遼寧工業(yè)大學(xué)/曲景輝 鄭利民 馬忠磊

基于虛擬儀器的汽油發(fā)動機(jī)故障診斷研究

遼寧工業(yè)大學(xué)/曲景輝 鄭利民 馬忠磊

1.引言

汽車發(fā)動機(jī)在長期使用后,部分零件會逐漸受到各種損害，造成汽車技術(shù)性能下降，最終導(dǎo)致故障，從而嚴(yán)重威脅車輛行駛安全。因此在其故障檢測診斷中引入虛擬儀器技術(shù)，利用簡單的硬件設(shè)備，充分利用計算機(jī)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢，可以大大地縮短診斷和維修周期。

2.發(fā)動機(jī)常見故障分析

為實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的性能檢測及故障診斷，對發(fā)動機(jī)常規(guī)的檢測項(xiàng)目參數(shù)進(jìn)行分析，得到常規(guī)檢測項(xiàng)目參數(shù)。例如供給系統(tǒng)的檢測參數(shù)為進(jìn)氣管真空壓力、噴油器波形分析；點(diǎn)火系統(tǒng)的檢測參數(shù)為次級電壓波形、點(diǎn)火波形分析、點(diǎn)火提前角等。

3.發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)硬件選取

發(fā)動機(jī)檢測診斷系統(tǒng)是由測試發(fā)動機(jī)、信號提取裝置、計算機(jī)測控與顯示系統(tǒng)三部分組成。

（1）發(fā)動機(jī)故障模擬試驗(yàn)臺：選用豐田公司的1.5L5A型發(fā)動機(jī)總成，該總成零部件齊全且性能正常，運(yùn)行過程中各參數(shù)均在正常范圍，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行故障設(shè)置。

（2）傳感器的選取：根據(jù)發(fā)動機(jī)性能和故障診斷要求，選擇進(jìn)氣溫度傳感器為MF52-103F-3380-80L、曲軸位置傳感器為CG2201-03B、車速傳感器為YT01-1025等。

（3 ）數(shù)據(jù)采集卡的選擇：選用美國國家儀器有限公司生產(chǎn)的NI USB-6211型高性能數(shù)據(jù)采集卡。

4.發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)軟件設(shè)計

（1）軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及診斷過程。主要包括信號采集模塊、信號處理模塊、測試數(shù)據(jù)管理、狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控、故障診斷推理、標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)管理、數(shù)據(jù)輸出模塊和主控模塊等。

診斷過程為：確定要測試的對象，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，調(diào)用該型號發(fā)動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，與所測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并運(yùn)用相應(yīng)的故障自診斷推理方法判別發(fā)動機(jī)的性能狀態(tài)，得到不同故障類型的部位和嚴(yán)重程度。

（2）信號采集模塊設(shè)計。在安裝信號采集設(shè)備后，選擇模擬信號中的電壓選項(xiàng)，設(shè)置采集信號的各種參數(shù)，根據(jù)DAQmx采集系統(tǒng)編輯采集信號程序，保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集助手能快速有效地創(chuàng)建采集信號系統(tǒng)。

（3）信號分析及處理。信號處理模塊主要對采集到的信號進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理，提取故障特征信號。在實(shí)際數(shù)據(jù)采集過程中，調(diào)用LabVlEW常用的濾波模塊和窗函數(shù)等，進(jìn)行信號處理。

（4）軟件功能設(shè)計。在對發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)的硬件進(jìn)行選取之后，根據(jù)系統(tǒng)軟件整體流程圖利用LabVIEW設(shè)計出能夠在Windows操作平臺上運(yùn)行的汽車發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計。

圖1 診斷測試系統(tǒng)主控界面

通過上述分析，形成診斷分析系統(tǒng)如圖1所示。

5.實(shí)例驗(yàn)證

利用故障設(shè)置儀對發(fā)動機(jī)進(jìn)行故障設(shè)置，故障為“發(fā)動機(jī)啟動困難，怠速不穩(wěn)”。然后對發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢測診斷，最后對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。進(jìn)入測試系統(tǒng)主控界面，點(diǎn)擊電子控制系統(tǒng)診斷分析的選項(xiàng)按鈕，就會進(jìn)入電子控制系統(tǒng)診斷分析子系統(tǒng)。

點(diǎn)擊面板選擇按鍵，開始進(jìn)行測試。圖2表示測試轉(zhuǎn)速傳感器、冷卻液溫度傳感器所得的波形。通過傳統(tǒng)儀器與對系統(tǒng)所測波形進(jìn)行對比分析，結(jié)果證明了本次實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性與客觀性，以及該故障診斷系統(tǒng)的真實(shí)性和實(shí)用性。

圖2 系統(tǒng)診斷分析所得波形

6.結(jié)論

通過將虛擬儀器技術(shù)綜合運(yùn)用到發(fā)動機(jī)故障診斷，完成了發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺架測試系統(tǒng)總體方案的設(shè)計以及硬件的選擇和軟件的開發(fā)，提出并設(shè)計了基于虛擬儀器的發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)。通過實(shí)例驗(yàn)證，表明系統(tǒng)可靠性高，操作簡單，減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，提高了試驗(yàn)效率和測量精度。