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        汽車電子設(shè)備應(yīng)用和故障診斷方法探究

        2022-11-14 02:04:34曹加峰
        汽車與新動(dòng)力 2022年5期
        關(guān)鍵詞:故障診斷人工智能汽車

        曹加峰

        (江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電汽車學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225127)

        0 前言

        在新時(shí)代技術(shù)的支持下,汽車電子產(chǎn)業(yè)得到了全面發(fā)展,引入汽車制造中的電子設(shè)備種類不斷增多,精度也越來越高。汽車電子設(shè)備的發(fā)展與電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用密切相關(guān)。汽車駕駛員或汽車維修人員應(yīng)該掌握汽車電子設(shè)備的基本原理和維修方法。

        1 汽車電子設(shè)備的應(yīng)用

        汽車電子控制系統(tǒng)包含電源系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、輔助設(shè)備系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)等。

        汽車電子設(shè)備依靠電路工作。電路是電流的通路,由一些電氣設(shè)備或部件以某種方式根據(jù)特定需要組合而成。電路由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)(開關(guān)、電線等)組成,這些環(huán)節(jié)被稱為電路的“三要素”。

        目前,汽車電子技術(shù)水平已成為衡量汽車先進(jìn)水平的重要指標(biāo)。對(duì)于工業(yè)化國(guó)家生產(chǎn)的車輛,電子設(shè)備的成本占車輛總成本的30%~40%。從汽車整體架構(gòu)角度分析,汽車結(jié)構(gòu)中的電子控制系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)、車身電子控制系統(tǒng)和底盤電子控制系統(tǒng)。通過發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率、降低油耗、減少排放;通過車身電子控制系統(tǒng)可以控制電動(dòng)車窗、電子控制門鎖、防盜系統(tǒng)、電動(dòng)座椅等;通過自動(dòng)變速器控制,可以提高變速器的性能,獲得最佳動(dòng)力,減輕駕駛員的駕駛疲勞感。

        2 汽車電子設(shè)備的電路特性和故障特征

        2.1 電路特性

        汽車電子設(shè)備的電路特性為低壓、直流電源、單線系統(tǒng)、負(fù)極接地,具體表現(xiàn)為:① 車輛上有12 V(汽油發(fā)動(dòng)機(jī))和24 V(柴油發(fā)動(dòng)機(jī))2種電源電壓;② 電池提供直流電源,電氣設(shè)備由直流電源供電;③ 車身是導(dǎo)體,大部分電流通過車身傳導(dǎo);④ 負(fù)極與車身相連。

        2.2 故障特征

        由于汽車電子控制系統(tǒng)的復(fù)雜性,汽車電子控制系統(tǒng)的故障也非常隱蔽、多樣和復(fù)雜,維修人員要快速確定故障位置和找出故障原因難度較大。汽車電子設(shè)備的故障特征可分為以下幾點(diǎn):

        (1) 元器件擊穿故障,主要原因是由于過電壓引發(fā)的擊穿,以及過電流產(chǎn)生大量的熱引發(fā)的擊穿。故障發(fā)生后會(huì)出現(xiàn)短路等現(xiàn)象,而故障產(chǎn)生的擊穿一般具備不可修復(fù)特點(diǎn)。據(jù)調(diào)查表明,汽車電子元器件結(jié)構(gòu)內(nèi)的電容損壞中,85%都是由介質(zhì)擊穿引起的,當(dāng)電容器發(fā)生故障時(shí),容易造成串聯(lián)電阻燒毀、晶體管擊穿等問題。由于汽車電子元器件熱穩(wěn)定性不足,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)擊穿故障等熱短路現(xiàn)象。如果因?yàn)殡娐饭收蠈?dǎo)致過電壓、過電流擊穿,一般考慮更換電子元器件。

        (2) 部件老化或退化,包括電子元器件結(jié)構(gòu)中的晶體管漏電量提升、絕緣電阻減小、電容器容量下降、電阻改變、繼電器觸點(diǎn)接觸不良,以及可調(diào)節(jié)電阻無(wú)法連續(xù)變化等問題,這也是汽車電子故障中非常常見的。當(dāng)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)、匝間短路、絕緣老化及線圈燒毀問題時(shí),都會(huì)導(dǎo)致初始電流無(wú)法調(diào)節(jié)。

