汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷研究的理論與方法

熊沂鋮，王　杏，李金龍，秦　芃

（西安航空學(xué)院，陜西 西安　710077）

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷研究的理論與方法

熊沂鋮，王杏，李金龍，秦芃

（西安航空學(xué)院，陜西 西安710077）

隨著現(xiàn)代社會(huì)汽車制造技術(shù)的不斷研究與完善，汽車工藝的不斷提升，建立更加合理、更加科學(xué)、更加完善的系統(tǒng)汽車故障診斷理論體系成為發(fā)展的必要趨勢(shì)。文章對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的理論和方法進(jìn)行分析研究，分別從信號(hào)處理、模糊故障診斷、知識(shí)等方面進(jìn)行分析和探討，望對(duì)以后發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷研究提供幫助。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；故障診斷；信號(hào)處理；模糊故障診斷

隨著現(xiàn)代汽車電子使用過(guò)程不斷地優(yōu)化，提高了汽車性能的同時(shí)也讓汽車整體控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能變得更加復(fù)雜，一旦發(fā)生故障的時(shí)候，診斷跟維修也會(huì)變得特別的難，同時(shí)也考驗(yàn)維修人員的知識(shí)跟經(jīng)驗(yàn)。隨著發(fā)展的需要，維修人員不斷提升自身的技術(shù)和能力，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立一個(gè)完善、統(tǒng)一、系統(tǒng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)診斷維修技術(shù)方法，提高維修的效率。和世界各國(guó)研究機(jī)構(gòu)投入大量的人力物力進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)體系故障的研究不同，對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的理論和方法的研究對(duì)改進(jìn)和提高我國(guó)的汽車故障診斷技術(shù)是非常重要的，因?yàn)槠嚬I(yè)我國(guó)起步的晚，這方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他國(guó)家。

1　根據(jù)信號(hào)處理發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷方法

對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷方法的要領(lǐng)，實(shí)際就是兩點(diǎn)，一個(gè)是模式的辨認(rèn)識(shí)別，另一個(gè)是分類的問(wèn)題。從這主要的兩點(diǎn)來(lái)看，發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的方法主要可概括為提取特征，模式的識(shí)別和獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)信息。在根據(jù)信號(hào)處理的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的方法中，最重要的方法之一就是利用信號(hào)模型來(lái)進(jìn)行診斷；診斷方法主要有主元分析法和小波分析法等。

（1）主元分析法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷與研究。主元分析法是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的壓縮分析，提取其中的關(guān)鍵信息，根據(jù)提取的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，利用提取的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析，建立一個(gè)主元模型，然后開(kāi)始測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行信號(hào)，一旦出現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行信號(hào)跟主元模型的信號(hào)產(chǎn)生排斥，就說(shuō)明汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，然后就可以判斷故障的發(fā)生。通過(guò)分析得到的數(shù)據(jù)，分離出發(fā)動(dòng)機(jī)的故障，然后解決問(wèn)題。因此主元分析法對(duì)分離數(shù)據(jù)中的大量冗余信息處理非常有效；主元分析法對(duì)于數(shù)據(jù)的處理性很強(qiáng)，可以作為有效的故障監(jiān)測(cè)和管理方式。

（2）小波分析方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷與研究。小波分析法就是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生的時(shí)頻進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，總結(jié)參數(shù)的變化數(shù)據(jù)進(jìn)而判斷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障。小波分析法是通過(guò)對(duì)多項(xiàng)參數(shù)變化的采集，來(lái)推斷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生故障。如圖1所示為小波測(cè)試系統(tǒng)示意圖，將發(fā)動(dòng)機(jī)和波形分析連接，并將運(yùn)行效果和采集波形的系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這樣能夠監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的波動(dòng)，然后記錄發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的參數(shù)變化，通過(guò)小波分析進(jìn)行參數(shù)研究，將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)小波測(cè)試的數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，可以將如表1所示的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)油缸斷油時(shí)，噴油脈寬增加，在油耗和點(diǎn)火角保持不變的前提下，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本保持不變的，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在斷缸后，轉(zhuǎn)速下降，為了維持這種不正常的運(yùn)行狀態(tài)，電腦會(huì)指令增加噴油脈寬，由于總供油量不變，所以轉(zhuǎn)速基本不變，因此造成供油量變化與轉(zhuǎn)速變化不同步，造成發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

