汽車動(dòng)力性能檢測(cè)與故障診斷維修

景 廣

(濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200)

0 前言

車輛技術(shù)的快速進(jìn)步與社會(huì)汽車保有量的高速增長促進(jìn)了汽車維修行業(yè)的快速發(fā)展。汽車維修技術(shù)與汽車更新?lián)Q代是同步的。但受人才缺口大、行業(yè)管理缺乏規(guī)劃性、技術(shù)能力不足等諸多條件限制，雖然我國汽車維修服務(wù)能夠滿足汽車維修保養(yǎng)的需求，但在一些高端技術(shù)領(lǐng)域，汽車維修服務(wù)還處于空白，嚴(yán)重制約了我國汽車行業(yè)的發(fā)展。隨著新能源車輛的增多、智能化系統(tǒng)的升級(jí)和車輛用途的多樣化，現(xiàn)代汽車維修所面臨的問題也越來越復(fù)雜，這對(duì)汽車維修行業(yè)的技術(shù)提出了更高的要求。

1 現(xiàn)代汽車常見故障

1.1 啟動(dòng)和控制系統(tǒng)故障

動(dòng)力控制系統(tǒng)故障是汽車典型的故障類別。以新能源汽車為例，與傳統(tǒng)汽車不同，新能源汽車沒有機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱，其動(dòng)力完全來源于電機(jī)，因此新能源汽車的電機(jī)控制系統(tǒng)直接決定其行駛的舒適度、安全性和能量轉(zhuǎn)化率。新能源汽車目前仍處于發(fā)展階段，存在一些問題和缺陷。如動(dòng)力電機(jī)轉(zhuǎn)速控制與車輛行駛速度之間的強(qiáng)耦合作用，易使車輛在不同路況時(shí)出現(xiàn)行駛狀態(tài)難以控制的問題。由于電機(jī)控制系統(tǒng)的組成非常復(fù)雜，增加了其故障發(fā)生概率。特別是制動(dòng)系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題，可能引發(fā)嚴(yán)重的事故。

1.2 電子電路故障

儲(chǔ)能電池是汽車電機(jī)控制系統(tǒng)的能量來源，一切操作活動(dòng)均由儲(chǔ)能電池提供電能。隨著汽車功能不斷的豐富，車載電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜，即使是傳統(tǒng)的燃油汽車，其功能的實(shí)現(xiàn)也離不開電能。作為能量儲(chǔ)存單元，儲(chǔ)能電池一旦發(fā)生故障將直接導(dǎo)致汽車癱瘓。特別是新能源汽車，其整車電源的構(gòu)成更復(fù)雜，大量的電池管理子模塊與輔助元件在復(fù)雜的環(huán)境條件下更易出現(xiàn)問題，且受人為影響更大?，F(xiàn)代汽車內(nèi)部的電路布置非常復(fù)雜，特別是對(duì)于純電動(dòng)車，其供電系統(tǒng)受環(huán)境條件的影響，當(dāng)線路長期處于潮濕、高溫等環(huán)境中，極易發(fā)生線路絕緣失靈、短路、漏電等一系列故障，存在嚴(yán)重的行車安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 零部件勞損

無論汽車技術(shù)如何發(fā)展，都無法避免出現(xiàn)零部件的勞損，如機(jī)械變形、連接部位松動(dòng)、車漆掉落、油質(zhì)下降、輪胎磨損等問題，這些故障非常普遍。在維修時(shí)，不能做到及時(shí)保養(yǎng)、更換部件，以及對(duì)零部件性能狀態(tài)的檢測(cè)不足，均會(huì)造成車主無法正確判斷各類零部件的工作狀態(tài)，即使是專業(yè)的技術(shù)人員也會(huì)出現(xiàn)判斷不準(zhǔn)確的情況，這在一定程度上為車輛行駛安全帶來了不確定因素。

1.4 其他故障

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、定位導(dǎo)航、視覺識(shí)別等技術(shù)的進(jìn)步及相互之間的深度融合，現(xiàn)代汽車的自動(dòng)駕駛功能越來越成熟，為人們的出行提供了便利。但汽車與有軌列車不同，其行車路線和周圍環(huán)境具有不確定性，一旦自動(dòng)駕駛系統(tǒng)出現(xiàn)路徑預(yù)判錯(cuò)誤，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故，但解決這些系統(tǒng)故障難度較大。同時(shí)，雖然汽車智能化應(yīng)用功能在不斷豐富和提高，但仍會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)失效的問題，如自動(dòng)防撞系統(tǒng)、自動(dòng)泊車功能失靈等。

