;所述 道路坡度信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器单元为一个水平仪C21，测量倾斜方 向与角度大小;所述环境温度信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器单元为一个温 度传感器C22，测量周边环境温度;所述风速信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器 单元为一个恒温风速仪C23，测量外界风速；
[0018] 1.2)构建拖拉机信息采集模块，采集拖拉机的具体工作信息;所述拖拉机信息采 集模块包括柴油发动机信息采集模块，传动系信息采集模块，制动系信息采集模块，转向系 信息采集模块以及液压系统信息采集模块;所述柴油机发动机信息采集模块包括信息采集 单元，所述信息采集单元为一个非接触式转速传感器Cl 11，一个拨叉位移传感器C112，所述 非接触式转速传感器C111检测发动机飞轮转速，所述拨叉位移传感器C112检测尺杆拨叉位 置变化，用以确定供油量;所述传动系信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集单元 为一个转速传感器C141和一个加速度传感器C142,所述转速传感器C141检测传动轴转速， 所述加速度传感器C142检测传动轴加速度;所述制动系信息采集模块包括信息采集单元， 所述信息采集单元为一个角度传感器C121，所述角度传感器C121用于检测制动蹄转过的角 度；所述转向系信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集单元为一个转速传感器 C151和一个加速度传感器C152,所述转速传感器C151检测转向油栗转速，所述加速度传感 器C152检测转向节的加速度;所述液压系统信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采 集单元包括一个压力传感器C131，一个热电偶传感器C132以及一个液位传感器C133,压力 传感器C131用于检测回油压力，所述热电偶传感器C132用于检测液压油温度，所述液位传 感器C133用于监控液面高度。
[0019] 进一步，所述步骤2)的实现包括如下步骤：
[0020] 2.1)构建信息编码模块，将采集到的信息用编码器以P0CSAG编码方式编发，方便 传输;所述编码器为一块民用寻呼机电路板；
[0021] 2.2)构建信息传输模块，通过网络将编码后的信息发送到监控中心;所述网络为 无线局域网络，所述无线局域网络由电信运营商提供。
[0022] 进一步，所述步骤3)的实现包括如下步骤：
[0023] 3.1)构建信息接收模块，接收由信息传输模块发送过来的信息;所述信息接收模 块包括无线信号接收器，所述无线信号接收器采用雷凌3070系列；
[0024] 3.2)构建信息解码模块，将信息接收模块接收到的编码信息解码，正确识别位同 步码，并使采样时刻与P0CSAG信息同步;将后继码字准确采样，每形成一个字节后由串行口 送往信息分析模块;所述信息解码模块为一块单片机；
[0025] 3.3)构建信息分析模块，对已解码的信息进行分析处理，诊断拖拉机的工作情况 是否正常;所述信息处理模块由安装有Carsim的计算机组成；
[0026] 3.4)构建信息显示模块，将信息分析模块得到的结果显示出来;所述信息显示模 块为一块LED屏幕。
[0027]更进一步，所述步骤3.3)中所述的诊断拖拉机的工作情况是否正常的实现包括如 下步骤：
[0028] 3.3.1)由Carsim软件构建动态拖拉机理论工况数据库，为采集到的实际工况数据 提供对比数据;所述动态理论工况数据库包括柴油发动机理论工况数据，传动系理论工况 数据，制动系理论工况数据，转向系理论工况数据以及液压系统理论工况数据;所述柴油发 动力理论工况数据包括发动机转速，供油栗尺杆拨叉位移;所述传动系理论工况数据包括 传动轴转速以及传动轴加速度;所述制动系理论工况数据包括制动蹄制动角度;所述转向 系理论工况数据包括转向油栗转速以及转向节加速度;所述液压系统理论工况数据包括油 液压力，油液温度以及油液位置；
[0029]所述Carsim软件构建动态拖拉机理论工况数据库的方法具体为:装有Carsim的计 算机接收解码器发送来的环境信息，并将其录入到Carsim中，由Carsim建立相应的模拟环 境、同时将现实拖拉机型号输入电脑，建立拖拉机动力学模型，得到拖拉机理论工况，电脑 根据接收来的环境信息动态更新模拟环境，实时更新拖拉机理论工况数据库；
[0030] 3.3.2)进行信息计算处理，所述信息计算处理方法采用对比法或者模糊算法；
[0031 ] 设i为所监控参数的代号，i = 1~11，i = 1表示柴油发动机转速，i = 2表示齿杆的 位移，i = 3表示油门位置，i =4表示传动系传动轴转速，i = 5表示传动系传动轴加速度，i = 6表示制动系促动机构的位移，i = 7表示转向系油栗转速，i = 8表示转向系万向节的加速 度，i = 9表不液压系统的油液压力，i = 10表不液压系统的油液温度，i = 11表不液压系统的 油液位置；
[0032] 所述对比法为：
