混合動(dòng)力汽車故障診斷技術(shù)研究

陳明

摘 要：混合動(dòng)力汽車的出現(xiàn)，在很大程度上降低了環(huán)境的污染。文章對(duì)混動(dòng)車輛的故障診斷技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，對(duì)零部件、總成的故障特點(diǎn)分析，對(duì)傳統(tǒng)的損壞檢查手段和現(xiàn)代損壞檢查手段對(duì)比研究，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)相結(jié)合的汽車故障診斷技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)探究。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車;故障診斷技術(shù)

中圖分類號(hào)：U469.79 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）16-179-03

Abstract： The emergence of hybrid electric vehicle， to a great extent， reduces the environmental pollution. In this paper， the fault diagnosis technology of hybrid vehicles is deeply studied， the fault characteristics of parts and assemblies are analyzed， the traditional damage inspection methods and modern damage inspection methods are compared， and the automobile fault diagnosis technology combining engine and motor is systematically explored.

Keywords： Hybrid electric vehicle; Fault diagnosis technology

CLC NO.： U469.79 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-179-03

前言

中國(guó)人民生活水平不斷提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn)，也帶動(dòng)我國(guó)汽車的制造與銷售的發(fā)展，我國(guó)汽車銷售量每年都在增加，已經(jīng)成為全世界第一的汽車制造國(guó)家和消費(fèi)國(guó)家。本文從混合動(dòng)力汽車類別、優(yōu)缺點(diǎn)，混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電池的故障出發(fā)，選取合適的診斷方法，運(yùn)用現(xiàn)代化車輛損壞檢查手段與傳統(tǒng)的車輛損壞檢查手段做對(duì)比，研究混動(dòng)汽車損壞檢查手段的新興手段等多個(gè)角度進(jìn)行高效的的考察與分析，讓我們可以更便利、更準(zhǔn)確地研究混合動(dòng)力汽車的損壞檢查手段。

1 混合動(dòng)力汽車概述

混動(dòng)車輛是指有兩個(gè)或者多個(gè)可以為車輪提供動(dòng)能的設(shè)備構(gòu)建的汽車。油-電聯(lián)合驅(qū)動(dòng)汽車通常指“發(fā)動(dòng)機(jī)與蓄電池并存的混動(dòng)車輛”。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都作為車輛的動(dòng)力裝置。各個(gè)國(guó)家對(duì)于環(huán)境的愛(ài)護(hù)以及保護(hù)的措施都變得非常好。混動(dòng)車輛因?yàn)樗鼘?duì)能源的利用率高、節(jié)省不可再生資源以及尾氣釋放少的特點(diǎn)，已經(jīng)成為未來(lái)車輛研發(fā)的目標(biāo)，并且已經(jīng)量產(chǎn)出售。據(jù)估計(jì)，在未來(lái)十年左右，世界上大約會(huì)有三分之一左右的混動(dòng)車輛。[1]

混動(dòng)車輛主要利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)來(lái)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)會(huì)倒轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能供給蓄電池。運(yùn)用目前領(lǐng)先的控制技術(shù)來(lái)操控兩個(gè)系統(tǒng)完成工作，把能量的供給實(shí)現(xiàn)最大化，并且在郊區(qū)車流少的地方用發(fā)動(dòng)機(jī)，在市區(qū)車流大的地方用電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)能量的合理分配。

2 故障診斷技術(shù)概述

2.1 故障診斷技術(shù)含義

首先，是指“計(jì)算機(jī)利用系統(tǒng)的分析冗余來(lái)分析工作條件，分析判斷工作是否正常，故障的原因和故障的程度，最后得出結(jié)論”;第二種它是指“通過(guò)分辨車輛的狀態(tài)和工作是否正常，并且明確損壞發(fā)生在什么位置，為什么發(fā)生，得到損壞發(fā)生的原因，并且預(yù)判損壞即將發(fā)展的方向，最終得到解決這種損壞的手段。

機(jī)械設(shè)備損壞檢查手段的探索是混合動(dòng)力汽車損壞檢查手段的核心。根據(jù)信號(hào)種類的不一樣，混動(dòng)車輛損壞檢查手段能夠分為聲震檢查、液壓分析、溫度診斷、頻譜分析等。近年來(lái)，人工智能突飛猛進(jìn)，各領(lǐng)域也將工作的中心轉(zhuǎn)變到這一方面，機(jī)械自檢查手段自動(dòng)化和智能化對(duì)故障診斷技術(shù)的要求正在變得觸手可及。

