对一起发动机捣缸事故的责任认定 - 汽车维修与保养

栏 目 编 辑 : 胡 凯 溶hkr@motorchina.comTechnical Talk技 术 论 坛汽 车 发 动 机 故 障 诊 断 系 统 的虚 拟 样 机 硬 件 研 发文 / 广 东 廖 中 文 杨 旭 志 吴 志 平发 动 机 是 汽 车 的 心 脏 , 影 响 到 汽 车 行 驶 的 动 力 性 和 经 济 性 , 伴 随 着 资 源 的 匮 乏 和 道 路 的 拥 挤 , 人 们 对 发 动 机 提 出了 越 来 越 高 的 要 求 。 电 控 发 动 机 已 逐 渐 发 展 成 为 集 电 子 技 术 、 计 算 机 技 术 、 信 息 技 术 于 一 体 的 智 能 控 制 系 统 , 这 也 给汽 车 维 修 人 员 提 出 了 更 高 的 技 术 要 求 , 传 统 的 发 动 机 故 障 诊 断 方 法 已 经 很 难 满 足 现 代 发 动 机 故 障 诊 断 的 要 求 。 由 于 神经 网 络 具 有 容 错 、 联 想 、 推 测 、 记 忆 、 自 适 应 、 自 学 习 和 处 理 复 杂 多 模 式 的 独 特 功 能 , 利 用 虚 拟 仪 器 技 术 和 神 经 网 络技 术 相 结 合 的 方 法 , 可 方 便 快 捷 地 对 发 动 机 不 同 工 况 进 行 实 时 数 据 采 集 , 并 对 采 集 的 数 据 作 有 效 的 分 析 , 直 接 给 出 诊断 结 果 , 这 样 可 使 汽 车 发 动 机 故 障 诊 断 在 一 定 程 度 上 实 现 自 动 化 和 智 能 化 。一 、 神 经 网 络 进 行 故 障 模 式 识 别的 特 点基 于 神 经 网 络 的 故 障 诊 断 , 网 络 的 输入 神 经 元 对 应 着 故 障 征 兆 , 输 出 神 经 元 对 应着 故 障 原 因 。 在 整 个 诊 断 过 程 中 , 首 先 利 用一 组 故 障 样 本 对 网 络 进 行 训 练 , 以 确 定 网 络的 结 构 ( 中 间 层 的 传 递 函 数 和 数 目 ) 和 参 数 ( 连接 权 值 和 闭 值 )。 网 络 训 练 完 毕 后 , 故 障 的模 式 分 类 就 是 根 据 给 定 的 一 组 征 兆 , 实 现 征兆 集 到 故 障 集 之 间 的 非 线 性 映 射 的 过 程 。利 用 神 经 网 络 进 行 故 障 模 式 识 别 具 有以 下 特 点 :1 可 用 于 系 统 模 型 未 知 或 系 统 模型 较 为 复 杂 以 及 非 线 性 系 统 的 故 障 模 式 识别 ;2 兼 有 故 障 信 号 的 模 式 变 换 和 特 征 提 取功 能 ;3 对 系 统 含 有 不 确 定 因 素 、 噪 声 及 输入 模 式 不 完 备 的 情 况 不 敏 感 ;4 可 用 于 复 杂多 模 式 的 故 障 诊 断 ;5 可 用 于 离 线 诊 断 , 也能 适 应 实 时 监 测 的 要 求 。典 型 的 基 于 神 经 网 络 模 式 识 别 的 故 障诊 断 系 统 结 构 如 图 1 所 示 。 基 于 神 经 网 络 的诊 断 过 程 分 为 两 步 , 首 先 , 基 于 一 定 数 量 的训 练 样 本 集 ( 通 常 称 为 “ 征 兆 — 故 障 ” 数 据集 ) 对 神 经 网 络 进 行 训 练 , 得 到 期 望 的 诊 断网 络 ; 其 次 , 根 据 当 前 诊 断 输 入 对 系 统 进 行诊 断 , 诊 断 的 过 程 即 为 利 用 神 经 网 络 进 行 计算 的 过 程 。 在 学 习 和 诊 断 之 前 , 通 常 需 要 对诊 断 原 始 数 据 和 训 练 样 本 数 据 进 行 适 当 的 处理 , 包 括 预 处 理 和 特 征 选 取 、 提 取 等 , 目 的是 为 诊 断 网 络 提 供 合 适 的 诊 断 输 入 和 训 练 样本 。二 、 研 究 方 案 的 提 出由 于 电 控 发 动 机 在 运 行 过 程 中 , 可 以从 相 关 传 感 器 和 执 行 器 的 信 号 和 工 作 情 况 得知 发 动 机 的 运 行 工 况 , 因 为 这 些 传 感 器 和 执行 器 的 信 号 相 关 关 系 包 含 了 很 多 的 信 息 , 足以 反 映 发 动 机 的 运 行 工 况 。