淺談汽車故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)＊

袁 菲

（廈門工學(xué)院，福建 廈門 361000）

前言

汽車故障診斷技術(shù)是源于汽車故障診斷學(xué)等等學(xué)科基礎(chǔ)，結(jié)合汽車結(jié)構(gòu)原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、汽車運(yùn)用性能等內(nèi)容進(jìn)行分析，通過(guò)試驗(yàn)與檢測(cè)的方式進(jìn)行故障診斷。為滿足公眾日益多元化的汽車使用需求，汽車結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，運(yùn)用的新工藝、新材料也越來(lái)越多，汽車性能也越來(lái)越好。與此同時(shí)，汽車故障診斷的難度也隨之增加，使得汽車故障診斷更為困難。為此，有必要對(duì)當(dāng)前汽車故障診斷技術(shù)進(jìn)行研究探討，以期盡快排除故障，確保行駛安全性。

1 傳統(tǒng)的汽車故障診斷技術(shù)

1.1 使用萬(wàn)用表檢測(cè)診斷

汽車故障主要包括持續(xù)性故障與間隙性故障兩類。萬(wàn)用表通常用于持續(xù)性故障的診斷，常見(jiàn)的此類故障有電子元件損壞、汽車電路短路等問(wèn)題。萬(wàn)用表有兩種，分為數(shù)字式與指針式。實(shí)踐中通常會(huì)選用數(shù)字式萬(wàn)用表來(lái)診斷汽車故障，因?yàn)檫@種萬(wàn)用表對(duì)汽車故障診斷的輸入阻抗較高，但極少影響到汽車電子元件，即使瞬間過(guò)電也不易被燒壞[1]。運(yùn)用萬(wàn)用表檢測(cè)汽車時(shí)可參考已知資料迅速找準(zhǔn)汽車的故障。這也是萬(wàn)用表檢測(cè)汽車參數(shù)的主要優(yōu)勢(shì)。

1.2 汽車示波器

通過(guò)汽車示波器，汽車維修技術(shù)人員可以快速準(zhǔn)確找到汽車的電子故障。借助普通示波器檢測(cè)電子設(shè)備時(shí)遇到的主要困難是如何設(shè)定好示波器的分析波形。有了示波器，汽車電子設(shè)備測(cè)試更加簡(jiǎn)單，只需確定好測(cè)試內(nèi)容便可通過(guò)觀察波形進(jìn)行判斷。

1.3 專業(yè)綜合診斷

這是指把單項(xiàng)的與分散的檢測(cè)設(shè)備聯(lián)結(jié)起來(lái)，借助相關(guān)設(shè)備與儀表來(lái)檢測(cè)汽車，獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，以評(píng)估汽車有無(wú)故障出現(xiàn)。專業(yè)綜合診斷的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需拆卸零部件，不用對(duì)汽車進(jìn)行解體就能進(jìn)行故障排查。

2 現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)

2.1 通過(guò)故障代碼診斷

“ECU”為汽車電控系統(tǒng)的英文縮寫，帶有故障診斷功能，汽車維修人員可獲得汽車故障診斷代碼。汽車上的蓄電池在，那么ECU會(huì)一直保存持續(xù)性故障信息，而維修師只需提取出相應(yīng)的故障代碼。關(guān)于ECU故障代碼的提取，一種是人工讀碼，一種是專業(yè)儀器讀碼。前者需要等汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后由維修人員連接好故障檢測(cè)插座內(nèi)存在的兩個(gè)特殊插腳（品牌不同略有差異），再看一看汽車儀表板上面故障指示燈，根據(jù)指示燈的閃爍頻率與次數(shù)進(jìn)行讀碼[2]。隨著電控汽車的增多目前大多選用專業(yè)儀器讀碼方式，因?yàn)槿斯ぷx碼效率不高，易出錯(cuò)。根據(jù)車型選取合適的軟件測(cè)試卡，將其插入專業(yè)檢測(cè)設(shè)備上，確保每個(gè)插頭都連接好，同時(shí)，將它與汽車上專業(yè)的故障檢測(cè)插座連接好。按故障檢測(cè)儀說(shuō)明書開(kāi)始操作，便可讀取相關(guān)故障代碼。近年來(lái)很多汽車生產(chǎn)商都為自己的汽車設(shè)計(jì)了自己的故障代碼解碼設(shè)備。

