基于模糊推理的奧迪a6轎車發動機故障診斷系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 進氣系統2）燃油系統燃油系統的功能是向進氣管噴射燃燒時所需的燃油量。燃油從燃油箱內由電動汽油泵吸出，經汽油濾清器后，再由壓力調節器加壓，將壓力調節到比進氣管壓力高出約300Kpa()壓力，然后經輸油管配送給各噴油器和低溫起動器，噴油器根據電控單元ECU發來的脈沖信號，把適量燃油噴射到進氣歧管內，如圖2所示。油箱電動汽油泵汽油濾清器壓力調節器噴油器冷啟動噴油器回油管圖2 燃油系統3）電控系統電控系統是電控單元根據傳感器檢測到的汽車運行工況和發動機運行工況來確定噴油量及點火提前角，從而控制發動機在最佳工況下運轉。發動機電控系統的組成主要由信號輸入裝置（傳感器）、電子控制單元(ECU)、執行器等組成，如圖3所示。進氣量空氣流量計轉速信號其他傳感器基本噴油量補充噴油量噴射信號噴油器圖3 電控系統 四缸ANQ型發動機以一個電子控制裝置(ECU)為控制中心，利用安裝在發動機不同部位上的各種傳感器（空氣量計、冷卻液溫度傳感器、轉速傳感器、氧傳感器、爆燃傳感器、進氣溫度傳感器、節氣門位置傳感器等），測得發動機各種工作參數，按照ECU中設定好的控制程序，通過控制噴油器，進而精確地控制噴油量，使發動機在各種工作情況下都能獲得最佳濃度的混合氣。此外，電控燃油噴射系統通過電腦中的控制程序，還能實現啟動加濃、暖機加濃、加速加濃、全負荷加濃、減速調稀、強制斷油、自動怠速控制等功能。滿足發動機在特殊工況下對混合氣的要求，使發動機獲得良好的燃油經濟性和排放性，同時也提高了汽車的使用性能[11]。 奧迪A6（ANQ型）電控發動機的故障診斷 奧迪A6（ANQ型）電控發動機的故障特點和分類通過以上對發動機電控燃油噴射系統結構與功能特性的全面分析，可以得出電控發動機其結構的層次性、復雜性以及控制功能的集中性，其故障表現形式表現有傳播性、相關性、時間性、放射性和模糊性等特點。由于電控發動機的故障特點的復雜性，汽車電控系統故障可以分為常見故障和疑難故障。如果電控系統有明顯的異常癥狀時，經過儀器檢測、車載自診斷系統或者維修人員的經驗能夠順利確定并排除的，這種故障稱為常見故障。電控系統的疑難故障是指利用儀器檢測未能發現，使用車載自診斷仍不能確定以及依靠維修經驗還不能診斷的故障。疑難故障的多重性是汽車電控系統故障診斷技術的難點。歸納實際維修工作中疑難故障出現的概率，總結疑難故障存在的性質，大體可分為以下幾種情況[13]。1）潛伏性故障潛伏性故障是指汽車電控系統確實存在的故障，但是沒有明顯的故障癥狀，故障原因難以查明。它的癥狀表現為電控系統故障特征不明顯，通常表現為汽車電控系統故障的隱蔽性狀態。2）間斷性故障間斷性故障是指汽車電控系統出現故障后癥狀表現很不確定，即時而出現，時而又消失，故障原因難以查明。它的癥狀表現為電控系統故障特征極不穩定，通常為汽車電控系統故障的斷續性狀態。現在汽車電控系統相當復雜，有上千個電子元件、上百個插接件、幾十個傳感器和執行器。如果一個元件，一個插接件、一個傳感器或是一個執行器接觸不良都會引起電控系統出現間斷性故障。3）交叉故障交叉故障是指汽車同時出現機械、液壓、油路和電控系統綜合性故障后，非電控系統故障交叉掩蓋電控系統故障，故障原因難以查明，它的故障表現為電控系統故障特點極不明顯，通常為電控系統故障的錯覺性狀態。4）虛假性故障虛假性故障是指發動機電控系統出現單一故障后，由于汽車處于運轉的狀態下，使的故障損壞程度進一步延伸惡化，將電控系統的故障以非電控系統故障的癥狀顯示，故障原因難以查明。它的故障表現完全以虛假性的非電控系統故障出現，通常為汽車電控系統故障的假象性狀態。 奧迪A6（ANQ型）電控發動機的故障診斷方法系統分析法是一種綜合分析解決問題的方法，它把診斷維修過程從故障車進入維修車間到排除故障試車合格出廠看成一個整體來加以考慮。圖4所示為采用系統分析法排除故障的診斷流程圖[12]。當車輛進入維修車間后，維修技師首先使用問診法對車主進行調查，接下來采用直接觀察法中的人工檢查法來進一步縮小故障范圍。利用故障自診斷系統讀取故障碼是一種快速簡便而又準確的方法，因此不論是否存在故障碼，都應讀取并記錄。