汽车故障诊断技术发展趋势

蒋鸣雷

（北京交通大学，北京 100044）

前言

自20世纪70年代以来，由于传感器技术、微机技术、数据通信技术在汽车中的大量应用，使得汽车结构日益复杂，功能日趋先进，但诊断、维修难度也大大增加，诊断中需获取的信息量迅速膨胀。有资料表明，现代汽车维修需要40%的精力查阅资料、30%的精力分析故障，拆装零件的时间由过去的70%降到30%以下。面对如此庞大的信息量，如何根据技术资料快速找出故障原因，是今后汽车故障诊断中急待解决的问题。

1 汽车故障诊断技术的发展历程

汽车故障诊断技术起始于60年代的西方发达国家，随着汽车结构的日益复杂，必然要求有相应的诊断手段来满足其维护的需求，因此，汽车诊断技术在过去的几十年中取得了迅速的发展，其发展经历了四个阶段。

人工检验阶段。早期的汽车诊断，主要依靠有一定技术和经验的工人，凭耳听、手摸的方法来了解汽车的技术状况，再根据已掌握的实践经验进行故障诊断，方法简单、经济，但是准确性差，很大程度上依赖于操作者的感觉和经验。

运用简单的仪器、仪表进行测量阶段。由于汽车结构的日趋复杂，因此一些简单的测试仪器，如万用表、真空仪、油压表等应用于故障诊断中，从而使诊断技术从耳听手摸的定性阶段，发展到仪器、仪表的定量测量阶段。该方法为汽车故障诊断提供了客观依据，不足之处是仪器分散，对故障缺乏综合的分析和判断。

利用专门设备进行综合诊断阶段。在汽车总成不解体的情况下，用先进的仪器和设备对汽车各工作系统进行精密监测，测出汽车有关数据，通过电子计算机的处理，就能显示汽车的技术状况或寻找出故障的原因。

人工智能诊断阶段。进入九十年代，随着专家系统的发展和电子计算机智能化的提高，用计算机储存专家知识，建立汽车故障诊断专家系统，把汽车故障诊断推向了更加智能化的阶段。

2 国内外汽车故障诊断技术研究现状

20世纪60年代发达国家就相继研制开发了各种独立于车辆的车外诊断设备。1972年德国大众汽车公司率先推出了他们研制的国民牌车外诊断装置，随后，美国和日本也开发出了类似装置。但因为当时技术水平有限，这些车外诊断装置的诊断效果并不理想。为了克服车外诊断装置的局限性，1979年，美国通用公司在其所生产汽车的电控汽油喷射系统中，正式采用了车载诊断系统，也称随车诊断系统。随后几年，欧、美、日等国的汽车厂商陆续在各自生产的汽车上配备了车载诊断系统。到了20世纪80年代末期，专家系统、人工神经网络开始应用于故障诊断领域。1985年通用公司研制了发动机冷却系统专家诊断系统，1986年日产公司推出了发动机电子集成控制系统的离线诊断专家系统，1989年美国Venkat等首次将神经网络用于故障诊断中，此后，Marko等把神经网络引入到柴油发动机的故障诊断中，Sharky等在对柴油发动机的故障推理进一步研究的基础上，提出了多神经网络的诊断策略。

90年代末期，具有诊断复杂故障能力的专家系统和汽车自诊断功能密切相连，构成新的车外诊断系统。这些车外诊断系统采用微电子技术、计算机技术并结合人工智能，将汽车的运行状态参数，自诊断结果输出到车外诊断系统中，维修人员在专家故障诊断系统上做出综合分析判断和处理，得到故障检测排除的步骤和方法。此外维修中心的主机与维修点终端机相连，相互交换信息，可以方便地查询所需的资料。

我国汽车故障诊断技术的研究始于70年代后期，1977年国家为了改变汽车维修技术落后的局面，立项了“汽车不解体检验研究”的课题，它标志着我国汽车故障诊断技术研究的开始。80年代，一汽奥迪与北京切诺基率先在其电喷发动机中采用了车载诊断系统，开始了车载诊断系统在我国的推广,目前我国生产的各类轿车，均需配备车载诊断系统。自90年代以来，我国企业自行研制开发了车外诊断系统，例如深圳元征计算机公司生产的“电眼睛”汽车电控系统检测仪，适用于亚、欧、美各大车系2000多种车型的发动机、变速箱、防抱刹车、防撞气囊等系统的故障检测，可进行数据流、故障码及发动机动态测试，并具备直接打印以及与PC机联机打印等功能。此外还有深圳金德、北京金奔腾等企业。20世纪80年代末，国内部分高校和科研机构对汽车故障诊断专家系统进行了研究,如1988年解放军运输工程学院在PC机上用DBASE语言开发，以Turbe-Prolog语言改写的汽车故障诊断专家系统；1990年华中理工大学开发的汽油发动机故障诊断专家系统。进入21世纪后，国内研究进入了快速发展期,许多高校做了大量的研究工作，部分研究已达到国外同等水平。

3 汽车故障诊断技术的发展趋势

车载诊断的优点是：可以减少专业仪器的使用，降低维修费用；查找故障及时，有效地避免二次故障的产生，应用广泛；缺点是：诊断范围有限，精度不高，对较复杂故障不能诊断，适应性差，车型不同或控制系统改动后需重新设计新的诊断系统。而车外诊断的优点是：诊断功能可以及时扩充，提高了效率和精度，扩大了诊断范围，增强了适应性，缩短了诊断设备和车辆的开发周期；缺点是：没有车载诊断系统那样及时、方便。可见，只有把车载诊断和车外诊断结合起来，才能达到既实用、又方便的诊断效果。

国内外的研究表明，汽车故障的诊断方式已由车载诊断与车外诊断的相互独立走向相互结合，将电控系统检测仪完善的数据通信功能与专家系统强大的分析判断功能相结合，并充分运用现代计算机技术在人工智能、神经网络、模糊诊断以及基于决策数据库的最新成果，将是新一代汽车诊断技术的发展方向。概括来说，主要有以下几个方面：

车载诊断或使用故障诊断设备的诊断，主要诊断电子控制系统的故障，而且还有局限性，不能对ECU存储的数据进行分析。开发既用于电控系统又适用于机械系统故障的诊断技术，是现代汽车诊断技术的关键。随着人工智能技术的迅速发展，新的故障诊断系统，即专家系统被开发并逐步推向应用。

诊断推理方法多样化。诊断推理是以诊断特征参数为基础，采用数学方法处理信号，找出故障的内在联系，对系统故障做定量分析。基于信号的处理，由传统的傅立叶变换转换为小波分析，为故障信号的预处理提供了有效途径；基于知识的处理，由传统的基于逻辑的专家系统发展成为集成模糊理论和案例的专家系统，解决了故障症状不确定性，极大地提高了诊断速度和精度。

故障诊断信息网络化。汽车是机电一体化的高科技产品，新车型和新功能层出不穷。在汽车故障诊断时，专业人员对各种车型的技术资料掌握有限。而通过汽车检测维修专业网络，可以传递诊断维修信息，彻底打破信息传递时空上的限制，实现资源共享，而且能在线得到诊断专家系统的指导。

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