ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI KỸ THUẬT Ô TÔ-Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô

ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI KỸ THUẬT Ô TÔ

Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật
ô tô
Trình bày: Đỗ Tiến Minh


Đánh giá trạng thái kỹ thuật ô tô
1.

Mục đích của chẩn đoán kỹ thuật ô tô
1.1 Mục tiêu kỹ thuật: Tin cậy và an toàn
R(t)
1.0
0.8
0.5

0
a

b

c
Sè chu kú lµm viÖc

λ(t)

0

Hµnh tr×nh lµm viÖc

Sù biÕn ®æi tr¹ng th¸i kü thuËt cña hÖ thèng trong qu¸ tr×nh vËn hµnh


Đánh giá trạng thái kỹ thuật ô tô
1.2 Mục tiêu kinh tế
• Nâng cao tuổi thọ của xe
• Tiết kiệm (nhiên liệu, vật tư và nhân công)
R(t)
1.0
0.9
0.5

0

S1

S2=(0,78÷0.88) S1

S3=(0,78÷0.88) S2

1.3 Mục tiêu môi trường
• Giảm thiểu phế thải như dầu mỡ ra môi trường


Đánh giá trạng thái kỹ thuật ô tô
2. Thực chất của chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô là gì?
Quá trình thu thập và phân tích các thông số phản ánh tình
trạng kỹ thuật của xe nhằm dự báo các hư hỏng và xác định
giá trị còn laị của xe phục vụ cho việc khai thác hiệu quả và

đánh giá chất lượng tổng thể mà không phải tháo rời các cụm,
hệ thống và bộ phận trên xe.
• Không tháo rời => không thể xác định được thông số
cấu trúc => cần thông số phản ánh cấu trúc và tình trạng
kỹ thuật của xe
• Thông số chẩn đoán là thông số phản ánh cấu trúc và
tình trạng kỹ thuật của xe


Đánh giá trạng thái kỹ thuật ô tô
3. Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của ô tô như thế nào?
3.1 Cơ sở của chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
• Lý thuyết thông tin
• Suy luận Logic


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
3.1.1 Lý thuyết thông tin
• Trong quá trình sử dụng, trạng thái kỹ thuật của các cụm,
tổng thành và tòan bộ ô tô luôn thay đổi theo hướng xấu đi.
Rất khó xác định trước tình trạng kỹ thuật của xe vì các
triệu chứng báo hiệu rất phức tạp, đan xen và trùng lặp
• Muốn đánh giá tình trạng kỹ thuật của ô tô phải xác định
trạng thái của từng cụm tổng thành thông qua độ bất định
của hệ thống vật lý
• Trong chẩn đoán đối tượng, lượng thông tin thu thập được
càng nhiều thì độ bất định của hệ thống càng giảm
• Mọi thông tin về thông số chẩn đoán phải được đánh giá về
giá trị, độ lớn theo một hướng nhất định, do vậy chẩn đoán
trạng thái trước hết phải dựa vào lý thuyết thông tin

• Việc vận dụng lý thuyết này cho phép có thể lựa chọn hợp
lý các thông số chẩn đoán cần thiết, đánh giá độ chính xác
của kết luận về trạng thái của đối tượng chẩn đoán


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
3.1.1.1 Entropi (E) và độ bất định của hệ thống
• Theo lý thuyết thông tin, có thể mô tả trạng thái kỹ thuật
của đối tượng thông qua độ bất định
• Độ bất định của hệ thống vật lý bao gồm nhiều bộ phận có
trạng thái kỹ thuật khác nhau được thể hiện bằng Entropi E
như sau:
n

E = − ∑ pi log 2 pi

i =1
Trong đó:
E – độ bất định của hệ thống (bit – binary digital)
i – chỉ số trạng thái của đối tượng
n – số lượng trạng thái kỹ thuật của đối tượng
pi – xác suất trạng thái của đối tượng với trạng thái i (trị số
này 0 ≤ pi ≤ 1 nên log2pi ≤ 0)

Vì biểu thức có dấu (–) nên E ≥ 0


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
• Một đối tượng chẩn đoán có độ bất định xuất phát từ hai
trạng thái (tốt - xấu, hỏng – không hỏng, vv), xác suất mỗi

khả năng 0.5 thì độ bất định bằng 1 bit vì:
E = -(0.5+0.5)log20.5 = 1
• Khi n = 1, pi = 1 thì E = 0. Tức là hệ thống được xác định và
độ bất định E là nhỏ nhất
• Nếu hệ thống có n trạng thái kỹ thuật có cùng xác suất thì
độ bất định E là:

