【摘 要】 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車制造業(yè)當(dāng)中的新技術(shù)與新工藝的應(yīng)用越來越多，尤其是高新電子技術(shù)和計算機技術(shù)的應(yīng)用使汽車成為一個復(fù)雜的系統(tǒng)，進而汽車的故障問題也日漸趨于復(fù)雜化，從汽車的表體采集信號對故障進行推斷和確定成為當(dāng)前研究的熱點。本文主要探討基于DSP的汽車發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)，在相關(guān)理論研究的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)的科學(xué)性和實用性進行研究，得到較為滿意的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】 發(fā)動機 ?故障診斷 ?DSP系統(tǒng)

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對發(fā)動機的要求越來越高，兼顧經(jīng)濟性、實用性和節(jié)能環(huán)保特性成為發(fā)展的方向。發(fā)動機的電控系統(tǒng)越來越完善，其故障診斷技術(shù)也越來越重要。故障診斷作為一門專門研究汽車發(fā)動機故障產(chǎn)生的原因、機理以及特征的學(xué)科，涉及到的范圍非常廣泛，包括計算機技術(shù)、傳感技術(shù)以及人工智能技術(shù)等。利用故障診斷技術(shù)能夠有效的對汽車發(fā)動機的故障進行預(yù)測，減少重大事故的發(fā)生以及造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。同時還能夠?qū)崿F(xiàn)汽車維修的預(yù)測，減少修理的成本。筆者基于Freescale DSP 56F807的汽車發(fā)動機進行故障診斷系統(tǒng)的理論和實踐性研究。

1 基于DSP的汽車發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)方案

本研究中故障診斷系統(tǒng)的硬件包含傳感器、DSP開發(fā)板、執(zhí)行元件、監(jiān)控系統(tǒng)以及訊號處理系統(tǒng)等，主要實現(xiàn)對汽車發(fā)動機的數(shù)據(jù)采集通訊以及狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷的功能。

通過電控單元實現(xiàn)對數(shù)據(jù)居信息的采集和處理、系統(tǒng)中的邏輯性運算以及系統(tǒng)控制。方案中要求電控單元在滿足相關(guān)的抗干擾性能的基礎(chǔ)上具有良好的可靠性。作為汽車發(fā)動機中的實時監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)使用具有高運算速度的芯片。在本次研究當(dāng)中使用的是 Freescale DSP 56F807進行開發(fā)，并進行獨特的設(shè)計。研究以AJR汽車發(fā)動機作為實驗的對象，將模擬信號和數(shù)字信號輸入到其中。其中模擬發(fā)動機傳感信號包括汽車發(fā)動機進氣的溫度、氧傳感以及爆震信號、在一定電壓范圍內(nèi)的節(jié)氣門坐標(biāo)與怠速節(jié)氣門坐標(biāo)、在一定電壓范圍內(nèi)的發(fā)動機冷卻水的溫度等;數(shù)字信號則包括發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、點火和噴油的情況、怠速的電機占空比以及凸輪軸的坐標(biāo)位置信號。

2 信息數(shù)據(jù)的采集與通信

基于DSP的汽車發(fā)動機電控單元信號數(shù)據(jù)的采集與處理包括對傳感器以及執(zhí)行器信號的的處理。需要通過特定的回路使用DSP進行計算，在處理完成之后傳送至監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中進行分析和存儲，信息數(shù)據(jù)的采集功能是DSP發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)當(dāng)中最為基本的功能，通過提供數(shù)據(jù)信息對電控發(fā)動機的工作狀態(tài)進行分析，進而實現(xiàn)對發(fā)動機的故障診斷。在本次研究中為電路設(shè)計添加了適量的干擾元件，通過光耦隔離等增強電路的抗干擾性能。

通信主要通過計算機的接口與DSP系統(tǒng)實現(xiàn)，DSP系統(tǒng)向計算機傳輸發(fā)動機的相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，計算機可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的監(jiān)控與分析，通過傳送和控制的性能能夠?qū)?shù)進行調(diào)整。本次研究中計算機的核心通訊部位是MSComm控件?？梢詫κ录M行捕捉以及處理通信。每一個MSComm控件都設(shè)置有與之對應(yīng)的串行端口。

