浅析汽车发动机的故障诊断技术
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摘 要 发动机作为汽车等其它机械的动力源,其结构复杂,工作条件越来越苛刻,故障的判断也越来越困难。在介绍发动机故障诊断技术发展趋势同时,重点论述发动机智能故障诊断技术的内容,为进一步研究汽车发动机相关技术提供依据。
关键词 发动机;故障诊断;智能
中图分类号 TB 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)091-0127-01
发动机是汽车的动力源,发动机的一些基本技术性能都直接或间接地与汽车的相关性能相联系。汽车发动机工作条件很不稳定,结构复杂,经常处于负载和转速的交变影响中,某些零部件要在高压、高温及冲击等恶劣条件下工作,其工况不仅影响到发动机本身的运行,还会影响到汽车的整机性能。据相关数据统计,发动机故障约占汽车全部故障的40%以上,因此,对汽车发动机进行故障诊断有着非常重要的现实意义。
发动机在运行时产生的噪声、振动和冲击含有丰富的故障信息,是获取诊断信息的重要来源,它能实时地反映发动机的工作状态。发动机故障诊断技术是以检测技术为基础,依靠现代科学技术来确定汽车的运行状态,识别判断并分析汽车运行的故障,甚至预测故障的一项综合技术。利用故障诊断技术制造出来的故障诊断设备与传统的人工排除故障有着本质的不同。它是在实验研究的基础上,借助现代的信号处理技术和人工智能技术,在发动机不解体的条件下进行故障诊断,诊断更加准确、省力、快速。
1 汽车发动机故障诊断技术的发展趋势
1)故障分析手段的多样化。故障分析是提高故障诊断水平的关键因素,是将多种理论应用于故障诊断实践,从而发展成多种故障分析的有效方法。其故障分析过程是以诊断特征参数为基础,从特征信号分析和状态识别两方面入手,采用现代数学手段进行处理,找出故障的内在规律,以对系统的故障作出定量分析。例如,在汽车故障特征信号分析中,采用了小波分析技术替代传统的傅立叶分析技术。小波分析技术是非稳态信号时间域一频率域分析的有效数学工具。与傅立叶分析相比,它在时域和频域上同时具有良好的局部化特征,弥补了傅氏变换仅能进行稳态信号分析的不足之处。又如,现代汽车结构的复杂性决定了其故障状态呈现出多样性、模糊性和不确定性,将模糊集理论、故障树技术、神经网络技术应用于故障诊断分析,大大提高了诊断速度和诊断精度。
2)故障诊断系统的现代化。汽车故障诊断系统有两种:一种是车外诊断系统,即诊断功能的实现需要从车外进行检测的车外仪器诊断系统。一种是车载诊断系统,即电子控制汽车的故障自诊断系统,它能自动检测系统故障,并以故障代码的形式显示出来。由于车载诊断系统还存在着适应性差等缺点,使得车外诊断系统又得到进一步的发展。现代汽车故障诊断仪器综合了机械、电子、流体、声学、光学等技术,通过各种参数、曲线、波形的变化,测试汽车的性能和故障,还具有自动分析、判断、打印结果的功能,并不断向着集成化和智能化方向发展。
3)故障诊断信息的网络化。汽车故障诊断信息网络化的特点是:首先,突破了传统汽车诊断技术信息传递在空间、时间、容量和速度上的局限性,各维修企业间实现了资源共享。其次,实现了维修诊断技术的网络集成化:运用现代通信技术,集维修企业的管理软件、维修诊断技术信息系统、各种设备、仪器、维修诊断专家系统等为一体,实现了各维修企业的维修软、硬件共享。用户可通过汽车故障远程诊断业务,将现场诊断时传感器输出的数据远程传输到计算中心处理,计算中心再将分析结果反馈回现场指导故障诊断。故障诊断信息网络一体化具有信息传递快、便于管理的特点,是现代信息技术在汽车故障诊断领域的有效体现。
现代汽车故障诊断技术集现代诊断理论与先进诊断技术为一体,以多功能、电子化、集成化、智能化的诊断设备为手段,以信息技术为依托,成为现代汽车可靠性实现的技术保障。
2 发动机故障诊断的常用方法及各自的特点
