汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷研究的理論與方法

李明文

摘要：隨著汽車(chē)制造工藝不斷完善，建立科學(xué)合理的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車(chē)維修的必然發(fā)展趨勢(shì)。本文對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的理論以及方法進(jìn)行了具體的研究，并且結(jié)合自身工作實(shí)踐，從信號(hào)處理、模糊診斷、知識(shí)綜合等方面進(jìn)行了探討，希望給相關(guān)從業(yè)人員以借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)；故障診斷；研究理論

一、前言

隨著汽車(chē)制造過(guò)程中電子化程度不斷加深，因此，在提高汽車(chē)性能的同時(shí)，也增加了汽車(chē)總體控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，因此汽車(chē)一旦發(fā)生故障，將會(huì)給汽車(chē)故障的維修和診斷帶來(lái)相應(yīng)的難度，同時(shí)也會(huì)極大考驗(yàn)汽車(chē)維修人員的經(jīng)驗(yàn)。隨著汽車(chē)維修技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)從業(yè)人員可以根據(jù)自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)建立科學(xué)合理的汽車(chē)維修的診斷方法，以此來(lái)提高汽車(chē)故障診斷的效率。本文根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)以及文獻(xiàn)研究資料，對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷研究的理論和方法進(jìn)行了梳理，主要有以下幾種方面的內(nèi)容。

二、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷研究方法

（一）利用信號(hào)來(lái)診斷汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障

對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行診斷，要對(duì)于其模式進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，并且進(jìn)行精確分類(lèi)。因此汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷應(yīng)該要提取必要的特征，從中找到發(fā)動(dòng)機(jī)故障的數(shù)據(jù)。根據(jù)信號(hào)處理對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行診斷，主要可以利用主人分析法以及小波模型方法。

1.主元分析法可以建立數(shù)據(jù)壓縮模型，并且從中提取相應(yīng)有用信息，將提取的信息用于故障診斷，建立相應(yīng)的主要模型。建立模型之后，開(kāi)始對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，如果在測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際信號(hào)與主元模型信號(hào)不相吻合，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，然后就可以進(jìn)一步判斷故障發(fā)生的原因。利用主元分析法能夠有效刪除汽車(chē)故障的冗余因素，直接提取其關(guān)鍵因素，主元分析法能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的處理，因此可以作為高效的故障檢測(cè)方式；

2.小波模型分析法。這種方法是對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在工作狀態(tài)下的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并且結(jié)合相應(yīng)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)判斷故障發(fā)生的原因。小波分析數(shù)據(jù)采集能夠在多元模式下進(jìn)行，以此來(lái)推定汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生故障。在小波分析模型中需要將發(fā)動(dòng)機(jī)的波形與實(shí)際模型的波形進(jìn)行分析，然后采集關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。比如在實(shí)際小波測(cè)試系統(tǒng)中，如果發(fā)動(dòng)機(jī)油缸處于斷流的狀態(tài)，那么必然其噴油脈寬會(huì)在一定程度上增加，如果保持汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗以及點(diǎn)火角度不變，再加上發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本不變，電腦會(huì)自動(dòng)發(fā)出指令增加噴油的脈寬，但是由于總供給不變，因此會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)供油量與轉(zhuǎn)速之間產(chǎn)生一種不同步的現(xiàn)象，這種不同步現(xiàn)象容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。

（二）發(fā)動(dòng)機(jī)故障的模糊診斷方法

模糊診斷方法主要是對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)故障的原因進(jìn)行模糊分析，然后進(jìn)行判斷，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)故障的大致范圍進(jìn)行有效判斷。因此可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的故障范圍確定在一定范圍之內(nèi)，然后在此范圍內(nèi)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)故障的原因進(jìn)行重點(diǎn)分析，以此來(lái)進(jìn)一步縮小發(fā)動(dòng)機(jī)故障的范圍。比如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)有聲無(wú)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，進(jìn)行初次判斷時(shí)無(wú)法歸結(jié)其具體發(fā)生的原因，因此在實(shí)際故障診斷中可以采用模糊診斷的方法，將其大致縮小到發(fā)動(dòng)機(jī)的軸以及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪之間的部位，然后將這些重點(diǎn)部位進(jìn)行分析和排查，可以將故障范圍進(jìn)一步縮小，因此這會(huì)有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率。模糊診斷方法是利用故障發(fā)生的征兆與汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障之間的一種模糊關(guān)系來(lái)判定汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際狀態(tài)，由于現(xiàn)實(shí)條件的復(fù)雜性，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障的征兆很難用較為精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)表示，因此汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)即使出現(xiàn)某些故障狀態(tài)的征兆，也不能夠輸出相應(yīng)的故障結(jié)果。因此在實(shí)際模糊診斷判別方法中需要對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)是否存在故障以及故障的位置和故障發(fā)生的可能性進(jìn)行判別，利用模糊綜合邏輯能夠有效的解決這類(lèi)診斷判別問(wèn)題，作為典型的方法是利用模糊故障的識(shí)別方法，對(duì)于故障原因進(jìn)行有效識(shí)別。

