汽車發(fā)動機點火系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)的開發(fā)

XIAOZHONGMING

2017-1-13  來源：長城汽車股份有限公司  作者：左正村 李 光 趙金龍

      摘 要：汽車發(fā)動機點火系統(tǒng)的作用就是將汽車電池中的低壓直流電轉(zhuǎn)化為高壓，并根據(jù)發(fā)動各氣缸的工況適時的提供高壓電火花。隨著電子信息技術(shù)運用到汽車診斷中，汽車故障診斷的科技含量不斷增加，也對故障診斷方法提出了很大挑戰(zhàn)。發(fā)動機點火系統(tǒng)是汽車故障經(jīng)常出現(xiàn)的地方，所以該文對發(fā)動機點火系統(tǒng)故障診斷的研究有著很大意義。


      關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機；點火系統(tǒng)；故障診斷


      電子點火系包括半導(dǎo)體輔助點火系統(tǒng)和電子點火系。半導(dǎo)體輔助點火系統(tǒng)的初級電流由斷電器觸點控制半導(dǎo)體三級管的導(dǎo)通和截止進行。電子點火系統(tǒng)由內(nèi)含信號發(fā)生器和點火提前裝置的分電器、點火控制器、點火線圈和火花塞等組成。分電器內(nèi)裝的信號發(fā)生器與點火控制器中末端大功率三極管的配合相當(dāng)于傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中分電器觸點的作用。點火線圈為專用高能點火線圈，初級繞組的電阻和電感較小，低壓電流大，點火能量高。信號發(fā)生器轉(zhuǎn)動時，周圍磁場發(fā)生變化，傳感器中產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)點火控制器的放大、整形來控制末級大功率三極管的導(dǎo)通與截止，使點火線圈中初級電流發(fā)生變化，次級繞組中感應(yīng)出高壓電。點火控制器中的閉合角（指末級大功率三極管導(dǎo)通期間分電器轉(zhuǎn)過的角度。


      1.汽車的故障診斷技術(shù)


      故障自診斷模塊檢測的對象是電控汽車上的各科-傳感器。故障自診斷模塊共用汽車電子控制系統(tǒng)的信號輸入電路，在汽車運行過程中檢測上述三種對象的輸入信息，當(dāng)某一信號超出了預(yù)設(shè)的范圍值，并且這一現(xiàn)象在一定的時間內(nèi)不會消失，故障自滲斷模塊便判斷為這一信號對應(yīng)的電路或元件出現(xiàn)故障。并把這一故障以代碼的形式存入內(nèi)部存儲器，同時點亮儀表盤上的故障指示燈，現(xiàn)代汽車已不是簡單的機械產(chǎn)品，也不是最初的交通工具，而是由原始汽車進化到一個高科技的結(jié)晶體。特別是電子技術(shù)、電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，使汽車的科技化程度不斷得到提高。


      電子燃油噴射系統(tǒng)發(fā)動機（EFIE）、ABS防抱死制動系統(tǒng)、SRS安全氣囊系統(tǒng)、電子控制自動變速箱系統(tǒng)（AT）、加速滑動調(diào)整系統(tǒng)（ASR）、自動空調(diào)系統(tǒng)（A/C）、電子懸掛系統(tǒng)（ECS）、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動巡航系統(tǒng)、中控門鎖及防盜系統(tǒng)、TCS動力牽引系統(tǒng)及自我診斷系統(tǒng)等，這些總成均由電控單元件（ECU）全面控制，電控單元具有自診斷功能，能記錄出現(xiàn)的故障，并以代碼形式存儲在電控單元存儲器中，運用數(shù)據(jù)流進行電控發(fā)動機故障的診斷，首先要打好理論基礎(chǔ)，有了這些理論基礎(chǔ)，在查找故障時就會找出問題的主要根源進行電控系統(tǒng)故障診斷的體會，診斷不僅可以讀取故障碼，還能實現(xiàn)下線配置及檢測、程序下載兩項重要功能。自動化的下線配置及檢測功能可以快速和全面地配置和檢測控制器的功能（例如車窗零位配置和防夾檢測），從而確保汽車出廠質(zhì)量，加快生產(chǎn)線節(jié)拍。通過程序下載功能，整車廠可以在4S店刷新控制器的軟件，從而減少因軟件缺陷造成的召回成本。


      2.發(fā)動機點火系統(tǒng)的常見故障分析


      發(fā)動機點火系統(tǒng)是汽車電子控制中非常重要的組成部分，隨著汽車制造大量引進科學(xué)技術(shù)，點火器也日趨向集成化、輕型化、小型化、低成本化的方向發(fā)展，目前點火系統(tǒng)存在的主要故障包括：


      （1）火花塞故障。這一故障主要是因為火花塞的間隙太大或者太小，導(dǎo)致點火電壓值在此過程中受到了影響，如圖1所示，火花塞就是因為積碳導(dǎo)致的故障。


      （2）高壓線故障。這一故障主要是因為高壓線受到長期磨損而破裂、老化的現(xiàn)象，導(dǎo)致電線絕緣體的性能受到影響，最終致使點火電壓值出現(xiàn)了異常現(xiàn)象。


      （3）分電器故障。這一故障主要是分電器的外殼受到破損或者分電器的觸電間隙存在不合理。


      （4）混合氣體濃度故障。這一故障主要是受到混合氣濃度的影響，如圖2所示，由于混合氣體濃度過高或者過低，次級點火電壓的燃燒時間受到了嚴重影響，而次級點火的波形對這一現(xiàn)象進行了顯示。