根據(jù)系統(tǒng)判斷，車輛損壞檢測(cè)可以看作是一門檢測(cè)與識(shí)別汽車零部件和設(shè)備運(yùn)行的科學(xué)。信號(hào)檢測(cè)法和監(jiān)測(cè)診斷法用于根據(jù)檢測(cè)到的信息特征判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)。最終目標(biāo)是提高汽車的效率、運(yùn)行可靠性，分析故障原因，提前做出保護(hù)。它是保證混合動(dòng)力汽車正常運(yùn)行，提高汽車機(jī)電控制系統(tǒng)效率和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.2 故障診斷技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代混動(dòng)車輛損壞檢查手段始于二十世紀(jì)60年代的歐洲等國(guó)家。由于車輛構(gòu)造的復(fù)雜性，對(duì)相關(guān)車輛損壞檢查手段的要求越來(lái)越高。因此，從過(guò)去到現(xiàn)在的發(fā)展過(guò)程可以分為四個(gè)階段：

2.2.1 人工檢測(cè)階段

在技術(shù)水平不發(fā)達(dá)的時(shí)期，汽車故障診斷依靠經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)熟練的工人，依靠眼看、鼻子嗅、耳聽(tīng)、手觸等方法進(jìn)行診斷。這種方法相對(duì)簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)性高，但診斷的準(zhǔn)確性很低，主要依靠工人的經(jīng)驗(yàn)。

2.2.2 使用簡(jiǎn)單儀器和儀表的測(cè)量和分析階段

隨著車輛結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)單的診斷工具和儀表，如萬(wàn)用表、真空計(jì)和其他工具。簡(jiǎn)單器具、表具的應(yīng)用為車輛損壞檢查提供了非主觀的技術(shù)支撐，但器具、表具分散，無(wú)法進(jìn)行綜合性的研究和判斷。

2.2.3 帶專業(yè)儀器設(shè)備的綜合診斷階段

不要拆卸車輛，使用專用儀器設(shè)備進(jìn)行診斷，測(cè)試車輛各系統(tǒng)，測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行處理，找出故障原因。

2.2.4 人工智能診斷階段

專家診斷系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)智能和網(wǎng)絡(luò)集成的發(fā)展將診斷技術(shù)推向智能化階段。專家知識(shí)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)專用診斷系統(tǒng)中，可以智能診斷汽車故障。

3 傳統(tǒng)與現(xiàn)代混合動(dòng)力汽車故障診斷技術(shù)

3.1 傳統(tǒng)故障檢查手段

3.1.1 汽車示波器

它是車輛維修技術(shù)工人的好幫手，可以很快的清晰判斷出車輛的電子故障。一般示波器需要設(shè)置，波形的形狀需要分析，但是汽車示波器可以簡(jiǎn)單的選擇要測(cè)試的內(nèi)容進(jìn)行操作，并且可以直接觀察波形，不需要任何設(shè)置和調(diào)整，非常簡(jiǎn)單方便。[2]

3.1.2 萬(wàn)用表診斷

混動(dòng)車輛損壞可分為長(zhǎng)時(shí)間損壞和每隔一段時(shí)間損壞。萬(wàn)用表一般是用于檢查長(zhǎng)時(shí)間的損壞。例如，車輛電路系統(tǒng)的短接和開(kāi)路以及電子器件的損壞等。萬(wàn)用表的分類有機(jī)械式和數(shù)字式?；旌蟿?dòng)力車輛的損壞檢查一般采用數(shù)字萬(wàn)用表，它對(duì)電子零件的妨礙可以忽略不計(jì)，可以對(duì)短時(shí)間內(nèi)的高壓起到緩沖左右不會(huì)損壞。

優(yōu)點(diǎn)：基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，無(wú)論車輛類型如何，都可以快速準(zhǔn)確地診斷故障。