[0033] 定义实际工况数据N2l与理论工况数据Nu的差距为 ：设队为1所对应监 控参数的规定误差允许范围，当编号为i的某结构实际工况数据与该结构的理论工况数据 的差距△:彡&时，则诊断为该实际工况数据与理论工况数据相符合，否则处于异常工况，根 据i所对应的监控参数，可以得到出问题的机构；
[0034]所述模糊算法为：
[0035]输入参数ai，参数β?，计算输出故障诊断参数δ?，所述参数Qi为实际工况数据M2i与 理论工况数据Μη的差值，所述ft=%，具体步骤为：
[0036] a.构建模糊规则表和模糊化处理函数并对参数进行模糊处理
[0037]先将参数cti和参数的基本论域量化为[-3，+3]，离散成7个等级，8卩[-3，-2，_1，0， + 1，+2，+3];之后建立7*7规则表，建立form规则表如下:NB表不负大、PB表不正大、NM表不负 中、PM表示正中、NS表示负小、PS表示正小、Z0表示零；
[0038] {PB，PB，PM，PB，PS，PS，ZO}，
[0039] {PB，PB，PM，PS，PS，Z0，Z0}，
[0040] {PM,PM,PM,PS,Z0,NS,NS},
[0041] {PM，PM，PS，ZO，NS，NM，NM}，
[0042] {PS，PS，ZO，NS，NS，NM，NM}，
[0043] {ZO,NS,NS,NM,NM,NM,NB},
[0044] {ΖΟ,ΖΟ,ΝΜ,ΝΒ,ΝΜ,ΝΒ,ΝΒ}；
[0045] 采用等分三角形处理函数对<^进行模糊化：建立数组es[i]，用来存储对α模糊化 后的值，总共求7次，其中i e [ 0 6 ]，i值不同时a、b、c取值不同；
[0046] es[0] = (a-a)/(b_a);此时a = _3，b = _2;
[0047] es[ 1 ] = (a-a)/(b_a);此时a = _3，b = _l;
[0048] es[2] = (a-a)/(b_a);此时a = _2，b = _l;
[0049] es[3] = (c_a)/(c_b);此时a = _l，b = 0，c = 1;
[0050] es[4] = (c_a)/(c_b);此时a = 0，b = 1，c = 2;
[0051 ] es[5] = (c_a)/(c_b);此时a = 1，b = 2，c = 3;
[0052] es[6] = (c_a)/(c_b);此时a = 2，b = 2·5，c = 3;
[0053] 采用等分三角形处理函数对β进行模糊化:建立数组ecs[j]，用来存储对β模糊化 后的值，总共求7次，其中j e [ 0 6 ]，j值不同时a、b、c取值不同；
[0054] ecs[0] = (0-a)/(b_a);此时a = _3，b = _2;
[0055] ecs[ 1 ] = (0-a)/(b_a);此时a = _3，b = _l;
[0056] ecs[2] = (0-a)/(b_a);此时a = _2，b = _l;
[0057] ecs[3] = (c-0)/(c_b);此时a = _2，b = 0，c = 1;
[0058] ecs[4] = (c-0)/(c_b);此时a = _l，b = 0，c = 2;
[0059] ecs[5] = (c-0)/(c_b);此时a = 0，b = 1，c = 2;
[0060] ecs[6] = (c-0)/(c_b);此时a = 1，b = 2，c = 3;
[0061] b.使用极大-极小算法进行模糊推理
[0062] 通过求交集遍历es[i]、ecs[ j]得出其中较小的隶属度lsd，规则的可信度通过取 小运算得到，即从j = 0开始依次把es [ i ]与ecs [ j ]依次比较，将较小的值存入对应f orm[ i ] [j ]中；再找出form表中form[ i ] [ j ]最大的数值，记住此时的i、j，然后根据定制的form规则 表，按照第i + 1行第j+1列找到位置，把此位置点记为kp，根据kp对a、b、c赋予不同的值;如 下：
[0063] 如果kp = NB，a = -3b = -2c = _l;
[0064] 如果 kp = NM，a = -3b = _2c = 0;
[0065] 如果kp = NS，a = -3b = _lc = l;
[0066] 如果 kp = Z0，a = _2b = 0c = 2;
[0067] 如果 kp = PS，a = _lb = lc = 3;
[0068] 如果 kp = PM，a = 0b = 2c = 3;
[0069] 如果 kp= =PB，a = lb = 2c = 3;
[0070] 根据规则表中的位置，进行反模糊化，采取三角形反模糊化处理函数Z = (b-a)* 18(1+3;7 = (3-((3-13)*18(1;最终根据51=(7+2)/2得出诊断参数51，并依据5道得出诊断结果， 如下：
[0071] δχ?，运行状态良好；
[0072] ΚδΚΙΟ,故障发生概率较大；
[0073] δι>1〇,对应位置发生故障。
[0074]本发明的有益效果：
[0075] 1、该系统以网络为载体的，实现快速诊断，及时发现故障，减少茶园拖拉机维修周 期。
