CN111058984B

CN111058984B - 一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法

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Publication number: CN111058984B
Application number: CN201911139612.8A
Authority: CN
Inventors: 刘远宏; 单宁
Original assignee: Engineering University of Chinese Peoples Armed Police Force
Current assignee: Engineering University of Chinese Peoples Armed Police Force
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-11-20
Also published as: CN111058984A

Abstract

本发明公开了一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法，包含以下步骤：S1、逐级设置系统级节点、模块级节点和部件级节点；S2、在部件级节点的下一级逐级设置故障模式节点和信号节点；S3、依据实际燃油供给系统测试名称及其能测量的信号，在信号节点的下一级设置测试节点；S4、依据故障模式、部件、模块、系统级隶属关系，采用有向边连接故障模式节点、部件级节点、模块级节点与系统级节点；依据故障模式能影响的信号及信号传递路径采用有向边连接故障模式节点与信号节点，依据测试能测量的信号，采用有向边连接信号节点与测试节点，得到液压系统的关联有向图模型。解决了现有测试性模型建模难度大，模型不直观、不易检验的问题。

Description

一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法

【技术领域】

本发明属于测试模型技术领域，具体涉及一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法。

【背景技术】

测试性模型能清晰、准确地描述装备的测试性相关因素与知识，如故障模式集、测试资源集以及故障与测试之间的关系等。典型的测试性模型包括信息流模型、多信号流图模型、混合诊断模型等。

信息流模型采用有向图的形式描述故障与测试之间的相关性，并利用图论的有关算法和计算机辅助推理可以自动计算获得相关性矩阵，快速计算各项测试性指标。多信号流图模型不直接描述故障与测试的关联关系，而是将故障与测试的关系以信号为纽带联系起来。多信号流图模型中分为故障节点、模块节点、测试节点6、开关节点、与节点等。混合诊断模型采用有向图的方式描述了系统结构、功能、故障模式间的相关关系。模型支持功能和故障模式的混合诊断推理。从本质上来讲，多信号流图模型和混合诊断模型非常类似。

现有典型的测试性模型主要采取有向图的方式通过信号流描述结构、功能、故障、测试等要素间的相关关系。现有模型将故障影响的特征信号合并到故障模式节点4，主要描述了各类故障特征信号的流向，弱化了故障信号间的相关影响。实际复杂装备信号间往往相互影响，导致测试性建模难度增加，且构建的模型与实际装备结构存在较大差异，模型不直观、不易理解、不易检验。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法，以解决现有测试性模型建模难度大，模型不直观、不易理解、不易检验的问题。

本发明采用以下技术方案:一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法，包含以下步骤：

S1、逐级设置系统级节点、模块级节点和部件级节点；

系统级节点的内容为燃油供给系统，模块级节点的内容为泵总成和控制阀总成，故部件级节点为远程控制单元、泵、电动机、泵控制器、电磁线圈、阀体和燃油喷射歧管；

S2、依据实际燃油供给系统部件的故障模式和故障模式影响的信号，在部件级节点的下一级逐级设置故障模式节点和信号节点；

S3、依据实际燃油供给系统测试名称及其能测量的信号，在信号节点的下一级设置测试节点；

S4、依据故障模式、部件、模块、系统级隶属关系，采用有向边连接故障模式节点、部件级节点、模块级节点与系统级节点；依据故障模式能影响的信号及信号传递路径采用有向边连接故障模式节点与信号节点，依据测试能测量的信号，采用有向边连接信号节点与测试节点，得到液压系统的关联有向图模型。

进一步的，采用可达性分析关联有向图模型：若从节点N_i出发，至少存在一条路径到节点N_j，则节点N_i与节点N_j相关，相关性用数字“1”表示；反之，节点N_i与节点N_j不相关，用数字“0”表示。

进一步的，故障模式节点表示的内容为：磨损、卡死、开路、短路、阻塞和裂纹。

进一步的，信号节点为多个传感器，其测试的内容分别为：油泵流速上升、油泵流速下降、电动机转速上升、电动机转速下降、控制信号减小、控制信号增大、线圈转速下降、阀体流速下降、阀体流速上升和输出压力下降。

进一步的，测试节点为多个传感器，其测试的内容分别为：油泵流速测试、电动机转速测试、泵控制信号测试、远程控制单元信号测试、电磁线圈转速测试、阀体流速测试、燃油输出压力测试。

本发明的有益效果是：提出了一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法，与采用传统测试性建模方法相比，关联有向图模型中增加了信号节点，模型采用树状图的方式清晰直观的描述了系统内部结构组成、故障模式类别、故障的信号特征、信号间的相互影响、信号与测试相关关系等，模型更直观、容易理解和检验。

