现代汽车检测与故障诊断.doc

现代汽车检测与故障诊断现代汽车检测与故障诊断简介汽车是一个复杂的技术和结构集成系统，其运行的载荷、路况和气候等工作条件复杂多变，运动的自然磨损和车辆振动等，会造成连接关系的变化。由于复杂多变的工作条件的影响，汽车的技术状态将随行驶里程的增加而恶化，其安全性、动力性、经济性和可靠性等将逐渐下降，排气污染和噪声加剧，故障发生率增加。汽车检测诊断技术对汽车的运行状态作出判断，及时发现故障，并采取相应对策，则可以提高汽车的使用可靠性，避免汽车恶性事故发生，保证交通安全，减少环境污染，改善汽车性能，提高维修效率实现“视情修理”，同时可充分发挥汽车的效能减少维修费用，获得更大的经济效益。因此，汽车检测诊断技术具有着重要的地位和作用。一、汽车检测与故障诊断技术与方法1.1人工深入诊断人工深入诊断是指由诊断者利用仪器、仪表等诊断手段, 如发动机分析仪、扫描仪、万用表、示波器、频谱分析仪等通用或专用设备, 对汽车故障进行诊断, 这种诊断方法, 除能对汽车作出是否有故障和故障严重程度的判断外, 还能对故障的性质、类别、原因及故障部位等作出判断。1.2自我诊断现代汽车的电控系统, 都配备有自诊断功能, 电控系统的ECU 具有实时检测电控系统故障的能力, 当电控系统出现故障时, ECU 将储存相应的故障代码在ECU 的存储器中, 并起动故障保护功能, 确保汽车的运行能力、点亮立即维修指示灯, 提醒驾驶员ECU 已检测到故障, 应立即进行检查维修。自我诊断可利用诊断仪将ECU 贮存的各种信息提取出来, 进行比较和分析, 并以清晰的方式( 文字、曲线或图表) 显示出来, 诊断者可根据这些显示出来的信息, 准确快捷地判断故障的类型和发生的部位。1.3 计算机辅助诊断技术计算机辅助诊断是指一种建立在利用计算机分析功能基础上的多功能的自动化诊断系统。计算机还可通过配备的专用传感器接收诊断对象的其他机械系统的信号, 并配备有对这些信号进行自动分析诊断的软件,以实现状态信号的自动采集、特征提取、状态识别等, 并能以显示、打印、绘图等多种方式自动输出分析结果, 给出故障的性质、程度、类别、部位、原因及趋势的诊断与预报结果, 并可将大量故障信息贮存起来, 可随时通过人机对话查阅诊断对象的运行资料。二、汽车悬架系统故障检测与诊断2.1 汽车悬架系统的组成现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但是一般都由弹性元件、减振器和导向机构（纵、横向推力杆）三部分组成，有些还加有横向稳定器如图 2.1 所示。图 2.1 汽车悬架系统的组成2.2 汽车悬架系统常见故障分析广义的汽车悬架系统主要由减振器、弹性元件、缓冲块、横向稳定器、传力杆件和轮胎等构成。这些部件在汽车使用过程中，随着车辆使用里程的增加，难免会出现磨损、老化、腐蚀、破损等现象，从而使汽车悬架系统的使用性能下降，造成悬架系统故障。汽车悬架系统常见故障主要有减振器失效、弹性元件断裂或塑性变形、悬架异响、传力杆件断裂或变形、支座及垫老化变形或有关部件损坏、轮胎异常磨损等。当悬架系统出现上述故障时，往往造成车辆行驶时颠簸加剧、运行噪声增大、汽车自行跑偏、悬架撞击、悬架发响等，从而直接影响到车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性，尤其是减振器的故障还会直接影响汽车车轮与路面之间的动态附着状态，限制汽车动力性的充分发挥，严重时使车轮跳离地面，汽车完全失去控制，极大地影响汽车行车安全。所以分析悬架系统可能出现的故障，并对其进行正确的诊断是非常必要的。2.2.1 减振器失效减振器失效往往是由于减振器的疲劳磨损、漏油、零部件老化或损伤造成的。