探究基于DSP的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷

【摘 要】 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車制造業(yè)當(dāng)中的新技術(shù)與新工藝的應(yīng)用越來(lái)越多，尤其是高新電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使汽車成為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，進(jìn)而汽車的故障問(wèn)題也日漸趨于復(fù)雜化，從汽車的表體采集信號(hào)對(duì)故障進(jìn)行推斷和確定成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文主要探討基于DSP的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)，在相關(guān)理論研究的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的科學(xué)性和實(shí)用性進(jìn)行研究，得到較為滿意的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】 發(fā)動(dòng)機(jī) ?故障診斷 ?DSP系統(tǒng)

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求越來(lái)越高，兼顧經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和節(jié)能環(huán)保特性成為發(fā)展的方向。發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)越來(lái)越完善，其故障診斷技術(shù)也越來(lái)越重要。故障診斷作為一門專門研究汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障產(chǎn)生的原因、機(jī)理以及特征的學(xué)科，涉及到的范圍非常廣泛，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)以及人工智能技術(shù)等。利用故障診斷技術(shù)能夠有效的對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，減少重大事故的發(fā)生以及造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)汽車維修的預(yù)測(cè)，減少修理的成本。筆者基于Freescale DSP 56F807的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)的理論和實(shí)踐性研究。

1 基于DSP的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)方案

本研究中故障診斷系統(tǒng)的硬件包含傳感器、DSP開發(fā)板、執(zhí)行元件、監(jiān)控系統(tǒng)以及訊號(hào)處理系統(tǒng)等，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)采集通訊以及狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷的功能。

通過(guò)電控單元實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)居信息的采集和處理、系統(tǒng)中的邏輯性運(yùn)算以及系統(tǒng)控制。方案中要求電控單元在滿足相關(guān)的抗干擾性能的基礎(chǔ)上具有良好的可靠性。作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)使用具有高運(yùn)算速度的芯片。在本次研究當(dāng)中使用的是 Freescale DSP 56F807進(jìn)行開發(fā)，并進(jìn)行獨(dú)特的設(shè)計(jì)。研究以AJR汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為實(shí)驗(yàn)的對(duì)象，將模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)輸入到其中。其中模擬發(fā)動(dòng)機(jī)傳感信號(hào)包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的溫度、氧傳感以及爆震信號(hào)、在一定電壓范圍內(nèi)的節(jié)氣門坐標(biāo)與怠速節(jié)氣門坐標(biāo)、在一定電壓范圍內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度等;數(shù)字信號(hào)則包括發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火和噴油的情況、怠速的電機(jī)占空比以及凸輪軸的坐標(biāo)位置信號(hào)。

2 信息數(shù)據(jù)的采集與通信

基于DSP的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元信號(hào)數(shù)據(jù)的采集與處理包括對(duì)傳感器以及執(zhí)行器信號(hào)的的處理。需要通過(guò)特定的回路使用DSP進(jìn)行計(jì)算，在處理完成之后傳送至監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行分析和存儲(chǔ)，信息數(shù)據(jù)的采集功能是DSP發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)當(dāng)中最為基本的功能，通過(guò)提供數(shù)據(jù)信息對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷。在本次研究中為電路設(shè)計(jì)添加了適量的干擾元件，通過(guò)光耦隔離等增強(qiáng)電路的抗干擾性能。

通信主要通過(guò)計(jì)算機(jī)的接口與DSP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，DSP系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)傳輸發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與分析，通過(guò)傳送和控制的性能能夠?qū)?shù)進(jìn)行調(diào)整。本次研究中計(jì)算機(jī)的核心通訊部位是MSComm控件?？梢詫?duì)事件進(jìn)行捕捉以及處理通信。每一個(gè)MSComm控件都設(shè)置有與之對(duì)應(yīng)的串行端口。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集和同步顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)以及電控單元的控制參數(shù)，同時(shí)還能對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行控制和調(diào)整，對(duì)分析處理的結(jié)果進(jìn)行保存以方便發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷和維修，因此監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)具有非常重要的作用。此次研究當(dāng)中主要利用語(yǔ)言編程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷學(xué)系統(tǒng)中的監(jiān)控程序進(jìn)行開發(fā)研究，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的顯示、傳遞、控制、調(diào)整、保存以及報(bào)警等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)置由兩種控件共同組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、修改等功能。在監(jiān)控系統(tǒng)的使用過(guò)程中，工作人員可以非常便捷的進(jìn)行操作，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障將會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，在人機(jī)界面中顯示故障代碼、故障發(fā)生的位置產(chǎn)生故障的原因，并自動(dòng)對(duì)此次故障進(jìn)行記錄。真正意義實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化管理，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷也更為便捷，很大程度上節(jié)約了時(shí)間成本以及人工成本，提高了工作效率。

