基于虛擬儀器的發(fā)動機(jī)故障檢測系統(tǒng)的研究

摘 要：隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上運(yùn)用的各種電子模塊越來越多，從而使得整個汽車電子系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，進(jìn)而提升了故障檢測的難度。文章主要基于虛擬儀器的發(fā)動機(jī)故障檢測系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，使該檢測系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集處理、波形顯示以及存儲功能，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)傳感信號以及噪聲信號的自動采集，進(jìn)而通過計算機(jī)進(jìn)行信號處理與分析，為發(fā)動機(jī)故障檢測提供方便。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；故障診斷；發(fā)動機(jī)

汽車在行駛的過程中一旦出現(xiàn)故障而不能啟動，需要到維修站才能夠進(jìn)行故障檢測，從而造成了維修成本的提升，且隨著汽車上運(yùn)用的各種電子模板越來越多，也給汽車發(fā)動機(jī)的故障檢測帶來了新的挑戰(zhàn)。虛擬儀器是計算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)結(jié)合而成，也是現(xiàn)代化儀器的主要發(fā)展方向，基于虛擬儀器的發(fā)動機(jī)故障檢測系統(tǒng)能夠為汽車發(fā)動機(jī)故障檢測提供一種更加方面的檢測工具。

1 發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 發(fā)動機(jī)故障診斷總體結(jié)構(gòu)

基于虛擬儀器的發(fā)動機(jī)故障診斷過程中，為了實現(xiàn)更好的人機(jī)對話界面，同時也為了擴(kuò)展測試項目，在系統(tǒng)中主要采用VB與LabVIEW軟件進(jìn)行開發(fā)，研究中所采用的LabVIEW軟件屬于NI公司。通過VB軟件開發(fā)發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)的進(jìn)入系統(tǒng)界面、選擇測試項目以及進(jìn)入測試項目，采用LabVIEW軟件開發(fā)其中的噪聲測量與傳感器信號采集系統(tǒng)[1]，總體方案如下圖1所示。

1.2 系統(tǒng)硬件

發(fā)動機(jī)故障檢測系統(tǒng)的硬件主要由傳感器、DAQ數(shù)據(jù)采集卡以及計算機(jī)等設(shè)備組成。DAQ數(shù)據(jù)采集卡為ADLINK公司所生產(chǎn)，這種數(shù)據(jù)采集卡帶有支持LabVIEW軟件的驅(qū)動程序，從而能夠起到降低開發(fā)成本的作用。發(fā)動機(jī)噪聲信號主要通過計算機(jī)中的聲卡來完成，傳感器信號的采集則主要采用DAQ數(shù)據(jù)采集卡來完成，系統(tǒng)中所采集的各種數(shù)據(jù)均通過計算機(jī)進(jìn)行存儲、分析與處理。

1.3 系統(tǒng)軟件

基于虛擬儀器的發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，系統(tǒng)開發(fā)的軟件主要采用VB與Lab VIEW軟件。VB軟件主要的功能是開發(fā)出更好的人機(jī)界面，從而增加程序的通用性。Lab VIEW軟件主要是采用圖形化編程方法，軟件中能夠提供大量的函數(shù)與子程序庫，通過相應(yīng)的函數(shù)與子程序能夠?qū)崿F(xiàn)硬件系統(tǒng)的軟件化，進(jìn)而完成發(fā)動機(jī)故障測試系統(tǒng)的開發(fā)。由VB軟件開發(fā)的測試系統(tǒng)界面中，可以通過下拉菜單來選擇需要檢測的項目。采用Lab VIEW軟件所開發(fā)的相應(yīng)執(zhí)行文件就能夠完成相應(yīng)的檢測任務(wù)。同時由Lab VIEW軟件所編寫的各項數(shù)據(jù)采集程序，能夠?qū)l(fā)動機(jī)中的噪聲信號以及各項傳感器信號進(jìn)行采集，并進(jìn)行相應(yīng)的采集、處理，最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，最終完成發(fā)動機(jī)故障的檢測。