1
1
E = − n log 2 = log 2 n
n
n

•

n

2

3

4

E

1

1,585

2

5

6

7

2,322 2,585 2,807

8

16

3

4

Nếu số trạng thái (n) và số lượng cụm (m) tăng thì độ bất
định của hệ tăng lên
• Khi lượng thông số chẩn đoán xác định được càng nhiều
thì độ bất định của hệ càng giảm


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
3.1.1.2 Giá trị thông tin của trạng thái trong hệ thống chẩn đoán
• Trong quá trình chẩn đoán hư hỏng, chúng ta có 2 hệ thống
- hệ thống trạng thái kỹ thuật (H): tốt và không tốt
- hệ thống các thông số chẩn đoán (C): là biểu hiện của
trạng thái kỹ thuật
• Khi bắt đầu chẩn đoán thì độ bất định của hệ thống là cao

nhất vì thông tin về trạng thái kỹ thuật của hệ thông được
biết ít nhất. Độ bất định của hệ thống càng giảm khi thu
thập được càng nhiều thông tin về tình trạng của hệ thống.
• Các thông số chẩn đoán thu được thuộc hệ thống C sẽ giúp
giảm độ bất đinh E của hệ thống H. Ta có:
Uc→H = E(H) – E(H/C)
Trong đó:
- E(H) – Entropi của hệ thống trạng thái kỹ thuật đối tượng
chẩn đoán, đặc trưng cho độ bất định của hê thống H
- E(E/H) – tổng Entropi của hệ thống H tương ứng với hệ
thống C, đặc trưng cho độ bất định của H khi C đã xác định


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
a. Hệ thống trạng thái đồng xác suất
• Nếu hệ thống có 4 trạng thái kỹ thuật (n =4), các trạng thái
có đồng xác suất hư hỏng thì độ bất định E = 2
• Nếu biết 1 trạng thái thì số lượng trạng thái còn lại của hệ
thống còn lại là 3 và độ bất định sẽ là E = 1,585
• Độ lớn thông tin của trạng thái đã biết U = 2 - 1,585 = 0,415
b. Hệ thống trạng thái không đồng xác suất
• Nếu các trạng thái không đồng xác suất, với các xác suất pi
là: 0,5; 0,3; 0,1; 0,1 thì độ bất định của hệ thống là:
E4 = -(0,5log20,5+0,3log20,3+0,1log20,1+0,1log20,1) = 1,68
• Khi đã biết thông tin trạng thái p1 = 0,5 thì số trạng thái còn
lại là n = 3 với trị số xác suât pi là: 0,6; 0,2; 0,2 và độ bất
định của hệ thống là:
E3 = -(0,6log20,6+0,2log20,2+0,2log20,2) = 1,36
• Độ lớn của thông tin ứng với xác suất p1 = 0,5 là:
1,68 – 1,36 = 0,32

Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
3.1.1.3 Biểu diễn trạng thái thông qua ma trận trạng thái
• Quan hệ giữa 2 hệ thống: Trạng thái kỹ thuật (H) và Thông số
chẩn đoán (C) rất đa dạng và phụ thuộc vào:
- Cấu trúc của hệ thống
- Xác suất xảy ra trạng thái của hệ thống
• Do tính đa dạng của cấu trúc nên việc biểu diễn trạng thái hệ
thống kết cấu H với hệ thống chẩn đoán C cần được tiến
hành dưới dạng bảng. Trong bảng cần chỉ rõ quan hệ của
chúng thông qua các phương thức tính toán cụ thể. Có các
dạng bảng sau:
- Ma trận hình thức: Quan hệ hình
C1
C2
C2
thức được đánh dấu “X” được
h1
X
X
gọi là “Ma trận hình thức”. Trong
h2
X
X
cấu trúc dạng này có thể hiểu
rằng: thông số h2 có quan hệ với
h3
X
hai thông số chẩn đoán c1 và c2

h4
X
X
và ngược lại


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
- Ma trận logíc:
Quan hệ logic được đánh dấu
bằng “1” và “0”gọi là “Ma trận
logic”. Ở đây, nếu coi quan hệ
“1” là hư hỏng hay xấu thì h1 hỏng
khi có hiện tượng chẩn đoán c1, c3
và không có c2 và ngược lại
- Ma trận xác suất:
Quan hệ xác suất được ghi trực tiếp
bằng giá trị xác suất của nó, được
gọi là “Ma trận xác suất”. Có thể
hiểu là: xác suất hư hỏng của h2 đối
với toàn bộ hệ thống H là 0,2; nếu
xác định được c1 thì xác suất hư
hỏng được biêt so với toàn bộ
hệ thống H là 0,1 và ngược lại