4 故障的診斷方法

4.1 系統(tǒng)自診斷方法

系統(tǒng)自診斷方式主要是測(cè)試系統(tǒng)中微控制器的工作狀態(tài)，根據(jù)檢測(cè)得出的結(jié)果采取針對(duì)性的措施進(jìn)行處理。這種診斷方式由操作系統(tǒng)層當(dāng)中的安全和保護(hù)模塊實(shí)施處理。

4.2 在線直接的故障診斷

在線直接診斷方式主要是對(duì)系統(tǒng)中輸出和輸入信號(hào)的的變化特點(diǎn)進(jìn)行分析，判斷系統(tǒng)發(fā)生故障的具體情況，具有快速、精確的特點(diǎn)。在線直接診斷方式就是在工作的狀態(tài)下對(duì)系統(tǒng)控制的信號(hào)進(jìn)行直接的測(cè)試，將正常的信號(hào)與故障的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，判斷故障產(chǎn)生的原因、位置等。該方式能夠直接對(duì)電控單元的信號(hào)其作用，而診斷程序本身就是電控單元中的控制模塊，所以操作非常便捷，具有高效的特點(diǎn)。主要對(duì)傳感器和執(zhí)行器的故障模型進(jìn)行診斷，故障多為恒增益發(fā)生改變、出現(xiàn)卡死以及恒偏差等現(xiàn)象。

4.3 模糊性的故障預(yù)測(cè)方法

離線模糊性的預(yù)測(cè)方法則需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)以及其中的非功能性信息進(jìn)行判斷，具有智能化、聯(lián)想性等特點(diǎn)。故障現(xiàn)象和故障產(chǎn)生的位置均有一定程度的模糊性，離線模糊性故障預(yù)測(cè)的方法就是依據(jù)該特性，使用模糊規(guī)則的推理方法或者是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)方法建立出點(diǎn)與現(xiàn)象的映射關(guān)系。這兩種方法的使用具有鮮明的特點(diǎn)，且互為補(bǔ)充。模糊規(guī)則的推理方法不需要使用大量的樣本數(shù)據(jù)、邏輯性非常強(qiáng)以及具有模塊化的優(yōu)點(diǎn)，但是其自學(xué)習(xí)的能力弱;而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)方法雖然擁有較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力和聯(lián)想能力，但是存在需要大量的樣本參數(shù)進(jìn)行支持以及表達(dá)難以理解等缺點(diǎn)。通常將這兩者方式結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，形成集成的系統(tǒng)以解決故障中的模糊性以及人為主觀導(dǎo)致的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

最后進(jìn)行故障系統(tǒng)診斷的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，得出了相關(guān)結(jié)論：本研究中基于DSP的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)擁有靈活、機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)易于維護(hù)、方便擴(kuò)展;在線直接診斷方式能夠作為管理系統(tǒng)對(duì)軟件模塊實(shí)施控制;模糊性故障預(yù)測(cè)方式通過(guò)將模糊規(guī)則的推理方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)方法結(jié)合能夠有效提高系統(tǒng)的智能化水平。

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作者簡(jiǎn)介：蔣南希（1980—），男，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，實(shí)驗(yàn)師，汽車維修工高級(jí)技師/交通部汽車檢驗(yàn)員高級(jí)技師，實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、教學(xué)負(fù)責(zé)人，校

企合作項(xiàng)目教學(xué)負(fù)責(zé)人。