2 基于虛擬儀器的發(fā)動機(jī)診斷系統(tǒng)測試分析

通過VB軟件、Lab VIEW軟件以及相應(yīng)的硬件所開發(fā)的發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)，在發(fā)動機(jī)的故障診斷過程中是否能夠達(dá)到良好的效果，需要經(jīng)過進(jìn)一步的測試分析。研究將基于虛擬儀器的發(fā)動機(jī)測試系統(tǒng)用于某汽車發(fā)動機(jī)上，針對該汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，同時獲得了該汽車發(fā)動機(jī)的傳感器實時波形，同時也收集到了該汽車發(fā)動機(jī)的噪聲信號[2]。通過對波形的分析能夠?qū)ζ囯娍匕l(fā)動機(jī)的傳感器是否出現(xiàn)故障進(jìn)行判別。

在對該汽車的發(fā)動機(jī)進(jìn)行相應(yīng)故障檢測的過程中，針對發(fā)動機(jī)的異響部位以及噪聲來源的判斷也是其中的重要診斷手段?；谔摂M儀器的發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，主要是采用測試系統(tǒng)中的噪聲檢測系統(tǒng)來完成。在具體的檢測過程中，先采集汽車發(fā)動機(jī)氣門端蓋為主的噪聲信號，然后通過濾波生成相應(yīng)的自功率譜。發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣噪聲一般都是受到發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣門周期性開啟以及閉合過程中，所產(chǎn)生的壓力波動而出現(xiàn)噪聲，其噪聲的頻率范圍在200Hz以下低頻范圍，或者是1000Hz以上高頻范圍。根據(jù)收集到的噪聲并生成的進(jìn)氣噪聲自功率譜分析發(fā)現(xiàn)，噪聲的頻率分布主要集中在100-200Hz與1200-1300Hz的頻率中。從中能夠確定，基于虛擬儀器的發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)異響以及噪聲源進(jìn)行分析，進(jìn)而診斷發(fā)動機(jī)故障。

3 結(jié)束語

汽車不僅是人們?nèi)粘Ｉ钪械拇焦ぞ?，同時也是社會經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)過程中的重要運(yùn)輸工具，對于人們的生活以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都必不可少。但是在使用的過程中，也會排出大量的尾氣，同時也消耗了大量的能源，不利于可持續(xù)發(fā)展。因此近年來，針對汽車的控制系統(tǒng)以及動力系統(tǒng)等，應(yīng)用了許多電子技術(shù)，用于降低汽車發(fā)動機(jī)的能耗，減少尾氣的排放，但是也提升了汽車發(fā)動機(jī)故障的診斷難度。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有計算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)完美結(jié)合而成的虛擬儀器在工程應(yīng)用中逐漸展現(xiàn)出了優(yōu)勢。通過本次的研究可以了解到，通過虛擬軟件平臺結(jié)合相應(yīng)的硬件設(shè)施而開發(fā)的發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)，能夠收集發(fā)動機(jī)的傳感器與噪聲信號，并進(jìn)行分析處理與儲存，為發(fā)動機(jī)的維修提供先進(jìn)可靠的故障診斷測試參考數(shù)據(jù)，為發(fā)動機(jī)的維修提供了一種新型的故障診斷工具。

參考文獻(xiàn)

[1]耿彪.基于虛擬儀器的柴油共軌發(fā)動機(jī)故障診斷實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017，01：16-17+19.

[2]鄧森，楊軍鋒，郭明威，等.基于虛擬儀器和模糊SVM的航空發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)故障診斷方法[J].潤滑與密封，2013，03：90-95.

[3]黨躍軒，陳樹海，周威，等.基于虛擬儀器技術(shù)的液壓系統(tǒng)故障快速檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2012，06：116-118.

作者簡介：李秀芬（1981，3-），女，山東萊蕪人，碩士，日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：汽車檢測。