[0076] 2、本发明提出远程故障诊断技术也可用于其他方面，比如在拖拉机研发阶段通过 该系统进行车辆性能评估，可以节省人力资源，降低成本，提高市场竞争力。
[0077] 3、高效的处理速度，对样本的处理精度高。
【附图说明】
[0078]图1是系统总体结构图；
[0079] 图2是信息采集模块结构图；
[0080] 图3是信息编码传输模块结构图；
[0081]图4是信息处理模块结构图；
[0082]图5是本发明所述远程监控诊断方法流程图；
[0083]图6是系统信息流向图；
[0084]图7是信息计算处理方法中对比法的流程图；
[0085]图8是信息计算处理方法中模糊算法的流程图。
【具体实施方式】
[0086] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0087] 如图1所示，本发明所述远程监控诊断系统主要包括信息采集模块，信息编码传输 模块以及信息处理模块，所述信息采集模块、信息编码传输模块以及信息处理模块依次相 连。
[0088] 如图2所示，所述信息采集模块包括环境信息采集模块，拖拉机信息采集模块。
[0089] 所述环境信息采集模块包括道路坡度信息采集模块、环境温度信息采集模块以及 风速信息采集模块。所述道路坡度信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器单元为安 装在拖拉机底盘的一个水平仪C21，用来测量倾斜方向与角度大小;所述环境温度信息采集 模块为一个传感器单元，所述传感器单元为安装在车身外部上的一个温度传感器C22,测量 周边环境温度;所述风速信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器单元为一个安装在 车身外部的恒温风速仪C23,用于测量外界风速。
[0090] 所述拖拉机信息采集模块包括柴油发动机信息采集模块，传动系信息采集模块， 制动系信息采集模块，转向系信息采集模块以及液压系统信息采集模块。所述柴油发动机 信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集单元包括一个非接触式转速传感器C111， 一个拨叉位移传感器Cl 12;所述非接触式转速传感器Cl 11安装在飞轮固定端，非接触式转 速传感器Cl 11用于检测发动机飞轮转速;所述拨叉位移传感器C112安装供油栗拨叉处，用 于检测尺杆拨叉位置变化，用以确定供油量。所述传动系信息采集模块包括信息采集单元， 所述信息采集单元包括一个非接触式转速传感器C141和一个加速度传感器C142,所述非接 触式转速传感器C141固定在传动轴支架上用于检测传动轴转速，所述加速度传感器C142装 在传动轴轴底，用于检测传动轴加速度。所述制动系信息采集模块包括信息采集单元，所述 信息采集单元包括一个角度传感器C121，所述角度传感器C121安放在所述制动系的制动蹄 一侧，用于检测制动蹄转过的角度。所述转向系信息采集模块包括信息采集单元，所述信息 采集单元包括一个转速传感器C151和一个加速度传感器C152,所述转速传感器C151安装在 转向油栗传动轴一端，用于检测转向油栗转速;所述加速度传感器C152安装在转向节一侧， 用于检测转向节的加速度。所述液压系统信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集 单元包括一个压力传感器C131、一个热电偶传感器C132以及一个液位传感器C133,所述压 力传感器C131安装在回油路中，用于检测回油压力;所述热电偶传感器C132安装在液压油 箱油底壳中，用于检测液压油温度;所述液位传感器C133安装在油底壳中，用于监控液面高 度。
[0091] 如图3所示，所述信息编码传输模块包括信息编码模块和信息传输模块，所述信息 编码模块和信息传输模块相互连接，所述信息编码模块的输入端与所述信息采集模块相 连。所述信息编码模块由寻呼机电路板组成，用于将上述传感器采集的信息进行编码处理， 所述信息传输模块由无线局域网络组成，用于将编码后的信息通过无线网络发送给监控中 心的信息处理模块。
[0092]如图4所示，所述信息处理模块包括信息接收模块，信息解码模块，信息分析模块 以及信息显示模块，所述信息接收模块、信息解码模块、信息分析模块以及信息显示模块依 次相串接。所述信息接收模块通过无线局域网络接收无线网络传输过来的编码信息，由无 线信号接收器组成，所述无线信号接收器采用雷凌3070系列实现;所述信息解码模块由单 片机实现，用于对接收的编码信息进行解码处理;所述信息分析模块由装有Carsim的计算 机组成，用于对解码后的拖拉机参数检测值和理论值相对比，诊断拖拉机是否存在故障;所 述信息显示模块由一块LED屏幕组成，用于显示拖拉机的故障信息。
[0093]如图5和图6所示，本发明的诊断方法是通过如下步骤实现的：
[0094] 1)由信息采集模块采集需要的信息;所述需要的信息包括环境信息和拖拉机自身 信息。
[0095] 2)由信息编码传输模块将采集得到的信息进行编码处理，并通过无线局域网络发 送给监控中心的信息处理模块；
[0096] 3)监控中心的信息处理模块对得到的信息进行处理，对拖拉机实现远程故障诊 断，并显示。
[0097] 所述步骤1)包括以下步骤：