圖1　小波測(cè)試系統(tǒng)示意圖

表1　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2　模糊故障診斷方法

模糊診斷法主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大概的模糊的分析跟判斷，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行大致判斷，可作為初步的判斷，將故障大致確定在一定的范圍內(nèi)，然后重點(diǎn)對(duì)這個(gè)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)技術(shù)分析，然后繼續(xù)縮小排除范圍，從而提升故障診斷的效率。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)有聲無(wú)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，初期判斷的時(shí)候不能分析出其具體原因，這種情況下可以通過(guò)模糊故障診斷法將故障范圍大致縮小到發(fā)動(dòng)機(jī)的軸、轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪等然后故對(duì)這些部位進(jìn)行重點(diǎn)排查分析繼續(xù)將故障范圍進(jìn)行縮小，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷效率。

3　基于知識(shí)的故障診斷方法

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展更新，人工智能及計(jì)算機(jī)技術(shù)為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷提供了不少新的理論方法，產(chǎn)生了不少新的診斷方法，例如用計(jì)算機(jī)采集故障發(fā)動(dòng)機(jī)的信息后，計(jì)算機(jī)會(huì)利用所收集的數(shù)據(jù)運(yùn)行各種規(guī)則進(jìn)行推斷，有時(shí)甚至還可以調(diào)取應(yīng)用程序，在運(yùn)行的過(guò)程中還可以向商戶索取一些必要的信息，然后就可以快速診斷出發(fā)動(dòng)機(jī)故障或者最有可能的故障。

4　專家系統(tǒng)故障診斷法

專家系統(tǒng)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷法主要是指在通過(guò)對(duì)被診斷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)信息采集，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)相關(guān)的邏輯分析系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過(guò)知識(shí)進(jìn)行推理診斷故障可能發(fā)生的原因，然后再由用戶去證實(shí)。

5　汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷法的展望

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及汽車技術(shù)的日益發(fā)展汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)的故障問(wèn)題也會(huì)越來(lái)越復(fù)雜化，不僅僅存在于單方面的問(wèn)題，必定會(huì)對(duì)現(xiàn)存的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的診斷造成困難。目前很多研究人員試著將故障診斷的方式進(jìn)行整合，也就是通過(guò)多種診斷渠道聯(lián)合起來(lái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行診斷，這種方法不僅體現(xiàn)出了成果性，同時(shí)更具全面性。通過(guò)對(duì)所有診斷方法的整合，可以更好地進(jìn)行互補(bǔ)作用，更充分的對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行更加全面的故障診斷。其次也可以通過(guò)增加故障診斷工具來(lái)提高故障診斷效率，還可探討新的故障診斷功能。根據(jù)新的診斷方法，可以結(jié)合前面提到的診斷方法，全面提高診斷效率。

6　結(jié)語(yǔ)

文章僅針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷方法進(jìn)行了研究與分析，了解了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷方法種類的多樣化，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際具體的情況采取針對(duì)性的方法。不拘泥于單一的診斷方法，全面檢測(cè)才能夠診斷出最好的診斷效果，通過(guò)理論結(jié)合實(shí)踐的不斷總結(jié)，在故障診斷中還可以借助一些新的儀器進(jìn)行診斷。隨著汽車工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，在未來(lái)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的診斷中，計(jì)算機(jī)診斷將起到舉足輕重的地位，既節(jié)省人力又能提高診斷的有效性。

［1］張開(kāi)智.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的理論和方法［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，（10）：40-41.

［2］戈劍，楊維軍.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的理論和方法［J］.輕工科技，2012，（4）：51-53.

Theory and Methods of Automobile Engine Fault Diagnosis

XIONG Yi-cheng，WANG Xing，LI Jin-long，QIN Peng
（Xi'an Aviation College，Xi'an，Shaanxi 710077，China）

With continuous research and improvement of modern car manufacturing technology，car process has been continuously improved，so it's imperative to establish more reasonable，more scientific，and more perfect automobile fault diagnosis theory system.The article studies automobile engine fault diagnosis theory and method，respectively explores from signal processing，fuzzy fault diagnosis，knowledge，etc.，hoping to offer helpfor engine fault diagnosis.

car engine；fault diagnosis；signal processing；fuzzy fault diagnosis

U472

A

2095-980X（2016）07-0045-02

2016-06-18

熊沂鋮（1988-），男，陜西勉縣人，碩士研究生，助教，主要研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理。