【附图说明】

图1为本发明的燃油供给系统结构示意图；

图2为本发明的关联有向图模型。

其中，1.系统级节点，2.模块级节点，3.部件级节点，4.故障模式节点，5.信号节点，6.测试节点。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法，其中涉及的燃油供给系统的结构如图1所示，其包括油箱、远程控制单元、泵总成、控制阀总成、热交换器和燃油喷射歧管。其中泵总成包括泵控制器、油泵和电机；控制阀总成包括阀、阀控制器；阀包括电磁线圈和阀体组成。假设系统运行在稳定状态下，系统输入电压信号和控制信号符合燃油供给系统要求，泵设定为中等转速，控制阀打开。

本发明的测试性建模方法构建的模型如图2所示，采用该模型可得到故障-测试相关关系并计算故障检测率、故障隔离率。建模方法具体包含以下步骤：

S1、燃油供给系统按照系统级、模块级、部件级可分为三层，则在燃油供给系统测试性模型中分别设置系统级节点1、模块级节点2和部件级节点3；

S2、依据实际燃油供给系统部件的故障模式、故障模式影响的信号，在燃油供给系统测试性模型中设置故障模式节点4和信号节点5；

S3、依据实际燃油供给系统测试名称及其能测量的信号，在燃油供给系统测试性模型中设置测试节点6；

S4、依据故障模式、部件、模块、系统级隶属关系采用有向边连接燃油供给系统测试性模型中的故障模式节点4、部件节点、模块节点与系统级节点1，依据故障模式能影响的信号及信号传递路径采用有向边连接故障模式节点4与测试节点6，得到液压系统的关联有向图模型。

采用可达性分析所述关联有向图模型：若从节点N_i出发，至少存在一条路径到节点N_j，则节点N_i与节点N_j相关，相关性用数字“1”表示；反之，节点N_i与节点N_j不相关，用数字“0”表示；以此类推，可得到部件级节点3、故障模式节点4、信号节点5、测试节点6间的相关关系表，表中“1”表示相关，“0”表示不相关；依据相关关系表计算故障检测率和故障隔离率。

其中，所述系统级节点1的内容为燃油供给系统。模块级节点2的内容为泵总成和控制阀总成。部件级节点3的内容为远程控制单元、泵、电动机、泵控制器、电磁线圈、阀体和燃油喷射歧管。故障模式节点4的内容为，磨损、卡死、开路、短路、阻塞、裂纹。信号节点5的内容为，油泵流速上升、油泵流速下降、电动机转速上升、电动机转速下降、控制信号减小、控制信号增大、线圈转速下降、阀体流速下降、阀体流速上升、输出压力下降。测试节点6的内容为，油泵流速测试、电动机转速测试、泵控制信号测试、远程控制单元信号测试、电磁线圈转速测试、阀体流速测试、燃油输出压力测试。

本发明的基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法中，依据燃油供给系统功能和结构原理，将燃油供给系统分为系统级、模块级和部件级三层。系统级为整个燃油供给系统，模块级包括泵总成、控制阀总成。由于油箱和热交换器可靠性，使用过程中无故障，因此模型中未添加。部件级包括远程控制单元、泵、电动机、泵控制器，电磁线圈、阀体、燃油喷射歧管等。

故障模式节点4包括磨损、卡死、开路、短路、阻塞、裂纹等。信号节点5包括油泵流速上升、油泵流速下降、电动机转速下降、电动机转速上升、控制信号减小、控制信号增大、线圈转速下降、阀体流速下降、阀体流速上升、输出压力下降等。测试节点6包括油泵流速测试、电动机转速测试、泵控制信号测试、电磁线圈转速测试、阀体流速测试、燃油输出压力测试。采用有向边连接模块节点、故障模式节点4、信号节点5、测试节点6，得到的关联有向图模型如图2所示。

本发明通过在关联有向图模型中增加信号节点5，其与部件级节点3组合涵盖了燃油供给系统结构典型的10种故障模式，即：泵磨损、电动机卡死、泵控制器的开路与短路、远程控制单元的开路与短路、电磁线圈开路、阀体阻塞与卡死、以及燃油喷射歧管。采用可达性分析方法分析该关联有向图模型，得到部件级节点3、故障模式节点4、信号节点5和测试节点6之间的相关关系，并用1或0表示。具体为，用“1”表示某一部件的故障模式发生时会产生相应的信号，并被相应的测试测量到，即故障模式与测量该信号的测试相关；用“0”表示故障模式发生时，不会产生该信号，即故障模式与测量该信号的测试不相关。

