摘要：隨著我國國民生活水平的不斷提高、科學技術(shù)的不斷進步，汽車的使用量越來越大，汽車的發(fā)展速度也越來越快。在這種情況下，汽車運行過程中產(chǎn)生的故障因素更加繁雜、維修難度更高，對汽車機械故障成因及維修處理展開研究對于我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著重要的推進作用。結(jié)合實際情況，對汽車機械故障成因進行分析，并從發(fā)動機故障定位以及機械電子診斷技術(shù)方面對汽車故障的檢測維修進行探討。由實驗可知，機械電子診斷技術(shù)視域下的汽車故障檢測維修效果較好，能夠為汽車機械故障檢測維修提供幫助。

關(guān)鍵詞：機械電子診斷；汽車機械故障；維修處理

中圖分類號：U472? 收稿日期：2023-05-16

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.08.036

1 汽車機械故障成因

a.發(fā)動機怠速控制閥故障。當汽車發(fā)動機出現(xiàn)啟動困難問題時，產(chǎn)生該類情況的主要原因就是發(fā)動機怠速或怠速控制閥故障。在這種情況下汽車會出現(xiàn)怠速不穩(wěn)定、回火、排汽消聲器放炮等情況。

b.點火線圈故障。當汽車啟動時出現(xiàn)啟動困難、怠速不穩(wěn)以及轉(zhuǎn)向過高問題時，則可判定點火線圈故障[1]。

c.發(fā)動機點火正時不對。如果汽車啟動過程中出現(xiàn)汽油機溫度過高、發(fā)動機加速無力、失速、啟動困難等現(xiàn)象，則很有可能產(chǎn)生點火正時不對問題。

d.火花塞故障。點火正時不對與火花塞故障產(chǎn)生的情況較為相似，但是后者不會出現(xiàn)怠速轉(zhuǎn)向過高以及汽油機溫高現(xiàn)象。

e.傳感器故障。因為汽車傳感器故障類型多樣，一般情況下主要分為空氣流量故障、溫度故障、曲軸位置故障以及傳感器自身故障四大類。

f.空調(diào)系統(tǒng)故障。此類故障產(chǎn)生的主要原因主要在于冷循環(huán)漏氣或制冷劑不足等，主要表現(xiàn)為空調(diào)管路堵塞、膨脹閥堵、壓力泡漏氣塞等現(xiàn)象。

g.汽車底盤故障。汽車底板結(jié)構(gòu)相較于其他部分具有很強的復(fù)雜性與科學性，也是保障汽車穩(wěn)定運行的重要保障。對于汽車底盤構(gòu)造來說，主要分制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中傳動系統(tǒng)因為包含電力、機械，以及液壓傳動等多種類型能夠向發(fā)動機輸出動力，這也是汽車底盤最重要的部分。當離合器產(chǎn)生異響，汽車啟動時踩下踏板踏板與桿分離時則代表傳動系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

h.電子控制系統(tǒng)故障。電子控制系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因主要在于系統(tǒng)溫度過高、冷卻液添加不及時等因素。

i.高壓電故障。汽車在啟動過程中需要發(fā)電機與發(fā)動機共同運作提供動力，只有保持穩(wěn)定的、充足的動力支持汽車才能正常行駛。高壓電故障原因主要在于碰撞開關(guān)異常、預(yù)充電異常、主接觸器粘連等方面[2]。

2 發(fā)動機故障定位

對于汽車機械故障來說，故障較難排查、明確的部分主要在發(fā)動機。因此本文首先確定發(fā)動機故障定位方法，為后續(xù)的維修處理奠定基礎(chǔ)。

2.1 發(fā)動機故障特征提取

本文主要通過采集發(fā)動機振動信號的方式獲取故障特征向量。其中，針對發(fā)動機振動信號特點可采用小波包原理分析處理，依據(jù)分析結(jié)果將信號劃分為多個層次并進行信號分解。設(shè)發(fā)動機采集信號為[?（a）]，從而獲取信號的小波函數(shù)，具體表示為：

式中，[g0t]為濾波器系數(shù)；[φ（a）]為函數(shù)指數(shù)系數(shù)；[a]為振動信號當前狀態(tài)。以上公式為標準可利用遞推算法進一步獲取二者關(guān)系，表示為：

式中，[zn（2a-l）]為小波函數(shù)。

該類函數(shù)具有平移正交特性，因此可利用尺度函數(shù)小波包對其特性展開描述，獲取信號正相關(guān)值，具體表現(xiàn)為：

式中，[γlk]為振動信號之間的正相關(guān)值；l、k均為參數(shù)。通過上述公式推導(dǎo)出來的信號關(guān)系可使用小波包能量譜分析結(jié)果，獲取發(fā)動機振動信號的正交分解值并將其作為故障特征向量。因此，可將發(fā)動機原始信號設(shè)為[X（h）]，信號域為[L2G]，從而獲取信號時域能量值，具體表現(xiàn)為：