      3.汽車發(fā)動機點火系統(tǒng)故障診斷方法

      3.1數(shù)字萬用表


      目前很多汽車都是采用無觸點電子點火，該文主要分析這種點火系統(tǒng)的車型，其組成部分主要包括：電器組成、高壓線、火花塞、點火控制器以及火線圈，每個部分出現(xiàn)故障都會對整個點火系統(tǒng)造成很大影響，所以需要加大對其零部件故障的排查，可以先從甄別故障線路入手，判斷點火系統(tǒng)是因為高壓線路還是點火系統(tǒng)線路導(dǎo)致的問題。


      3.2點火示波器


      點火示波器是一種診斷結(jié)果更為精確的技術(shù)，主要利用電信號參數(shù)來描述汽車故障的特征，并且描述比較精確形象，主要波形包括：第一，多缸平列波，主要根據(jù)點火順序首尾連接起來，可以對點火系統(tǒng)的各個零部件和線路進行診斷；第二，多缸并列波，主要是根據(jù)點火順序按照上下的次序排列，可以實現(xiàn)對火花線長度和一次電路閉合區(qū)間的長度進行比較；第三，多缸重疊波，主要是將各缸點火過程的曲線在同一圖形中重疊，可以區(qū)分各缸點火周期、閉合斷開缺件之間的差異；第四，單缸點火波，主要是分析火花線和低頻振蕩階段。


      3.3人工智能診斷法


      人工智能診斷法在使用時需要借助數(shù)學(xué)建模，主要操作原理在于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、自學(xué)性、并行性以及聯(lián)想記憶功能，并且可以處理其他方法無法診斷的地方，所以在診斷過程中有著很大作用。


      4.發(fā)動機故障診斷專家系統(tǒng)的實現(xiàn)

      4.1知識庫的獲取和建立


      知識庫是整個專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。其目的在于大量的專家經(jīng)驗表示成知識，使專家系統(tǒng)程序能夠利用這些知識進行正確的推理和決策，較快地解決問題。發(fā)動機故障診斷所需要的專業(yè)知識可以從相關(guān)資料中得到，還可以同長期從事該專業(yè)領(lǐng)域的專家們的經(jīng)驗以及專家們以往處理問題的實例中抽取專家知識，從而選擇合適的形式把整理好的專家知識存入知識庫中。


     4.2微機控制點火系統(tǒng)


      微機控制點火系統(tǒng)主要由電子控制單元（ECU）、各類傳感器和點火執(zhí)行器三部分組成。在發(fā)動機運行過程中，傳感器將采集到的轉(zhuǎn)速、負荷、水溫、進氣溫度、啟動、怠速等各類數(shù)據(jù)，不斷地傳遞給電子控制單元（ECU），它將這些與發(fā)動機運行有關(guān)的信號與微機內(nèi)存中的最佳控制參數(shù)進行比較，進而得到最佳控制點火提前角和最佳導(dǎo)通時間，并以此為根據(jù)向點火控制模塊發(fā)送指令，點火控制模塊根據(jù)電子控制單元（ECU）的指令對點火線圈的初級繞組實行導(dǎo)通和截止控制操作。當(dāng)回路導(dǎo)通時，電流流過點火線圈的初級線圈，并將電能存儲于磁場中，閉合回路被切斷時，次級線圈中將產(chǎn)生高壓電動勢，然后送至工作氣缸的火花塞，形成電火花，能量瞬間被釋放，將氣缸中的混合氣點燃，讓發(fā)動機完成一次做功過程。若是在帶有爆震傳感器的閉合回路中，電子控制單元（ECU）則可以根據(jù)爆震傳感器的信號來判斷發(fā)動機的爆震程度，并將點火提前角控制在爆震的范圍內(nèi)。


      4.3建立故障樹


      故障診斷的樹狀流程圖是故障因果邏輯關(guān)系的圖形表示，它由頂端事件、中間事件和底端事件等組成。用相應(yīng)的符號代表這些事件，再用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T把頂端事件、中間事件和底端事件連成樹形圖。該圖形是對專家真實診斷過程的抽象模擬，體現(xiàn)了故障現(xiàn)象和故障原因之間的因果邏輯關(guān)系。實際上就是把所研究系統(tǒng)得最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為故障分析的目標，然后尋找直接導(dǎo)致這一故障發(fā)生的全部因素，再找出造成下一級事件發(fā)生的全部直接因素，以致追查到那些原始的、勿須再深究的因素為止。


      4.4推理診斷模塊設(shè)計


      推理診斷模塊在進行推理時，利用數(shù)據(jù)庫中的信息和知識庫中的知識，按照專家診斷發(fā)動機故障的推理策略去解決遇到的問題。本系統(tǒng)通過人機界面獲取故障現(xiàn)象并將其讀入寄存器中，系統(tǒng)采用問診的方式詢問規(guī)則中的條件，通過這些故障現(xiàn)象和滿足的條件搜索出相關(guān)的故障樹進行推理。根據(jù)故障樹從樹根到樹葉的確定性選擇推理過程，直到不能再運算為止。逐步引導(dǎo)用戶完成故障診斷。


      5.結(jié)論


      現(xiàn)代汽車的故障診斷工作顯得非常迫切。發(fā)動機的故障診斷和維修在汽車修理中占有極為重要的地位。統(tǒng)計數(shù)字表明，45％左右的發(fā)動機故障發(fā)生在點火系統(tǒng)，可見，點火系統(tǒng)工作質(zhì)量的好壞直接影響到發(fā)動機的技術(shù)狀況，其故障診斷具有重要意義。