1)简单仪器诊断法。简单仪器诊断法就是采用示波器、万用表、电感式电流探针等仪器,提取相应的数据流,并与标准值进行比较,从而深入诊断故障。但是,采用示波器和万用表只能通过检测电子元件或线路的电量参数(如电压值、电阻值及信号的脉宽、形状等)来判断电控系统中怀疑部件及线路有故障与否,以及维修和更换零部件后对其进行性能分析;采用电流探针只能测试各种交流或直流电流信号,主要用来检测电动燃油泵、喷油器驱动电路中的电流,这些检测仪器无法根据发动机的工作状况,从理论上判断可能的故障部位。
2)自我诊断法。现代电喷发动机上设置了控制电脑(ECU),同时设置了故障自诊断系统,当遇到故障时,通过故障自诊断装置监测控制系统各部分的工作状态,对控制系统进行必要的保护,并将故障以代码的形式储存在随机存储器(RAM)中,同时点亮故障指示灯(CHECK)。尽管故障自诊断系统给维修人员诊断故障带来了极大的方便,但由于ECU的内存有限,加上诊断机理的制约,其诊断项目受到一定的限制,主要表现在以下几个方面:①在ECU 对传感器信号进行检测时,车载故障自诊断系统只有在信号丢失持续一定时间或信号电压数值多次超出正常电压范围时,才会将其判断为故障,即只能接受其设定范围之内的传感器非正常信号,从而判别传感器的好坏,记录或不记录故障代码,对于因某种原因致使传感器灵敏度下降、反应迟钝、输出特性偏移、信号丢失或偏离等,尽管发动机确有故障表现,但自诊断系统无法诊断。②从故障自诊断系统提取的故障代码并不能作为排除故障的唯一依据,这是由于在发动机的故障现象相似或ECU 监测失误时,自诊断系统可能会显示错误的故障代码,所以在自诊断系统出现故障代码后,还应结合发动机的实际故障症状进行分析比较,才能得到正确合理的判断。
3)电脑诊断法。汽车电脑故障诊断仪(俗称解码器)本身就是一个专门的小型电脑,它能把汽车控制电脑(ECU)中储存的各种信息提取出来,进行整理、比较和翻译,然后以清晰的文字、曲线或图表方式显示出来,维修人员可以根据这些传送出来的信息判断故障的类型和发生的部位。如果调不出故障代码,或者调出故障代码后查不出故障内容,则可根据故障现象大致判断出故障范围,然后采用逐个检查元件工作性能的方法排除故障。汽车电脑故障诊断仪还可以向汽车控制电脑发出指令,进行静态和动态的诊断。这是目前最有发展前景的一种故障诊断方法。
4)人工智能诊断。从20世纪90年代开始,以传感器技术与动态测试为基础的故障诊断方法,尤其是计算机技术、现代信息技术及人工智能理论的发展与应用,已经而且继续将汽车故障诊断技术推向人工智能化阶段[4]。神经网络、模糊逻辑、粗糙集理论等智能诊断技术己经在故障诊断中得到应用,很多其他的人工智能方法也广泛用于故障诊断,如贝叶斯方法,但是,单一的方法总存在内在缺点,将多种方法互相集成,可以更有效地提高这些方法的故障诊断能力。
3 结束语
发动机故障诊断技术是随着以美、德、英、日为代表的诊断设备的发展而发展起来的。许多国外学者对各种汽车状态参数检测方法与测试技术在故障诊断中的应用进行了深入的研究,故障诊断的专家系统已获初步成功向人们显示了其巨大潜力。尽管我国汽车诊断技术水平与国外还存在很大差距,但随着国民经济的发展,各科研院所及高校从不同角度进行研究,国内知名的汽车检测设备生产厂家相继推出了各自的新产品,我国故障检测诊断技术得到了迅速发展。
参考文献
[1]蒋红枫,贾民平.汽车发动机故障诊断专家系统的研究[J].公路与汽运,2005,5:15-17.
[2]陈国金,侯平智,胡以怀,等.发动机故障特征量提取方法的研究[J].内燃机学报,2002,20(3):262-266.
[3]何磊.基于多Agent的汽车发动机故障诊断的研究[D].哈尔滨工业大学,2006.
[4]苗君明.基于神经网络的汽车发动机智能故障诊断研究[D].沈阳航空工业学院,2006.
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