邢忠義

(云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,云南昆明 650101)

汽車故障診斷技術(shù)的應(yīng)用以及發(fā)展

邢忠義

(云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,云南昆明 650101)

汽車故障診斷技術(shù)是汽車電子控制技術(shù)的重要組成部分,在汽車維修工作中有十分重要的地位。本文對汽車診斷技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢進行探討,為汽車診斷技術(shù)的縱深化發(fā)展提供理論依據(jù)。

汽車診斷技術(shù) 應(yīng)用現(xiàn)狀 發(fā)展

隨著各種新材料、新技術(shù)以及工藝在汽車生產(chǎn)制造過程中應(yīng)用越來越廣泛，汽車的技術(shù)性能越來越好。但是汽車的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，導(dǎo)致汽車的故障診斷難度逐漸增加。傳統(tǒng)的診斷方法以及診斷設(shè)備已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代汽車的診斷維修要求。為了不斷提高汽車的故障診斷技術(shù)，需要借助數(shù)學(xué)以及計算機技術(shù)、模式識別、人工智能、電子技術(shù)等多種學(xué)科，從而不斷提高汽車故障診斷水平，促進汽車行業(yè)的快速發(fā)展。

1 汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在過去的幾十年中，汽車診斷技術(shù)取得了迅速的發(fā)展，經(jīng)過了四個階段，即人工檢驗階段、利用簡單的儀器儀表進行測量的階段、采用專門設(shè)備進行綜合診斷階段、人工智能診斷階段。汽車故障診斷技術(shù)的應(yīng)用變得越來越廣泛。隨著汽車電子技術(shù)的應(yīng)用逐漸加深，汽車電子控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的診斷方法以及設(shè)備在一定程度上不能滿足汽車診斷的需求，當前汽車故障診斷過程中使用較多的是自診斷功能，這種功能在使用過程中也存在一定的局限性，隨著各種新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，汽車診斷技術(shù)也不斷深入發(fā)展，朝著智能化、及時化等多種方向發(fā)展。

圖1 發(fā)動機分析儀信號采集系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

圖2 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2 現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)分析

2.1 ECU故障自診斷

現(xiàn)代汽車設(shè)計中，大多集成了ECU故障自診斷，汽車上如果裝有ECU控制系統(tǒng)，則都具有自診斷功能。該系統(tǒng)可以在日常運行過程中對汽車內(nèi)的各個部分的工作狀態(tài)進行檢查以及監(jiān)測。當汽車出現(xiàn)故障時，儀表盤上的故障顯示燈會點亮，發(fā)出警報。同時，汽車系統(tǒng)的控制單元中的自診斷模塊檢測到相應(yīng)的故障之后，會將故障的相關(guān)信息存儲在模塊內(nèi)部的專業(yè)區(qū)域，汽車維修人員對汽車故障進行診斷時就可以參考這些信息以及數(shù)據(jù)，從而盡快找到汽車的故障所在。

圖3 專家系統(tǒng)的整體功能模塊

圖4 故障診斷專家系統(tǒng)整體流程圖

2.2 油液監(jiān)測以及信號采集技術(shù)

在汽車故障診斷過程中，對汽車潤滑油中的磨屑情況進行分析，是一種不解體的檢驗方法，主要是通過對潤滑油中機械磨損碎屑以及其他的顆粒進行測量以及分析，從而獲得汽車系統(tǒng)的污染程度、工作狀態(tài)等方面的信息，實現(xiàn)對汽車的運行狀態(tài)、系統(tǒng)狀況等方面的監(jiān)控。

圖5 實際應(yīng)用結(jié)果

2.3 汽車故障診斷專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)診斷技術(shù)在汽車故障診斷中的應(yīng)用時間很長，是比較傳統(tǒng)的一種故障診斷方式。利用專家系統(tǒng)進行故障診斷是基于人類專家的各種知識以及經(jīng)驗，在計算機上建立信息系統(tǒng)，并且利用專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)，對汽車故障進行診斷的一種重要方法。專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其中包括知識庫、數(shù)據(jù)庫、解釋過程等部分，專家系統(tǒng)可以分為兩種，第一，以規(guī)則為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的使用比較廣泛，推理包括正向推理以及反向推理兩種。第二，以框架為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。汽車故障診斷是一項十分復(fù)雜的任務(wù)，因此所需的專業(yè)知識較多，傳統(tǒng)的專家診斷技術(shù)在應(yīng)用過程中已經(jīng)初步實現(xiàn)成功，但是還是存在一些瓶頸，比如獲取知識比較困難、知識面比較窄、各種控制策略不靈活等。