3 發(fā)動機故障診斷監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)可以實時采集和同步顯示發(fā)動機的運行參數(shù)以及電控單元的控制參數(shù)，同時還能對這些參數(shù)進行控制和調(diào)整，對分析處理的結(jié)果進行保存以方便發(fā)動機的故障診斷和維修，因此監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)具有非常重要的作用。此次研究當(dāng)中主要利用語言編程對發(fā)動機故障診斷學(xué)系統(tǒng)中的監(jiān)控程序進行開發(fā)研究，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的顯示、傳遞、控制、調(diào)整、保存以及報警等功能。數(shù)據(jù)庫的設(shè)置由兩種控件共同組成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的信息數(shù)據(jù)存儲、修改等功能。在監(jiān)控系統(tǒng)的使用過程中，工作人員可以非常便捷的進行操作，一旦發(fā)動機發(fā)生故障將會進行聲光報警，在人機界面中顯示故障代碼、故障發(fā)生的位置產(chǎn)生故障的原因，并自動對此次故障進行記錄。真正意義實現(xiàn)了系統(tǒng)的自動化管理，汽車發(fā)動機故障的診斷也更為便捷，很大程度上節(jié)約了時間成本以及人工成本，提高了工作效率。

4 故障的診斷方法

4.1 系統(tǒng)自診斷方法

系統(tǒng)自診斷方式主要是測試系統(tǒng)中微控制器的工作狀態(tài)，根據(jù)檢測得出的結(jié)果采取針對性的措施進行處理。這種診斷方式由操作系統(tǒng)層當(dāng)中的安全和保護模塊實施處理。

4.2 在線直接的故障診斷

在線直接診斷方式主要是對系統(tǒng)中輸出和輸入信號的的變化特點進行分析，判斷系統(tǒng)發(fā)生故障的具體情況，具有快速、精確的特點。在線直接診斷方式就是在工作的狀態(tài)下對系統(tǒng)控制的信號進行直接的測試，將正常的信號與故障的信號進行對比，判斷故障產(chǎn)生的原因、位置等。該方式能夠直接對電控單元的信號其作用，而診斷程序本身就是電控單元中的控制模塊，所以操作非常便捷，具有高效的特點。主要對傳感器和執(zhí)行器的故障模型進行診斷，故障多為恒增益發(fā)生改變、出現(xiàn)卡死以及恒偏差等現(xiàn)象。

4.3 模糊性的故障預(yù)測方法

離線模糊性的預(yù)測方法則需要根據(jù)發(fā)動機的工作狀態(tài)以及其中的非功能性信息進行判斷，具有智能化、聯(lián)想性等特點。故障現(xiàn)象和故障產(chǎn)生的位置均有一定程度的模糊性，離線模糊性故障預(yù)測的方法就是依據(jù)該特性，使用模糊規(guī)則的推理方法或者是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)方法建立出點與現(xiàn)象的映射關(guān)系。這兩種方法的使用具有鮮明的特點，且互為補充。模糊規(guī)則的推理方法不需要使用大量的樣本數(shù)據(jù)、邏輯性非常強以及具有模塊化的優(yōu)點，但是其自學(xué)習(xí)的能力弱;而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)方法雖然擁有較強的自學(xué)習(xí)能力和聯(lián)想能力，但是存在需要大量的樣本參數(shù)進行支持以及表達難以理解等缺點。通常將這兩者方式結(jié)合起來應(yīng)用，形成集成的系統(tǒng)以解決故障中的模糊性以及人為主觀導(dǎo)致的問題。

5 結(jié)語

最后進行故障系統(tǒng)診斷的臺架實驗，得出了相關(guān)結(jié)論：本研究中基于DSP的汽車發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)擁有靈活、機動的特點，同時易于維護、方便擴展;在線直接診斷方式能夠作為管理系統(tǒng)對軟件模塊實施控制;模糊性故障預(yù)測方式通過將模糊規(guī)則的推理方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)方法結(jié)合能夠有效提高系統(tǒng)的智能化水平。

參考文獻

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作者簡介：蔣南希（1980—），男，漢族，湖南長沙人，實驗師，汽車維修工高級技師/交通部汽車檢驗員高級技師，實驗、實訓(xùn)、教學(xué)負(fù)責(zé)人，校

企合作項目教學(xué)負(fù)責(zé)人。