故障樹分析法在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用

李維楊

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)是由傳感器、執(zhí)行器和控制單元三部分組成的，發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程是以控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過不同信號(hào)的采集、處理和傳輸來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、噴油、點(diǎn)火等環(huán)節(jié)的有序進(jìn)行。一旦發(fā)生故障，則癥狀的界限模糊。通常情況下系統(tǒng)故障發(fā)生在某個(gè)部件的具體位置，其他位置表現(xiàn)的狀態(tài)正常，因此當(dāng)發(fā)生局部故障時(shí)，最好是查清故障的具體位置然后作出相應(yīng)的故障處理策略，不然更換整體部件雖然也排除了故障但是造成了很大程度的資源浪費(fèi)。本文具體的闡述了故障樹分析法在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷過程中的應(yīng)用研究，并通過實(shí)際的案例分析證明了故障樹分析法的實(shí)用性和有效性。在未來故障診斷的相關(guān)研究中可以不斷深化新型診斷技術(shù)的研究和開發(fā)。

關(guān)鍵詞：汽車電控系統(tǒng) 故障診斷 故障樹 檢測(cè)

故障樹設(shè)計(jì)過程首先以發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的不同功能為依據(jù)劃分出子系統(tǒng)，然后將各個(gè)子系統(tǒng)作為一級(jí)父節(jié)點(diǎn)，并利用其涉及部件之間的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)子節(jié)點(diǎn)故障樹，傳感器、執(zhí)行器等組成部件就是這些子節(jié)點(diǎn)故障樹的底端事件。上述組成部件利用導(dǎo)線線路和控制器相連，為了實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)故障的精準(zhǔn)定位和及時(shí)排除，必需針對(duì)這些和控制器相連的部件，建立相應(yīng)的故障樹。

1 一級(jí)故障樹的設(shè)計(jì)

通常情況下經(jīng)常把汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)分成五大子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行故障樹設(shè)計(jì)時(shí)，就將這五大子系統(tǒng)視為故障樹一級(jí)節(jié)點(diǎn)。故障樹一級(jí)節(jié)點(diǎn)包括：噴油量控制系統(tǒng)故障、電控點(diǎn)火系統(tǒng)故障、進(jìn)氣控制系統(tǒng)故障、排放控制系統(tǒng)故障、其他控制系統(tǒng)故障。

專家在一級(jí)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行了條件規(guī)則的設(shè)定，用戶可以按照這些規(guī)則進(jìn)行故障排查，首先采集具體數(shù)據(jù)和參數(shù)，然后將采集的信息輸入到推理系統(tǒng)，經(jīng)過一定的分析輸出檢測(cè)結(jié)果，上述過程就是推理機(jī)的基本工作原理。以電控點(diǎn)火控制系統(tǒng)故障為例，專家在該一級(jí)節(jié)點(diǎn)設(shè)定了條件規(guī)則：（1）若火花正常，進(jìn)行點(diǎn)火提前角的故障診斷;（2）若點(diǎn)火提前角正常，進(jìn)行噴油量控制系統(tǒng)的診斷。因此以電控點(diǎn)火控制系統(tǒng)故障樹為依據(jù)進(jìn)行故障排查時(shí)，依次按照條件規(guī)則進(jìn)行故障診斷，當(dāng)兩個(gè)條件規(guī)則都通過，則可以判斷該控制子系統(tǒng)運(yùn)行正常，故障問題發(fā)生在其他部位。

2 中間故障樹的設(shè)計(jì)

分別以噴油量控制系統(tǒng)故障、電控點(diǎn)火系統(tǒng)故障、進(jìn)氣控制系統(tǒng)故障、排放控制系統(tǒng)故障、其他控制系統(tǒng)故障作為父節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步進(jìn)行故障樹設(shè)計(jì)，本文結(jié)合實(shí)際診斷案例，并通過大量模擬實(shí)驗(yàn)來總結(jié)和梳理了故障樹設(shè)計(jì)的中間事件。由于不同子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的中間故障樹具有相同的設(shè)計(jì)原理，因此本文沒有一一贅述，而是選擇最復(fù)雜最有代表性的噴油量控制系統(tǒng)故障樹進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。原因是大同小異，具體到某個(gè)傳感器的子故障樹是一樣的，原理和最后的解決方法也是一樣的。

噴油量控制系統(tǒng)故障樹主要有三個(gè)方面的表現(xiàn)：（1）即燃油壓力的大小?？梢越柚诎l(fā)動(dòng)機(jī)燃油表顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析;（2）噴油器及電路方面?？梢岳寐犜\器檢測(cè)各缸的聲音是否正常從而判斷噴油器及電路的運(yùn)行狀況;（3）噴油量的大小。通過檢測(cè)噴油脈寬來判斷噴油量是否處于異常狀態(tài)。

3 子故障樹的設(shè)計(jì)

