浅析汽车机械故障诊断技术的智能化

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【摘 要】介绍汽车机械故障诊断的内容，分别阐述了传统的诊断方法的原理及各自的优缺点。详细研究了汽车机械故障发生的机理特征，然后利用诊断理论提出了一种先进诊断技术智能化，最后阐述了汽车机械故障诊断技术的发展趋势。

【关键词】汽车机械；故障；诊断技术；智能化

汽车机械故障在汽车总体故障中占有很大比例。汽车机械故障对汽车的性能造成的影响也比较大，包括影响汽车的安全性、稳定性、操纵性及动力性等，严重会造成安全事故的发生，给驾驶人造成人身伤害。

1.传统的汽车机械故障诊断技术

传统的诊断方法有经验诊断法、通过仪器测量诊断法、利用大型检测诊断设备诊断法、车载自诊断法、诊断仪诊断法及计算机诊断等。

经验诊断法是最早而且最常用的一种机械故障诊断方法。它主要是依靠维修人员通过积累的维修经验对车的异常情况进行诊断。这种方法的缺点是费时费力而且准确度差。

利用仪器和大型诊断设备诊断技术提高了故障诊断的准确度的诊断速度，而且利用诊断设备可以记录存储故障情况，便于故障诊断经验的积累，但是这种方法投资比较大，尤其是大型诊断设备。

车载自诊断是汽车机械故障诊断智能化的标志。它是利用智能化的控制装置时刻监测汽车的相关数据是否偏离正常的设定值来判断汽车的故障情况。维修人员可以通过车载监测装置的提示迅速确定故障位置并将其排除。这种方法的缺点在于监测传感器的检测范围有限造成只能诊断部分故障。

诊断仪诊断法和计算机诊断法是目前比较先进的诊断技术，具有高智能化和准确度高的特点。随着技术逐渐成熟，这两种方法的应用越来越广泛。

2.汽车机械故障的诊断原理

汽车零部件的磨损、变形、断裂、腐蚀及老化的因素是造成汽车机械故障的主要原因。汽车机械故障的主要特征表现在振动异常、响声异常、温度异常、及运动副轨迹异常等。根据汽车的不同部位，故障表现的特征也有差别。车轮轴承及转向操纵机构的机械故障表现为其几何特性的改变；发动机气缸活塞组、冷却系统、系统及轮胎气压的故障变现为部件的密闭性改变；汽车点火系统、发电机转速系统、电系统及灯光系统的故障表现为电光热的状态参数的改变；传统系统和发电机的故障表现为车体振动或者声频的改变；发电机供给系统、润呼系统及配合副磨损等的故障表现为机油成分和排气成分的改变。

根据机械故障的特征信号的检测可以确定机械故障的类型及故障部位。主要的机械故障特征信号包括几何信号，压力信号、电信号及物质含量信号。几何信号包括角度间歇、自由行程、工作行程及侧滑量等；压力信号包括气缸压缩压力、机油压力、进气管真空度及轮胎气压等；电信号包括电压、电流、频率、相位、时域特性及频域特性等；物质含量信号包括机油粘度、金属杂质含量、机油中清洁剂含量及排气殊气体的含量等。

机械故障特征信号的获取是机械故障诊断的基础。振动传感器是获取振动信号的主要部件，其原理是将机械振动信号转换成电信号来表示振动参数（包括位移、速度及加速度等）。振动传感器包括电涡流式位移传感器、磁电式速度传感器及压电式加速度传感器等。电磁传感器是获取磨粒信号的主要部件，其原理是利用金属颗粒对磁场的扰动转换为对应的电压值，从而确定金属颗粒的尺寸，还可以利用相位的变化确定颗粒是否带电。热电阻传感器和热电偶传感器是温度信号获取的主要部件，热电偶的原理是不同材料的导体或者半导体构成闭合回路，两导体的温差会使其产生电压，从而将温度信号转换为电信号；热电阻是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特征。

机械故障特征信号的分析是机械故障诊断的关键。特征信号的分析包括信号的预处理，时域分析及频域分析等方法。信号的预处理包括模拟信号的滤波、A/D转换及直流分量分离和数字信号的异常值处理。模拟信号滤波的目的是滤去噪声，消除干扰信号。时域分析法包括统计分析法、无量纲指标分析法、相关累积分析法及模型分析法等。频域分析法包括傅里叶分析、倒谱分析及小波分析等。经过特征信号的分析后，最终对故障做出诊断。常用的诊断方法包括残差分析法、距离分类法及逻辑判别法等。这几种故障诊断的方法的原理是根据不同故障特征确定一个对应的数学模型，然后通过观测模型本身参数的变化来判定系统的工作状态。

3.现代机械故障诊断仪

本文经过故障诊断原理的阐述，结合现代通信技术、检测技术及计算机处理技术等，提出了一种现代机械故障诊断仪的设计。

3.1硬件设计

诊断仪硬件部分包括计算机、微机控制系统、通讯模块、按键显示及检测接口等。诊断仪处理系统采用嵌入式的设计方法。诊断仪和汽车ECU之间的通信采用OBD―II通信模块，其设计原理为通过电压比较器来完成各总线协议与计算机之间的电平转换。总线通信采用CAN协议通信，其特点主要体现在成本低、极高的总线利用率、具有可靠的错误处理和检错机制及传输距离长等。

3.2软件设计

根据检测诊断任务的需要，软件系统完成的任务包括基本的操作功能（键盘及显示等）、故障诊断功能及数据传输。软件系统主要包括主函数模块、通信模块及诊断模块等。

主函数模块是软件的核心，主要负责各子函数之间的调用和任务分配。通信模块的主要任务是接收、识别及发送信号，包括收发函数和协议识别函数。收发函数由接收字节函数、发送字节函数、接收命令函数及发送命令函数四部分组成。协议识别函数的方法是发送特定的校验码与读取到的信息进行比较，若相同，则认为找到该协议，若不同，则认为找不到该协议。诊断模块包括传统的诊断模块和智能模块。诊断模块由读取故障码函数、清楚故障码函数、及读取数据流函数组成。

4.汽车机械故障诊断技术的发展趋势

随着汽车功能和结构的复杂程度加大，自动化程度的提高，针对汽车机械故障诊断技术的要求也越来越高。诊断技术的发展主要体现在以下几个方面：

4.1多功能化和人性化

车载自诊断系统和车外诊断仪的配合使用将越来越广泛。车载自诊断可以及时地监视汽车的行驶情况并记录故障数据，为汽车维修中心或安全部门提供汽车的实况数据，就像飞机的黑匣子一样。车外诊断仪将日趋人性化，例如易于操作、携带方便及价格便宜等。

4.2诊断智能化

诊断的智能化的主要体现为现代人工智能与诊断理论的结合。现代人工智能包括神经网络和专家系统等。神经网络可以有效的组织和运用积累的经验知识进行故障的诊断。目前神经网络应用于故障诊断的研究范例是BP神经网络在汽车故障中的应用。相对于神经网络，专家系统适合用于解决需要大量准也知识的问题。其实两者的结合是未来人工智能在故障诊断应用的发展方向。

4.3诊断信息的网络化

诊断信息的网络化可以实现各种车型故障资料的共享，维修人员不仅可以通过网络获得这些信息，而且可以网络平台传递诊断信息和维修经验，提高维修效率。随着无线通讯技术和电子技术的发展，远程故障诊断将成为可能。 [科]

【参考文献】

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