（三）基于知識(shí)系統(tǒng)的故障診斷方法

隨著現(xiàn)代知識(shí)更新速度不斷加快信息的快速增長(zhǎng)以及人工智能的發(fā)展，為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷提供了新的方法，也帶來(lái)了許多新的思路。比如說(shuō)，我們可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障時(shí)的參數(shù)進(jìn)行采集，在實(shí)際汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可以利用采集到的數(shù)據(jù)直接對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)故障的規(guī)律進(jìn)行判斷，同時(shí)還可以生成相應(yīng)的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)取，然后提取故障發(fā)動(dòng)機(jī)的特征信息，一是能夠快速判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障發(fā)生的原因以及部位。在基于知識(shí)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行診斷過(guò)程中，可以采用專家系統(tǒng)的故障診斷方法，這種診斷方法是在充分提取發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息的前提之下，綜合各種實(shí)際已經(jīng)存在的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則，對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障原因進(jìn)行進(jìn)一步推理。最重要的是建立知識(shí)的規(guī)則庫(kù)，規(guī)則庫(kù)中主要包括系統(tǒng)的工作環(huán)境以及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障知識(shí)；然后在規(guī)則庫(kù)中存放相應(yīng)的規(guī)則，主要的規(guī)則是反應(yīng)前后之間的一種存在關(guān)系，這種關(guān)系主要用來(lái)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障推理。這種知識(shí)規(guī)則庫(kù)是專家領(lǐng)域的集合。然后建立實(shí)時(shí)檢測(cè)的工作數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于故障的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)保存，同時(shí)也需要收集人工檢測(cè)的一些特征數(shù)據(jù)?？梢岳脭?shù)據(jù)庫(kù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷，直接輸入相應(yīng)的診斷結(jié)果。

（四）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法

對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以有效解決傳統(tǒng)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障模式識(shí)別中所存在的問(wèn)題，汽車(chē)故障診斷是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中非常重要的方面之一，在這其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮的作用主要有兩點(diǎn)，第一，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)τ谄?chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行模式識(shí)別，然后從模式分類(lèi)的角度對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行診斷；第二，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠有效將其他診斷方法進(jìn)行結(jié)合，在實(shí)際中采用復(fù)合診斷的方法，提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障判斷準(zhǔn)確性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行診斷需要進(jìn)行模式識(shí)別，模式識(shí)別主要包括學(xué)習(xí)以及訓(xùn)練進(jìn)行診斷兩個(gè)過(guò)程。每個(gè)過(guò)程都包括對(duì)于特征信息進(jìn)行處理以及對(duì)于特征信息進(jìn)行識(shí)別。

三、未來(lái)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的展望

未來(lái)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷將朝向綜合化的方向進(jìn)行，主要是利用多種故障診斷方法進(jìn)行結(jié)合，然后結(jié)合各種診斷方法的優(yōu)勢(shì)，提高對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的準(zhǔn)確性。比如說(shuō)可以將專家診斷系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)判別技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架下引入知識(shí)性的模糊判斷系統(tǒng)，并且保持神經(jīng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)機(jī)制，將小波分析以及模糊綜合等等進(jìn)行有效結(jié)合。隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展，也可以開(kāi)發(fā)相應(yīng)的硬件來(lái)進(jìn)行汽車(chē)故障診斷。編制相應(yīng)的故障診斷的程序軟件，提高診斷推理方法以及數(shù)據(jù)融合的效率，這樣可以克服專家系統(tǒng)中在知識(shí)獲取中所面臨的難度，提高其整體的推理能力。到后期可以加數(shù)學(xué)工具引入到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷中，比如說(shuō)可以將粗糙集引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷中，加快算法處理，可以將遺傳算法引入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)中，用于提高全局搜索的能力，增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理的效率。

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