2.2 專家系統(tǒng)

“EP”為汽車故障診斷專家系統(tǒng)的英文縮寫，依托于某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业膹臉I(yè)經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)理論體系，將其作為理論基礎(chǔ)，在電腦里面構(gòu)建起與之對(duì)應(yīng)的相關(guān)信息系統(tǒng)。通過(guò)這個(gè)信息系統(tǒng)就能借助專家的能力去解決專業(yè)問(wèn)題[3]。就汽車故障來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、電器電路三處，而上述三部分中出現(xiàn)的一種故障均帶有多層次結(jié)構(gòu)。因此，需構(gòu)建底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)、電器電路三類故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)。每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)會(huì)有大量相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)表，將不同類型汽車的故障癥狀、故障發(fā)生原因及故障發(fā)生機(jī)理、故障具體位置、故障排除與維修方法均記載到數(shù)據(jù)表內(nèi)。不同數(shù)據(jù)表之間，不同數(shù)據(jù)字段之間都會(huì)形成相應(yīng)的層次結(jié)構(gòu)，從而使汽車維修數(shù)據(jù)庫(kù)成為一個(gè)有機(jī)的整體。

2.3 在線與離線故障診斷技術(shù)

車載計(jì)算機(jī)根據(jù)在線故障檢測(cè)系統(tǒng)的指令會(huì)自行對(duì)汽車電控系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，并完成記錄。同時(shí)，在線故障檢測(cè)系統(tǒng)具有下列功能，包括警報(bào)顯示、應(yīng)急模式轉(zhuǎn)化等，即時(shí)性較強(qiáng)。離線故障診斷模式又稱為車外診斷模式，借助汽車專用診斷設(shè)備通過(guò)有關(guān)信號(hào)手段對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，并以代碼的形式記錄故障信息，加以保存。一旦發(fā)現(xiàn)存在故障車載系統(tǒng)就會(huì)自行給予警報(bào)，提醒司機(jī)汽車有故障盡快維修，以確保故障能及時(shí)得到解決。這通常用于檢測(cè)電控系統(tǒng)方面的故障，診斷范圍較窄，且無(wú)法診斷機(jī)械系統(tǒng)，診斷精度較低。因此，遇到復(fù)雜的故障時(shí)應(yīng)將兩種診斷方式相結(jié)合。離線診斷可看作是在技術(shù)層面對(duì)在線診斷延伸與拓展，優(yōu)點(diǎn)在于效率快，診斷準(zhǔn)確性好，適用范圍廣，適應(yīng)性良好。不過(guò)實(shí)效性不足是其局限性，必須被動(dòng)使用才能發(fā)揮出檢測(cè)故障的作用[4]。在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中通常是將兩種診斷配合應(yīng)用，在線診斷系統(tǒng)通常用于提示故障，而離線診斷系統(tǒng)重點(diǎn)用于分析相關(guān)故障信息，明確故障的具體原因及具體部位。

2.4 CAN與非CAN網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)

上位機(jī)（PC終端）如果是一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)掛在CAN總線上，可以實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)總線節(jié)點(diǎn)上的相關(guān)數(shù)據(jù)，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)。而基于非 CAN的故障診斷技術(shù)是指所需信息沒(méi)有與整車CAN網(wǎng)絡(luò)存在數(shù)據(jù)交互，但這些信息會(huì)由外部信號(hào)處理模塊，數(shù)據(jù)采集卡等模塊進(jìn)行采集、分析、處理后傳輸至上位機(jī)。兩種故障診斷技術(shù)相比，CAN故障診斷方法更具優(yōu)勢(shì)，不僅成本低廉，所用硬件少，而且數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)便。因此，在有CAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)建議選擇CAN故障診斷技術(shù)。當(dāng)然，若沒(méi)有CAN網(wǎng)絡(luò)的汽車則應(yīng)選擇非CAN網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)。