3.1.3 專業(yè)綜合診斷

其特點(diǎn)是將分散的檢測(cè)設(shè)備連接在一起建立基站，并將診斷列為汽車維修中的一項(xiàng)重要任務(wù)。診斷工作主要依靠?jī)x器設(shè)備，在車輛完整一體的時(shí)候，測(cè)量得到自己需要的檢查資料與數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)比車輛的數(shù)據(jù)與限定的準(zhǔn)則，最終得到車輛的狀態(tài)以及機(jī)器裝配單元的狀態(tài)。

3.2 現(xiàn)代故障診斷技術(shù)

3.2.1 利用故障碼診斷故障

混合動(dòng)力汽車電控系統(tǒng)具有故障自診斷功能，能夠?qū)⒒旌蟿?dòng)力汽車的持續(xù)損壞以代碼的狀態(tài)保存到電控單元的特殊區(qū)域，并在診斷過(guò)程中提取代碼，用作分析。

提取代碼的辦法包括：手動(dòng)讀取代碼，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，用特定的工具將損壞檢查線盒內(nèi)的座孔短接，這時(shí)候車輛駕駛室內(nèi)部會(huì)發(fā)出警報(bào)，告知人員車輛是否有損壞，但是再檢查的時(shí)候，會(huì)被環(huán)境以及操作者干擾，正確性有待加強(qiáng);專業(yè)檢測(cè)儀讀碼，利用特定的工具進(jìn)行獲取，將特殊工具與車輛的專業(yè)檢查口聯(lián)接，按照檢測(cè)儀提供的操作流程進(jìn)行操作，最終得到故障代碼。

3.2.2 汽車故障診斷專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)依靠在混合動(dòng)力車輛故障診斷技術(shù)領(lǐng)域具有專長(zhǎng)的專家將他們的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。依靠這些知識(shí)建立的信息系統(tǒng)可以用專家的知識(shí)水平診斷故障，并設(shè)計(jì)解決損壞的方案。損壞內(nèi)容存儲(chǔ)庫(kù)分為3類：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)損壞檢查內(nèi)容存儲(chǔ)庫(kù);

（2）車輛物理設(shè)備損壞檢查內(nèi)容存儲(chǔ)庫(kù);

（3）車輛電力設(shè)備損壞檢查內(nèi)容存儲(chǔ)庫(kù)。

在眾多的損壞檢查內(nèi)容存儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)又有很多交織在一起的內(nèi)容表，它們各自有各自的作用但是之間也是一個(gè)整體，不同的表單有不同的內(nèi)容，但都是存儲(chǔ)車輛損壞檢查的內(nèi)容。在兩個(gè)有差別的損壞檢查內(nèi)容存儲(chǔ)單之間和兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)域之間也建立了一個(gè)內(nèi)容有一個(gè)解決方法或者一個(gè)內(nèi)容有多個(gè)解決方法的構(gòu)造，讓損壞檢查內(nèi)容存儲(chǔ)庫(kù)變成一個(gè)綠色整體。

目前，混動(dòng)車輛損壞檢查專業(yè)系統(tǒng)例子包括五種：第一個(gè)是依據(jù)特定規(guī)矩的檢查專業(yè)體系，第二個(gè)是依據(jù)行為的檢查專業(yè)體系，第三個(gè)是依據(jù)現(xiàn)實(shí)發(fā)生的例子的檢查專業(yè)體系，第四是依據(jù)不明確推理的檢查專業(yè)體系，最后一種是依據(jù)多層大數(shù)據(jù)云集的檢查專業(yè)體系。

4 混合動(dòng)力汽車故障診斷新技術(shù)

4.1 基于網(wǎng)絡(luò)的汽車遠(yuǎn)程故障診斷

網(wǎng)絡(luò)損壞檢查中心根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)取得所需要的檢查數(shù)據(jù)后，想要更好的找到損壞的位置以及設(shè)計(jì)消除方法，運(yùn)用資料收集解決模塊得到其他的可以幫助損壞檢查的數(shù)據(jù)，例如：進(jìn)氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、噴射燃油系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等。將得到的資料放入損壞檢查手段技術(shù)庫(kù)中專家系統(tǒng)可以根據(jù)特定的推理策略診斷出故障的原因和位置。如果故障特別復(fù)雜，可通過(guò)診斷中心的實(shí)車專家進(jìn)行咨詢，車主或維修技術(shù)人員可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，根據(jù)專家的提示進(jìn)行故障診斷，直至故障排除。

