汽車機械故障成因及維修處理研究

摘要：隨著我國國民生活水平的不斷提高、科學技術的不斷進步，汽車的使用量越來越大，汽車的發(fā)展速度也越來越快。在這種情況下，汽車運行過程中產生的故障因素更加繁雜、維修難度更高，對汽車機械故障成因及維修處理展開研究對于我國汽車產業(yè)發(fā)展有著重要的推進作用。結合實際情況，對汽車機械故障成因進行分析，并從發(fā)動機故障定位以及機械電子診斷技術方面對汽車故障的檢測維修進行探討。由實驗可知，機械電子診斷技術視域下的汽車故障檢測維修效果較好，能夠為汽車機械故障檢測維修提供幫助。

關鍵詞：機械電子診斷；汽車機械故障；維修處理

中圖分類號：U472? 收稿日期：2023-05-16

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.08.036

1 汽車機械故障成因

a.發(fā)動機怠速控制閥故障。當汽車發(fā)動機出現啟動困難問題時，產生該類情況的主要原因就是發(fā)動機怠速或怠速控制閥故障。在這種情況下汽車會出現怠速不穩(wěn)定、回火、排汽消聲器放炮等情況。

b.點火線圈故障。當汽車啟動時出現啟動困難、怠速不穩(wěn)以及轉向過高問題時，則可判定點火線圈故障[1]。

c.發(fā)動機點火正時不對。如果汽車啟動過程中出現汽油機溫度過高、發(fā)動機加速無力、失速、啟動困難等現象，則很有可能產生點火正時不對問題。

d.火花塞故障。點火正時不對與火花塞故障產生的情況較為相似，但是后者不會出現怠速轉向過高以及汽油機溫高現象。

e.傳感器故障。因為汽車傳感器故障類型多樣，一般情況下主要分為空氣流量故障、溫度故障、曲軸位置故障以及傳感器自身故障四大類。

f.空調系統(tǒng)故障。此類故障產生的主要原因主要在于冷循環(huán)漏氣或制冷劑不足等，主要表現為空調管路堵塞、膨脹閥堵、壓力泡漏氣塞等現象。

g.汽車底盤故障。汽車底板結構相較于其他部分具有很強的復雜性與科學性，也是保障汽車穩(wěn)定運行的重要保障。對于汽車底盤構造來說，主要分制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)與轉向系統(tǒng)，其中傳動系統(tǒng)因為包含電力、機械，以及液壓傳動等多種類型能夠向發(fā)動機輸出動力，這也是汽車底盤最重要的部分。當離合器產生異響，汽車啟動時踩下踏板踏板與桿分離時則代表傳動系統(tǒng)出現故障。

h.電子控制系統(tǒng)故障。電子控制系統(tǒng)產生故障的原因主要在于系統(tǒng)溫度過高、冷卻液添加不及時等因素。

i.高壓電故障。汽車在啟動過程中需要發(fā)電機與發(fā)動機共同運作提供動力，只有保持穩(wěn)定的、充足的動力支持汽車才能正常行駛。高壓電故障原因主要在于碰撞開關異常、預充電異常、主接觸器粘連等方面[2]。

2 發(fā)動機故障定位

對于汽車機械故障來說，故障較難排查、明確的部分主要在發(fā)動機。因此本文首先確定發(fā)動機故障定位方法，為后續(xù)的維修處理奠定基礎。

2.1 發(fā)動機故障特征提取

本文主要通過采集發(fā)動機振動信號的方式獲取故障特征向量。其中，針對發(fā)動機振動信號特點可采用小波包原理分析處理，依據分析結果將信號劃分為多個層次并進行信號分解。設發(fā)動機采集信號為[?（a）]，從而獲取信號的小波函數，具體表示為：

式中，[g0t]為濾波器系數；[φ（a）]為函數指數系數；[a]為振動信號當前狀態(tài)。以上公式為標準可利用遞推算法進一步獲取二者關系，表示為：

式中，[zn（2a-l）]為小波函數。

該類函數具有平移正交特性，因此可利用尺度函數小波包對其特性展開描述，獲取信號正相關值，具體表現為：

式中，[γlk]為振動信號之間的正相關值；l、k均為參數。通過上述公式推導出來的信號關系可使用小波包能量譜分析結果，獲取發(fā)動機振動信號的正交分解值并將其作為故障特征向量。因此，可將發(fā)動機原始信號設為[X（h）]，信號域為[L2G]，從而獲取信號時域能量值，具體表現為：

