發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)特征提取算法研究

馬惠林（河北華北石油工程建設(shè)有限公司培訓(xùn)中心，河北 任丘 062552）

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)特征提取算法研究

馬惠林（河北華北石油工程建設(shè)有限公司培訓(xùn)中心，河北 任丘 062552）

人們生活質(zhì)量的提高使得汽車(chē)成為了大家的首選出行工具，所以，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)作為一架車(chē)?yán)锩孀顬楹诵暮椭匾牟糠郑瑢?duì)其進(jìn)行維修和故障分析是很維修人員的責(zé)任，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)故障一直依靠工作人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行維修，但是人工檢測(cè)維修的方法會(huì)受到人為因素的影響，主觀性太強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致故障檢測(cè)的精度和可靠性并不高，這樣并不符合現(xiàn)代科技發(fā)展的步伐。所以為了發(fā)展的需求，本文通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)原理的研究，了解機(jī)械故障系統(tǒng)故障提取算法，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，來(lái)分析當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障問(wèn)題時(shí)的處理。

發(fā)動(dòng)機(jī)；提取算法；機(jī)械故障；特征

1 研究背景及意義

汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)組成部分有很多，并且系統(tǒng)極其復(fù)雜，結(jié)構(gòu)精密不易識(shí)別，但是只有這樣搭配的部件才能讓發(fā)動(dòng)機(jī)的功能相互配合來(lái)發(fā)揮它的作用，來(lái)保證汽車(chē)能夠正常安全的在道路上行駛。此外，當(dāng)遇上高溫的天氣時(shí)，汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)在這個(gè)高強(qiáng)度的氣溫之下受到一定程度的影響，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的故障發(fā)生率變高，引起汽車(chē)間歇性拋錨，這會(huì)嚴(yán)重影響到駕駛?cè)说陌踩Ｋ葬槍?duì)這一現(xiàn)狀，我們需要用一種特殊的算法來(lái)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行研究以及檢測(cè)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)狀態(tài)的控制，這對(duì)安全的駕駛有著重要的意義。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)

2.1 定義

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷系統(tǒng)是一個(gè)用在對(duì)正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和診斷的電子系統(tǒng)，診斷系統(tǒng)的主要功能就是為維修人員提供便利的服務(wù)，從而保證能夠準(zhǔn)確判斷出發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的故障原因。

2.2 組成

該系統(tǒng)是由信息數(shù)據(jù)采集、診斷故障、自主學(xué)習(xí)和交互這四個(gè)部分組成，它的工作原理就是，利用振動(dòng)傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的結(jié)合產(chǎn)生的異常震動(dòng)狀況，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)ζ溥M(jìn)行的檢測(cè)可以將故障類(lèi)型分門(mén)別類(lèi)好，最后以代碼的形式直接將結(jié)果顯示出來(lái)，同時(shí)還可以進(jìn)一步完善和提高該系統(tǒng)的在線檢測(cè)功能，提高故障分析的效率。發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)還有數(shù)據(jù)采集傳感器模塊、AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、ARM主控系統(tǒng)部分以及系統(tǒng)供電部分這四大模塊的設(shè)計(jì)，在這四大模塊當(dāng)中，AD采集系統(tǒng)是對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在故障狀態(tài)下的油液狀態(tài)信息和振動(dòng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集收納的，而ARM主控系統(tǒng)模塊是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障信息與AD采集模塊之間進(jìn)行信息通信的交流轉(zhuǎn)換的，該系統(tǒng)的線路設(shè)計(jì)如下圖1所示：

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)診斷系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖

3 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障特征提取算法

所謂的提取算法，第一步就是要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)故障的一個(gè)明顯特征進(jìn)行有效的提取，由于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)故障的原因有很多的種類(lèi)，比如振動(dòng)信號(hào)弱、油液態(tài)以及圖像信息不完整等等。所以要用一個(gè)特征提取法對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障做一個(gè)分析，從而得出故障原因的所在，才能對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。故障系統(tǒng)特征的提取算法是以環(huán)繞波法檢測(cè)理論為基礎(chǔ)的，因?yàn)槠?chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的油液表面波會(huì)會(huì)隨著輸油導(dǎo)管的鐵磁性表面形成一個(gè)明顯的環(huán)繞波，它的信號(hào)表達(dá)式是：

在上面的式子中，u1是高梯度磁場(chǎng)下測(cè)試儀的液壓度數(shù)，u2是發(fā)動(dòng)機(jī)活塞間隙的震級(jí)，ω是功率測(cè)試譜密度函數(shù)的總體偏移量，φ是活塞表面鐵譜的寬度。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生發(fā)電機(jī)故障時(shí)，測(cè)試的信號(hào)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)削弱的環(huán)繞波形狀，它的頻率變化公式是：

3.1 故障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)之前需要對(duì)汽車(chē)性能的具體指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)頻率達(dá)到三千五百千瓦以及實(shí)際電壓達(dá)到九百福特以上時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的ARM系統(tǒng)可以根據(jù)這些性能指標(biāo)對(duì)故障系統(tǒng)的處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)，主控系統(tǒng)運(yùn)用了S3C2440A ARM9型號(hào)的處理器作為電源的輸入設(shè)備，除此之外，系統(tǒng)對(duì)汽油液面的提取測(cè)量頻率不能超過(guò)一萬(wàn)二赫茲。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始輸入電源時(shí)，為了保證對(duì)系統(tǒng)故障診斷的準(zhǔn)確性，要對(duì)電壓的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行限定，此時(shí)可以設(shè)計(jì)低功率的電壓來(lái)對(duì)電路總電壓進(jìn)行分壓復(fù)位處理，在系統(tǒng)工作時(shí)接上的VCC電源也開(kāi)始工作了，根據(jù)分壓得到的電路電壓在發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)可產(chǎn)生一個(gè)規(guī)律的信號(hào)，可同通過(guò)圖像信息的描述得出當(dāng)故障產(chǎn)生的電波信號(hào)，從而準(zhǔn)確判斷出故障起因。下圖2是根據(jù)圖像的顯示得出的結(jié)果分析圖。

圖2 故障診斷結(jié)果分析

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于現(xiàn)代化社會(huì)來(lái)說(shuō)，越來(lái)越多的家庭使用私家車(chē)作為自己的出行工具，抑或是公司配備的交通工具，汽車(chē)在很大程度上方便了我們的生活，加快了我們的生活節(jié)奏，但是不管多精密的儀器設(shè)備，在使用期限之內(nèi)總會(huì)出現(xiàn)不一樣的故障問(wèn)題，所以本篇文章通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)特征提取算法的研究，對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的診斷方法有了一個(gè)高效率的檢測(cè)模式，這對(duì)汽車(chē)的發(fā)展具有重要的意義。

[1]陳彬、洪榮、陳小東.汽車(chē)故障診斷高級(jí)教程[J].江蘇科學(xué)技術(shù)出版社.2012（23）

[2]蔣長(zhǎng)錦、蔣勇編著.最優(yōu)特征子集選擇問(wèn)題[M].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào).2009(46)

[3]王炳愷、劉梓彤.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障及維修之我見(jiàn)[J].河南科技.2016(82)

[4]陳長(zhǎng)華、程子清、劉友在.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷試技術(shù)的應(yīng)用研究[M].山東工業(yè)技術(shù).2013(25)

[5]田豐所、黃強(qiáng).汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的維修與保養(yǎng)[J].數(shù)字化用戶(hù). 2014(65)