基于虛擬儀器的汽油發動機故障診斷研究

遼寧工業大學/曲景輝 鄭利民 馬忠磊

基于虛擬儀器的汽油發動機故障診斷研究

遼寧工業大學/曲景輝 鄭利民 馬忠磊

1.引言

汽車發動機在長期使用后,部分零件會逐漸受到各種損害，造成汽車技術性能下降，最終導致故障，從而嚴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，利用簡單的硬件設備，充分利用計算機數據處理的優勢，可以大大地縮短診斷和維修周期。

2.發動機常見故障分析

為實現發動機的性能檢測及故障診斷，對發動機常規的檢測項目參數進行分析，得到常規檢測項目參數。例如供給系統的檢測參數為進氣管真空壓力、噴油器波形分析；點火系統的檢測參數為次級電壓波形、點火波形分析、點火提前角等。

3.發動機故障診斷系統硬件選取

發動機檢測診斷系統是由測試發動機、信號提取裝置、計算機測控與顯示系統三部分組成。

（1）發動機故障模擬試驗臺：選用豐田公司的1.5L5A型發動機總成，該總成零部件齊全且性能正常，運行過程中各參數均在正常范圍，能夠對其進行故障設置。

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

（3 ）數據采集卡的選擇：選用美國國家儀器有限公司生產的NI USB-6211型高性能數據采集卡。

4.發動機故障診斷系統軟件設計

（1）軟件系統總體結構及診斷過程。主要包括信號采集模塊、信號處理模塊、測試數據管理、狀態實時監控、故障診斷推理、標準參數管理、數據輸出模塊和主控模塊等。

診斷過程為：確定要測試的對象，對采集到的數據進行預處理，調用該型號發動機的標準參數數據庫，與所測數據進行比較，并運用相應的故障自診斷推理方法判別發動機的性能狀態，得到不同故障類型的部位和嚴重程度。

（2）信號采集模塊設計。在安裝信號采集設備后，選擇模擬信號中的電壓選項，設置采集信號的各種參數，根據DAQmx采集系統編輯采集信號程序，保存數據，數據采集助手能快速有效地創建采集信號系統。

（3）信號分析及處理。信號處理模塊主要對采集到的信號進行相應的分析和處理，提取故障特征信號。在實際數據采集過程中，調用LabVlEW常用的濾波模塊和窗函數等，進行信號處理。

（4）軟件功能設計。在對發動機故障診斷系統的硬件進行選取之后，根據系統軟件整體流程圖利用LabVIEW設計出能夠在Windows操作平臺上運行的汽車發動機故障診斷系統設計。

圖1 診斷測試系統主控界面

通過上述分析，形成診斷分析系統如圖1所示。

5.實例驗證

利用故障設置儀對發動機進行故障設置，故障為“發動機啟動困難，怠速不穩”。然后對發動機進行檢測診斷，最后對試驗結果進行對比分析。進入測試系統主控界面，點擊電子控制系統診斷分析的選項按鈕，就會進入電子控制系統診斷分析子系統。

點擊面板選擇按鍵，開始進行測試。圖2表示測試轉速傳感器、冷卻液溫度傳感器所得的波形。通過傳統儀器與對系統所測波形進行對比分析，結果證明了本次實驗的準確性與客觀性，以及該故障診斷系統的真實性和實用性。

圖2 系統診斷分析所得波形

6.結論

通過將虛擬儀器技術綜合運用到發動機故障診斷，完成了發動機試驗臺架測試系統總體方案的設計以及硬件的選擇和軟件的開發，提出并設計了基于虛擬儀器的發動機故障診斷系統。通過實例驗證，表明系統可靠性高，操作簡單，減輕了操作人員的勞動強度，提高了試驗效率和測量精度。