式中，[X]為振動信號能量值；[dx2]為信號尺度。將發(fā)動機振動信號逐層分解后得到重構信號[Cli]，信號能量值的獲取過程表示為：

式中，[Rli]為數據長度；l、i分別為信號分解系數與信號序號；[Xin]為信號離散幅值。上述公式計算后可得到信號能量數據。

汽車發(fā)動機運行過程中，如果發(fā)生故障則必然導致發(fā)動機振動信號能量產生波動，進一步得出信號能量的線性變化。結合發(fā)動機故障特征向量最終的結果為：

式中，[Ri]為發(fā)動機運行過程中產生的故障特征總向量；[r1，r2，…，r10]分別對應不同類型的發(fā)動機故障。

2.2 發(fā)動機故障定位方法

結合上述公式計算后得出的發(fā)動機故障特征數值，以人工神經網絡方法為基準設定模型，完成對故障的定位。發(fā)動機故障定位模型主要分為輸入、輸出、隱藏三個部分，輸入層輸入值即上述公式獲取的特征向量數值，將模型輸入層向量設置為[pi]，設輸入層與隱藏層之間權值為[Ui]，輸出層輸出向量設為[qk]，設輸出層節(jié)點閾值為[γk]，模型具體結構如圖1所示。

3 機械電子診斷技術視域下的汽車故障檢測維修

3.1 燃油機異響檢測診斷

汽車燃油機產生異響問題主要是因為內部敲缸、氣門響、曲軸承響等。這些異響產生的主要位置與原因類型都位于一個缸體內，因此對于檢測人員來說在判斷內燃機異響時往往難度較大。機械電子診斷技術可采用聽診器、頻譜分析儀等設備對異響進行全面診斷與接收[3]。另外，也可以在燃油機不同位置安裝爆震傳感器從而檢測個位置波點，如圖2所示。

對震爆波形進行分析后即可明確產生爆震氣缸的具體位置。由圖2可知，在起始階段燃油機保證波形較為穩(wěn)定，并無明顯變化，但是到中間階段時出現了劇烈波動，在部分情況下甚至超出了最初設定值范圍：[-400～400 mV]。等到波形運轉至結束時變化越發(fā)接近于穩(wěn)定，上下波動幅度不大，且始終保持在設定值范圍內[4]。燃油系統(tǒng)是燃油機結構中最容易出現故障的位置，如果汽車啟動困難則很有可能是燃油機油壓過低、動力不足，導致很多內構件溫度突然升高而造成損耗。此過程可利用技能分析儀對燃油系統(tǒng)油壓高低進行判斷分析，生成信號后在示波器上顯示。

3.2 電控系統(tǒng)故障檢測診斷

為了加強診斷結果的準確性與維修處理的全面性，需要對電控系統(tǒng)保險絲情況進行檢查。提取故障信息碼并打開點火開關后啟動發(fā)動機。此過程中需要保證ABS制動防抱死系統(tǒng)警示燈始終處于長期閃亮狀態(tài)，發(fā)動機熄滅[5]。如果警示燈在發(fā)動機熄火后仍然閃亮則說明該系統(tǒng)出現故障。根據警示燈閃爍次數讀取故障碼后進行檢測，具體步驟為：

a.汽車專用診斷頭共有兩端，按照線汽車診斷座后主機的方式依次在兩端連接，讀取故障信息。

b.不間斷連續(xù)跨接汽車專用診斷頭，次數為2～4次，此后讀取故障碼。

c.設定故障碼與故障碼之間的間隔為4 s，并設置啟動碼，隨后對故障碼進行獲取。

d.上述步驟進行過程中不能進行剎車操作，否則將使故障碼處于失效狀態(tài)。

另外，在發(fā)動機啟動后還需要確保ABS制動防抱死系統(tǒng)警示燈處于熄滅狀態(tài)。警示燈熄滅后在8～15 s內連續(xù)踩剎車踏板直至警示燈再次亮起，此時全部故障碼均已清除。