诊诊断断 诊预 特 征原神 断处 选 择始经 结理 / 提 取数网 果据络训学练 预 特 征习样 处 选 择训本 理 / 提 取练数据图 1 基 于 神 经 网 络 的 故 障 诊 断 系 统 结 构当 发 动 机 发 生 故 障 时 , 发 动 机 电 控 单元 就 不 能 按 照 原 先 设 定 的 程 序 正 常 工 作 , 致使 发 动 机 的 故 障 原 因 和 发 动 机 转 速 、 节 气 门位 置 、 冷 却 液 温 度 、 进 气 温 度 、 进 气 压 力 存在 不 确 定 的 对 应 关 系 , 而 这 些 不 确 定 的 对 应关 系 又 反 映 于 不 同 的 故 障 类 别 与 上 述 参 数 的特 征 规 律 中 。 根 据 这 种 特 点 , 可 以 用 神 经 网络 的 方 法 来 从 中 抽 取 出 各 自 的 特 征 规 律 , 得出 数 学 模 型 , 从 而 识 别 出 对 应 于 这 种 特 征 规律 的 故 障 。 所 以 , 基 于 这 种 情 况 , 本 文 探 讨一 种 基 于 虚 拟 样 机 技 术 和 神 经 网 络 技 术 故 障诊 断 程 序 , 从 数 据 采 集 到 得 出 结 论 , 操 作 过程 简 便 快 捷 。在 以 上 详 细 分 析 了 电 控 发 动 机 常 见 故障 之 后 , 选 择 以 下 能 反 映 其 规 律 的 特 征 参 数作 为 神 经 网 络 的 输 入 向 量 : 发 动 机 转 速 、 节气 门 开 度 、 冷 却 液 温 度 、 进 气 温 度 、 进 气 压力 和 喷 油 脉 宽 。 理 论 上 , 选 择 的 相 关 参 数 越多 , 对 分 析 越 有 帮 助 , 因 为 越 多 的 特 征 向量 , 越 容 易 判 别 出 具 备 这 些 特 征 的 故 障 类型 。 所 以 , 选 取 了 上 述 信 号 作 为 特 征 向 量 ,因 为 它 们 能 反 映 发 动 机 运 行 和 工 作 情 况 。 本文 方 案 流 程 如 图 2 所 示 。整 个 过 程 是 分 两 个 阶 段 完 成 的 。 第 一阶 段 使 用 图 形 编 程 软 件 LabVIEW8.5 按 要求 设 计 出 用 以 采 集 神 经 网 络 的 训 练 样 本 数 据2012/4· 汽 车 维 修 与 保 养59

技 术 论 坛 Technical Talk 栏 目 编 辑 : 胡 凯 溶 hkr@motorchina.com传 感 器数 据 显 示 、 储 存信 号 预 处 理数 据 采 集(DAQ)神 经 网 络 模 型 、 数 据 处 理 分析 (PC LabVIEW Matlab)诊 断 结 果图 2 方 案 流 程 图 图 3 虚 拟 样 机 系 统 图 4 飞 度 i-DSI 发 动 机的 采 集 样 机 。 第 二 阶 段 将 采 集 到 的 样 本 数 据进 行 神 经 网 络 训 练 至 性 能 合 格 可 用 , 就 可 在LabVIEW 中 调 用 这 个 神 经 网 络 模 型 , 进 行实 时 测 量 分 析 , 当 有 预 先 设 定 的 故 障 出 现时 , 由 实 时 采 集 到 的 数 据 , 经 过 神 经 网 络 软件 分 析 , 可 立 即 给 出 诊 断 结 果 。三 、 虚 拟 样 机 硬 件 开 发为 了 采 集 神 经 网 络 训 练 数 据 样 本 , 按设 计 制 作 了 基 于 虚 拟 样 机 技 术 的 采 集 样 机 ,用 来 采 集 试 验 数 据 。 跟 元 征 X-431、 金 奔腾 电 脑 诊 断 仪 比 较 , 采 集 的 数 据 误 差 很 小 ,达 到 了 实 验 要 求 。 整 个 系 统 包 括 硬 件 和 软件 两 部 分 , 如 图 3 所 示 。 硬 件 主 要 包 括 传感 器 、 执 行 器 、 数 据 采 集 卡 (NI 公 司 M 系 列USB-6251 卡 )、 笔 记 本 个 人 电 脑 、 连 接 线等 。1. 实 验 发 动 机 平 台本 文 研 究 实 验 平 台 型 号 为 本 田 飞 度i-DSI 1.3L 发 动 机 ( 如 图 4 所 示 ), 其 相 关 参数 如 下 :类 型 : 水 冷 、 四 冲 程 、SOHC 单 顶置 凸 轮 轴 、8 气 门 、i-DSI 智 能 双 火 花 塞 点火 , 直 列 四 缸缸 径 与 冲 程 :73×80排 量 :1340mL压 缩 比 :10.8∶1最 大 功 率 :83kW,5700r/min最 大 转 矩 :119N·m,2800r/min2. 