3 汽車故障先進技術(shù)應(yīng)用實例

3.1 信號采集技術(shù)在故障診斷中的應(yīng)用實例

汽車發(fā)動機分析儀計算機信號采集系統(tǒng)的構(gòu)成包括幾個部分，即傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機和微型計算機等，如圖1所示，該圖表示了發(fā)動機分析儀信號采集系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)。

在信號采集過程中，為了保證信號的真實性，在發(fā)動機分析儀中設(shè)計了高速信號采集系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中使用的信號采集板是BH5105。經(jīng)過信號采集與分析，得出汽車初級點火波形。

初次級點火信號的變化頻率較高，由于點火線圈之間的互感以及自感，其電壓的變化范圍在300V到30kV之間，因此在測量的過程中采用了高速的A/D技術(shù)，確保經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后的信號不失真。

3.2 汽車故障診斷專家系統(tǒng)應(yīng)用實例

一個專家系統(tǒng)一般包括六個部分，即人機接口、知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機、知識獲取系統(tǒng)等。在進行汽車故障診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計過程中，其整體功能模塊如圖3所示。

在專家系統(tǒng)的設(shè)計過程中，最重要的部分就是故障的診斷及設(shè)計模塊。如圖4所示。故障推理是以推理機為中心的推理過程，在具體的工作過程中，需要建立臨時的數(shù)據(jù)庫，初始化臨時數(shù)據(jù)庫等，對各種故障推理過程進行存儲。在具體的系統(tǒng)設(shè)計過程中，采用Windows操作系統(tǒng)，并且以C#作為開發(fā)平臺，使用SQL2000作為專家系統(tǒng)中知識庫、實例數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器，通過對某車輛進行診斷測試可以得到下列診斷結(jié)果。（如圖5所示）

通過汽車專家系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了預(yù)期的效果，提供一定的測試數(shù)據(jù)就可以得到正確的診斷結(jié)果，作為用戶排除故障的依據(jù)，同時結(jié)合各種反饋而來的維修建議，可以最終排除汽車故障，實現(xiàn)專家系統(tǒng)的功能。

4 汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢

汽車診斷技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一定的體系，隨著近年來科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，新的科學(xué)分支在汽車設(shè)備的故障診斷中的應(yīng)用變得越來越多，汽車故障診斷技術(shù)也要不斷進行改革，以適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當前汽車故障診斷技術(shù)應(yīng)該朝著智能化和信息化方向發(fā)展，主要有以下幾個方面。

4.1 故障檢測設(shè)備實現(xiàn)智能化

汽車故障診斷檢測設(shè)備智能化是汽車診斷技術(shù)的一個重要發(fā)展趨勢，智能化的特點是虛擬儀器與信號處理技術(shù)之間的有機結(jié)合。虛擬儀器指的是通過計算機平臺上的軟件定義以及設(shè)計儀器的功能，使得用戶使用的計算機成為一臺專用的電子儀器。虛擬儀器的核心就是計算機，因此在實現(xiàn)檢測設(shè)備智能化的過程中需要充分利用計算機的功能，對測量的數(shù)據(jù)進行分析，從而找到汽車的故障所在。虛擬儀器的軟件和硬件都具有開放性、模塊化等特點，可以重復(fù)使用，也可以互相交換，在使用過程中，用戶可以根據(jù)自己的需要對虛擬儀器的軟件以及硬件模塊進行更改，實現(xiàn)特定的功能。對于各種分析結(jié)果，需要實現(xiàn)從人工分析向計算機自動分析發(fā)展。