[0098] 1.1)构建环境信息采集模块，用于采集拖拉机所处环境的具体信息。所述环境信 息采集模块包括道路坡度信息采集模块，环境温度信息采集模块以及风速信息采集模块。 所述道路坡度信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器单元为一个水平仪C21，测量倾 斜方向与角度大小;所述环境温度信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器单元为一 个温度传感器C22，测量周边环境温度;所述风速信息采集模块为一个传感器单元，所述传 感器单元为一个恒温风速仪C23,用于测量外界风速。
[0099] 1.2)构建拖拉机信息采集模块，用于采集拖拉机的具体工作信息。所述拖拉机信 息采集模块包括柴油发动机信息采集模块，传动系信息采集模块，制动系信息采集模块，转 向系信息采集模块以及液压系统信息采集模块。所述柴油发动机信息采集模块包括信息采 集单元，所述信息采集单元包括一个非接触式转速传感器Cl 11，一个拨叉位移传感器C112; 所述非接触式转速传感器C111安装在飞轮固定端，非接触式转速传感器Cl 11用于检测发动 机飞轮转速;所述拨叉位移传感器Cl 12安装供油栗拨叉处，用于检测尺杆拨叉位置变化，用 以确定供油量。所述传动系信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集单元包括一个 非接触式转速传感器C141和一个加速度传感器C142,所述非接触式转速传感器C141固定在 传动轴支架上用于检测传动轴转速，所述加速度传感器C142装在传动轴轴底，用于检测传 动轴加速度。所述制动系信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集单元包括一个角 度传感器C121，所述角度传感器C121安放在所述制动系的制动蹄一侧，用于检测制动蹄转 过的角度。所述转向系信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集单元包括一个转速 传感器C151和一个加速度传感器C152,所述转速传感器C151安装在转向油栗传动轴一端， 用于检测转向油栗转速;所述加速度传感器C152安装在转向节一侧，用于检测转向节的加 速度。所述液压系统信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集单元包括一个压力传 感器C131、一个热电偶传感器C132以及一个液位传感器C133,所述压力传感器C131安装在 回油路中，用于检测回油压力;所述热电偶传感器C132安装在液压油箱油底壳中，用于检测 液压油温度;所述液位传感器C133安装在油底壳中，用于监控液面高度。
[0100] 所述步骤2)包括以下步骤：
[0101] 2.1)构建信息编码模块，将采集到的信息用编码器以一定的编码方式编发，方便 传输。所述编码方式为P0CSAG编码;所述编码器为一块民用寻呼机电路板。
[0102] 2.2)构建信息传输模块，通过网络将编码后的信息发送到监控中心。所述网络为 无线局域网络，所述无线局域网络由电信运营商提供。
[0103] 所述步骤3)包括以下步骤：
[0104] 3.1)构建信息接收模块，接收由信息传输模块发送过来的信息。所述信息接收模 块包括无线信号接收器(采用雷凌3070系列），所述无线信号接收器由电信运营商提供。
[0105] 3.2)构建信息解码模块，将信息接收模块接收到的编码信息解码，正确识别位同 步码，并使采样时刻与P0CSAG信息同步;将后继码字准确采样，每形成一个字节后由串行口 送往信息分析模块。所述信息解码模块为一块单片机。
[0106] 3.3)构建信息分析模块，对已解码的信息进行分析处理，诊断拖拉机的工作情况 是否正常。所述信息处理模块由安装有Cars im的计算机组成。
[0107] 3.4)构建信息显示模块，将信息分析模块得到的结果显示出来。所述信息显示模 块由一块LED屏幕组成。
[0108] 如图7所示，所述步骤3.3)的实现包括以下步骤：
[0109] 3.3.1)构建动态拖拉机理论工况数据库，为采集到的实际工况数据提供对比数 据。所述动态理论工况数据库包括柴油发动机理论工况数据，传动系理论工况数据，制动系 理论工况数据，转向系理论工况数据以及液压系统理论工况数据;所述柴油发动力理论工 况数据包括发动机转速，供油栗尺杆拨叉位移;所述传动系理论工况数据包括传动轴转速 以及传动轴加速度;所述制动系理论工况数据包括制动蹄制动角度;所述转向系理论工况 数据包括转向油栗转速以及转向节加速度;所述液压系统理论工况数据包括油液压力，油 液温度以及油液位置。所述动态拖拉机理论工况数据库由Carsim软件提供。
[0110] 所述步骤3.3.1)包括以下步骤：
[0111]装有Carsim的计算机接收解码器发送来的环境信息，并将其录入到Carsim中，由 Carsim建立相应的模拟环境、同时将现实拖拉机型号输入电脑，建立拖拉机动力学模型(软 件中自带对应模型库），得到拖拉机理论工况，电脑根据接收来的环境信息动态更新模拟环 境，实时更新拖拉机理论工况数据库。