传 感 器 信 号 测 量 分 析电 子 技 术 的 发 展 , 使 汽 车 电 子 化 程 度不 断 提 高 , 通 常 的 机 械 系 统 已 经 难 以 解 决 某些 与 汽 车 功 能 要 求 有 关 的 问 题 , 而 被 电 子 控制 系 统 代 替 。 传 感 器 的 作 用 就 是 根 据 规 定 的被 测 量 的 大 小 , 定 量 提 供 有 用 的 电 输 出 信 号的 部 件 , 即 传 感 器 是 把 光 、 时 间 、 温 度 、 压力 及 气 体 等 的 物 理 、 化 学 量 转 换 成 按 一 定 规律 的 电 信 号 的 变 换 器 。 传 感 器 作 为 汽 车 电 控系 统 的 关 键 部 件 , 直 接 影 响 汽 车 的 技 术 性 能的 发 挥 。本 文 在 发 动 机 实 验 平 台 本 田 飞 度i-DSI 发 动 机 上 采 集 的 信 号 有 点 火 控 制 模 块(ICM)、 节 气 门 开 度 信 号 、 进 气 压 力 信 号 、冷 却 液 温 度 信 号 和 喷 油 脉 宽 信 号 , 进 气 温 度为 当 时 室 内 温 度 。(1) 冷 却 液 温 度 (ECT) 传 感 器发 动 机 冷 却 液 温 度 传 感 器 内 部 设 有 一负 温 度 系 数 热 敏 电 阻 。 当 发 动 机 冷 却 液 温度 升 高 时 , 热 敏 电 阻 阻 值 下 降 。 热 敏 电 阻 阻值 随 温 度 的 这 种 变 化 , 将 引 起 ECT 电 压 值的 变 化 , 所 以 , 不 同 的 电 压 值 对 应 不 同 的 温度 。 其 关 系 如 表 1 所 示 。 水 温 由 X-431 电 脑诊 断 仪 读 取 , 电 压 信 号 由 万 用 表 读 取 , 拟 合曲 线 如 图 5。 由 回 归 结 果 , 关 系 式 可 取 :表 1 ECT 温 度 与 输 出 电 压 的 关 系电 压 /V 1.08 0.85 0.78 0.75 0.71 0.680.66 0.61 0.58 0.55 0.54 0.53冷 却 液 温 度 /℃ 69 72 76 77 79 8182 84 86 87 88 90图 5 ECT 温 度 与 输 出 电 压 的 关 系编 程 时 , 操 作 界 面 的 冷 却 液 温 度 是 由这 关 系 式 计 算 得 出 的 , 不 同 的 电 压 值 对 应 不同 的 冷 却 液 温 度 。 在 采 集 时 , 可 以 直 接 把 传感 器 输 出 的 电 压 信 号 送 入 数 据 采 集 卡 模 拟 输入 端 , 不 需 要 调 理 信 号 。 把 ECT 传 感 器 的输 出 电 压 信 号 直 接 通 过 数 据 采 集 卡 读 入 电脑 , 系 统 会 根 据 公 式 显 示 相 应 的 冷 却 液 温度 。(2) 进 气 歧 管 压 力 (MAP) 传 感 器进 气 压 力 传 感 器 的 工 作 原 理 为 真 空 封装 的 弹 性 膜 片 和 一 个 铁 心 。 当 受 到 压 迫 时 ,膜 片 和 铁 心 将 在 高 精 度 的 线 圈 里 产 生 位 移 ,进 而 生 成 一 个 0~5V 线 性 电 压 输 出 变 化 信号 。 输 出 不 同 的 电 压 值 对 应 不 同 的 进 气 歧 管压 力 。 其 关 系 表 2 所 示 。 进 气 压 力 由 X-431电 脑 诊 断 仪 读 取 , 电 压 信 号 由 万 用 表 读 取 ,拟 合 曲 线 如 图 6。 关 系 式 可 取 :表 2 MAP 压 力 与 输 出 电 压 的 关 系电 压 /V 0.746 0.763 0.796 0.8770.919 0.961 1.309 1.809 1.919 2.065进 气 歧 管 压 力 /kPa 25 27 28 3034 35 40 57 60 66(3) 节 气 门 位 置 (TPS) 传 感 器节 气 门 位 置 传 感 器 由 一 个 电 位 计 构成 , 与 节 气 门 轴 相 连 接 。 随 着 节 气 门 开 度 的图 6 MAP 压 力 与 输 出 电 压 的 关 系60 -CHINA ·April