一級(jí)故障樹和中間故障樹不足以實(shí)現(xiàn)故障的徹底排查，還需要進(jìn)行子故障樹的設(shè)計(jì)和構(gòu)建。通常情況下進(jìn)行故障診斷時(shí)找出故障部件相對(duì)較為容易，故障診斷的難點(diǎn)同時(shí)也是重點(diǎn)在于照顧故障所在部件的具體位置。當(dāng)前很多進(jìn)行汽車故障診斷的案例都無法做到這一點(diǎn)，因而故障處理過程常常是將發(fā)生故障的部件及其線路全部換掉。如果成功設(shè)計(jì)出全面準(zhǔn)確的子故障系統(tǒng)可以有效化解資源浪費(fèi)的問題，同時(shí)還可以避免出現(xiàn)漏診的狀況，進(jìn)一步提高故障診斷的成功率。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障樹的設(shè)計(jì)子故障樹總計(jì)有十種，下面將選取其中三種作為子故障樹模型作為代表進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹：

（1）曲軸和凸輪軸位置傳感器故障樹設(shè)計(jì)

當(dāng)前汽車制造中最常使用的曲軸位置傳感器有兩種類型，分別是電磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器和霍爾效應(yīng)式曲軸位置傳感器，前者應(yīng)用更為廣泛一些。這兩種類型發(fā)生故障的原因大致相同，可以設(shè)計(jì)成一個(gè)子故障樹來進(jìn)行故障排查。如圖1展示的就是曲軸位置傳感器的故障樹結(jié)構(gòu)。電磁感應(yīng)式或者霍爾效應(yīng)式的曲軸和凸輪軸故障包括以下三個(gè)類型：1）傳感器故障。通過電阻檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)而判斷故障與否;2）電路故障。利用線路檢測(cè)的相關(guān)方法就可以對(duì)電路正常與否進(jìn)行判斷;3）ECU損壞。主要是檢查重要插頭的接觸狀態(tài)，再配合以故障碼的檢測(cè)來判斷故障所在。

（2）水溫和進(jìn)氣溫度傳感器故障樹設(shè)計(jì)

水溫傳感器的作用是把冷卻水溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入ECU后可以：發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷卻水的溫度信號(hào)被水溫傳感器接收，并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)，然后輸送到控制單元ECU。水溫傳感器的作用主要包括以下三個(gè)方面：

1）修正噴油量;當(dāng)?shù)蜏貢r(shí)增加噴油量。

2）修正點(diǎn)火提前角;當(dāng)溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度，控制單元會(huì)發(fā)送指令信號(hào)擴(kuò)大點(diǎn)火提前角;反之溫度過高時(shí)，會(huì)縮小點(diǎn)火提前角，以避免薄燃事故的發(fā)生。

3）影響怠速控制閥;當(dāng)水溫較低時(shí)，電控單元接收來自水溫傳感器的信號(hào)，然后調(diào)節(jié)怠速制閥，增加轉(zhuǎn)動(dòng)速率。

圖2展示的是水溫和進(jìn)氣溫度傳感器的故障樹結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出其故障主要涉及三個(gè)方面：①傳感器故障?？梢岳秒娮铏z測(cè)的試驗(yàn)方式來判斷傳感器是否發(fā)生短路或短路故障;②電路故障。通過檢測(cè)線路電阻的方式對(duì)比分析故障所在;③電控單元損壞。檢測(cè)其重要插頭受否接觸良好，并檢查相關(guān)的故障碼。

（3）空氣流量傳感器故障樹的設(shè)計(jì)

空氣流量傳感器主要負(fù)責(zé)測(cè)量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量，并將流量信息轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)傳輸?shù)诫娮涌刂破鳌０l(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要合適的混合氣濃度加以配合，因此確保任何時(shí)刻進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量都保持在最佳的濃度范圍是十分必要的，因?yàn)樵摽諝饬繑?shù)據(jù)是控制單元調(diào)節(jié)噴油量最重要的參考信息。若空氣流量傳感器發(fā)生故障，控制單元就接收不到準(zhǔn)確有效的電信號(hào)，從而無法根據(jù)實(shí)際的進(jìn)氣狀況來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油量，將會(huì)導(dǎo)致混合氣濃度異常，進(jìn)而發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常工作。

當(dāng)前廣泛使用的是熱線式空氣流量計(jì)和熱膜式空氣流量計(jì)，這兩種設(shè)備差別不大，工作原理一致。首先測(cè)定吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量，并將相應(yīng)的電信號(hào)傳輸?shù)娇刂茊卧?，信?hào)在控制單元內(nèi)部進(jìn)行處理，得出噴油量的范圍，并參考發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度的相關(guān)參數(shù)發(fā)出控制指令，噴油器接收指令，按照指令要求進(jìn)行噴油。

吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量通常在怠速狀態(tài)下大約是2g/s，速度增加時(shí)上升，減速斷油。對(duì)于某種車型可記住、可對(duì)比。

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