        (3) 汽車電子設(shè)備線路故障,具體表現(xiàn)為設(shè)備接線不好、接觸松動(dòng)、線路潮濕及元器件腐蝕等,導(dǎo)致電子控制系統(tǒng)絕緣效果不好,這些故障一般和元器件沒有直接關(guān)聯(lián)。

        3 汽車電子設(shè)備故障診斷與維護(hù)方法

        3.1 故障排除

        學(xué)習(xí)查詢是故障診斷第一步,通過查詢故障現(xiàn)象可以快速了解故障的性質(zhì)。重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面:① 判斷是否存在偶發(fā)故障、間歇故障、非間歇故障等;② 判斷是系統(tǒng)故障還是局部故障;③ 判斷是否為漸進(jìn)性故障還是突發(fā)性故障。

        3.2 故障原因分析

        故障原因分析是對(duì)知識(shí)儲(chǔ)備的檢驗(yàn)。長(zhǎng)期在一線從事汽車維修工作的技術(shù)人員積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),能夠?qū)崿F(xiàn)快速判斷。然而,隨著模型數(shù)量的不斷增加和電子控制系統(tǒng)的日益復(fù)雜,新模型的不斷涌現(xiàn)要求從業(yè)者要堅(jiān)持學(xué)習(xí)理論知識(shí),理解控制原理,通過邏輯分析得出假設(shè)和結(jié)論。根據(jù)筆者的日常維護(hù)經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行了簡(jiǎn)單歸納,介紹了幾種常見的故障診斷方法。

        從汽車電器及其電路故障后的外部現(xiàn)象和形式出發(fā),通過觀察分析電線和電子元器件可能出現(xiàn)的高溫、煙霧,甚至電火花和燒焦氣味,從而找出故障部位。

        直觀感受法的原理是通過維修人員自身理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的靈活運(yùn)用,診斷出汽車電子設(shè)備故障的原因。在實(shí)際運(yùn)用直觀感受法時(shí),維修人員應(yīng)先了解車主反饋的汽車異常情況,發(fā)現(xiàn)電子控制系統(tǒng)故障。直觀感受法采用汽車現(xiàn)場(chǎng)路試,由維修人員感官評(píng)測(cè),直觀感受故障類型。其中包括測(cè)量、測(cè)試、觀察、模擬、結(jié)構(gòu)分析、分段排查故障和局部拆解分析等,通過觸摸感受汽車電子元器件表面溫度是否異常,找出故障點(diǎn)。當(dāng)汽車電子元器件正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),必須滿足正常工作溫度標(biāo)準(zhǔn),如果超出或低于標(biāo)準(zhǔn)值,表明電子元器件存在故障。例如,當(dāng)啟動(dòng)機(jī)無(wú)法工作時(shí),如果蓄電池與導(dǎo)線接觸不良,接觸時(shí)會(huì)感到熱;當(dāng)啟動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)后,如果發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大的噪聲,維修人員可以結(jié)合日常維修經(jīng)驗(yàn),判斷異常噪聲的原因。直觀感受法不受特殊設(shè)備和場(chǎng)所的限制,具有一定的靈活性。然而,這種檢查模式只適用于有經(jīng)驗(yàn)的員工。從當(dāng)前的汽車檢修技術(shù)手段來看,直觀感受法的實(shí)施也遇到一些困境,導(dǎo)致檢測(cè)效果并不理想。

        儀器檢測(cè)法使用儀器測(cè)試汽車電器和電路的技術(shù)狀態(tài),可較少零部件的拆卸,根據(jù)癥狀做出科學(xué)判斷或確定故障,然后檢查車輛隱患,從而提高整體檢測(cè)質(zhì)量。目前,汽車故障診斷中常用的儀器有示波器和萬(wàn)用表。對(duì)于現(xiàn)代汽車中越來越多的電子設(shè)備,儀器檢測(cè)方法具有省時(shí)、省力、診斷準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。然而,這種檢測(cè)方法對(duì)維修人員專業(yè)性要求較高,也很容易受到人員專業(yè)水平不足的影響,例如在利用儀器診斷法進(jìn)行汽車電子設(shè)備故障識(shí)別時(shí),如果維修人員的專業(yè)知識(shí)不足,很難識(shí)別各項(xiàng)參數(shù)之間的聯(lián)系,對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大,增加了汽車安全隱患。

