汽車機(jī)械故障成因及維修處理研究

摘要：隨著我國(guó)國(guó)民生活水平的不斷提高、科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車的使用量越來越大，汽車的發(fā)展速度也越來越快。在這種情況下，汽車運(yùn)行過程中產(chǎn)生的故障因素更加繁雜、維修難度更高，對(duì)汽車機(jī)械故障成因及維修處理展開研究對(duì)于我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著重要的推進(jìn)作用。結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)汽車機(jī)械故障成因進(jìn)行分析，并從發(fā)動(dòng)機(jī)故障定位以及機(jī)械電子診斷技術(shù)方面對(duì)汽車故障的檢測(cè)維修進(jìn)行探討。由實(shí)驗(yàn)可知，機(jī)械電子診斷技術(shù)視域下的汽車故障檢測(cè)維修效果較好，能夠?yàn)槠嚈C(jī)械故障檢測(cè)維修提供幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)械電子診斷；汽車機(jī)械故障；維修處理

中圖分類號(hào)：U472? 收稿日期：2023-05-16

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.08.036

1 汽車機(jī)械故障成因

a.發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制閥故障。當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)啟動(dòng)困難問題時(shí)，產(chǎn)生該類情況的主要原因就是發(fā)動(dòng)機(jī)怠速或怠速控制閥故障。在這種情況下汽車會(huì)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)定、回火、排汽消聲器放炮等情況。

b.點(diǎn)火線圈故障。當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)啟動(dòng)困難、怠速不穩(wěn)以及轉(zhuǎn)向過高問題時(shí)，則可判定點(diǎn)火線圈故障[1]。

c.發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火正時(shí)不對(duì)。如果汽車啟動(dòng)過程中出現(xiàn)汽油機(jī)溫度過高、發(fā)動(dòng)機(jī)加速無力、失速、啟動(dòng)困難等現(xiàn)象，則很有可能產(chǎn)生點(diǎn)火正時(shí)不對(duì)問題。

d.火花塞故障。點(diǎn)火正時(shí)不對(duì)與火花塞故障產(chǎn)生的情況較為相似，但是后者不會(huì)出現(xiàn)怠速轉(zhuǎn)向過高以及汽油機(jī)溫高現(xiàn)象。

e.傳感器故障。因?yàn)槠噦鞲衅鞴收项愋投鄻樱话闱闆r下主要分為空氣流量故障、溫度故障、曲軸位置故障以及傳感器自身故障四大類。

f.空調(diào)系統(tǒng)故障。此類故障產(chǎn)生的主要原因主要在于冷循環(huán)漏氣或制冷劑不足等，主要表現(xiàn)為空調(diào)管路堵塞、膨脹閥堵、壓力泡漏氣塞等現(xiàn)象。

g.汽車底盤故障。汽車底板結(jié)構(gòu)相較于其他部分具有很強(qiáng)的復(fù)雜性與科學(xué)性，也是保障汽車穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。對(duì)于汽車底盤構(gòu)造來說，主要分制動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中傳動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)榘娏ΑC(jī)械，以及液壓傳動(dòng)等多種類型能夠向發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力，這也是汽車底盤最重要的部分。當(dāng)離合器產(chǎn)生異響，汽車啟動(dòng)時(shí)踩下踏板踏板與桿分離時(shí)則代表傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

h.電子控制系統(tǒng)故障。電子控制系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因主要在于系統(tǒng)溫度過高、冷卻液添加不及時(shí)等因素。

i.高壓電故障。汽車在啟動(dòng)過程中需要發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)共同運(yùn)作提供動(dòng)力，只有保持穩(wěn)定的、充足的動(dòng)力支持汽車才能正常行駛。高壓電故障原因主要在于碰撞開關(guān)異常、預(yù)充電異常、主接觸器粘連等方面[2]。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)故障定位

對(duì)于汽車機(jī)械故障來說，故障較難排查、明確的部分主要在發(fā)動(dòng)機(jī)。因此本文首先確定發(fā)動(dòng)機(jī)故障定位方法，為后續(xù)的維修處理奠定基礎(chǔ)。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)故障特征提取