3.3 底盤輸出功率異常檢測診斷

在對汽車底盤進行故障檢測時，最常見的診斷工具為底盤測功儀。此工具能夠在獲取底盤輸出功率的過程中，使電渦流輸出功率與發(fā)動機轉速全部趨于穩(wěn)定。當達到這一狀態(tài)時查看儀表盤上功率，功率數值及時驅動輪輸出功率的具體情況。經過底盤測功儀對底盤異常功率信號進行采集后可確定異常診斷。因為在底盤的故障診斷過程中獲取的信號大多具有波動性與不穩(wěn)定性。為了對其進行處理可用與上文處理發(fā)動機振動信號特點的小波包原理分析方法。因此，對汽車底盤輸出功率異常的檢測、診斷，需結合小波包原理分析方法進行探尋。

3.4 油樣檢測診斷

機械電子診斷技術的應用過程中，由于金屬表面之間的摩擦而產生顆粒并流入液壓油中，當液壓油中存在一定的金屬顆粒后，對液壓油內部具體含量進行檢測，即可得知機械磨損情況。油樣檢測方法主要是利用油液光譜分析以及油液鐵譜分析技術進行。后者的應用主要是利用高強度磁場對油液磨損產生的金屬顆粒進行分析分離，通過金屬顆粒的大小、數量、規(guī)模、狀態(tài)等方面進行觀察判斷就能初步掌握機械部件磨損情況[6]。此后利用離子碰撞、元素加熱方式就能進一步明確金屬顆粒的能量特征，從而判斷機械部件磨損情況。

4 實驗分析

為了進一步驗證診斷效果，本文主要從傳統(tǒng)技術與機械電子診斷技術兩方面對維修效果進行對比分析。

4.1 發(fā)動機故障檢測維修效果分析

正常情況下發(fā)動機氧傳感器電壓波動如圖3所示。由圖3可知，正常情況下發(fā)動機氧傳感器電壓波形始終保持在0～1 V區(qū)間內，且電壓波形的變化具有很強的規(guī)律性。此后分別采用傳統(tǒng)技術與機械電子診斷技術對波形進行對比分析，結果如圖4所示。

由圖4可知，因為傳統(tǒng)技術較為依賴人工，受到的人工操作影響較大，很容易導致電壓波形波動性進一步加強，其中電壓波形保持在0.4～0.8 V區(qū)間[7]。機械電子診斷技術因為采用設備檢測，不會受到人為操作影響，能夠最大程度上保持與發(fā)動機氧傳感器電壓波形變化的一致。以此為基礎對傳統(tǒng)技術與機械電子診斷技術進行對比分析，結果如表1所示。

由表1可知，傳統(tǒng)技術的第一次維修與最后一次維修效果差距較大，其中在第二次試驗時維修效果最低，為0.2241[8]。機械電子診斷技術整體維修效果較為穩(wěn)定，雖然效果也逐漸下降，但始終保持在94%以上。

4.2 電控系統(tǒng)故障檢測維修效果分析

本文特取出現故障的電控系統(tǒng)電流值，具體如圖5所示。由圖5可知，電控系統(tǒng)電流值最大為48 A，最小為-20 A，分別出現在3 ms與4～6 ms時間段內。分別采用傳統(tǒng)技術與機械電子診斷技術對電控系統(tǒng)電流值進行對比分析，結果如圖6所示。

由圖6可知，傳統(tǒng)技術的電流值最大為20 A，最小為-25 A，分別處于3～4 ms以及4～6 ms時間段內，與實際值相差較大；機械電子診斷技術電流最大值為48A，最小值為-20 A，分別處于3 ms以及4～6 ms時間段內，與實際值保持一致[9]。以此為基礎對傳統(tǒng)技術與機械電子診斷技術的維修效果進行分析，如表2所示。

由表2可知，傳統(tǒng)技術與機械電子診斷技術維修效果隨著實驗次數的增加都不可避免地出現了降低，但是整體來說機械電子診斷技術效果更加穩(wěn)定。

5 結語

隨著時代的不斷進步，汽車產業(yè)的發(fā)展與升級愈發(fā)快速，汽車產生的故障類型愈發(fā)多樣，對于故障檢測技術與維修技術的需求也在不斷變化。因此，汽車維修行業(yè)必須順應時代發(fā)展，迎合汽車行業(yè)的變化更新、升級汽車維修技術，才能確保能夠更加高效、準確地分析檢測出具體的原因并搭配合理的維修技術。機械電子診斷技術是一項較為可靠的新興技術，能夠針對現代汽車中常見的電子設備故障進行檢測診斷，從而為汽車維修行業(yè)提供發(fā)展助力，能夠為汽車維修的高質量發(fā)展奠定基礎。

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作者簡介：

張真海，男，1983年生，講師，研究方向為汽車機械。