2015/11/27 15:39:10 运用虚拟仪器技术进行汽车故障诊断的设想

本文是以汽车虚拟仿真软件前篇为主介绍虚拟仪器在汽车故障中的应用,从而鉴定汽车虚拟仿真软件在汽车专业中的应用。

 传统故障诊断技术的现状与发展

1. 传统的故障诊断方法与汽车技术发展现状

汽车故障诊断是在汽车总成不解体( 允许拆个别小部件) 的情况下, 运用经验判断或仪器检测, 查明故障原因及具体部位, 并做出分析。传统的汽车故障诊断主要是依靠人工定性检查, 主要通过直观检查和简单工量具测量进行故障诊断, 通常运用在汽车机械故障和简单电器故障诊断方面。随着汽车技术的发展, 特别是电子技术、计算机技术在汽车上的运用, 汽车各系统和总成性能不断完善, 汽车电控系统的结构和控制技术日趋复杂, 控制范围日益扩大, 控制精度不断提高, 向综合控制和智能控制的方向发展。因此相应的故障诊断难度逐渐增大, 传统的看、闻、听、摸或者通过拆卸汽车有关总成、部件和采用换件的诊断方法已远不能适应汽车技术快速发展的需要。

2. 现代汽车故障诊断的特征

现代汽车故障诊断技术结合当今计算机技术和网络技术的发展, 具有以下几个特征:

( 1) 诊断信息网络化

汽车是机电液一体的高科技产品, 新技术、新工艺层出不穷。在进行汽车故障诊断时, 汽车维修专业人员对各种车型的技术资料掌握有限。通过汽车检测维修专业网络, 可以传递诊断维修信息, 打破信息传递在时空上的局限性, 实现资源共享, 而且能在线得到诊断专家系统的指导。如大众、富豪汽车维修网站等汽车维修网站, 专业性很强, 可以网上咨询、网上培训等。

 ( 2) 诊断推理方法多样化

诊断推理是以诊断特征参数为基础, 采用数学方法处理信号, 找出故障的内在联系和变化规律,对系统的故障作定量分析, 由传统的基于逻辑的专家系统发展为集成模糊集理论和案例的专家系统,解决了故障症状不确定性, 在很大程度上提高了诊断速度和精度。

( 3) 故障诊断系统智能化

尽管目前在计算机的帮助下已经能够对电子控制系统的部分故障做出自我诊断, 如使用车载自诊断系统( OBD 或 OBDⅡ) 等故障诊断设备, 但故障诊断的范围极其有限,不能诊断汽车不同系统内的机械故障或液压系统方面的故障。既用于电控系统又适用机械系统故障的诊断技术, 是现代汽车诊断技术的关键。汽车故障诊断专家系统能模拟人类专家对复杂系统进行诊断, 高效而准确地得出诊断结论, 若与外部软件连接还可扩大诊断范围, 具有咨询、存储和修改等功能。因此, 为了不断提高汽车维修的效率和质量,将综合专业知识、计算机、软件技术、电子、数学、物理和人工智能等应用于汽车故障诊断, 并探索在总成或部件不解体的情况下有效地进行故障诊断的方法是非常有意义的。

   虚拟仪器技术的构成

虚拟仪器由软件和硬件两部分组成, 通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来, 完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等功能, 因此, 它可划分为数据采集、数据分析、结果显示三大功能模块, 功能模块构成如图所示:

汽车虚拟仿真软件

  ( 1) 虚拟仪器的软件

软件是虚拟仪器的技术核心。 NI 公司提供的行业标准图形化编程软件———Lab VIEW, 不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接, 还能提供强大的后续数据处理能力, 设置数据处理、转换、存储的方式, 并将结果显示给用户。此外, NI 提供了更多交互式的测量工具和更高层的系统管理软件工具,集成了大量的生成图形界面的模板, 丰富实用的数值分析、数字信号处理功能以及多种硬件设备驱动程序(包括 RS232、GPIB 、VXI、数据采集板卡、网络等)。另外, 免费提供的几十家仪器厂商的数百种源码及仪器驱动程序, 如各种仪表、示波器可为用户开发仪器控制系统时节省大量的编程时间, 满足客户对高性能应用的需求。