如活塞与缸筒间的配合间隙过大，缸筒拉伤，油封垫圈、密封垫圈破裂损坏，阀门密封不良，减振器弹簧过软或折断，贮油缸盖螺母松动，连接销、连接杆、连接孔、橡胶衬套破裂、脱落、脱焊等。2.2.2 悬架异响悬架系统产生异响的原因多而复杂，但主要是由于磨损、零部件间运动干涉或因零部件松动造成的。主要包括减振器异响、弹性元件异响、传力杆件异响等。减振器异响是由于减振器与钢板弹簧（螺旋弹簧）、车架或轴相碰撞，胶垫损坏或脱落，减振器防尘筒变形，油液不足以及其它零部件老化、破损等原因引起的。如减振器活塞脱落；减振器吊耳与销轴松旷；减振器两端的橡胶衬套磨损，在固定点处形成游隙；减振器油不清洁或内部磨损，使阀片被垫起；阀体与阀座配合不严；活塞与工作缸磨损严重；工作缸、活塞杆不合格或微变形，活塞杆发卡；导向器不合格或装配工艺不当；焊接件松动或脱落等。钢板弹簧异响往往是由于钢板弹簧联接销、衬套和吊耳支架之间松动，行驶中相互撞击所引起的；钢板弹簧疲劳变软，弧高不够会造成车架与钢板弹簧之间撞击异响；钢板弹簧片间缺润滑剂而导致片与片之间的摩擦异响。螺旋弹簧异响往往是由于弹簧失效、折断，使得簧丝之间及簧丝与减振器之间撞击异响。扭杆弹簧异响一般是由于扭杆弹簧花键及花键套松旷或磨损造成的。传力杆件变形弯曲，与其它零部件产生运动干涉导致异响；传力杆件各接头胶套破损；连接球头磨损过度，铰接处松动，润滑不良，撞击或摩擦异响。悬架支架变形，连接螺栓松动，支座橡胶老化，悬架支臂球头铰或球头座损坏而相对滑动，推力轴承损坏，缓冲块工作失效等都会出现异响。2.2.3 悬架撞击悬架撞击的主要原因是由于前后悬架弹性元件产生较大的塑性变形、甚至折断；减振器技术不良，工作失效；车辆超载运行，使悬架变形过大；悬架支座及垫老化变形等引起的。2.2.4 轮胎异常磨损轮胎异常磨损主要发生在前轮上。往往是由于与前轮定位失准或转向拉杆故障造成的，但当悬架零件磨损松脱或损坏时也会造成轮胎异常磨损。比如左右两侧悬挂。由于制造误差或长期使用使其左右刚度产生差异，从而导致车轮的侧摆现象，为保证车辆的直线行驶，转向轮就要修正其跑偏量，这样就增加了轮胎的局部磨损，即出现异常磨损。2.2.5 车辆行驶跑偏悬架性能不良是导致车辆行驶跑偏的一个重要原因。如因弹性元件疲劳或损伤刚度下降，前悬架变“软”，导致跑偏；悬架下摆臂的球铰或橡胶衬套严重磨损或损坏；下摆臂因碰撞后变形；减振器失效或联接松脱；钢板弹簧的连接销与衬套的磨损左右不均匀等，都会导致车辆跑偏。2.3 汽车悬架系统故障诊断参数选择为了实现车辆悬架性能的智能检测与故障诊断，不仅要对其性能和故障的表象进行分析，同时还必须选择合理的性能检测与故障诊断参数，选择的原则应满足单值性、灵敏性、稳定性、信息性、方便性和经济性的原则。基于以上原则，本文选用车身加速度、车轮相对动载荷、悬架动挠度、车轮振动滞后相位差作为悬架性能评价参数。首先，这几个参数能够很好地表征悬架系统的性能，悬架系统中的某些零部件发生故障时，这些参数的某些特征值都有明显的变化，且在其幅频特性曲线上都有相应的体现；其次，当悬架系统的结构参数发生变化时，这几个诊断参数都有很明显的响应，这有利于找出故障现象与故障原因之间的对应关系；再者，这几个响应量可以通过目前现有的悬架性能试验台经过简单的改造获取，且数据稳定可靠，因此，将车身加速度、车轮相对动载荷、悬架动挠度和车轮振动滞后相位差作为诊断参数能够如实反映诊断对象悬架系统的技术状况，适合于故障诊断。2.3.1 车身加速度车身加速度是评价汽车平顺性的主要指标，它通过座椅传递到人体，人体对此振动的反映是评价乘坐舒适性的主要标准，且车身加速度是可以直接获取的实时状态量，可以用来评价悬架性能的好坏。在强迫振动下，激励频率 接近车身固有频率时，主要产生车身质量的振动，此时，车身质量的振动就可以用车身加速度来量化其振动的剧烈程度。