2 汽車維修存在的問題

近20年來，我國汽車保有量逐年增加，推動(dòng)了汽車維修行業(yè)的快速發(fā)展，汽車維修企業(yè)的數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大。但隨著汽車工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，車輛結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，尤其是新能源汽車的發(fā)展給汽車維修行業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。目前，雖然汽車維修行業(yè)總體發(fā)展較好，但汽車維修技術(shù)已無法滿足市場(chǎng)需求。同時(shí)汽車維修企業(yè)的人員技術(shù)水平和維修設(shè)備能力參差不齊，且汽車維修業(yè)管理機(jī)制仍有待完善，導(dǎo)致出現(xiàn)汽修配件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、維修質(zhì)量缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等問題，很難確保汽車維修的質(zhì)量。另一方面，對(duì)專業(yè)汽修人才的培養(yǎng)不足，一線員工的理論水平和操作水平均存在良莠不齊的情況，在很大程度上阻礙了汽車維修技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

3 汽車性能檢測(cè)與維修技術(shù)要點(diǎn)

3.1 開發(fā)動(dòng)力檢測(cè)系統(tǒng)

隨著自動(dòng)控制、新材料、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步，汽車的電子化程度也不斷提高。以動(dòng)力系統(tǒng)中電子技術(shù)的應(yīng)用為例，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷提高，自動(dòng)化電噴系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的機(jī)電混合式噴油系統(tǒng)相比，自動(dòng)化電噴系統(tǒng)在為汽車提供相同動(dòng)力的基礎(chǔ)上，提升了燃油的利用率，不僅降低了汽車的使用成本，也降低了溫室氣體的排放量，對(duì)生態(tài)環(huán)保具有重要意義。在結(jié)構(gòu)上，電子控制噴油系統(tǒng)更加復(fù)雜，其包含了微機(jī)系統(tǒng)、檢測(cè)裝置、傳感器、控制器等大量輔助設(shè)備。汽車在運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)氣量、燃燒效率、溫度變化、轉(zhuǎn)速等諸多數(shù)據(jù)傳送至控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)合車輛行駛狀態(tài)、路況特征、車主駕駛習(xí)慣等條件，利用智能預(yù)測(cè)算法進(jìn)行綜合分析，自動(dòng)將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整至最佳狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整供油量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以提高車輛行駛的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，電機(jī)控制系統(tǒng)收集發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，利用專家系統(tǒng)對(duì)其使用可靠性與安全性進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，當(dāng)可能影響行駛質(zhì)量的因子權(quán)值出現(xiàn)異常時(shí)，電機(jī)控制系統(tǒng)向駕駛?cè)藛T發(fā)出告警，提醒其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行維修和保養(yǎng)。

3.2 構(gòu)建智能故障診斷系統(tǒng)

信息科學(xué)技術(shù)推動(dòng)了工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，汽車也不斷向高度智能化、集成化及快速化方向發(fā)展，我國汽車智能化設(shè)備更加系統(tǒng)化、復(fù)雜化，但汽車的故障也越來越復(fù)雜。當(dāng)某一組部件出現(xiàn)問題時(shí)，可能引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，影響車輛的行駛安全，給車主造成損失。能夠快速準(zhǔn)確的找到汽車故障原因并及時(shí)處理是汽車安全行駛的重要保障，所以，研發(fā)高效率的車輛故障診斷技術(shù)是十分必要的。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，其自學(xué)習(xí)能力在一定程度上模擬了類人思維，能夠?qū)崿F(xiàn)大量非線性映射關(guān)系的高精度擬合，在汽車故障診斷方面具有極高的應(yīng)用價(jià)值。但在單一的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成中，各個(gè)神經(jīng)元并無實(shí)際的物理意義，相應(yīng)的閥值選擇與傳遞函數(shù)僅為擬合數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)，在處理大量不確定性關(guān)系時(shí)存在不足。模糊系統(tǒng)通過“if-then”的表達(dá)形式，模糊地劃分輸入空間，通過制定模糊規(guī)則對(duì)應(yīng)輸出，形成“推理判斷”，這一點(diǎn)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不同。模糊系統(tǒng)是基于事物發(fā)生的可能性而構(gòu)建的模型，不具備自我學(xué)習(xí)能力。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊系統(tǒng)結(jié)合，形成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建故障診斷模型，實(shí)現(xiàn)2種方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高模型故障診斷的準(zhǔn)確性?；谀：窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建故障診斷系統(tǒng)步驟如下。

(1)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理。智能故障診斷系統(tǒng)為自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，通過對(duì)大量的汽車行駛數(shù)據(jù)的收集和處理，形成模型輸入、輸出的映射關(guān)系。汽車結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，因此需要針對(duì)不同模塊分別建立對(duì)應(yīng)的診斷模型。以發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷模型為例，模型的輸入變量為機(jī)械振動(dòng)量、發(fā)動(dòng)機(jī)平均和瞬時(shí)油耗量、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)長。模型輸出為汽車典型動(dòng)力性能故障。采集并預(yù)處理汽車行駛的大量連續(xù)性數(shù)據(jù)，剔除粗糙誤差，為后續(xù)模型構(gòu)建提供數(shù)據(jù)。