[0112] 3.3.2)进行彳目息计算处理，所述彳目息计算处理方法米用对比法或者模糊算法：
[0113] 设i为所监控参数的代号，i = 1~11，i = 1表示柴油发动机转速，i = 2表示齿杆的 位移，i = 3表示油门位置，i =4表示传动系传动轴转速，i = 5表示传动系传动轴加速度，i = 6表示制动系促动机构的位移，i = 7表示转向系油栗转速，i = 8表示转向系万向节的加速 度，i = 9表不液压系统的油液压力，i = 10表不液压系统的油液温度，i = 11表不液压系统的 油液位置；
[0114] 如图7所示，所述对比法实现过程：定义实际工况数据N2l与理论工况数据Nu的差 距为
·，设&为1所对应监控参数的规定差距允许范围（设为常数）。当编号为i的 某结构实际工况数据与该结构的理论工况数据的差距A，彡&时，则诊断为该实际工况数据 与理论工况数据相符合，否则处于异常工况，根据i所对应的监控参数，可以得到出问题的 机构。
[0115]例如:在某一时刻t下，有如下数据：
[0116] 环境温度 T = 3(TC;
[0117] 风速 V=10m/s;
[0118] 道路坡度为α〇 = 〇·〇5;
[0119] 此时，Carsim中给出的柴油发动机的转速为Νιι，而实际由柴油发动机信息采集模 块中的转速传感器C111采集到的柴油发动机转速为N21。则
若a ，（本发明 实施例中设队为1〇%)则称柴油发动机转速正常，否则柴油发动机转速异常。所述分析模块 由安装有Cars im的计算机组成。
[0120]如图8所示，所述模糊算法的实现过程:输入参数〇1，参数队，计算输出故障诊断参 数心，所述参数~为实际工况数据M2l与理论工况数据Mu的差值，所述佐吟，具体为：
[0121] a.构建模糊规则表和模糊化处理函数并对参数进行模糊处理
[0122] 先将参数ai和参数βι的基本论域量化为[-3，+3]，离散成7个等级，即[-3，-2，-1，0， + 1，+2，+3]。之后建立7*7规则表，建立form规则表如下：（NB表不负大、PB表不正大、NM表不 负中、PM表示正中、NS表示负小、PS表示正小、Z0表示零）
[0123] {PB，PB，PM，PB，PS，PS，ZO}，
[0124] {PB，PB，PM，PS，PS，Z0，Z0}，
[0125] {PM,PM,PM,PS,Z0,NS,NS},
[0126] {PM，PM，PS，ZO，NS，NM，NM}，
[0127] {PS，PS，ZO，NS，NS，NM，NM}，
[0128] {ZO,NS,NS,NM,NM,NM,NB},
[0129] {ΖΟ,ΖΟ,ΝΜ,ΝΒ,ΝΜ,ΝΒ,ΝΒ}；
[0130] 采用等分三角形处理函数对Ql进行模糊化，具体地:建立数组es [ i ]，用来存储对a 模糊化后的值，总共求7次，其中i e [ 0 6 ]，i值不同时a、b、c取值不同。
[0131] es[0] = (a-a)/(b_a);此时a = _3，b = _2;
[0132] es[ 1 ] = (a-a)/(b_a);此时a = -3b = _l;
[0133] es[2] = (a-a)/(b_a);此时a = -2b = _l;
[0134] es[3] = (c_a)/(c_b);此时a = _lb = 0c = 1;
[0135] es[4] = (c_a)/(c_b);此时a = 0b = lc = 2;
[0136] es[5] = (c_a)/(c_b);此时a = lb = 2c = 3;
[0137] es[6] = (c_a)/(c_b);此时a = 2b = 2· 5c = 3;
[0138] 采用等分三角形处理函数对β进行模糊化，具体地:建立数组ecs[j]，用来存储对β 模糊化后的值，总共求7次，其中j e [ 0 6 ]，j值不同时a、b、c取值不同。
[0139] ecs[0] = (0-a)/(b_a);此时a = _3，b = _2;
[0140] ecs[ 1 ] = (0-a)/(b_a);此时a = -3b = _l;
[0141 ] ecs[2] = (0-a)/(b_a);此时a = -2b = _l;
[0142] ecs[3] = (c-0)/(c_b);此时a = _2b = 0c = 1;
[0143] ecs[4] = (c-0)/(c_b);此时a = _lb = 0c = 2;
[0144] ecs[5] = (c-0)/(c_b);此时a = 0b = lc = 2;
[0145] ecs[6] = (c-0)/(c_b);此时a = lb = 2c = 3;
[0146] b.使用极大-极小推理合成算法进行模糊推理
[0147] 通过求交集遍历es[i]，ecs[ j]得出其中较小的隶属度lsd(规则的可信度通过取 小运算得到(拟最小解），即从j = 〇开始依次把es[i]与ecs[j]依次比较，将较小的值存入对 应 form[ i] [j]中，例如 es[0] = l;es[l]=2;es[2] = 3;es[3]=4;es[5] = 5;es[6]=2与ecs [0 ] = 3进行对比，找出相对较小的数据填入f orm[ i ] [0 ]，即f orm[ i ] [0 ] = 1; f orm[ i ] [ 1 ]= 2;form[i][0] = 3;form[i] [4] = 3;form[i] [5] = 3;form[i][6] = 2,紧接着在j = l时，令es