如果沒有故障碼就寫下無故障代碼。癥狀確認是故障診斷的核心，為確認故障還可以采用經驗法、專家調查法、癥狀模擬法來進一步確認故障。部件檢查、電路檢查和故障部件辨認就是檢查其電特性和機械特性，如符合規則則說明部件或電路正常，反之則有問題。接下來進一步詳細說明各主要步驟功能[2]：① 靜態模式讀取和清除故障碼。為了準確地判斷故障，必須按表1所示的步驟進行檢查。并將故障代碼逐一記錄下來，然后清除故障碼。② 癥狀確認。癥狀確認是非常關鍵的一步，可使用多種方法來鑒別診斷以確定具體故障部位。③ 癥狀模擬在故障診斷時，有時需要對車輛故障情況進行模擬，常用的方法有振動法、加熱法、水淋法、電器全部接通法和冷卻法。④ 動態故障代碼檢查。在動態模式讀取故障碼時，若顯示故障代碼，應按故障代碼進行故障診斷與排除；若無故障代碼顯示，則按其他系統進行故障診斷。⑤ 電路檢查。通過檢查電路，可以判斷傳感器、執行器、線束、連接器和ECU是否正常工作。⑥ 部件檢查。當故障癥狀明顯顯示為某一部件有故障時，應按部件檢查方法進行檢查。汽油噴射系統中的部件大多不進行修理，確認部件故障后，應予以更換。⑦ 調整或維修。在確定故障的具體部位后，應按維修工藝或維修手冊所述步驟檢查、調整、修理或更換。⑧ 試車檢驗。在完成調整或維修后，應再進行試車檢驗，確保整個發動機系統工作正常。正常碼故障存在在故障碼故障不出現部件檢查不合格電路檢查瞬時斷電檢查故障部件辨認癥狀模擬癥狀確認專家調查法經驗法故障車進入維修車間問診法人工檢測法讀取和清除故障代碼碼故障癥狀關聯表故障代碼檢查基本檢查故障代碼表調整或維修試車檢驗出廠圖4 故障診斷流程圖表1 故障代碼檢查步驟表故障碼檢查及清除癥狀確認故障碼再次檢查癥狀狀況顯示故障碼癥狀存在顯示同一故障碼故障碼所指電路故障依然存在顯示正常碼故障不在故障碼所指電路，在另一故障點癥狀消失顯示正常碼第一次顯示故障碼是歷史記錄顯示正常碼癥狀存在顯示正常碼故障不在診斷電路中，但存在癥狀消失顯示正常碼故障不在診斷電路中，已清除 奧迪A6（ANQ型）電控發動機的常見故障診斷及其修理奧迪轎車電噴系統出現故障，可以通過自診斷系統提供的故障碼找出故障，也可以根據綜合故障表現進行診斷，結合故障碼按照系統分析法的相關原理進行綜合診斷。如表2所示為電噴系統常見綜合故障的現象、原因和排除方法[14]。表2 電噴系統常見綜合故障的現象、原因和排除方法故障現象故障原因排除方法發動機冷起動困難（發動機在冷態下起動困難，或在冷態下起動后轉速遲緩）冷氣起動閥故障修復或更換冷起動閥冷態可控制壓力不正確調整冷態控制壓力燃油系統油路滲漏排除燃油系統油路滲漏氣流感知板靜止位置不正確調整氣流感知板靜止位置氣流感知板或控制柱塞卡滯清洗氣流感知板或控制柱塞熱控限開關未關關閉熱控限開關發動機熱起動困難（發動機在熱態下難以啟動，或在熱態下起動后轉速遲緩），若是更換元件，應對新元件進行檢查測試，以確保新元件正常。另外要注意，沒有故障現象說明沒有故障。因此在開始作業前，一定要先確認故障現象，然后確定出故障部位及原因,再進行修理。有的回路或支路故障不止一個，第一個故障排除后，第二個故障才顯現出來,這時要對該回路或支路再次進行檢修，直至確認修理成功為止。 電控發動機故障診斷技術的發展趨勢電控技術在發動機上的應用，極大地提高了發動機的性能，減少了燃油消耗，改善了排放。同時其診斷技術也有了極大的發展，能夠較為方便、快速地診斷出電控系統故障。但從上述分析的診斷方法來看，現有診斷系統還存在如下一些方面的不足:① 現有的電控系統能進行故障自診斷，但也僅僅是在系統發生故障后報警，并把相應故障碼存貯起來，然后需由維修人員通過自診斷系統或解碼器讀取故障碼。它不能對所控制設備運行的狀態、過程參數等,進行連續、系統的記錄和顯示，以準確反映出設備各部分、各階段的具體狀態，也不能深入分析、預測其發展趨勢，并提出專家建議。② 現有診斷系統不能自動完成對測試結果的分析解釋，也不能準確地確定出故障的具體部位和原因，還需由維修人員做進一步的逐項檢查。③ 診斷系統不能診斷機械部分的故障，也不能對機械部分的狀態進行監控。如燃油壓力、氣缸密封性等。④ 診斷系統都是單個獨立的，不能實現遠程診斷，不能對各專家系統實現共享。