本文主要通過采集發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)的方式獲取故障特征向量。其中，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)可采用小波包原理分析處理，依據(jù)分析結(jié)果將信號(hào)劃分為多個(gè)層次并進(jìn)行信號(hào)分解。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)采集信號(hào)為[?（a）]，從而獲取信號(hào)的小波函數(shù)，具體表示為：

式中，[g0t]為濾波器系數(shù)；[φ（a）]為函數(shù)指數(shù)系數(shù)；[a]為振動(dòng)信號(hào)當(dāng)前狀態(tài)。以上公式為標(biāo)準(zhǔn)可利用遞推算法進(jìn)一步獲取二者關(guān)系，表示為：

式中，[zn（2a-l）]為小波函數(shù)。

該類函數(shù)具有平移正交特性，因此可利用尺度函數(shù)小波包對(duì)其特性展開描述，獲取信號(hào)正相關(guān)值，具體表現(xiàn)為：

式中，[γlk]為振動(dòng)信號(hào)之間的正相關(guān)值；l、k均為參數(shù)。通過上述公式推導(dǎo)出來的信號(hào)關(guān)系可使用小波包能量譜分析結(jié)果，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)的正交分解值并將其作為故障特征向量。因此，可將發(fā)動(dòng)機(jī)原始信號(hào)設(shè)為[X（h）]，信號(hào)域?yàn)閇L2G]，從而獲取信號(hào)時(shí)域能量值，具體表現(xiàn)為：

式中，[X]為振動(dòng)信號(hào)能量值；[dx2]為信號(hào)尺度。將發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)逐層分解后得到重構(gòu)信號(hào)[Cli]，信號(hào)能量值的獲取過程表示為：

式中，[Rli]為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；l、i分別為信號(hào)分解系數(shù)與信號(hào)序號(hào)；[Xin]為信號(hào)離散幅值。上述公式計(jì)算后可得到信號(hào)能量數(shù)據(jù)。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，如果發(fā)生故障則必然導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)能量產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)一步得出信號(hào)能量的線性變化。結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)故障特征向量最終的結(jié)果為：

式中，[Ri]為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的故障特征總向量；[r1，r2，…，r10]分別對(duì)應(yīng)不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)故障。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)故障定位方法

結(jié)合上述公式計(jì)算后得出的發(fā)動(dòng)機(jī)故障特征數(shù)值，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法為基準(zhǔn)設(shè)定模型，完成對(duì)故障的定位。發(fā)動(dòng)機(jī)故障定位模型主要分為輸入、輸出、隱藏三個(gè)部分，輸入層輸入值即上述公式獲取的特征向量數(shù)值，將模型輸入層向量設(shè)置為[pi]，設(shè)輸入層與隱藏層之間權(quán)值為[Ui]，輸出層輸出向量設(shè)為[qk]，設(shè)輸出層節(jié)點(diǎn)閾值為[γk]，模型具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 機(jī)械電子診斷技術(shù)視域下的汽車故障檢測(cè)維修

3.1 燃油機(jī)異響檢測(cè)診斷

汽車燃油機(jī)產(chǎn)生異響問題主要是因?yàn)閮?nèi)部敲缸、氣門響、曲軸承響等。這些異響產(chǎn)生的主要位置與原因類型都位于一個(gè)缸體內(nèi)，因此對(duì)于檢測(cè)人員來說在判斷內(nèi)燃機(jī)異響時(shí)往往難度較大。機(jī)械電子診斷技術(shù)可采用聽診器、頻譜分析儀等設(shè)備對(duì)異響進(jìn)行全面診斷與接收[3]。另外，也可以在燃油機(jī)不同位置安裝爆震傳感器從而檢測(cè)個(gè)位置波點(diǎn)，如圖2所示。