[i]与ecs[l]比较，并存储在form[i][2]中，以此类推;再找出form表中最大的form[i][ j] 的数值，记住此时的i、j，然后根据定制的form规则表，按照第i+1行第j+1列找到位置，把此 位置点记为kp，根据kp，对a、b、c赋予不同的值。
[0148] 如果kp = NB;a = -3b = -2c = _l;
[0149] 如果 kp = NM;a = -3b = _2c = 0;
[0150] 如果kp = NS;a = -3b = _lc = l;
[0151] 如果 kp = Z0;a = _2b = 0c = 2;
[0152] 如果 kp = PS;a = _lb = lc = 3;
[0153] 如果 kp = PM;a = 0b = 2c = 3;
[0154] 如果 kp= =PB，a = lb = 2c = 3;
[0155] 根据规则表中的位置，进行反模糊化，采取三角形反模糊化处理函数z = (b_a)* lsd+a;y = c-(c-b)*lsd;最终根据 5i= (y+z)/2 得出诊断参数 δ?。
[0156] 根据以下标准，将结果显示在LED屏幕上，诊断标准为：
[0159]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说 明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式 或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种茶园拖拉机远程故障诊断系统，其特征在于，包括信息采集模块、信息编码传输 模块以及信息处理模块;所述信息采集模块、信息编码传输模块、信息处理模块依次相连； 所述信息采集模块包括环境信息采集模块以及拖拉机信息采集模块;所述环境信息采 集模块包括采集道路坡度信息的道路坡度信息采集模块、采集环境温度信息的环境温度信 息采集模块以及采集风速信息的风速信息采集模块;所述拖拉机信息采集模块包括柴油发 动机信息采集模块、传动系信息采集模块、制动系信息采集模块、转向系信息采集模块以及 液压系统信息采集模块;所述柴油发动机信息采集模块用于采集发动机飞轮转速和尺杆拨 叉位置变化;所述传动系信息采集模块用于采集传动轴转速和传动轴加速度;所述制动系 信息采集模块用于采集制动蹄转过的角度;所述转向系信息采集模块用于采集转向油栗转 速和转向节的加速度;所述液压系统信息采集模块用于采集回油压力、液压油温度和液面 高度； 所述信息编码传输模块包括信息编码模块和信息传输模块，所述信息编码模块和信息 传输模块相互连接;所述信息编码模块与所述信息采集模块相连，用于对所述信息采集模 块采集的信息进行编码处理，所述信息传输模块用于将编码的信息通过无线网络发送给所 述信息处理模块； 所述信息处理模块包括信息接收模块，信息解码模块，信息分析模块以及信息显示模 块，所述信息接收模块、信息解码模块、信息分析模块以及信息显示模块依次相串接;所述 信息接收模块通过无线网络接收传输过来的编码信息;所述信息解码模块用于对接收的编 码信息进行解码处理;所述信息分析模块用于对解码后的拖拉机参数检测值和理论值相对 比，诊断拖拉机是否存在故障;所述信息显示模块用于显示拖拉机的故障信息。2. 根据权利要求1所述的一种茶园拖拉机远程故障诊断系统，其特征在于，所述环境信 息采集模块由传感器组实现，所述传感器组包括水平仪、温度传感器以及恒温风速仪。3. 根据权利要求1所述的一种茶园拖拉机远程故障诊断系统，其特征在于，所述柴油机 发动机信息采集模块由第一传感器组实现，所述第一传感器组包括安装在安装在飞轮固定 端的非接触式转速传感器cm和安装在供油栗拨叉处的拨叉位移传感器C112;所述传动系 信息采集模块由第二传感器组实现，所述第二传感器组包括安装在传动轴支架上的非接触 式转速传感器C141和安装在传动轴轴底的加速度传感器C142;所述制动系信息采集模块由 第三传感器组实现，所述第三传感器组包括安装在制动系的制动蹄一侧的角度传感器 C121;所述转向系信息采集模块由第四传感器组实现，所述第四传感器组包括安装在转向 油栗传动轴一端的转速传感器Cl 51和安装在转向节一侧的加速度传感器Cl 52;所述液压系 统信息采集模块由第五传感器组实现，所述第五传感器包括安装在回油路中的压力传感器 Cl 31、安装在液压油箱底壳中的热电偶传感器Cl 32以及安装在液压油箱底壳中的液位传感 器C133。4. 根据权利要求1所述的一种茶园拖拉机远程故障诊断系统，其特征在于，所述信息编 码模块由寻呼机实现;所述信息传输模块由无线局域网络实现。5. 根据权利要求1所述的一种茶园拖拉机远程故障诊断系统，其特征在于，所述信息接 收模块由雷凌3070系列实现;所述信息解码模块由单片机实现;所述信息分析模块由装有 Car s im的计算机实现;所述信息显示模块由LED实现。