基于dSPACE的本田雅閣2.3 L轎車發(fā)動機故障診斷與維修

0 引言

隨著汽車故障診斷技術日新月異地變革，汽車的整車結構逐漸在向“電子化”、“集成化”以及“復雜化”等方向發(fā)展，從而導致汽車行業(yè)對于特定車型的故障診斷與排除越來越困難。在此背景下，也促使汽車維修售后人員不斷改變方法思路，探索更加高效、創(chuàng)新的汽車檢測診斷技術來保證汽車的安全性與可靠性

。

目前，很多新上市的汽車大多為HEV混合動力汽車，“HEV混合動力新能源汽車”是指采用新型車載動力裝置，使用非常規(guī)車用燃料作為動力來源的一類汽車，這些汽車作為結構復雜的多能源環(huán)保車輛，多數搭載了雙模輸入和單模動力分流的復合分流系統，所以這類車型的動力總成故障非常復雜，通常需要借助dSPACE工具，利用相關的硬件和配套軟件設計合理的實驗進行HIL驗證

。本文以本田雅閣2.3 L轎車為例，分別針對汽車發(fā)動機水溫傳感器故障、點火系統故障以及排氣壓力波形故障進行分析論證，提供了三種故障波形的實驗獲取方法，總結了此類故障診斷思路和故障分析、排除方法。

1 dSPACE實驗方案

在人類歷史發(fā)展長河中，交通能源動力系統經歷了兩次重大變革，每一次變革都給人們的生活、生產帶來了翻天覆地的變化，而新能源汽車就是以第三次交通能源動力系統變革為契機發(fā)展起來的一種新的汽車類型。當下，新能源汽車的出現充分適應了新時期“綠色”、“環(huán)?！薄ⅰ肮?jié)能”、“經濟”、“低耗”等發(fā)展要求，也徹底改變了傳統的交通能源動力系統。與傳統的以石油、內燃機為能源動力系統為核心的汽車相比，新能源汽車結合了新的車輛驅動和動力控制技術，應用了先進的技術原理，使用新型車載動力裝置和非常規(guī)車用燃料，因此它在整車技術先進性、節(jié)能性、環(huán)保性、經濟性與安全性等方面更具優(yōu)勢。但新能源汽車在新的環(huán)保時代對汽車制造企業(yè)、汽車維修與故障診斷技術都提出了較高的要求，在科技引領經濟快速發(fā)展的新能源時代，企業(yè)必須要與時俱進，采用電子診斷技術排除新能源汽車故障。

尤其隨著汽車故障診斷技術的提高，越來越多的新技術被應用到特定車輛的故障診斷與維修實踐中。對于目前新上市的汽車而言，很多整車的電子器件在汽車運行過程中，通常都會產生分別包括串行數據、頻率調制、直流、脈寬以及交流等五種基本信號在內的電子信號，從本質上來講，它們都是汽車控制系統中各設備、行車電腦以及傳感器相互之間進行實時通信的基本語言，更是汽車維修人員在故障診斷決策中的重要參考依據?；诖?，本研究在故障診斷時，主要采用PicoScope示波器，在本田雅閣2.3 L轎車發(fā)動機dSPACE臺架上進行半實物仿真模擬實驗，總體實驗方案框圖如下：

如圖1所示，dSPACE實驗臺架將整車系統分為組織層、協調層和執(zhí)行層三層結構，這其中還包括PicoScope軟件、示波器模塊金屬探頭以及電腦、連接導線、發(fā)動機數據采集硬件和相關配套軟件。通過搭建如上總體實驗方案，針對汽車發(fā)動機各個模塊的運行故障進行信號數據采樣，實驗方法大致為：

(1)在dSPACE仿真設備中下載故障診斷策略；

1.3.1 DNA模板提取 挑取血平板上經2代純培養(yǎng)的細菌菌落3～5個于200μL滅菌雙蒸水中磨勻，97℃煮沸10 min，快速冰浴冷卻 2 min，13 000 r/min離心10 min，吸取上清即細菌DNA，作為PCR反應模板備用。

