国内外汽车故障诊断技术的发展与展望

国内外汽车故障诊断技术的发展与展望国内外汽车故障诊断技术的发展与展望 运输 1101 陈强 摘要 汽车诊断技术在过去的几十年中取得了迅速的发展 本文介绍了国内外 汽车故障诊断技术的发展历程 阐述了汽车故障诊断技术的发展现状 并展望 了汽车故障诊断技术的发展趋势以及我国为追赶世界水平所应采取的措施 关键词 汽车诊断 现状 发展趋势 1汽车故障诊断技术的定义及起源汽车故障诊断技术的定义及起源 汽车故障诊断技术是以汽车及内燃机理论 汽车故障诊断学为理论指导 以汽车及内 燃机结构原理 计算机控制技术以及汽车运用性能为分析依据 以汽车检测及试验技术为 测试手段的综合技术 随着汽车电子和汽车传感器技术的不断发展和应用 不仅提高了汽车的性能和舒适性 也使整个汽车控制系统变得越来越复杂 所以当用户的汽车发生故障时 维修技师能否快 速定位故障部位以及能否快速排除故障 成为一个非常关键的问题 同时随着汽车市场的 发展 竞争也越来越激烈 其中售后服务的方便与否逐渐成为竞争的焦点 各汽车厂商在 不断提高汽车舒适型的基础上 也不断想方设法提高车辆故障检测和维修能力 因此在市 场需求的推动下 汽车故障诊断技术和故障诊断设备得到了极大的发展 汽车诊断也作为 一门专门技术发展起来 2汽车故障诊断技术的发展历程汽车故障诊断技术的发展历程 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 2 1 人工检验阶段人工检验阶段 在此阶段主要依靠工人的经验来判断汽车故障 进行维修 优点是方便 经济 缺点 是不同维修人员间的经验差异很大 故障判断准确性不高 2 2 简单的仪器 仪表进行测量阶段简单的仪器 仪表进行测量阶段 随着汽车技术的不断发展 电子控制单元不断增加 因此使得汽车构造越来越复杂 为了更好的分析故障 维修故障 人们开始采用一些仪器来测量一些相关的参数值 万用 表 示波器等被广泛的用在汽车故障诊断中 虽然仪器的使用 使得人们对故障的判断有 了客观依据 但是由于仪器本省的局限性 所以对故障判断任然存在故障判断不准确性 定位故障困难等缺点 2 3 专门设备进行综合诊断阶段专门设备进行综合诊断阶段 20 世纪 80 年代 随着 OBD 标准的推出 使得汽车诊断发展进入了新的阶段 各汽车 生产厂家陆续推出了自己的汽车故障诊断仪器 专用的故障诊断仪器可以通过特定的通讯 协议与车载的电子控制单元之间进行通讯 将存储在 ECU 中的故障读取出来 提供给汽车 维修技师 这样大大提高了故障诊断的准确性 提升了维修速度 2 4 人工智能诊断阶段人工智能诊断阶段 20 世纪 90 年代 人工智能技术的发展使得专家系统的建立成为可能 同时计算机技 术的快速发展使得大量数据处理成为可能 因此在此基础上汽车故障诊断发展出了智能诊 断专家系统 3我国汽车故障诊断技术的发展历程我国汽车故障诊断技术的发展历程 3 1 20 世纪世纪 60 年代年代 我国对汽车诊断技术的研究起步较晚 着手开发汽车故障诊断技术始于 20 世纪 60 年代 中后期 由交通科学研究院和天津市公共汽车三厂合作 研制汽车综合试验台 为我国汽车诊 断技术的发展迈出了第一步 3 2 20 世纪世纪 70 年代年代 1977 年国家为了改变汽车维修落后的局面 下达了 汽车不解体检验技术 的研究课题 这 是建国以来 国家对汽车诊断 科研方面下达的第一个国家课题 标志着我国汽车诊断技术开 始了新的起点 3 3 20 世纪世纪 80 年代年代 真正受到重视是在 20 世纪 80 年代初 当时 我国汽车保有量急剧增加 为保证车辆安全 运行 减少交通事故 政府有关部门采取了一些积极措施 在全国中等以上城市 建成了许多安 全性能检测站 促进了汽车断技术的发展 20 世纪 80 年代 由于国产汽车没有应用微机控制 汽车诊断技术的发展较慢 随车诊断几乎是空白 车外诊断是当时我国诊断技术的主流 3 4 20 世纪世纪 90 年代年代 进入 20 世纪 90 年代后 随着计算机技术在我国的迅猛发展及电子控制系统燃油喷射系 统 防抱制动系统 安全气囊等在汽车上的应用 