遠(yuǎn)程故障診斷中心的故障知識(shí)庫(kù)是一個(gè)基于萬(wàn)維網(wǎng)的開(kāi)放系統(tǒng)，包含了大量的混動(dòng)車輛損壞檢查資料，比如美國(guó)、西方國(guó)家的損壞代碼，以及損壞檢查手段等，例如混動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞檢查手段等。還可以在運(yùn)用的行為中對(duì)資料進(jìn)行擴(kuò)充，學(xué)習(xí)里面的資料從損壞檢查的經(jīng)典實(shí)例中獲得大量的經(jīng)驗(yàn)、巨大的信息資源和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)展遠(yuǎn)程教學(xué)，培養(yǎng)專業(yè)的混合動(dòng)力汽車故障維修人員。

4.2 基于模糊控制的混合動(dòng)力汽車故障診斷技術(shù)

在模糊數(shù)學(xué)中，模糊集是指沒(méi)有明確邊界的集合。使用“隸屬度”或“模糊性”來(lái)表示元素屬于模糊集的程度。隸屬函數(shù)是用于計(jì)算隸屬度的函數(shù)。

在混合動(dòng)力汽車的故障診斷中，也有一個(gè)模糊的概念，沒(méi)有明確的界限。采用模糊理論的診斷方法會(huì)更有效。模糊診斷是在診斷中引入隸屬函數(shù)的概念。模糊邏輯具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)知識(shí)表達(dá)能力，更適合處理故障診斷中的不確定信息和不完全信息。

4.3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混合動(dòng)力汽車故障診斷技術(shù)

隨著人工智能的迅速發(fā)展，各種故障診斷專家系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。故障診斷專家系統(tǒng)是一個(gè)基于知識(shí)和規(guī)劃的推理系統(tǒng)。然而，知識(shí)獲取和知識(shí)庫(kù)維護(hù)存在困難等嚴(yán)重問(wèn)題，使得其應(yīng)用有時(shí)達(dá)不到預(yù)期效果。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射能力、自學(xué)習(xí)能力、并行計(jì)算能力和容錯(cuò)能力克服了基于邏輯和符號(hào)處理的專家系統(tǒng)的一些局限性，為專家系統(tǒng)的研究開(kāi)辟了一條新的途徑。

4.4 基于小波技術(shù)混合動(dòng)力汽車故障診斷技術(shù)

混合動(dòng)力汽車故障診斷的首要問(wèn)題是從觀測(cè)信號(hào)中提取故障特征，即對(duì)觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，得到反映故障信息的特征。由于在故障診斷中遇到的信號(hào)大多是非平穩(wěn)信號(hào)，小波分析工具特別適合于非平穩(wěn)信號(hào)的處理，因此小波分析在故障診斷中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

小波分析是由法國(guó)理論物理學(xué)家Gross-mann和法國(guó)數(shù)學(xué)家Morlet首先提出的。小波變換類似于傅立葉變換的基本思想。小波分析相對(duì)于傅立葉分析的優(yōu)勢(shì)在于它可以在時(shí)域和頻域進(jìn)行局部分析。換句話說(shuō)，它可以通過(guò)縮放和移位操作對(duì)函數(shù)或信號(hào)進(jìn)行多尺度的詳細(xì)分析，以便關(guān)注信號(hào)的任何細(xì)節(jié)。所以小波變換被稱為分析信號(hào)的顯微鏡?，F(xiàn)在，小波分析技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于圖像處理、信號(hào)處理、模式識(shí)別、語(yǔ)音分析、量子物理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、生物醫(yī)學(xué)工程、故障診斷和許多非線性科學(xué)領(lǐng)域。小波分析技術(shù)將廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車的故障診斷。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)混合動(dòng)力汽車故障診斷學(xué)科已經(jīng)起步，正處于發(fā)展勢(shì)頭的關(guān)鍵時(shí)刻。只有準(zhǔn)確把握混合動(dòng)力汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向，同時(shí)故障診斷設(shè)備研發(fā)技術(shù)人員和混合動(dòng)力汽車故障維修技術(shù)人員的有機(jī)結(jié)合，才能創(chuàng)造出優(yōu)秀的混合動(dòng)力汽車故障診斷技術(shù)和優(yōu)秀的混合動(dòng)力汽車診斷理念。

參考文獻(xiàn)

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