對(duì)震爆波形進(jìn)行分析后即可明確產(chǎn)生爆震氣缸的具體位置。由圖2可知，在起始階段燃油機(jī)保證波形較為穩(wěn)定，并無明顯變化，但是到中間階段時(shí)出現(xiàn)了劇烈波動(dòng)，在部分情況下甚至超出了最初設(shè)定值范圍：[-400～400 mV]。等到波形運(yùn)轉(zhuǎn)至結(jié)束時(shí)變化越發(fā)接近于穩(wěn)定，上下波動(dòng)幅度不大，且始終保持在設(shè)定值范圍內(nèi)[4]。燃油系統(tǒng)是燃油機(jī)結(jié)構(gòu)中最容易出現(xiàn)故障的位置，如果汽車啟動(dòng)困難則很有可能是燃油機(jī)油壓過低、動(dòng)力不足，導(dǎo)致很多內(nèi)構(gòu)件溫度突然升高而造成損耗。此過程可利用技能分析儀對(duì)燃油系統(tǒng)油壓高低進(jìn)行判斷分析，生成信號(hào)后在示波器上顯示。

3.2 電控系統(tǒng)故障檢測(cè)診斷

為了加強(qiáng)診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性與維修處理的全面性，需要對(duì)電控系統(tǒng)保險(xiǎn)絲情況進(jìn)行檢查。提取故障信息碼并打開點(diǎn)火開關(guān)后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。此過程中需要保證ABS制動(dòng)防抱死系統(tǒng)警示燈始終處于長(zhǎng)期閃亮狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)熄滅[5]。如果警示燈在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后仍然閃亮則說明該系統(tǒng)出現(xiàn)故障。根據(jù)警示燈閃爍次數(shù)讀取故障碼后進(jìn)行檢測(cè)，具體步驟為：

a.汽車專用診斷頭共有兩端，按照線汽車診斷座后主機(jī)的方式依次在兩端連接，讀取故障信息。

b.不間斷連續(xù)跨接汽車專用診斷頭，次數(shù)為2～4次，此后讀取故障碼。

c.設(shè)定故障碼與故障碼之間的間隔為4 s，并設(shè)置啟動(dòng)碼，隨后對(duì)故障碼進(jìn)行獲取。

d.上述步驟進(jìn)行過程中不能進(jìn)行剎車操作，否則將使故障碼處于失效狀態(tài)。

另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后還需要確保ABS制動(dòng)防抱死系統(tǒng)警示燈處于熄滅狀態(tài)。警示燈熄滅后在8～15 s內(nèi)連續(xù)踩剎車踏板直至警示燈再次亮起，此時(shí)全部故障碼均已清除。

3.3 底盤輸出功率異常檢測(cè)診斷

在對(duì)汽車底盤進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，最常見的診斷工具為底盤測(cè)功儀。此工具能夠在獲取底盤輸出功率的過程中，使電渦流輸出功率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速全部趨于穩(wěn)定。當(dāng)達(dá)到這一狀態(tài)時(shí)查看儀表盤上功率，功率數(shù)值及時(shí)驅(qū)動(dòng)輪輸出功率的具體情況。經(jīng)過底盤測(cè)功儀對(duì)底盤異常功率信號(hào)進(jìn)行采集后可確定異常診斷。因?yàn)樵诘妆P的故障診斷過程中獲取的信號(hào)大多具有波動(dòng)性與不穩(wěn)定性。為了對(duì)其進(jìn)行處理可用與上文處理發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)的小波包原理分析方法。因此，對(duì)汽車底盤輸出功率異常的檢測(cè)、診斷，需結(jié)合小波包原理分析方法進(jìn)行探尋。

3.4 油樣檢測(cè)診斷

機(jī)械電子診斷技術(shù)的應(yīng)用過程中，由于金屬表面之間的摩擦而產(chǎn)生顆粒并流入液壓油中，當(dāng)液壓油中存在一定的金屬顆粒后，對(duì)液壓油內(nèi)部具體含量進(jìn)行檢測(cè)，即可得知機(jī)械磨損情況。油樣檢測(cè)方法主要是利用油液光譜分析以及油液鐵譜分析技術(shù)進(jìn)行。后者的應(yīng)用主要是利用高強(qiáng)度磁場(chǎng)對(duì)油液磨損產(chǎn)生的金屬顆粒進(jìn)行分析分離，通過金屬顆粒的大小、數(shù)量、規(guī)模、狀態(tài)等方面進(jìn)行觀察判斷就能初步掌握機(jī)械部件磨損情況[6]。此后利用離子碰撞、元素加熱方式就能進(jìn)一步明確金屬顆粒的能量特征，從而判斷機(jī)械部件磨損情況。