當車輛在途中發生故障時，就必須送回修理廠進行修理，遇到疑難問題時，也不能立即進行專家會診。為充分發揮電控系統的優勢,未來診斷系統的發展應是智能化、網絡化、系統化。① 智能化 系統既能報警,即在被監控設備發生故障時報警，也能對設備運行的具體狀態、過程等進行監控和隨時顯示，并能對各種參數及測試結果進行分析解釋，并提出專家建議，為設備的使用、維護等提供依據，在故障發生前把隱患消除，延長設備的使用壽命，使設備始終在良好技術狀態下運行。 ② 網絡化 使維修人員不必在現場就能實現診斷，并隨時監控發動機的運行情況，還能查閱各專家系統,實現對各專家系統資源的共享。4 基于模糊推理的故障診斷系統的概述 系統的基本原理故障診斷總的來說就是識別對象系統的各種狀態是否正常，發現并確定故障的部位和性質，尋找故障的起因，預報故障的趨勢，得出相應的診斷結論并給出維修建議。基于模糊推理的故障診斷系統就是將診斷知識，特別是將專家的知識與計算機結合在一起，按照一定的推理算法，通過人機接口的形式讓診斷者與計算機進行對話，并由診斷者回答系統提出的問題，系統根據提問和回答的答案進行推理，并最終給出專家級的診斷結論。 系統的基本結構本系統是將模糊推理技術、汽車故障診斷技術并結合專家系統的基本原理，在Windows環境下，利用VB語言開發電控汽油發動機故障診斷系統。汽車發動機的故障診斷系統主要由人機界面、故障診斷、知識庫管理、學習咨詢、系統維護和幫助系統等組成[15]。系統總體框圖如圖5所示。學習咨詢知識庫管理故障診斷系統維護車型模糊混合推理知識庫建立知識庫維護知識庫查詢數據流故障碼維修數據部件檢測電路圖結構圖系統幫助故障診斷恢復打印設定系統信息維護用戶信息維護人機界面圖5 系統總體框圖1）人機界面 人機界面指的是最終用戶與診斷系統的交互界面。一方面，用戶通過這個界面向系統提出或回答問題，或向系統提供原始數據和事實等；另一方面，系統通過這個界面向用戶提出或回答問題、輸出結果以及對系統的行為和最終結果做出適當解釋。2）故障診斷故障診斷是系統的“思維”機構，是構成系統的核心部分。其任務是模擬維修專家的思維過程對問題進行求解。它能根據當前已知的事實，利用知識庫中的知識，采用了正反向混合模糊推理方法對發動機在工作中發生的故障進行迅速準確地診斷。通過對可信度值的計算與推理，實現對各種典型故障的快捷、專家級的診斷。3）知識庫管理知識庫是知識的存儲空間，用于存儲領域內的原理性知識、專家的經驗知識及有關的事實等。知識庫的知識來源于知識獲取機構，同時又為推理機求解問題提供了所需的知識。知識庫管理系統是知識庫的支撐軟件。其功能包括知識庫的建立、刪除、重組；知識的獲取、維護、查詢、更新；以及對知識的檢查，包括一致性、冗余性和完整性檢查等。4）知識咨詢主要是把與查找故障原因有關的各車型原始資料、線路圖、故障碼、數據流和檢查方法等統一放入綜合數據庫，在需要時隨時方便地調用查閱；并能添加、修改各種新的檢查維修方法。5）系統維護向用戶提供本系統的使用和幫助信息。包括診斷恢復、打印設定、系統信息和用戶信息設置等。　　 系統的主界面本系統模擬專家的實踐經驗和思維方式，通過人機對話的方式查找故障信息、推理并給出解決方案。電控發動機故障診斷系統主窗口菜單有六類：故障診斷類菜單、系統維護菜單、學習咨詢菜單、知識庫管理菜單、幫助系統菜單和退出菜單。分別完成故障診斷功能；瀏覽、修改、添加知識庫功能；查詢知識功能；輔助維修管理功能；幫助功能；退出系統功能。主窗口如圖6所示。圖6 主菜單窗口 系統的功能 系統的診斷功能基于模糊推理故障診斷系統通過對可信度值的計算與推理，結合專家診斷的正反向混合推理策略，可以實現對復雜故障的快速的診斷。對于不確定性復雜故障可以采取模糊混合推理方法進行診斷，提高了排除故障效率并降低了誤診、漏診的風險。系統診斷功能是通過友好的人機交互界面實現的，其診斷流程如圖7所示。否是診斷詢問用戶回答系統推理分析確診提出維修建議圖7 系統總體診斷流程框圖 系統的輔助功能系統輔助功能包括知識庫管理、學習咨詢、系統維護以及幫助等[16]。系統的輔助知識庫管理功能包括對知識庫的添加、修改，對知識庫的瀏覽以及對知識庫或診斷表的刪除。以實現對不合理的診斷