基于虛擬儀器的發動機故障檢測系統的研究

摘 要：隨著汽車電子技術的發展，汽車上運用的各種電子模塊越來越多，從而使得整個汽車電子系統變得越來越復雜，進而提升了故障檢測的難度。文章主要基于虛擬儀器的發動機故障檢測系統進行分析研究，使該檢測系統具備數據采集處理、波形顯示以及存儲功能，實現發動機傳感信號以及噪聲信號的自動采集，進而通過計算機進行信號處理與分析，為發動機故障檢測提供方便。

關鍵詞：虛擬儀器；故障診斷；發動機

汽車在行駛的過程中一旦出現故障而不能啟動，需要到維修站才能夠進行故障檢測，從而造成了維修成本的提升，且隨著汽車上運用的各種電子模板越來越多，也給汽車發動機的故障檢測帶來了新的挑戰。虛擬儀器是計算機技術與儀器技術結合而成，也是現代化儀器的主要發展方向，基于虛擬儀器的發動機故障檢測系統能夠為汽車發動機故障檢測提供一種更加方面的檢測工具。

1 發動機故障診斷系統的結構

1.1 發動機故障診斷總體結構

基于虛擬儀器的發動機故障診斷過程中，為了實現更好的人機對話界面，同時也為了擴展測試項目，在系統中主要采用VB與LabVIEW軟件進行開發，研究中所采用的LabVIEW軟件屬于NI公司。通過VB軟件開發發動機故障診斷系統的進入系統界面、選擇測試項目以及進入測試項目，采用LabVIEW軟件開發其中的噪聲測量與傳感器信號采集系統[1]，總體方案如下圖1所示。

1.2 系統硬件

發動機故障檢測系統的硬件主要由傳感器、DAQ數據采集卡以及計算機等設備組成。DAQ數據采集卡為ADLINK公司所生產，這種數據采集卡帶有支持LabVIEW軟件的驅動程序，從而能夠起到降低開發成本的作用。發動機噪聲信號主要通過計算機中的聲卡來完成，傳感器信號的采集則主要采用DAQ數據采集卡來完成，系統中所采集的各種數據均通過計算機進行存儲、分析與處理。

1.3 系統軟件

基于虛擬儀器的發動機故障診斷系統中，系統開發的軟件主要采用VB與Lab VIEW軟件。VB軟件主要的功能是開發出更好的人機界面，從而增加程序的通用性。Lab VIEW軟件主要是采用圖形化編程方法，軟件中能夠提供大量的函數與子程序庫，通過相應的函數與子程序能夠實現硬件系統的軟件化，進而完成發動機故障測試系統的開發。由VB軟件開發的測試系統界面中，可以通過下拉菜單來選擇需要檢測的項目。采用Lab VIEW軟件所開發的相應執行文件就能夠完成相應的檢測任務。同時由Lab VIEW軟件所編寫的各項數據采集程序，能夠將發動機中的噪聲信號以及各項傳感器信號進行采集，并進行相應的采集、處理，最后將數據進行保存，最終完成發動機故障的檢測。

2 基于虛擬儀器的發動機診斷系統測試分析

通過VB軟件、Lab VIEW軟件以及相應的硬件所開發的發動機故障診斷系統，在發動機的故障診斷過程中是否能夠達到良好的效果，需要經過進一步的測試分析。研究將基于虛擬儀器的發動機測試系統用于某汽車發動機上，針對該汽車發動機進行相應的數據采集，同時獲得了該汽車發動機的傳感器實時波形，同時也收集到了該汽車發動機的噪聲信號[2]。通過對波形的分析能夠對汽車電控發動機的傳感器是否出現故障進行判別。

在對該汽車的發動機進行相應故障檢測的過程中，針對發動機的異響部位以及噪聲來源的判斷也是其中的重要診斷手段。基于虛擬儀器的發動機故障診斷系統中，主要是采用測試系統中的噪聲檢測系統來完成。在具體的檢測過程中，先采集汽車發動機氣門端蓋為主的噪聲信號，然后通過濾波生成相應的自功率譜。發動機的進氣噪聲一般都是受到發動機的進氣門周期性開啟以及閉合過程中，所產生的壓力波動而出現噪聲，其噪聲的頻率范圍在200Hz以下低頻范圍，或者是1000Hz以上高頻范圍。根據收集到的噪聲并生成的進氣噪聲自功率譜分析發現，噪聲的頻率分布主要集中在100-200Hz與1200-1300Hz的頻率中。從中能夠確定，基于虛擬儀器的發動機故障診斷系統能夠對發動機異響以及噪聲源進行分析，進而診斷發動機故障。

3 結束語

汽車不僅是人們日常生活中的代步工具，同時也是社會經濟生產過程中的重要運輸工具，對于人們的生活以及經濟的發展都必不可少。但是在使用的過程中，也會排出大量的尾氣，同時也消耗了大量的能源，不利于可持續發展。因此近年來，針對汽車的控制系統以及動力系統等，應用了許多電子技術，用于降低汽車發動機的能耗，減少尾氣的排放，但是也提升了汽車發動機故障的診斷難度。隨著計算機技術的發展，有計算機技術與儀器技術完美結合而成的虛擬儀器在工程應用中逐漸展現出了優勢。通過本次的研究可以了解到，通過虛擬軟件平臺結合相應的硬件設施而開發的發動機故障診斷系統，能夠收集發動機的傳感器與噪聲信號，并進行分析處理與儲存，為發動機的維修提供先進可靠的故障診斷測試參考數據，為發動機的維修提供了一種新型的故障診斷工具。

參考文獻

[1]耿彪.基于虛擬儀器的柴油共軌發動機故障診斷實訓系統的設計[J].現代制造技術與裝備，2017，01：16-17+19.

[2]鄧森，楊軍鋒，郭明威，等.基于虛擬儀器和模糊SVM的航空發動機潤滑系統故障診斷方法[J].潤滑與密封，2013，03：90-95.

[3]黨躍軒，陳樹海，周威，等.基于虛擬儀器技術的液壓系統故障快速檢測系統設計[J].交通科技與經濟，2012，06：116-118.

作者簡介：李秀芬（1981，3-），女，山東萊蕪人，碩士，日照職業技術學院講師，研究方向：汽車檢測。