6. -种茶园拖拉机远程故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 采集需要的信息，所述信息包括环境信息和拖拉机自身信息； 2) 将采集得到的环境信息和拖拉机自身信息进行编码处理，并通过无线局域网络发送 给监控中心； 3) 监控中心对得到的信息进行分析处理，对拖拉机实现远程故障诊断，并将故障状况 通过屏幕显示。7. 根据权利要求6所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1)的实现包括如下步 骤： 1.1) 构建环境信息采集模块，采集拖拉机所处环境的具体信息;所述环境信息采集模 块包括道路坡度信息采集模块，环境温度信息采集模块以及风速信息采集模块;所述道路 坡度信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器单元为一个水平仪C21，测量倾斜方向与 角度大小;所述环境温度信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器单元为一个温度传 感器C22，测量周边环境温度;所述风速信息采集模块为一个传感器单元，所述传感器单元 为一个恒温风速仪C23，测量外界风速； 1.2) 构建拖拉机信息采集模块，采集拖拉机的具体工作信息；所述拖拉机信息采集模 块包括柴油发动机信息采集模块，传动系信息采集模块，制动系信息采集模块，转向系信息 采集模块以及液压系统信息采集模块;所述柴油机发动机信息采集模块包括信息采集单 元，所述信息采集单元为一个非接触式转速传感器Clll，一个拨叉位移传感器Cl 12，所述非 接触式转速传感器Cl 11检测发动机飞轮转速，所述拨叉位移传感器Cl 12检测尺杆拨叉位置 变化，用以确定供油量;所述传动系信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集单元为 一个转速传感器C141和一个加速度传感器C142,所述转速传感器C141检测传动轴转速，所 述加速度传感器C142检测传动轴加速度;所述制动系信息采集模块包括信息采集单元，所 述信息采集单元为一个角度传感器C121，所述角度传感器C121用于检测制动蹄转过的角 度；所述转向系信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采集单元为一个转速传感器 C151和一个加速度传感器C152,所述转速传感器C151检测转向油栗转速，所述加速度传感 器C152检测转向节的加速度;所述液压系统信息采集模块包括信息采集单元，所述信息采 集单元包括一个压力传感器C131，一个热电偶传感器C132以及一个液位传感器C133,压力 传感器C131用于检测回油压力，所述热电偶传感器C132用于检测液压油温度，所述液位传 感器C133用于监控液面高度。8. 根据权利要求6所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2)的实现包括如下步 骤： 2.1) 构建信息编码模块，将采集到的信息用编码器以POCSAG编码方式编发，方便传输； 所述编码器为一块民用寻呼机电路板； 2.2) 构建信息传输模块，通过网络将编码后的信息发送到监控中心；所述网络为无线 局域网络，所述无线局域网络由电信运营商提供。9. 根据权利要求6所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3)的实现包括如下步 骤： 3.1) 构建信息接收模块，接收由信息传输模块发送过来的信息;所述信息接收模块包 括无线信号接收器，所述无线信号接收器采用雷凌3070系列； 3.2) 构建信息解码模块，将信息接收模块接收到的编码信息解码，正确识别位同步码， 并使采样时刻与POCSAG信息同步;将后继码字准确采样，每形成一个字节后由串行口送往 信息分析模块;所述信息解码模块为一块单片机； 3.3) 构建信息分析模块，对已解码的信息进行分析处理，诊断拖拉机的工作情况是否 正常;所述信息处理模块由安装有Carsim的计算机组成； 3.4) 构建信息显示模块，将信息分析模块得到的结果显示出来;所述信息显示模块为 一块LED屏幕。10.根据权利要求9所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3.3)中所述的诊断拖 拉机的工作情况是否正常的实现包括如下步骤： 3.3.1) 由Carsim软件构建动态拖拉机理论工况数据库，为采集到的实际工况数据提供 对比数据;所述动态理论工况数据库包括柴油发动机理论工况数据，传动系理论工况数据， 制动系理论工况数据，转向系理论工况数据以及液压系统理论工况数据;所述柴油发动力 理论工况数据包括发动机转速，供油栗尺杆拨叉位移;所述传动系理论工况数据包括传动 轴转速以及传动轴加速度;所述制动系理论工况数据包括制动蹄制动角度;所述转向系理 论工况数据包括转向油栗转速以及转向节加速度;所述液压系统理论工况数据包括油液压 力，油液温度以及油液位置； 所述Carsim软件构建动态拖拉机理论工况数据库的方法具体为:装有Carsim的计算机 接收解码器发送来的环境信息，并将其录入到Carsim中，由Carsim建立相应的模拟环境、同 时将现实拖拉机型号输入电脑，建立拖拉机动力学模型，得到拖拉机理论工况，电脑根据接 