C1

C2

C3

h1

1

0

1

h2

1

1

0

h3

0

0

1

h4

0

1

1

C1

C2

C3

h1

0,1

0

0,2

h2

0,1

0,1

0

h3

0

0

0,2

h4

0

0,2

0,1


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
3.1.1.4 Vấn đề trọng số
• Trọng số của các yếu tố (Wi) được chọn theo kinh nghiệm
tùy thuộc vào mục đích chẩn đoán
• Trong chẩn đoán ô tô, trọng số được lựa chọn dựa trên:
- Xác suất hư hỏng trung bình có thể gặp trong kết cấu nếu
mục đích chẩn đoán là để tìm hư hỏng trong kết cấu
- Giá trị thực chất về mặt tài chính trong thị trường sử
dụng, nếu mục đích chẩn đoán là nhằm xác định chât lượng
ô tô sau sử dụng
- Độ khó của công nghệ sửa chữa khi cần khôi phục chi tiết
hay cụm chi tiết, nếu mục đích chẩn đoán là nhằm sửa
chữa khôi phục tính năng kỹ thuật
- Độ tin cậy của tập luật dùng trong suy luận, nếu mục đích
là nhằm xây dựng các tập luật
- Độ tin cậy của các thông số đo, nếu cần thiết xác lập độ
chính xác của các thông số kết luận trong chẩn đoán

Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
3.1.2 Ví dụ về xác định giá trị thông tin và xác suất hư hỏng
• Khảo sát hệ thống với giả thiết rằng: các hư hỏng và triệu
chứng đặc trưng cho hư hỏng có đồng xác suất
• Đối tượng có m kêt cấu có thể hư hỏng và xác suất của một
hư hỏng là p(hi) = 1/m
• Nếu mỗi hư hỏng cụ thể được đặc trưng bởi t triệu trứng
(thông tin) thì xác suất không điều kiện của một trong các
triệu chứng đó là:

11
pij =
mt

• Khi xác định được một triệu trứng (ci) thì xác suất xảy ra hư
hỏng của toàn bộ hê thống p(ci) sẽ là:
m

p(ci ) = ∑ pij
j =1


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
• Độ lớn của thông tin nhận được do kết quả quan sát trên hệ
thống C là:
Uc→H = E(H) - E(H/C)
Hay:

Thay

Ta có:

m

p ( h j / ci )

j =1

p(h j )

U c→ H = ∑ p(h j / ci ). log 2

p ( h j / ci ) =

pij
p (ci )

m

pij

j =1

p (c i )

U c→ H = ∑

log 2

pij

p (ci ) p ( h j )


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
• Xét cơ cấu phanh ô tô gồm có:
- 3 trạng thái hư hỏng (m=3) là:
+ guốc phanh quá mòn (h1)
+ tang trống quá mòn (h2)
+ bầu phanh bánh xe thủng (h3)
- 4 đặc trưng (triệu chứng) hư hỏng (t=4) là:
+ tăng khe hở má phanh và tang trống phanh (c1)
+ không phanh gấp được bánh xe (c2)
+ quãng đường phanh quá lớn (c3)
+ hở khí nén bầu phanh (c4)


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
• Có thể biểu diễn quan hệ giữa trạng thái kỹ thuật h j với các
triệu chứng thông qua thông số chẩn đoán ci dưới dạng ma
trận. Ở đó:
- chỉ số “1” cho thấy có mối quan hệ giữa hj và ci
- chỉ số “0” cho thấy không có mối quan hệ giữa hj và ci
Tổ hợp các trạng thái kỹ thuật và triệu trứng ta có ma trận
logic dưới đây:
Triệu chứng ci
Trạng thái kỹ thuật hj

c1

c2

c3

c4

Guốc phanh quá mòn h1

1

1

1

0

Tang trống quá mòn h2

1

0

1

0

Bầu phanh hở khí nén h3

0

1

1

1


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
• Xác suất hư hỏng liên quan đến 3 trạng thái kỹ thuật là:
p(h1) = p(h2) = p(h3) = 1/3
• Trạng thái hư hỏng h1 liên quan đế 3 triệu trứng (t=3) và có
đồng xác suất là 1/9
• Trạng thái hư hỏng h2 liên quan đế 2 triệu trứng (t=2) và có
đồng xác suất là 1/6
• Trạng thái hư hỏng h3 liên quan đế 3 triệu trứng (t=3) và có
đồng xác suất là 1/9
Trên cơ sở đó ta có ma trận xác suất như sau:
c1

c2

c3

c4

p(hj)

h1

1/9

1/9

1/9

0

1/3

h2

1/6

0

1/6

0

1/3

h3

0

1/9

1/9

1/9

1/3

p(ci)

5/18

4/18

7/18

2/18

1


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
Ta có kết quả tính toán giá trị thông tin của xác suất ứng với
các triệu trứng (thông số chẩn đoán) ci là:
c1

c2

c3

c4

p(hj)

h1

1/9

1/9

1/9

0

1/3

h2

1/6

0

1/6

0

1/3

h3

0

1/9

1/9

1/9

1/3

P(ci)