频率比、阻尼比、轮胎与悬架刚度比以及车身与车轮的质量比等悬架系统的结构参数变化时，车身加速度随之变化，因此车身加速度能够很好地反映悬架系统的性能。阻尼比 减小，而车身固有频率 f 和轮胎与悬架的刚度比 变大时，都将引起车身加速度的增大，车身加速度的增大说明车身部分振动比较剧烈，这正是由于悬架系统没能很好地衰减不平路面带来的冲击，才导致了车身振动加剧；反之如果悬架系统性能下降，反映到车身上时，车身加速度一定增大，车身振动剧烈。因此，车身加速度是表征悬架系统性能好坏的重要指标，可以用其来评价悬架系统的性能。在实验过程中，车身加速度的获取可以直接用加速度传感器测得，即将加速度传感器固定在被测轴上面的座椅上，左右各放置一个，如图 2.5 所示。2.3.2 车轮相对动载荷车轮与路面间的相对动载荷可以表征轮胎与路面间的附着状况，因此，车轮相对动载荷可以反映汽车的操纵稳定性与行驶安全性。当车轮与路面之间的相对动载荷接近零时，车轮将脱离路面，失去纵向和横向的附着力，使汽车丧失可操纵性和安全性。车轮相对动载荷反映的是车轮的实时接地情况，用车轮每一时刻作用在试验台上的接触载荷与静态载荷的比值表示，频率比、阻尼比、轮胎与悬架刚度比以及车身与车轮的质量比等结构参数改变时，都将引起车轮相对动载荷的变化。随着车辆行驶里程的增加，其使用性能逐渐由好变坏，悬架性能也发生变化，若悬架系统中悬架刚度减小，则车轮相对动载荷也随之降低，这会直接影响到车轮的接地情况，汽车的操纵稳定性和行驶安全性进而受到影响，所以采用车轮相对动载荷评价悬架性能，能够反映汽车悬架系统刚度的变化情况。车轮相动载荷的测量可以直接由检测台下的力传感器测得，当车辆静止在检测台上时，检测台下力传感器测得的是车轮静载荷，而当启动试验台车-台系统共同振动时，力传感器测得的是瞬时车轮动载荷。车轮相对动载荷就等于车轮动载荷与静载荷的比值。将力传感器获取的信号经放大、A/D 转换后传输到计算机进行处理即可得到实测的车轮相对动载荷。2.3.3 悬架动挠度悬架的动挠度是指悬挂质量与非悬挂质量之间的相对位移量。悬架结构参数或使用参数变化时，悬架动挠度的幅频特性相应变化，因此悬架动挠度能够反映悬架系统的性能。汽车悬架动挠度的频率特性曲线可以通过记录车身与车轮的相对位移得到，本论文采用非接触式激光位移传感器测取悬架的动挠度。测量时，将非接触式激光位移传感器固装在被测悬架的旁边，接近减振器和弹性元件在车身一端的连接处（如图 2.6所示），由激光二极管发射的光束投射到被测量体表面，即其正下方的半轴（近似车轮中心）上，漫反射回来的光通过透镜聚焦折射到极灵敏的光学线性检波器上，即测得了所需位移量。由于各轴上有左右两套悬架装置，因此需在各自悬架旁安装一个位移传感器，以测得该悬架的动挠度，这样可以对每个悬架分别进行评价或故障诊断。2.3.4 车轮振动滞后相位差车轮振动滞后相位差指停在检测台上的车轮受到激励后, 车轮相对于检测台响应滞后的角度。它可以反映非悬挂质量的运动加速度和悬架系统对振动能量的吸收程度。车轮振动滞后相位差与频率比、阻尼比、轮胎与悬架刚度比以及车身与车轮的质量比等结构参数相关，当悬架结构参数变化时，车轮振动滞后相位差也会发生变化；反之，亦然，因此可以通过车轮振动滞后相位差的变化评价悬架性能，诊断悬架故障。2.4.5 悬架间隙悬架间隙是指悬架各零部件间的配合间隙。对于钢板弹簧式非独立悬架系统，该间隙主要包括骑马螺栓-螺母配合副的间隙、钢板弹簧吊耳、铰链等处的间隙等；对于螺旋弹簧式非独立悬架系统则主要包括各横、纵向传力杆件铰接点处的间隙；对于独立悬架结构则主要包括各传力杆件铰接点处的间隙和悬架各摆臂铰链处的间隙。目前，在国家汽车检测标准中提到的悬架间隙是广义的悬架间隙，即除上述提到的悬架间隙外，还包括汽车轮、轴间隙和转向系传动配合副之间的间隙，如轮毂轴承副、主销配合副、拉杆球头