收来的环境信息动态更新模拟环境，实时更新拖拉机理论工况数据库； 3.3.2) 进行信息计算处理，所述信息计算处理方法采用对比法或者模糊算法； 设i为所监控参数的代号，i = 1~11，i = 1表示柴油发动机转速，i = 2表示齿杆的位移， i = 3表示油门位置，i =4表示传动系传动轴转速，i = 5表示传动系传动轴加速度，i = 6表示 制动系促动机构的位移，i = 7表示转向系油栗转速，i = 8表示转向系万向节的加速度，i = 9 表不液压系统的油液压力，i = 10表不液压系统的油液温度，i = 11表不液压系统的油液位 置； 所述对比法为： 定义实际工况数据N21与理论工况数据Nll的差距彡设队为1所对应监控参 数的规定误差允许范围，当编号为i的某结构实际工况数据与该结构的理论工况数据的差 距，则诊断为该实际工况数据与理论工况数据相符合，否则处于异常工况，根据i 所对应的监控参数，可以得到出问题的机构； 所述模糊算法为： 输入参数^、参数队，计算输出故障诊断参数S1，所述参数<^为实际工况数据M21与理论 工况数据M11的差值，所述Pprf1，具体步骤为： a.构建模糊规则表和模糊化处理函数并对参数进行模糊处理 先将参数*^和参数Pi的基本论域量化为[_3，+3]，尚散成7个等级，即[-3，_2，_1，0，+1，+ 2,+3 ];之后建立7*7规则表，建立form规则表如下：NB表不负大、PB表不正大、NM表不负中、 PM表示正中、NS表示负小、PS表示正小、ZO表示零； (PB,PB,PM,PB,PS,PS,Z0}, {PB，PB，PM，PS，PS，ZO，ZO}， {PM，PM，PM，PS，ZO，NS，NS}， {PM，PM，PS，ZO，NS，NM，NM}， {PS，PS，ZO，NS，NS，NM，NM}， {ZO，NS，NS，NM，NM，NM，NB}， {ZO，ZO，NM，NB，NM，NB，NB} 采用等分三角形处理函数对^进行模糊化:建立数组es[i]，用来存储对ct模糊化后的 值，总共求7次，其中i e [〇 6]，i值不同时a、b、c取值不同； es[0] = (a-a)/(b_a);此时a = _3，b = _2; es[l] = (a-a)/(b_a);此时a = -3，b = _l; es[2] = (a-a)/(b_a);此时a = _2，b = _l; es[3] = (c_a)/(c_b);此时a = _l，b = 0，c = I; es[4] = (c_a)/(c_b);此时a = 0，b = I，c = 2; es[5] = (c_a)/(c_b);此时a= I，b = 2，c = 3; es[6] = (c-c〇/(c_b);此时a = 2，b = 2.5，c = 3; 采用等分三角形处理函数对β进行模糊化:建立数组ecs[j]，用来存储对β模糊化后的 值，总共求7次，其中je[〇 6]，j值不同时a、b、c取值不同； ecs[0] = (0-a)/(b_a);此时a = _3，b = _2; ecs[l] = (0-a)/(b_a);此时a = _3，b = _l; ecs[2] = (0-a)/(b_a);此时a = _2，b = _l; ecs[3] = (c-3)/(c_b);此时a = _2，b = 0，c = I; ecs[4] = (c-3)/(c_b);此时a = _l，b = 0，c = 2; ecs[5] = (c-3)/(c_b);此时a = 0，b = I，c = 2; ecs[6] = (c-3)/(c_b);此时a= I，b = 2，c = 3; b.使用极大-极小算法进行模糊推理 所述极大-极小算法具体为：通过求交集遍历es[i]、ecs[j]得出其中较小的隶属度 lsd，规则的可信度通过取小运算得到，即从j = 0开始依次把es[i]与ecs[ j]依次比较，将较 小的值存入对应f〇rm[i][ j]中；再找出form表中form[i][ j]最大的数值，记住此时的i、j， 然后根据定制的form规则表，按照第i+1行第j+1列找到位置，把此位置点记为kp，根据kp对 a、b、c赋予不同的值;如下： 如果1^卩=賜，& = -3匕=-2。= _1; 如果1^卩=匪，& = -3匕=_2。= 0; 如果 kp = NS，a = -3b = _lc = 1; 如果1^。= 20，& = -2匕=0〇 = 2; 如果 kp = PS，a = _lb= lc = 3; 如果 kp = PM，a = 0b = 2c = 3; 如果 kp= =PB，a= lb = 2c = 3; 根据规则表中的位置，进行反模糊化，采取三角形反模糊化处理函数z = (b-a)*lsd+a; y = c-(c-b)*lsd;最终根据心=(y+z)/ 2得出诊断参数S1，并依据&值得出诊断结果，如下： 3i〈l，运行状态良好； 1〈δ?〈1〇，故障发生概率较大； 10,对应位置发生故障。
【文档编号】G01M17/007GK106017948SQ201610586761
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月23日
【发明人】梁军, 赵彤阳, 冯军志, 李仲兴, 薛洪涛, 陈燎, 陈龙
【申请人】江苏大学