本田雅閣2.3 L轎車水溫傳感器內部為半導體熱敏電阻，通常情況下，電阻越大，說明水溫傳感器溫度越低，根據這一原理，可對汽車發(fā)動機冷卻水溫度進行測量，以此根據電控單元點火正時及燃油噴射修正號，對水溫傳感器信號進行監(jiān)測，判斷汽車發(fā)動機運行狀態(tài)

。

通常情況下是將總分離效率當作分離器性能衡量指標，但是也因為這樣會受到較大的局限性，總分離效率會受到多種原因的影響，例如分離器結構、顆粒以及氣體性質或者運行條件等。

通過改變PP/PE改性材料的配比，來考察體系結晶溫度對抗氧劑1010析出的影響。由于PP的結晶溫度較PE的高，因此隨著PP質量分數的提高，體系中高結晶溫度的比重也就隨之增加，從而體系的結晶溫度也得到提高。圖7(b)的表面反射紅外結果表明，隨著PP質量分數的提高，抗氧劑1010在1 740 cm-1處對應的特征吸收峰逐漸下降，且光澤度的下降程度逐漸變小(見表3)，表明抗氧劑1010的析出量明顯減少。其原因是，隨著PP的加入，樣板在注塑冷卻過程中，得以在較高的溫度下就結晶固化下來，從而使抗氧劑1010的主要析出時間縮短，析出量明顯減少(見圖6(b))。

(3)上位機采集數據，向HIL系統發(fā)送指令；

(5)采集特定信號再進行深度比對，通過實驗數據分析，診斷和排除信號執(zhí)行器、固定傳感器故障，得出結論。

(4)對電機行為進行控制，模擬故障；

2 汽車發(fā)動機故障波形獲取

純電動汽車是新能源汽車中的一種類型，它通常以車載電源為動力，對環(huán)境的污染和影響較小，主要結構包括電源系統、電力驅動系統、電力控制系統等機械系統，同時還配備了先進的調速控制、傳動、行駛、轉向、制動等一系列先進的工作裝置。作為未來新能源汽車主攻發(fā)展方向，純電動新能源汽車常見的故障主要表現為發(fā)動機故障。雖然純電動汽車在使用年限以及使用安全性等方面都要優(yōu)于傳統汽車，但是由于在生產過程中，尚缺乏足夠規(guī)范化檢測標準，所以就使得純電動汽車的發(fā)動機系統容易發(fā)生故障。比如，有些純電動汽車在行駛一段時間之后，由于油電混動汽車內部的機械系統、磁路系統以及電路系統等都會受到一定的磨損，從而會使油電混動汽車使用壽命大大縮短，特別是在惡劣的環(huán)境下行駛，可能會導致油電混動汽車內部各系統模塊之間嚴重不協調，所以就大大提升了電機系統、控制系統等模塊的故障發(fā)生率，并對故障診斷與維修提出了較大挑戰(zhàn)，由此也會使動力電池的使用壽命和周期大大縮短。再者，目前市面上很多的純電動汽車通常使用的是單片鋰電池，如果充電不規(guī)范，電池充電過于飽和，就會對整車系統安全性產生影響。

2.1 波形分析法原理

重慶地區(qū)大面積推廣水稻插秧機，需要一種小型輕便化、插秧速度快的插秧機。其辦法有：一是加大科研投入研究開發(fā)小型、輕便化插秧機，地方政府可以針對這種機型，加大科研投入，聯合科研院所和企業(yè)研究、生產這種插秧機；二是引進這種小型、輕便化的插秧機，目前市場上已經有這種小型、輕便化的插秧機，其質量在17～22kg之間，適合丘陵山區(qū)的機插秧作業(yè)，具備推廣應用的條件，重慶應該大力引進這種插秧機，提高水稻機械化種植水平，推動農業(yè)機械化。因此，要堅定不移推進水稻機械化，繼續(xù)加大新機具新技術的研究、示范、推廣力度，引進小型輕便化插秧機，提高科技創(chuàng)新能力，大面積推廣先進適用的水稻生產機械化技術，逐步形成生產力。

