基于虚拟仪器的汽油发动机故障诊断研究

辽宁工业大学/曲景辉 郑利民 马忠磊

基于虚拟仪器的汽油发动机故障诊断研究

辽宁工业大学/曲景辉 郑利民 马忠磊

1.引言

汽车发动机在长期使用后,部分零件会逐渐受到各种损害，造成汽车技术性能下降，最终导致故障，从而严重威胁车辆行驶安全。因此在其故障检测诊断中引入虚拟仪器技术，利用简单的硬件设备，充分利用计算机数据处理的优势，可以大大地缩短诊断和维修周期。

2.发动机常见故障分析

为实现发动机的性能检测及故障诊断，对发动机常规的检测项目参数进行分析，得到常规检测项目参数。例如供给系统的检测参数为进气管真空压力、喷油器波形分析；点火系统的检测参数为次级电压波形、点火波形分析、点火提前角等。

3.发动机故障诊断系统硬件选取

发动机检测诊断系统是由测试发动机、信号提取装置、计算机测控与显示系统三部分组成。

（1）发动机故障模拟试验台：选用丰田公司的1.5L5A型发动机总成，该总成零部件齐全且性能正常，运行过程中各参数均在正常范围，能够对其进行故障设置。

（2）传感器的选取：根据发动机性能和故障诊断要求，选择进气温度传感器为MF52-103F-3380-80L、曲轴位置传感器为CG2201-03B、车速传感器为YT01-1025等。

（3 ）数据采集卡的选择：选用美国国家仪器有限公司生产的NI USB-6211型高性能数据采集卡。

4.发动机故障诊断系统软件设计

（1）软件系统总体结构及诊断过程。主要包括信号采集模块、信号处理模块、测试数据管理、状态实时监控、故障诊断推理、标准参数管理、数据输出模块和主控模块等。

诊断过程为：确定要测试的对象，对采集到的数据进行预处理，调用该型号发动机的标准参数数据库，与所测数据进行比较，并运用相应的故障自诊断推理方法判别发动机的性能状态，得到不同故障类型的部位和严重程度。

（2）信号采集模块设计。在安装信号采集设备后，选择模拟信号中的电压选项，设置采集信号的各种参数，根据DAQmx采集系统编辑采集信号程序，保存数据，数据采集助手能快速有效地创建采集信号系统。

（3）信号分析及处理。信号处理模块主要对采集到的信号进行相应的分析和处理，提取故障特征信号。在实际数据采集过程中，调用LabVlEW常用的滤波模块和窗函数等，进行信号处理。

（4）软件功能设计。在对发动机故障诊断系统的硬件进行选取之后，根据系统软件整体流程图利用LabVIEW设计出能够在Windows操作平台上运行的汽车发动机故障诊断系统设计。

图1 诊断测试系统主控界面

通过上述分析，形成诊断分析系统如图1所示。

5.实例验证

利用故障设置仪对发动机进行故障设置，故障为“发动机启动困难，怠速不稳”。然后对发动机进行检测诊断，最后对试验结果进行对比分析。进入测试系统主控界面，点击电子控制系统诊断分析的选项按钮，就会进入电子控制系统诊断分析子系统。

点击面板选择按键，开始进行测试。图2表示测试转速传感器、冷却液温度传感器所得的波形。通过传统仪器与对系统所测波形进行对比分析，结果证明了本次实验的准确性与客观性，以及该故障诊断系统的真实性和实用性。

图2 系统诊断分析所得波形

6.结论

通过将虚拟仪器技术综合运用到发动机故障诊断，完成了发动机试验台架测试系统总体方案的设计以及硬件的选择和软件的开发，提出并设计了基于虚拟仪器的发动机故障诊断系统。通过实例验证，表明系统可靠性高，操作简单，减轻了操作人员的劳动强度，提高了试验效率和测量精度。