使得汽车诊断技术在我国产生了革命性的 变化 此时 汽车维修检测市场上 不仅出现了大量的诊断硬件设施 同时应用计算机的汽车 故障诊断专家系统软件也有了长足的发展 我国自行研制生产的诊断设备已由单机发展为 配套 由单功能发展为多功能 由手工操纵发展为自动控制 并逐步开发出实用的汽车诊断专 家系统 4汽车故障诊断技术的现状汽车故障诊断技术的现状 随着汽车电子技术的应用和发展 汽车电控系统日趋复杂 传统的诊断方法和诊断设备 无论是精确度和使用方便性 还是对汽车技术发展的适应性 均不能满足用户的需要 为了满 足需求 现代汽车电子控制系统加入了自诊断功能 目前自诊断的主要方法有以下几点 4 1 ECU 故障自诊断故障自诊断 现代汽车中的 ECU Electronic ControlUnit 集成了故障自诊断系统 装有 ECU 控制系统 的汽车发动机 都具有故障自诊断系统 可以用它来对汽车内传动系统 控制系统各个部 分工作状态进行自动检查和监测 当汽车出现故障时 装在仪表板上的故障指示灯就会自 动点亮以警告车主汽车可能出问题了 同时系统控制单元的自诊断模块检测到系统部件故 障后 将故障的信息以数字代码的形式存储在模块内部的专门区域如随机存储器 RAM 中 当汽车维修技术人员在诊断车辆故障时 可以通过人工调取或使用专用诊断仪器的方式从 存储器中调取出这些数字代码 通过对这些存储的代码所对应的故障信息而对症下药 可 以很快解决汽车故障 4 2 油液监测及信号采集技术油液监测及信号采集技术 对汽车润滑油中的磨屑进行分析是一种不解体检验方法 其作用不仅是要评定润滑油 的理化性能 更是要通过对机械磨损碎屑及其他颗粒的定性与定量测量 分析获得相关零 部件磨损 系统污染程度及工作状态等方面的重要信息 从而实现对车辆运行状态的监测 4 3 汽车故障诊断的传统专家系统汽车故障诊断的传统专家系统 专家系统是基于人类专家的专业领域的知识和经验 在计算机上建立以经验为基础的 信息系统 它可以利用专业领域的专家的知识水平 完成所需的任务 专家系统实际上是 一个智能计算机程序系统 基本结构包括 知识库 推理机 数据库 解释的过程和知识 五个部分组成 专家系统 可分为以规则为基础的系统和以框架为基础的系统 前者使用 最为广泛 它的推理包含正向推理 反向推理和混合控制等控制策略 专家系统适用于需 要很多的专业知识才能解决问题的问题 由于汽车故障诊断是一个非常复杂和艰巨的任务 需要许多专业知识 所以将专家系统应用于故障诊断的研究越来越多 虽然传统的诊断专 家系统的初步成功 但存在知识获取困难 知识台阶窄以及控制策略不灵活等缺点 对于 大型的规则库 容易发生规则冲突 如组合爆炸问题 并且缺乏自我学习能力 不适用于 复杂的系统的故障诊断 5汽车故障诊断技术的未来趋势汽车故障诊断技术的未来趋势 近几年来 高科技的发展 信息化的网络 使得汽车故障诊断技术必将向着智能化 集成化方向发展 如基于人工智能的神经网络法 基于信号处理的小波分析法和基于网络 的集成汽车故障诊断专家系统等 它们的应用前景是令人鼓舞的 值得我们去进一步研究 与推广 可以预见 其用于汽车的故障诊断研究必将有很大的发展 这里仅简要介绍以下 几种 5 1 人工神经网络在汽车诊断中的应用人工神经网络在汽车诊断中的应用 人工神经网络是由大量神经元广泛互联而成的复杂网络系统 它具有较强的自学习功 能 较好的容错性 很高的自适应能力 且有大规模并行处理能力等 把人工神经网络技 术应用于诊断专家系统无论是在知识表达体系 还是在知识获取 并行推理等方面都有明 显的优越性 解决了传统专家系统在知识获取上的 瓶颈 问题 很大的提高了诊断系 统的智能水平 提高了诊断速度和诊断精度 所以 人工神经网络技术在汽车行业的应 用前景是广阔而深远的 5 2 小波分析在汽车诊断中的应用小波分析在汽车诊断中的应用 小波分析是近年来发展起来的新的数学理论和方法 在噪声消除方面有着广泛的应用 小波分析能同时在时频域内对信号进行分析 所以它能有效区分信号中的突变部分和噪声 从而实现对非平稳信号的消噪 它将替代传统的 FFT 分析而广泛地应用于汽车故障诊断 中 