2.2 波形分析法優(yōu)點

其次，再在PICO示波器“A”通道中接入TA125藍色測試線，該測試頭一端要經過BNC轉4mm，另一端預留3m的距離，然后將黑色蓄電池夾子與負極表筆相連接，在本田雅閣2.3 L轎車蓄電池接地端緊緊夾住。

2.3 獲取汽車發(fā)動機故障波形

例如，在獲取汽車發(fā)動機水溫傳感器信號波形時，由于傳感器分別有兩個接線端子，一個是接地端，另一個是5V電源線，所以首先需要在筆記本電腦中接入USB電纜一端，另一端與PICO示波器相連接，并確保電腦與示波器電源、信號連接穩(wěn)定可靠。

相比于傳統故障診斷方法，波形分析法技術應用更加成熟，而且它有非常強大的數字示波功能，并擁有12～16位高分辨率、400MHz高采樣率的多探頭，通過與多通道USB接口進行高效連接，可基于汽車工作原理及發(fā)動機控制信號進行信號波測量與分析，因此技術人員利用專業(yè)示波器PICO能夠進一步佐證發(fā)動機故障，拓寬了這種方法的適用面。

與此同時，拆下汽車水溫傳感器，并將傳感器線束接頭與通用引出線連接，此外通用引出線接地端要連接紅色正極表筆。

2）由于拆裝設備的數量及課程學時的限制，不可能做到每人一組，學生在分組拆裝操作過程中實際動手操作機會少；

最后，將汽車發(fā)動機啟動，當暖車時，對汽車發(fā)動機電壓下降情況進行觀察，對屏幕上波形進行定位保存，汽車發(fā)動機故障波形獲取工作結束

：

通常情況下，現代新能源汽車使用的動力系統有“電機控制器”、“電動系統”以及“電池系統”等，其中，決定電動汽車續(xù)航長短的關鍵部分就是“發(fā)動機動力系統”，如果該元件出現故障，就會導致整個電動汽車處于癱瘓狀態(tài)。所以，在維修檢測過程中，對于電動汽車動力發(fā)動機的故障診斷要求更高，“波形分析法”為了減少傳統故障診斷方法缺陷而提出的一種新型汽車故障診斷技術。由于波形分析法能夠基于PICO示波器提取和分析汽車發(fā)動機信號，而且能夠結合PicoScope 專用操作分析軟件及dSPACE實驗臺架進行汽車故障檢測與診斷，所以它更適合于結構復雜、動力來源多樣的汽車故障診斷。

3 本田雅閣2.3 L轎車發(fā)動機故障案例分析

3.1 水溫傳感器故障

(2)通過上位機連接ES581臺架進行HIL仿真；

雖然油電混動汽車與純電動汽車有所不同，但它依然是新能源汽車中的一種重要類型，這種新能源汽車所使用的動力能源為傳統石化能源和清潔電能。與普通汽車相比，油電混動汽車在能源損耗方面優(yōu)勢突出，不僅實現了節(jié)能減排，也為我國“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略的實施奠定了良好基礎。以本田雅閣2.3 L轎車為例，在正常工況下，當汽車發(fā)動機穩(wěn)定運行時，其排氣管穩(wěn)定向外排氣，當某缸失火時，由于該缸做功并沒有壓力產生，所以當活塞運動時，排氣門BDC和進氣門TDC就會閉合，并形成一定量的真空。

(1)從圖2中可以看出，水溫傳感器波形持續(xù)下降，當汽車發(fā)動機起動后，其電壓迅速從3V轉為2.5V及更低，經過8min20s后，隨著發(fā)動機水溫持續(xù)升高，汽車發(fā)動機電壓降到約1.4V以下，這就表明發(fā)動機運行良好。