        對(duì)于一些懷疑有故障的電子設(shè)備,可以使用相同規(guī)格、性能良好的電子設(shè)備進(jìn)行替代,并通過對(duì)比車輛的運(yùn)行情況來查找故障。這是判斷故障最有效的方法,但是普通維修企業(yè)一般不具備更換條件。

        將出現(xiàn)或懷疑有故障的電路連接到測(cè)試燈上,觀察測(cè)試燈的情況,來診斷特定電路的故障狀況。例如,測(cè)試燈的一端連接到交流發(fā)電機(jī)的“電樞”端子,另一端接地。如果測(cè)試燈不亮,則蓄電池接地(機(jī)架上)螺釘和交流發(fā)電機(jī)的“電樞”端子之間存在斷路故障;如果測(cè)試燈點(diǎn)亮,則電路正常。

        當(dāng)出現(xiàn)低壓電路短路情況,采用螺絲刀或?qū)Ь€對(duì)各組件和電路進(jìn)行短路操作,對(duì)儀表指針進(jìn)行觀察,判斷出端口中是否存在短路現(xiàn)象,以精準(zhǔn)查找故障點(diǎn)位置。如果汽車制動(dòng)指示燈不亮,當(dāng)踏踩制動(dòng)器后,維修人員將制動(dòng)指示燈開關(guān)連接到轉(zhuǎn)向柱中,對(duì)制動(dòng)燈開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)前的汽車電子設(shè)備應(yīng)重視短路法的運(yùn)用方式,避免在短路試驗(yàn)中,產(chǎn)生較大的瞬間電流造成設(shè)備損壞現(xiàn)象。

        當(dāng)汽車電子控制系統(tǒng)中涉及的故障面積較大,診斷時(shí)可以采用零件更換比較法。主要是將系統(tǒng)內(nèi)的新舊零件的磨損程度及安裝方向進(jìn)行對(duì)比,以判斷故障位置,分析故障原因。零件更換比較法有助于縮小故障范圍,精準(zhǔn)確定故障原因。例如,如果高壓火花較弱,當(dāng)維修人員判斷電容器故障時(shí),可以通過新的電容器對(duì)比進(jìn)行耐火試驗(yàn);如果新的電容器產(chǎn)生的火花較強(qiáng),表示舊的電容器存在故障,否則繼續(xù)搜索下一個(gè)故障點(diǎn)。

        通過觀察高壓火花來判斷點(diǎn)火系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正常或少數(shù)氣缸不工作時(shí),拆下高壓氣缸管路的火花冷端,在距火花塞5~7 mm處進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況改善,則表明氣缸工作不正常。

        用點(diǎn)火系統(tǒng)的高壓電檢查某些電氣部件是否損壞,稱為高壓電檢查法。例如,檢查分火頭時(shí),將其平放在氣缸蓋上,將高壓主火線頭與分火頭孔底部對(duì)準(zhǔn)并相隔約5 mm,然后打開點(diǎn)火開關(guān),撥動(dòng)斷電觸點(diǎn),檢查分火頭孔內(nèi)是否有火花。如果未發(fā)生跳火,表明防火分區(qū)頭絕緣良好;否則,可判定該故障由絕緣層破損,高壓電流已擊穿高壓通道。

        3.3 需要注意的故障誤判

        ① 車主的描述與故障不一致;② 同行業(yè)人員或維修師傅指導(dǎo)錯(cuò)誤;③ 維修時(shí)間緊,思路不正確,故障排除不仔細(xì),導(dǎo)致檢查結(jié)果錯(cuò)誤;④ 對(duì)部件的作用和檢測(cè)方法沒有很好的了解,導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn);⑤ 過于依賴經(jīng)驗(yàn),得出某一部件不會(huì)受損的結(jié)論;⑥ 隨機(jī)拆裝造成新的故障,掩蓋了舊故障;⑦ 診斷儀器和測(cè)量?jī)x器失去了準(zhǔn)確性,導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不正確和判斷錯(cuò)誤;⑧ 用于更換的備件質(zhì)量或型號(hào)有缺陷。