如在汽车故障特征信号分析中 采用了小波分析技术替代傅立叶分析技术 它在时域 和频域上同时具有良好的局部化特征 弥补了傅氏变换仅能进行稳态信号分析的不足之处 5 3 基于网络的集成汽车故障诊断专家系统基于网络的集成汽车故障诊断专家系统 由于汽车是机电液一体化的高科技产品 新车型 新功能层出不穷 故汽车故障诊断 的实例多且复杂 所以研究适合汽车领域的专家系统 集成规则 案例 模糊和神经网络 理论 以网络为框架 以多媒体技术为载体 研究多种诊断模型融合技术必将是发展方 向 基于网络的集成汽车诊断专家系统的功能与特点 概括地说就是 由计算机存储的专 家知识 按照需要可以调用 即使初学者也能近似地如专家一样进行故障诊断 6我国汽车故障诊断技术的发展策略我国汽车故障诊断技术的发展策略 虽然我国汽车诊断技术发展很快 但与世界先进水平相比 还有一定距离 为使我国的汽 车诊断技术赶超世界先进水平和适应汽车技术高速发展的需要 可采取下列对策 6 1 加强新技术对汽车诊断技术的应用加强新技术对汽车诊断技术的应用 应加强新技术的研究 并利用科学技术的新成果 充实和发展汽车诊断技术 将一些新技 术用于汽车故障诊断 例如 专家系统的知识数据库 神经网络和扰动分析模式识别技术及动 态模型技术等 增强故障诊断专家系统的功能 提高诊断故障的能力和准确性 6 2 开发智能化汽车诊断设备开发智能化汽车诊断设备 随着汽车诊断技术的发展 汽车诊断设备应向多功能综合化和自动化方向发展 同时 诊 断设备也将趋向于小型化 轻量化 测量放大一体化 非接触化 智能化 在研制诊断设 备过程中 要重视确定故障部位的诊断软件开发 制订合理的诊断程序 采用汽车故障的计算 机模拟和模型分析方法 实行车外诊断与随车诊断相结合的原则 不断提高汽车诊断设备的性 能 进一步提高诊断系统的智能化水平 增加诊断项目 扩大检测范围 提高产品的可靠性 目 前的诊断设备还只能诊断汽车的部分性能和故障 对某些总成如离合器 变速器 差速器 主减速器等的故障诊断 还缺乏方便 实用的诊断设备 仍然以人工经验法为主 但随着新技 术的出现和新产品的开发 不远的将来 利用汽车诊断设备诊断汽车故障将会成为汽车维修领 域的主流 6 3 加大随车诊断装置的研发加大随车诊断装置的研发 随着汽车工业在我国的迅猛发展和汽车电子技术的飞速发展 汽车电子控制系统及微机 在汽车上的应用将会逐渐增多 应大力开发具有自动诊断功能的随车诊断装置 如开发随车 诊断的点火提前角 混合气浓度 排放值的监测与诊断装置 实现自动诊断与调整 可提高汽 车的动力性 经济性和排气净化能力 增强随车诊断系统对汽车运行状态的监视功能 采用 大容量的存储器 使随车诊断装置能随时监测并实时记录车辆的运行状态 各种传感器及执 行器的工作状态 记录故障发生前后的各种运行参数的数值 存储汽车行驶状态下的故障信息 以 便维修时用于分析故障发生的原因 同时能够利用监测技术 开发出机件恶化和故障预测的 软技术 使预测技术得到发展 6 4 逐步实现网络化汽车诊断逐步实现网络化汽车诊断 随着计算机网络技术的普及 汽车诊断应实现网络化 网络化可使信息资源共享 硬件 资源共享 软件资源共享 网络化可为汽车诊断提供源源不断的信息 人们从网上可很方便 地与世界上很多汽车公司 厂家联络 获得汽车故障诊断信息 而且随时可以得到具有高水平 的故障诊断专家系统的指导 随着可视网络技术的投入使用 远在千里之外的专家能像在现 场一样 逐步地指导检修人员诊断和排除故障 为适应这一发展 采用汽车局部网对各子系统 模块进行管理的技术 要求各子系统模块提高智能化的程度 具有相应的在线自诊断功能 由 专用的诊断模块对各子系统进行监控 提供故障信息和故障发生的部位 外部诊断设备可以 通过汽车局部网 直接对各子系统故障进行诊断和测试 7总结总结 汽车故障诊断技术是随着诊断设备的发展而发展起来的 就目前我国汽车诊断技术水 平来说 与国外还存在一些差距 但随着国民经济的发展以及国内计算机 电子 汽车等 高新技术的发展 我国故障检测诊断技术得到了迅速发展 现在我国汽车故障诊断技术正处 在从传统向现代化转变的重要关头 其特征为汽车诊断技术从