式中，[X]為振動信號能量值；[dx2]為信號尺度。將發(fā)動機振動信號逐層分解后得到重構(gòu)信號[Cli]，信號能量值的獲取過程表示為：

式中，[Rli]為數(shù)據(jù)長度；l、i分別為信號分解系數(shù)與信號序號；[Xin]為信號離散幅值。上述公式計算后可得到信號能量數(shù)據(jù)。

汽車發(fā)動機運行過程中，如果發(fā)生故障則必然導(dǎo)致發(fā)動機振動信號能量產(chǎn)生波動，進一步得出信號能量的線性變化。結(jié)合發(fā)動機故障特征向量最終的結(jié)果為：

式中，[Ri]為發(fā)動機運行過程中產(chǎn)生的故障特征總向量；[r1，r2，…，r10]分別對應(yīng)不同類型的發(fā)動機故障。

2.2 發(fā)動機故障定位方法

結(jié)合上述公式計算后得出的發(fā)動機故障特征數(shù)值，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法為基準設(shè)定模型，完成對故障的定位。發(fā)動機故障定位模型主要分為輸入、輸出、隱藏三個部分，輸入層輸入值即上述公式獲取的特征向量數(shù)值，將模型輸入層向量設(shè)置為[pi]，設(shè)輸入層與隱藏層之間權(quán)值為[Ui]，輸出層輸出向量設(shè)為[qk]，設(shè)輸出層節(jié)點閾值為[γk]，模型具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 機械電子診斷技術(shù)視域下的汽車故障檢測維修

3.1 燃油機異響檢測診斷

汽車燃油機產(chǎn)生異響問題主要是因為內(nèi)部敲缸、氣門響、曲軸承響等。這些異響產(chǎn)生的主要位置與原因類型都位于一個缸體內(nèi)，因此對于檢測人員來說在判斷內(nèi)燃機異響時往往難度較大。機械電子診斷技術(shù)可采用聽診器、頻譜分析儀等設(shè)備對異響進行全面診斷與接收[3]。另外，也可以在燃油機不同位置安裝爆震傳感器從而檢測個位置波點，如圖2所示。

對震爆波形進行分析后即可明確產(chǎn)生爆震氣缸的具體位置。由圖2可知，在起始階段燃油機保證波形較為穩(wěn)定，并無明顯變化，但是到中間階段時出現(xiàn)了劇烈波動，在部分情況下甚至超出了最初設(shè)定值范圍：[-400～400 mV]。等到波形運轉(zhuǎn)至結(jié)束時變化越發(fā)接近于穩(wěn)定，上下波動幅度不大，且始終保持在設(shè)定值范圍內(nèi)[4]。燃油系統(tǒng)是燃油機結(jié)構(gòu)中最容易出現(xiàn)故障的位置，如果汽車啟動困難則很有可能是燃油機油壓過低、動力不足，導(dǎo)致很多內(nèi)構(gòu)件溫度突然升高而造成損耗。此過程可利用技能分析儀對燃油系統(tǒng)油壓高低進行判斷分析，生成信號后在示波器上顯示。

3.2 電控系統(tǒng)故障檢測診斷

為了加強診斷結(jié)果的準確性與維修處理的全面性，需要對電控系統(tǒng)保險絲情況進行檢查。提取故障信息碼并打開點火開關(guān)后啟動發(fā)動機。此過程中需要保證ABS制動防抱死系統(tǒng)警示燈始終處于長期閃亮狀態(tài)，發(fā)動機熄滅[5]。如果警示燈在發(fā)動機熄火后仍然閃亮則說明該系統(tǒng)出現(xiàn)故障。根據(jù)警示燈閃爍次數(shù)讀取故障碼后進行檢測，具體步驟為：

a.汽車專用診斷頭共有兩端，按照線汽車診斷座后主機的方式依次在兩端連接，讀取故障信息。

b.不間斷連續(xù)跨接汽車專用診斷頭，次數(shù)為2～4次，此后讀取故障碼。

c.設(shè)定故障碼與故障碼之間的間隔為4 s，并設(shè)置啟動碼，隨后對故障碼進行獲取。

d.上述步驟進行過程中不能進行剎車操作，否則將使故障碼處于失效狀態(tài)。

另外，在發(fā)動機啟動后還需要確保ABS制動防抱死系統(tǒng)警示燈處于熄滅狀態(tài)。警示燈熄滅后在8～15 s內(nèi)連續(xù)踩剎車踏板直至警示燈再次亮起，此時全部故障碼均已清除。