4 實(shí)驗(yàn)分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證診斷效果，本文主要從傳統(tǒng)技術(shù)與機(jī)械電子診斷技術(shù)兩方面對(duì)維修效果進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)維修效果分析

正常情況下發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器電壓波動(dòng)如圖3所示。由圖3可知，正常情況下發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器電壓波形始終保持在0～1 V區(qū)間內(nèi)，且電壓波形的變化具有很強(qiáng)的規(guī)律性。此后分別采用傳統(tǒng)技術(shù)與機(jī)械電子診斷技術(shù)對(duì)波形進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，因?yàn)閭鹘y(tǒng)技術(shù)較為依賴人工，受到的人工操作影響較大，很容易導(dǎo)致電壓波形波動(dòng)性進(jìn)一步加強(qiáng)，其中電壓波形保持在0.4～0.8 V區(qū)間[7]。機(jī)械電子診斷技術(shù)因?yàn)椴捎迷O(shè)備檢測(cè)，不會(huì)受到人為操作影響，能夠最大程度上保持與發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器電壓波形變化的一致。以此為基礎(chǔ)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)與機(jī)械電子診斷技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，傳統(tǒng)技術(shù)的第一次維修與最后一次維修效果差距較大，其中在第二次試驗(yàn)時(shí)維修效果最低，為0.2241[8]。機(jī)械電子診斷技術(shù)整體維修效果較為穩(wěn)定，雖然效果也逐漸下降，但始終保持在94%以上。

4.2 電控系統(tǒng)故障檢測(cè)維修效果分析

本文特取出現(xiàn)故障的電控系統(tǒng)電流值，具體如圖5所示。由圖5可知，電控系統(tǒng)電流值最大為48 A，最小為-20 A，分別出現(xiàn)在3 ms與4～6 ms時(shí)間段內(nèi)。分別采用傳統(tǒng)技術(shù)與機(jī)械電子診斷技術(shù)對(duì)電控系統(tǒng)電流值進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，傳統(tǒng)技術(shù)的電流值最大為20 A，最小為-25 A，分別處于3～4 ms以及4～6 ms時(shí)間段內(nèi)，與實(shí)際值相差較大；機(jī)械電子診斷技術(shù)電流最大值為48A，最小值為-20 A，分別處于3 ms以及4～6 ms時(shí)間段內(nèi)，與實(shí)際值保持一致[9]。以此為基礎(chǔ)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)與機(jī)械電子診斷技術(shù)的維修效果進(jìn)行分析，如表2所示。

由表2可知，傳統(tǒng)技術(shù)與機(jī)械電子診斷技術(shù)維修效果隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加都不可避免地出現(xiàn)了降低，但是整體來說機(jī)械電子診斷技術(shù)效果更加穩(wěn)定。

5 結(jié)語

隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與升級(jí)愈發(fā)快速，汽車產(chǎn)生的故障類型愈發(fā)多樣，對(duì)于故障檢測(cè)技術(shù)與維修技術(shù)的需求也在不斷變化。因此，汽車維修行業(yè)必須順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，迎合汽車行業(yè)的變化更新、升級(jí)汽車維修技術(shù)，才能確保能夠更加高效、準(zhǔn)確地分析檢測(cè)出具體的原因并搭配合理的維修技術(shù)。機(jī)械電子診斷技術(shù)是一項(xiàng)較為可靠的新興技術(shù)，能夠針對(duì)現(xiàn)代汽車中常見的電子設(shè)備故障進(jìn)行檢測(cè)診斷，從而為汽車維修行業(yè)提供發(fā)展助力，能夠?yàn)槠嚲S修的高質(zhì)量發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

張真海，男，1983年生，講師，研究方向?yàn)槠嚈C(jī)械。