实施例：

按照本发明基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法的步骤S1-S5，构建出一燃油供给系统的关联有向图模型，再采用可达性分析所述关联有向图模型，分析原则是：若从节点N_i出发，至少存在一条路径到节点N_j，则节点N_i与节点N_j相关，相关性用数字“1”表示；反之，节点N_i与节点N_j不相关，用数字“0”表示。通过该方法，即可构建出系统部件-故障模式-信号-测试相关关系，如表1所示。表中“1”表示某一部件的故障模式发生时会产生相应的信号，并被相应的测试测量到，即故障模式与测量该信号的测试相关；“0”表示故障模式发生时，不会产生该信号，即故障模式与测量该信号的测试不相关。

表1系统部件-故障模式-信号-测试相关关系

从表1中可以看出，燃油供给系统故障模式发生时，均能被测试测量到，即10种故障模式均能被检测，燃油供给系统的故障检测率为10/10*100％＝100％；10种故障模式中，阀体产生阻塞和卡死故障时，故障模式节点4与测试节点6相关关系完全一致，即现有测试无法区分阀体阻塞和卡死故障，能被现有测试区分的故障模式为8种，因此隔离到故障模式时的故障隔离率为8/10*100％＝80％；当隔离到部件时，即某一部件内部故障模式不需要区分，只需要能区分部件的故障模式与其他部件的故障模式，因此隔离到部件级的隔离率为10/10*100％＝100％。此外，依据表1还可设计燃油供给系统诊断策略，用于指导实际燃油供给系统的故障诊断。

与传统测试性模型相比，本发明的关联有向图模型中增加了信号节点5，模型采用树状图的方式清晰直观的描述了系统内部结构组成、故障模式类别、故障的信号特征、信号间的相互影响、信号与测试相关关系等，降低建模及模型检验难度，模型更容易理解；得到的燃油供给系统故障检测率为100％，隔离到故障模式级的故障隔离率为80％，隔离到部件级的故障隔离率为100％。

本发明提出的一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法，与采用传统测试性建模方法相比，关联有向图模型中增加了信号节点5，模型采用树状图的方式清晰直观的描述了系统内部结构组成、故障模式类别、故障的信号特征、信号间的相互影响、信号与测试相关关系等，模型更直观、容易理解和检验。

Claims

1.一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、逐级设置系统级节点(1)、模块级节点(2)和部件级节点(3)；

所述系统级节点(1)的内容为燃油供给系统，所述模块级节点(2)的内容为泵总成和控制阀总成，所述部件级节点(3)为远程控制单元、泵、电动机、泵控制器、电磁线圈、阀体和燃油喷射歧管；

S2、依据实际燃油供给系统部件的故障模式和故障模式影响的信号，在部件级节点(3)的下一级逐级设置故障模式节点(4)和信号节点(5)；

所述信号节点(5)为多个传感器，其测试的内容分别为：油泵流速上升、油泵流速下降、电动机转速上升、电动机转速下降、控制信号减小、控制信号增大、线圈转速下降、阀体流速下降、阀体流速上升和输出压力下降；

S3、依据实际燃油供给系统测试名称及其能测量的信号，在信号节点(5)的下一级设置测试节点(6)；

所述测试节点(6)为多个传感器，其测试的内容分别为：油泵流速测试、电动机转速测试、泵控制信号测试、远程控制单元信号测试、电磁线圈转速测试、阀体流速测试、燃油输出压力测试；

S4、依据故障模式、部件、模块、系统级隶属关系，采用有向边连接故障模式节点(4)、部件级节点(3)、模块级节点(2)与系统级节点(1)；依据故障模式能影响的信号及信号传递路径采用有向边连接故障模式节点(4)与信号节点(5)，依据测试能测量的信号，采用有向边连接信号节点(5)与测试节点(6)，得到燃油供给系统的关联有向图模型；

采用可达性分析所述关联有向图模型，构建出系统部件-故障模式-信号-测试相关关系，依据系统部件-故障模式-信号-测试相关关系设计燃油供给系统诊断策略，用于指导实际燃油供给系统的故障诊断。

2.如权利要求1所述的一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法，其特征在于，采用可达性分析所述关联有向图模型：若从节点Ni出发，至少存在一条路径到节点Nj，则节点Ni与节点Nj相关，相关性用数字“1”表示；反之，节点N_i与节点N_j不相关，用数字“0”表示。

3.如权利要求1或2所述的一种基于关联有向图的燃油供给系统测试性建模方法，其特征在于，所述故障模式节点(4)表示的内容为：磨损、卡死、开路、短路、阻塞和裂纹。