(2)模型構(gòu)建。首先，確定神經(jīng)元數(shù)量，其中輸入層神經(jīng)元數(shù)量為輸入變量數(shù)量，輸出層神經(jīng)元數(shù)量為故障代碼數(shù)量，本文研究的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、中間層和輸出層。中間層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)量為輸入層的2倍。調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元閥值，設(shè)定傳遞函數(shù)參數(shù)，通過迭代運(yùn)算更新參數(shù)獲得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)。其次，對(duì)輸入變量進(jìn)行聚類分析，本模型輸入變量為5個(gè)，因此需設(shè)置5個(gè)聚類中心數(shù)，通過聚類運(yùn)算獲得聚類中心，根據(jù)各變量數(shù)據(jù)點(diǎn)與聚類中心的空間距離，確定數(shù)據(jù)點(diǎn)與聚類中心的隸屬度關(guān)系，進(jìn)而形成模糊邏輯關(guān)系，構(gòu)成基于“if-then”的模糊系統(tǒng)。模糊系統(tǒng)同樣以迭代運(yùn)算進(jìn)行學(xué)習(xí)，調(diào)整相關(guān)參數(shù)。

(3)智能故障診斷系統(tǒng)。診斷模型能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)，不斷調(diào)整和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，增強(qiáng)輸入與輸出的非線性擬合能力。故障診斷系統(tǒng)需實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)督數(shù)據(jù)，因此必須匹配相應(yīng)的傳感器，以收集輸入變量數(shù)據(jù)。故障診斷的功能是當(dāng)輸入變量發(fā)生異常變化時(shí)，輸出的故障類型會(huì)自動(dòng)識(shí)別，并輸出最可能的故障代碼，為精準(zhǔn)定位問題原因提供依據(jù)。按照故障可能性，將故障代碼從大到小排列，結(jié)合逐一排查的方法，提高汽車故障排查率。

3.3 純電動(dòng)汽車的維修

近年來，電動(dòng)車的占比越來越高，其綜合性能也成為行業(yè)討論的焦點(diǎn)。電池是純電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源，因此需要按時(shí)對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。在對(duì)電池定期維護(hù)和保養(yǎng)時(shí)，首先要確保閑置電動(dòng)車內(nèi)部電池的合規(guī)存放，避免出現(xiàn)電池機(jī)械損傷、受潮、高溫、虧電等現(xiàn)象，提高電池的使用壽命。應(yīng)定期對(duì)電池清潔護(hù)理和充電，防止電池內(nèi)部發(fā)生硫酸鹽化，產(chǎn)生虧電現(xiàn)象；電池在長期使用后，如出現(xiàn)續(xù)航能力下降的情況，應(yīng)結(jié)合電池使用實(shí)際情況采取有效的維修措施，在無法維修的情況下，應(yīng)及時(shí)更換電池，并正確處理舊電池，在更換電池時(shí)，應(yīng)確保電池型號(hào)的一致性。如電池在運(yùn)行中出現(xiàn)溫度偏高的情況，或者電池在充電過程中出現(xiàn)超正常閾值的情況，應(yīng)立即檢查汽車內(nèi)部溫度傳感器，如數(shù)值比對(duì)出現(xiàn)偏差，應(yīng)立即校準(zhǔn)溫度值。同時(shí)，應(yīng)檢查電路連接點(diǎn)是否出現(xiàn)松動(dòng)、電池內(nèi)部散熱風(fēng)扇是否處于開啟狀態(tài)、是否需要填充內(nèi)部隔熱材料，找出溫度出現(xiàn)偏差的原因。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，如出現(xiàn)火花或者局部溫度過高等現(xiàn)象，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)內(nèi)部是否進(jìn)水，或者檢查電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)檢查電路保險(xiǎn)絲狀態(tài)和電源開關(guān)狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，汽車維修技術(shù)對(duì)于提升車輛行駛安全，降低用車成本都具有重要意義。隨著電子、通信網(wǎng)絡(luò)、人工智能、大規(guī)模集成技術(shù)的進(jìn)步，汽車維修必然向著規(guī)模化、科技化、專業(yè)化的方向發(fā)展。面對(duì)日益增長的市場(chǎng)競爭，企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展也會(huì)更加注重規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)、加大資金投入、多元模塊融合變革?？傊?，落后的汽車維修模式已無法適應(yīng)當(dāng)前的市場(chǎng)需求，傳統(tǒng)的行業(yè)理念也必將被替代，只有不斷的融合創(chuàng)新才能驅(qū)動(dòng)行業(yè)發(fā)展。本文結(jié)合我國汽修行業(yè)現(xiàn)狀，創(chuàng)新性的提出了幾點(diǎn)提升汽車性能安全與維修技術(shù)的措施，但缺乏更加深入的研究與宏觀層面探討，需要廣大同行更進(jìn)一步的探索。