   ( 2) 虚拟仪器的硬件

硬件是虚拟仪器工作的基础, 主要完成被测信号的采集、传输、存储、处理及输入输出等工作, 由两部分构成: 计算机和插接口设备。用一台计算机或者工作站作为硬件平台的核心, 包括微处理器、存储器和输入输出设备等, 提供实时高效的数据处理工作。插接口设备即信号采集调理部件, 包括GPIB 总线仪器、VXI 总线仪器模块、PC 总线的数据采集卡( 采用 NI 公司 E 系列 PCMCIA6024DAQ卡) 、串口仪器模块、串口总线仪器等, 主要完成被测输入信号的采集、放大、模数转换。

3. 虚拟仪器与传统仪器不同之处

虚拟仪器具有良好的人机界面, 与传统仪器相比, 虚拟仪器不仅具有面向对象应用程序的特点,而且具有真实仪器的外观、实用性和可操作性, 其主要优点如下: ( 1) 人与仪器交互界面清晰美观, 容易构造; ( 2) 能比较容易地实现检测功能; ( 3) 开发周期短, 成本较低; ( 4) 系统有很大的灵活性, 可以根据需要修改和重新定义功能。如表图所示, 不难看出虚拟仪器巨大的优越性, 最主要体现在灵活性方面, 虚拟仪器可由用户自己定义, 这意味着用户可以自由地组合计算机平台硬、软件以及各种完成应用系统所需要的附件, 而这种灵活性是供应商定义、功能固定独立的传统仪器达不到的。

汽车虚拟仿真软件

基于虚拟技术的汽车故障诊断思路

随着微电子技术、计算机技术的高度发展, 运用在汽车发动机、底盘和车身控制等方面的新技术不断增多, 对汽车售后维修服务提出了更高要求。基于虚拟仪器技术具有不可替代的优越性, 虚拟仪器越来越多地应用于汽车故障诊断技术等领域。利用虚拟仪器技术, 可方便快捷地对汽车各系统状况进行数据实时采集, 并对采集的数据作有效的分析, 直接给出故障诊断结果, 从而使汽车的故障诊断在一定程度上实现自动化和智能化。

例如发动机或自动变速器总成在运行的时候,可以从相关开关信号、传感器和执行器信号等工作情况得知该系统的运行工况, 因为这些传感器和执行器信号包含了很多的信息, 在正常状态下, 传感器或开关信号( 如发动机转速、空气流量等) 与执行器( 如喷油器或换挡电磁阀) 输出信号存在一定的对应关系。当发生故障时, 控制单元将不能正确地根据传感器等输入信号进行正常控制系统或总成工作, 传感器和执行器参数就有不正确的映射关系。而这些不正确的对应关系反映着不同的故障类别规律。针对这些问题, 可进行实时数据采集,采用虚拟仪器中的有关方法从中抽取各自的特征规律,得出数学模型, 调用相关数据模型分析方法进行实时测量分析, 从而识别对应于这种特征规律的故障。

虚拟仪器技术也可以运用在汽车机械故障诊断技术上, 利用 Lab VIEW 数据采集虚拟仪器库可大大简化程序编制的过程。在 Lab VIEW 内含的数据采集虚拟仪器库内的子仪器, 即监测仪器中, 有振动法诊断的“活塞 - 缸套磨损监测分析仪”、“主轴承磨损状态监测分析仪”和“阀体漏气状态监测分析仪”, 以及诊断各缸功率不平衡的“瞬时转速监测分析仪”, 这些监测仪器都使用“多通道数据采集预处理虚拟仪器”作为子仪器来调用, 各“仪器”中参数设置模块是该“仪器”的基本组成部分, 在参数设置模块中有通道设置、采样设置、输入设置和触发设置, 实现控制虚拟仪器的各项功能。各“仪器”在工作中可实时进行数据采集、分析与处理, 又可回调存盘数据进行后续分析与处理, 判别气缸的磨损状态、轴承磨损状态等。其中的信号分析处理部分通过 Math Works 公司生产的 MATLAB 来完成,MATLAB 作为一种科学计算语言提供了丰富的数学计算和数字信号处理函数, 可以进行信号波形显示、幅值域计算、概率密度计算和自功率谱计算等。

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