4.2 故障檢測資料數(shù)據(jù)實現(xiàn)在線化管理

對于故障檢測過程中的各種數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)在線化管理的一個重要特點就是使用交互式電子技術(shù)手冊。各種資料數(shù)據(jù)的在線化管理，需要將技術(shù)資料以數(shù)字格式進行存儲，便于故障診斷以及維修人員進行查詢，從而找到汽車故障所在，對癥下藥，提高汽車故障診斷以及維修的效率。對各種資料數(shù)據(jù)進行在線化管理是信息化的一個部分，可以有效地解決各種紙質(zhì)資料不易保存的難題，通過網(wǎng)絡(luò)在線訪問，可以對資料數(shù)據(jù)庫進行維護，從而確保資料數(shù)據(jù)庫的安全性、穩(wěn)定性。

4.3 故障診斷實現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)化

對于汽車故障診斷，需要借助計算機系統(tǒng)，計算機發(fā)展過程中的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，對汽車故障診斷效率的提升也有很大的作用。故障診斷實現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

(1)實現(xiàn)遠程支持和遠程控制。遠程控制指的是汽車售后支持中心通過網(wǎng)絡(luò)對汽車故障診斷過程以及維修軟件進行控制的過程，通過遠程控制可以實現(xiàn)對維修站現(xiàn)場的車輛診斷，遠程診斷所用的計算機與需要檢查的車輛的計算機系統(tǒng)是相連的，通過啟動遠程控制系統(tǒng)，售后支持中心可以及時了解到汽車的使用狀況，售后支持相關(guān)人員不用到現(xiàn)場就能夠?qū)囕v的故障進行分析，并且采取正確的措施對問題進行解決。遠程控制過程中的另一個重要的內(nèi)容就是對各種診斷的信息進行及時的傳輸以及反饋，對維修站的各種故障診斷信息進行搜集，使得廠家能夠?qū)ζ嚨氖褂眯阅?、安全狀況等內(nèi)容進行詳細的了解，最大程度地提高汽車的安全性能，同時還能為企業(yè)的發(fā)展節(jié)約成本。

(2)對現(xiàn)場診斷信息進行收集。在診斷信息搜集過程中所搜集的資料主要是診斷軟件在使用過程中生成的各種后臺數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被搜集之后要進行分類整理，從而存儲在不同的數(shù)據(jù)庫中，便于汽車的各個部門，如售后服務(wù)部門、質(zhì)量部門、工程部門等可以查詢自己所需的資料數(shù)據(jù)。

(3)實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的反饋實時化。傳統(tǒng)的故障診斷工具對汽車故障進行診斷時往往會存在一定的延時，因此導(dǎo)致一些具體問題的追蹤存在問題。新的故障診斷系統(tǒng)需要將診斷過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)文件及時地傳輸?shù)狡嚿a(chǎn)商指定的數(shù)據(jù)庫，從而便于汽車生產(chǎn)企業(yè)的各個部門從數(shù)據(jù)庫中了解到汽車的故障率、故障原因等多種信息，使得汽車生產(chǎn)廠家可以有針對性地改善汽車的生產(chǎn)環(huán)境，應(yīng)用更多新技術(shù)、新工藝進行汽車生產(chǎn)制造，提高汽車的性能。

5 結(jié)語

汽車是人們生活過程中必不可少的交通工具，隨著人們的生活水平逐漸提升，汽車的使用頻率變得越來越高，汽車生產(chǎn)技術(shù)以及工藝也越來越復(fù)雜。對汽車的故障進行診斷以及維修是汽車行業(yè)發(fā)展過程中的一個重要內(nèi)容。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，汽車故障診斷技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成就，但是還是存在一些不足，不能完全應(yīng)對汽車診斷過程中的一些實際問題。對此，在未來的發(fā)展過程中需要對汽車診斷技術(shù)進行革新，逐漸實現(xiàn)汽車診斷技術(shù)的智能化發(fā)展。主要從汽車故障診斷設(shè)備、軟件系統(tǒng)、硬件等多個方面著手，實現(xiàn)汽車故障診斷的智能化操作，以提高故障診斷的效率，積極采取相應(yīng)的措施進行問題解決，促進汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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