        4 汽車故障診斷方法的應(yīng)用研究

        4.1 傳統(tǒng)汽車故障診斷方法的應(yīng)用

        汽車故障診斷方法的應(yīng)用是汽車檢測(cè)、維修的重要組成部分。傳統(tǒng)的汽車故障診斷方法主要有人工經(jīng)驗(yàn)故障診斷方法、儀表設(shè)備故障診斷方法。這些方法對(duì)維修人員的素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)都有很高的要求,要求汽車檢測(cè)和維修人員具有多年的汽車診斷和維修經(jīng)驗(yàn),對(duì)汽車結(jié)構(gòu)有較高的認(rèn)識(shí),充分了解汽車工作原理。目前,許多汽車維修企業(yè)仍使用傳統(tǒng)的汽車故障診斷方法。雖然人工經(jīng)驗(yàn)故障診斷方法具有靈活性的特點(diǎn),不受設(shè)備和場(chǎng)所的限制,但是要求維修人員具有較豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和較高的技術(shù)水平,否則很難診斷汽車故障。然而,隨著汽車故障診斷維修人員的缺乏,該汽車故障診斷方法已無(wú)法適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。培養(yǎng)高素質(zhì)、技能型的汽車故障診斷人才需要消耗大量的物力和人力等資源,這無(wú)疑限制了現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展。因此迫切需要找到一種實(shí)用、準(zhǔn)確、高效的汽車故障診斷方法。

        4.2 新一代汽車故障診斷方法的應(yīng)用

        新一代汽車故障診斷方法主要基于現(xiàn)代新技術(shù)和人工智能的發(fā)展。這些新技術(shù)在現(xiàn)代汽車故障診斷中的應(yīng)用,極大地提高了汽車故障診斷的效率,對(duì)準(zhǔn)確定位汽車故障區(qū)域和部件起到了重要作用。人工智能的應(yīng)用提高了汽車故障診斷的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。智能汽車故障診斷是汽車維修技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。將各種汽車故障識(shí)別方法與信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能相結(jié)合,開發(fā)了具有人工智能識(shí)別的汽車故障診斷系統(tǒng),并培養(yǎng)了相應(yīng)的能夠使用人工智能系統(tǒng)的故障診斷人才,使汽車故障診斷更加簡(jiǎn)單、快速、易于操作。改變現(xiàn)代汽車故障診斷人才匱乏的現(xiàn)狀,讓人工智能代替高級(jí)維修人員,并通過編程將傳統(tǒng)高級(jí)維修人員的維修經(jīng)驗(yàn)寫入系統(tǒng),使人工智能系統(tǒng)更加準(zhǔn)確有效。隨著人們對(duì)人工智能認(rèn)識(shí)的提高和汽車故障診斷系統(tǒng)研發(fā)的逐步成熟,人工智能作為汽車故障診斷的重要方向?qū)⒂兄鴱V闊的應(yīng)用前景。

        5 汽車故障診斷的發(fā)展趨勢(shì)

        根據(jù)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)和人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀,智能汽車故障診斷方法將是未來汽車故障診斷的發(fā)展趨勢(shì)。未來的汽車故障診斷將從基于經(jīng)驗(yàn)的故障診斷發(fā)展到利用人工智能進(jìn)行故障診斷,現(xiàn)有維修人員的經(jīng)驗(yàn)將通過網(wǎng)絡(luò)、代碼等導(dǎo)入系統(tǒng),專業(yè)人員的短缺將大大緩解;從故障診斷技術(shù)本身來看,新信息與新技術(shù)相結(jié)合,例如利用車載計(jì)算機(jī)診斷汽車故障,將其與汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接,可以快速診斷并找出問題。當(dāng)然,最重要的是未來汽車的制造水平將繼續(xù)提高,汽車故障的頻率將大大降低,汽車故障診斷將繼續(xù)朝著人工智能的方向發(fā)展,基于網(wǎng)絡(luò)的汽車故障診斷系統(tǒng)將逐步形成。

        6 結(jié)語(yǔ)

        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,汽車生產(chǎn)中使用的電子設(shè)備越來越多,汽車電子產(chǎn)品中容易發(fā)生的故障類型也逐漸增多。因此,在處理汽車電子故障的過程中,應(yīng)注意故障診斷方法的選擇。只有掌握汽車電子故障的基本診斷和維修方法及策略,才能快速地確定故障位置,提高維修效率和質(zhì)量。現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展增加了故障診斷的方法。然而,現(xiàn)代故障診斷方法和傳統(tǒng)故障診斷方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。因此,需要根據(jù)具體情況采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行檢測(cè),這對(duì)汽車維修具有重要意義,也能促進(jìn)汽車行業(yè)的不斷發(fā)展。

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