5/18

4/18

7/18

2/18

1

Uc→H

0,614

0,585

0,028

1,585


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
• Ta thấy:
- Giá trị thông tin nhỏ nhất nhận được từ trị số xác suất lớn

nhất và ngược lại. Điều này có ý nghĩa lớn khi lựa chọn
thông số chẩn đoán
- Lý thuyết thông tin có thể giúp cho:
+ chọn số lượng thông số chẩn đoán sao cho đủ để xác
định trạng thái của đối tượng
+ lựa chọn thông số chẩn đoán sao cho đủ độ tin cậy về
giá trị thông tin tùy theo mục đích chẩn đoán là xác định hư
hỏng hay xác định chất lượng tổng thể
+ Xử lý các thông tin từ thông số chẩn đoán nhằm đạt độ
chính xác của hư hỏng và đánh giá chất lượng tổng thể
- Việc sử dụng lý thuyết thông tin là cần thiết trong tối ưu
hóa quá trính chẩn đoán nhất là trong điều kiện không thể
có các phương tiện đo đạc các thông số chẩn đoán.


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
3.1.2 Lôgic và chẩn đoán kỹ thuật
• Logic là ngành khoa học nghiên cứu các qui tắc xây dựng
mệnh đề khẳng định đúng sai được rút ra từ các mệnh đề
khác. Tức là nó nghiên cứu sự hình thành các qui luật và
hình thái lập luận
• Việc sử dụng logic trong chẩn đoán kỹ thuật giúp suy luận
và nhanh chóng đưa ra các kết luận hợp lý về tình trạng của
đối tượng, đặc biệt hiệu quả khi sử dụng máy tính xây dựng
mạng trí tuệ nhân tạo trong chẩn đoán
• Cơ sở xây dựng bài toán logic là đại số Boole


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
3.1.2.1 Khái niệm về đại số Boole

•
Hàm boole, tương ứng với các trạng thái 0, 1 nên rất phù
hợp để xác định trạng thái kỹ thuật của đối tượng chẩn
đoán là hỏng hay không hỏng
•
Hiện nay đại số boole cho phép mở rộng bài toán với số
lượng mệnh đề mới phức tạp tùy ý nên sử dụng đại số
boole các ma trận chẩn đoán trong ô tô cũng được hình
thành và phục vụ cho việc suy luận trên máy tính
a. Biến logic
•
Biến logic biểu thị hai trạng thái hay tính chất đối lập
nhau (0, 1) như tôt-xấu, đúng-sai, có-không, vv.
•
Khi chẩn đoán chúng ta có các thông số trạng thái kỹ
thuật và thông số biểu hiện kết cấu là các biến logic
- các thông số trạng thái kỹ thuật là tập dữ liệu và ký hiệu:
Hj = {h1; h2; … hn}
- các thông số biểu hiện kết cấu dùng để chẩn đoán là tập dữ
liệu và ký hiệu:
C I = {c1; c2; … cn}


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
• Ví dụ: trong chẩn đoán ô tô:
- Các biến logic là thông số trạng thái kỹ thuật như:
+ mòn vòng găng động cơ
+ mòn bạc biên
+ mòn bạc cổ trục chính
+ mòn hay rơ ổ bi cầu xe

+ mòn răng các cặp bánh răng ăn khớp
- Các biến logic là thông số chẩn đoán như:
+ công suất động cơ
+ vận tốc ô tô
+ lượng tiêu hao nhiên liệu
+ lượng tiêu hao dầu bôi trơn
+ dao động xoắn trong hệ thống truyền lực


Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô
b. Hàm lô gic
• Hàm được gọi là hàm logic nếu như hàm của các tập biến
logic chỉ lấy các giá trị 0 hoặc 1
• Các đại lượng Hj và Ci chỉ quan hệ với nhau bằng các giá trị
đúng (1) hoặc sai (0) theo các hàm tương quan Hj = g(Ci)
hoặc Ci = f(Hj)
• Các hàm tương quan được thực hiện trên cơ sở các phép
toán cơ bản của đại số boole
c. Phép cộng logic (phép tuyển)
Tuyển của hai mệnh đề c1 và c2 (dùng các ký hiệu: c1 v c2 ;
c1+c2; c1 u c2 và đọc là c1 hoặc c2) là mệnh đề sai khi cả c1 và c2
đều sai, còn đúng trong mọi trường hợp ngược lại
d. Phép nhân logic (phép hội)
Hội của hai mệnh đề c1 và c2 (dùng các ký hiệu sau: c1 Λ c2;
c1.c2 ; c1 ∩ c2 đọc là c1 và cả c2) là mệnh đề đúng khi cả c1 và c2
đều đúng, còn sai trong mọi trường hợp còn lại