3.3 底盤輸出功率異常檢測診斷

在對汽車底盤進行故障檢測時，最常見的診斷工具為底盤測功儀。此工具能夠在獲取底盤輸出功率的過程中，使電渦流輸出功率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速全部趨于穩(wěn)定。當達到這一狀態(tài)時查看儀表盤上功率，功率數(shù)值及時驅(qū)動輪輸出功率的具體情況。經(jīng)過底盤測功儀對底盤異常功率信號進行采集后可確定異常診斷。因為在底盤的故障診斷過程中獲取的信號大多具有波動性與不穩(wěn)定性。為了對其進行處理可用與上文處理發(fā)動機振動信號特點的小波包原理分析方法。因此，對汽車底盤輸出功率異常的檢測、診斷，需結(jié)合小波包原理分析方法進行探尋。

3.4 油樣檢測診斷

機械電子診斷技術(shù)的應(yīng)用過程中，由于金屬表面之間的摩擦而產(chǎn)生顆粒并流入液壓油中，當液壓油中存在一定的金屬顆粒后，對液壓油內(nèi)部具體含量進行檢測，即可得知機械磨損情況。油樣檢測方法主要是利用油液光譜分析以及油液鐵譜分析技術(shù)進行。后者的應(yīng)用主要是利用高強度磁場對油液磨損產(chǎn)生的金屬顆粒進行分析分離，通過金屬顆粒的大小、數(shù)量、規(guī)模、狀態(tài)等方面進行觀察判斷就能初步掌握機械部件磨損情況[6]。此后利用離子碰撞、元素加熱方式就能進一步明確金屬顆粒的能量特征，從而判斷機械部件磨損情況。

4 實驗分析

為了進一步驗證診斷效果，本文主要從傳統(tǒng)技術(shù)與機械電子診斷技術(shù)兩方面對維修效果進行對比分析。

4.1 發(fā)動機故障檢測維修效果分析

正常情況下發(fā)動機氧傳感器電壓波動如圖3所示。由圖3可知，正常情況下發(fā)動機氧傳感器電壓波形始終保持在0～1 V區(qū)間內(nèi)，且電壓波形的變化具有很強的規(guī)律性。此后分別采用傳統(tǒng)技術(shù)與機械電子診斷技術(shù)對波形進行對比分析，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，因為傳統(tǒng)技術(shù)較為依賴人工，受到的人工操作影響較大，很容易導(dǎo)致電壓波形波動性進一步加強，其中電壓波形保持在0.4～0.8 V區(qū)間[7]。機械電子診斷技術(shù)因為采用設(shè)備檢測，不會受到人為操作影響，能夠最大程度上保持與發(fā)動機氧傳感器電壓波形變化的一致。以此為基礎(chǔ)對傳統(tǒng)技術(shù)與機械電子診斷技術(shù)進行對比分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，傳統(tǒng)技術(shù)的第一次維修與最后一次維修效果差距較大，其中在第二次試驗時維修效果最低，為0.2241[8]。機械電子診斷技術(shù)整體維修效果較為穩(wěn)定，雖然效果也逐漸下降，但始終保持在94%以上。

4.2 電控系統(tǒng)故障檢測維修效果分析

本文特取出現(xiàn)故障的電控系統(tǒng)電流值，具體如圖5所示。由圖5可知，電控系統(tǒng)電流值最大為48 A，最小為-20 A，分別出現(xiàn)在3 ms與4～6 ms時間段內(nèi)。分別采用傳統(tǒng)技術(shù)與機械電子診斷技術(shù)對電控系統(tǒng)電流值進行對比分析，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，傳統(tǒng)技術(shù)的電流值最大為20 A，最小為-25 A，分別處于3～4 ms以及4～6 ms時間段內(nèi)，與實際值相差較大；機械電子診斷技術(shù)電流最大值為48A，最小值為-20 A，分別處于3 ms以及4～6 ms時間段內(nèi)，與實際值保持一致[9]。以此為基礎(chǔ)對傳統(tǒng)技術(shù)與機械電子診斷技術(shù)的維修效果進行分析，如表2所示。

由表2可知，傳統(tǒng)技術(shù)與機械電子診斷技術(shù)維修效果隨著實驗次數(shù)的增加都不可避免地出現(xiàn)了降低，但是整體來說機械電子診斷技術(shù)效果更加穩(wěn)定。

5 結(jié)語

隨著時代的不斷進步，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與升級愈發(fā)快速，汽車產(chǎn)生的故障類型愈發(fā)多樣，對于故障檢測技術(shù)與維修技術(shù)的需求也在不斷變化。因此，汽車維修行業(yè)必須順應(yīng)時代發(fā)展，迎合汽車行業(yè)的變化更新、升級汽車維修技術(shù)，才能確保能夠更加高效、準確地分析檢測出具體的原因并搭配合理的維修技術(shù)。機械電子診斷技術(shù)是一項較為可靠的新興技術(shù)，能夠針對現(xiàn)代汽車中常見的電子設(shè)備故障進行檢測診斷，從而為汽車維修行業(yè)提供發(fā)展助力，能夠為汽車維修的高質(zhì)量發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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作者簡介：

張真海，男，1983年生，講師，研究方向為汽車機械。