(2)當汽車發(fā)動機發(fā)生運行故障時(見圖3)，其水溫傳感器故障波形變?yōu)橐粭l直線，隨著發(fā)動機運行時間變長，信號電壓值也降低到“0”。據分析，出現這種情況的主要原因在于水溫傳感器內部線路斷路或負溫度系數電阻被損壞，經PICO示波器進行信號波形采樣驗證，最終發(fā)現水溫傳感器內線路被損壞。

由圖1可知，當紅棗白蘭地酒精度為20%vol～40%vol和大于52%vol時，渾濁度較大，酒液出現失光、渾濁現象。這一現象揭示了紅棗白蘭地的致濁物與其溶液極性有關。結合紅外光譜法和化學分析法對低度（20%vol）酒和高度（72%vol）酒的致濁物分析結果可知，在低度酒中為一些醇溶蛋白與多酚類化合物相互作用形成的締合物及高級脂肪酸酯類化合物等所致[29]；而在高度酒中主要是水溶性多酚及多糖等醇溶性差[30]的物質所致。

3.2 點火系統故障

將第2缸火花塞從汽車發(fā)動機臺架中取出，通過對其絕緣性與導通性進行檢測，然后調小火花塞間隙(由1.2mm縮小到0.8mm)，并反接初級線圈極性

。(1)如圖4和圖5分別所示為故障前后次級點火正常/異常波形，由圖可知，在故障發(fā)生之前，擊穿電壓、點火閉合角、燃燒線、電壓以及火線圈振蕩線均保持在合理誤差之內，由此表明該汽車發(fā)動機2缸無異常，工作性能狀態(tài)良好。

(2)當汽車發(fā)動機發(fā)生故障之后，根據圖中情況可知，擊穿電壓擊在故障1處降低，而且燃燒線變寬，初步判斷可能是由于火花塞漏電或間隙太小而導致，這與預設間隙調小故障相一致。

(注：易拉寶上寫明兩種參與方式的其中一種，圖書館方面負責易拉寶、宣傳單的打??；圖創(chuàng)微信組及產品組負責技術，依照具體情況而定，酌情考慮圖創(chuàng)市場部負責宣傳冊的內容排版設計)

(3)在故障點2處，次級點火故障波形逐漸開始向下傾斜，而且震蕩頻率也在逐漸上升，由此表明，點火線圈初級兩端接線發(fā)生錯誤，從而引起次級電壓方向變化，這也符合預設初級線圈極性方向錯誤故障。經過三次驗證之后，借助PICO示波器順利排除了故障。

4 總結

本文提供了本田雅閣2.3 L轎車發(fā)動機水溫傳感器故障以及點火系統故障的診斷思路和異常分析方法，售后維修人員在診斷和排除故障的過程中，應熟悉掌握電控發(fā)動機故障等，根據排氣壓力的正常波形與故障波形等PicoScope6軟件部分的PICO示波器工作邏輯及電路走向，結合發(fā)動機故障維修經驗和波形分析法dSPACE理論知識并抓住故障關鍵點，從汽車發(fā)動機傳感器、執(zhí)行器信號系統結構實際出發(fā)，逐一排除就能將故障解決。電控發(fā)動機汽車使用過程中，水溫傳感器、點火系統及排氣壓力故障較多，再次提醒廣大汽車售后維修人員一定要對實驗結果進行對比分析，提高汽車發(fā)動機故障診斷可靠性與安全性，確保診斷方法高效，為汽車故障診斷提供實際參考價值。

[1]李志軍，李偉亮.新能源汽車高壓互鎖系統的原理及故障診斷[J].汽車維修與保養(yǎng)，2017(11)：80-81.

[2]尹力.汽車電子控制技術[M].天 津：天津科學技術出版社，2014.

[3]魯植雄，袁俊.本田車系維修體驗[M].北 京：電子工業(yè)出版社，2012.

[4]魏春源.BOSCH 汽車工程手冊[M].北京：北京理工大學出版社，2011.

[5]李東江.廣州本田雅閣系列轎車維修手冊[M].北京：北京理工大學出版社，2001.