3 今后汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展前景

3.1 故障診斷智能化

在科技快速發(fā)展的今天，高新技術(shù)成為各個(gè)技術(shù)行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向，汽車故障診斷行業(yè)也不例外。隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)專家系統(tǒng)的不足。該技術(shù)屬于一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，是基于生物神?jīng)網(wǎng)絡(luò)功能原理建立的。具體來(lái)講，參考生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用類似的方式對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，同時(shí)將大量簡(jiǎn)單元件及其層次組織進(jìn)行大規(guī)模并聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)在處理輸入信號(hào)時(shí)功能強(qiáng)大，而且也有良好的功能反應(yīng)，避免傳統(tǒng)專家系統(tǒng)的不足。它是將技術(shù)人員的操作經(jīng)驗(yàn)與理論知識(shí)相結(jié)合，通過(guò)系統(tǒng)分析后再加以利用，并能結(jié)合現(xiàn)狀對(duì)狀況可能性作適當(dāng)?shù)耐卣狗治觥ａ槍?duì)日益復(fù)雜的汽車故障，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可明顯提高診斷準(zhǔn)確率與診斷效率。以豐田汽車為例，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)需先查閱豐田企業(yè)過(guò)去發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障的原因，搜集相關(guān)資料并加以整理分類，再結(jié)合維修經(jīng)驗(yàn)及分類標(biāo)準(zhǔn)來(lái)研判故障原因。根據(jù)上述三個(gè)步驟來(lái)搭建層次型網(wǎng)絡(luò)，包括輸入、中間、輸出等層次，從而構(gòu)成高效快捷的自檢系統(tǒng)[5]。

3.2 采用分形幾何技術(shù)

在數(shù)學(xué)學(xué)科中分形幾何主要采用函數(shù)的形式來(lái)解決形狀不規(guī)則的物體，或者比較粗糙的物體。將這一數(shù)學(xué)原理運(yùn)用到汽車故障診斷領(lǐng)域中可獲得很好的效果。當(dāng)汽車發(fā)生故障后可借助分形幾何來(lái)處理不規(guī)則的故障信號(hào)，然后獲得這些信號(hào)結(jié)構(gòu)特征，即分維數(shù)。以豐田汽車為例，分形幾何通常用于了解汽車運(yùn)行狀態(tài)中的整體情況，以判斷是否存在故障。同時(shí)，可將汽車有關(guān)參數(shù)做好記錄，研判汽車是否處于正常地工作狀態(tài)，若覺(jué)得有異常會(huì)及時(shí)警示。當(dāng)汽車有故障發(fā)生時(shí)由分形幾何對(duì)故障類型進(jìn)行判斷，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行分析。

3.3 故障診斷遠(yuǎn)程化

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，利用互聯(lián)網(wǎng)及信息技術(shù)開(kāi)展遠(yuǎn)程作業(yè)已比較常見(jiàn)。在未來(lái)的發(fā)展中汽車故障診斷技術(shù)也會(huì)運(yùn)用遠(yuǎn)程控制設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的檢查。汽車售后服務(wù)中心可借助該技術(shù)幫助維修站人員解決其不能處理的復(fù)雜問(wèn)題。將售后服務(wù)中心的電腦與維修站的電腦相連，如此，維修站可將汽車故障數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸給售后服務(wù)中心，售后服務(wù)人員可根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示進(jìn)行遠(yuǎn)程作業(yè)。另外，遠(yuǎn)程控制還可以實(shí)時(shí)反饋相關(guān)信息，將同一類汽車在一段時(shí)間中發(fā)生的各種故障進(jìn)行梳理，最后把信息匯總后提交給公司的生產(chǎn)部門，以優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高汽車生產(chǎn)質(zhì)量[6]。

4 總結(jié)

綜上所述，隨著我國(guó)汽車需求量的日益增加，我國(guó)汽車行業(yè)得到了快速發(fā)展。與此同時(shí)，公眾對(duì)汽車的舒適度、安全性、功能性提出了更高的要求。這使得汽車生產(chǎn)工藝更加復(fù)雜先進(jìn)，而汽車故障診斷難度也日益增大。為此，有必要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)行汽車故障診斷技術(shù)進(jìn)行研究，并積極加以改進(jìn)，不斷推動(dòng)汽車故障診斷技術(shù)的完善，使其朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高效化的方向發(fā)展。