基于發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的故障提取方法研究

盧欣欣

摘 要：汽車發(fā)動機(jī)是機(jī)、電、液一體化的復(fù)雜系統(tǒng)，具有非線性、多變量、多參數(shù)和時變等特點(diǎn)，其故障約占汽車全部故障的40%以上。因此，為避免嚴(yán)重事故的發(fā)生，運(yùn)用故障診斷技術(shù)及時了解發(fā)動機(jī)的工作性能，判斷各部件是否處于或即將處于某種故障狀態(tài)，對汽車發(fā)動機(jī)展開故障診斷技術(shù)理論和診斷系統(tǒng)的研究有著非常重要而又現(xiàn)實的意義本文以汽車最關(guān)鍵部件--發(fā)動機(jī)為研究對象，在分析發(fā)動機(jī)、自動變速器的工作原理和傳統(tǒng)故障檢測方式弊端的基礎(chǔ)上，提出了基于發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)故障特征提取的方法。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)；振動信號；運(yùn)行參數(shù)；故障診斷方法

1引言

基于振動信號的特征提取為車輛包括發(fā)動機(jī)、變速器等機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的故障診斷提供了充分有效的診斷信息，與此同時，隨著汽車電氣化水平的迅速提高，大量電子元器件在車輛上的廣泛應(yīng)用，也推動了車載自診斷系統(tǒng)和故障診斷儀的快速發(fā)展，這些技術(shù)設(shè)備的投入和使用，為車輛電控單元的故障診斷提供了有力工具。

基于振動信號的故障診斷理論和方法，能夠較好滿足針對于車輛的機(jī)械結(jié)構(gòu)的故障診斷，而車載自診斷系統(tǒng)和專業(yè)故障診斷儀的應(yīng)用，也逐漸提高車輛包括發(fā)動機(jī)在內(nèi)等帶有電控單元部件故障診斷的水平，但與此同時我們也應(yīng)該注意這樣一些問題，即（1）對車輛電控部分的故障診斷主要依賴于專門的故障診斷儀和專業(yè)診斷人員的知識、經(jīng)驗水平等。（2）基于振動信號的故障診斷理論方法和利用專業(yè)故障診斷設(shè)備進(jìn)行診斷都是得到廣泛應(yīng)用較成熟的方法，但這兩種診斷方法和手段之間缺乏一定的聯(lián)系。

本文的研究旨在根據(jù)車輛發(fā)動機(jī)、自動變速器等工作原理和故障發(fā)生特點(diǎn)，探索一種新的基于發(fā)動機(jī)或自動變速器單元運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的故障診斷特征提取方法，并結(jié)合基于振動信號的故障診斷方法，建立一種較為完善的車輛綜合故障診斷特征提取機(jī)制。通過對人工智能理論的研究，建立有效的故障診斷理論模型和信息融合方法，在理論研究的基礎(chǔ)上設(shè)計相應(yīng)的故障診斷平臺，為最終實現(xiàn)車輛智能綜合故障診斷奠定基礎(chǔ)。

2電控發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡介

對車輛帶有電控單元的部件如發(fā)動機(jī)或自動變速器的故障診斷方法進(jìn)行改進(jìn)，首先應(yīng)該充分了解電控發(fā)動機(jī)和自動變速器的工作原理、常見故障以及傳統(tǒng)的排除故障方法，發(fā)現(xiàn)存在的問題，尋求最優(yōu)解決方案。

電控汽油噴射系統(tǒng)雖然種類很多，結(jié)構(gòu)差異也比較大，但是它們的基本組成以及控制原理基本是相同的。電控汽油噴射系統(tǒng)主要由空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)以及電子控制系統(tǒng)三個部分組成。它的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2電控發(fā)動機(jī)常見故障及排除方法

電控發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的工作狀況對發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能有很大影響，無論是該系統(tǒng)的電腦、控制線路還是其他任何一個傳感器、執(zhí)行器出現(xiàn)故障，都會在一定程度上影響發(fā)動機(jī)的起動性、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等諸多性能。因此，當(dāng)電控發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障或性能下降時，首先應(yīng)檢查該發(fā)動機(jī)的電控系統(tǒng)有無故障。

電控發(fā)動機(jī)常見的故障包括無法啟動、怠速不穩(wěn)等，以下以怠速不穩(wěn)為例簡要介紹其故障產(chǎn)生原因和診斷、排除方法。

（1）故障現(xiàn)象：發(fā)動機(jī)起動正常，但不論冷車或熱車，怠速均不穩(wěn)定，怠速轉(zhuǎn)速過低，易熄火。

（2）故障原因：①進(jìn)氣系統(tǒng)中有漏氣；②油路壓力太低；③空氣濾清器堵塞；④噴油器霧化不良、漏油或堵塞；⑤怠速調(diào)整不當(dāng)；⑥怠速控制閥或旁通空氣閥工作不良；⑦火花塞工作不良；⑧空氣流量計有故障；⑨氣缸壓縮壓力過低。

（3）故障診斷與排除

一定的故障情況下，發(fā)動機(jī)的車速、節(jié)氣門開度等運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)與故障原因之間存在一定的映射關(guān)系，通過對這些運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的測定和分析，可以推斷發(fā)動機(jī)各部件所處的工作狀態(tài)。因此，這里也可以把發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度等運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)作為故障診斷特征。與前面介紹的從振動信號中進(jìn)行故障診斷特征向量提取相似，可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法抽取出這些參數(shù)（故障診斷特征向量）和發(fā)動機(jī)故障原因之間的非線性關(guān)系或特征規(guī)律，建立診斷數(shù)學(xué)模型，以便在診斷中能就此模型正確識別出對應(yīng)于特征規(guī)律的故障。

車輛本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和各工作單元之間的藕合關(guān)系，決定著對發(fā)動機(jī)單元的智能監(jiān)測和故障診斷不單純是對發(fā)動機(jī)本體運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)動機(jī)本身運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的變化，將直接或間接影響到其它結(jié)構(gòu)單元如自動變速器的工作狀態(tài)，反之也是如此。這一點(diǎn)從自動變速器的組成及工作原理方面可以得到證明。

5結(jié)束語

本文首先歸納總結(jié)常用的基于發(fā)動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)體振動信號的故障特征信息提取方法，在此基礎(chǔ)上，為解決利用振動信號進(jìn)行發(fā)動機(jī)機(jī)械部件故障診斷和利用專用診斷儀對發(fā)動機(jī)電控單元進(jìn)行故障診斷這兩種方法中存在的信息來源單一問題，提出一種新的故障診斷特征提取方法，即將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、油溫、節(jié)氣門開度等運(yùn)行狀態(tài)傳感器信號作為診斷信息來源，提取其中的故障信息特征。本文的研究具有一定實踐意義，為車輛故障診斷提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]李增芳.基于主成分分析和集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動機(jī)故障診斷模型研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，（04）： 131-134.

[2]李增芳.基于人工智能和虛擬儀器技術(shù)的發(fā)動機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.

[3]黃強(qiáng).神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在柴油機(jī)故障診斷與控制中應(yīng)用的研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2013.

[4]黃松波.設(shè)備故障診斷原理技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2008.