汽车故障诊断分析方法研究

汽车故障诊断分析方法研究汽车故障诊断分析方法研究1汽车机械故障诊断2汽车电器与电子控制系统故障诊断3汽车复杂故障诊断分析方法汽车机械故障诊断1．1汽车机械故障的特点1．2汽车机械故障诊断参数1．3汽车机械故障诊断信息获取1.4汽车机械故障分析方法1．1汽车机械故障的特点汽车机械系统的故障具有如下特点：①机械运行过程是动态过程，就其本质而言是随机过程。机械系统不同时刻观察的数据通常是不重复的，不同时刻观察值不一致，只能从统计意义上比较它们的差异。②从系统特性上看，汽车机械系统故障除了如连续性、离散性、间歇性、缓变性、突发性、随机性、趋势性和模糊性等一般特性外，零部件间相互耦合，决定了汽车各总成故障的多层次性，一种故障由多层次故障原因所构成。故障现象与故障原因之间没有一一对应关系，很难从一个侧面或某个检测信息的分析结果作出正确的决策。1．2汽车机械故障诊断参数（1）状态参数与结构参数的关系●渐增曲线。状态参数随结构参数增大而增大；●非单值变化曲线。状态参数在结构参数变化允许范围内出现极值；●渐减曲线。状态参数随结构参数增大而减小。图1状态参数Z随结构参数Y的变化规律Y1、Y2初始及极限结构参数1、2、3.渐增曲线；4.非单值变化曲线；5、6.渐减曲线（2）汽车机械故障诊断参数的选择方法与原则●诊断参数反映灵敏性。●诊断参数的单值性。●诊断参数稳定性。●诊断参数的可达性和方便性。（3）汽车机械故障诊断参数•第一类是伴随工作过程状态参数，如热、声、振动等。•第二类是由前一类状态参数派生出来的诊断参数。取这些物理量对时间的一阶或二阶导数。•第三类诊断参数是几何参数，如气门脚间隙、制动蹄与蹄片间隙等。（4）诊断标准●绝对诊断标准。●相对诊断标准。●类比标准。（4）诊断标准●绝对诊断标准。●相对诊断标准。●类比标准。它是评价结构参数变化的量化标准，现场测试时最好采用此标准诊断参数概率密度函数分布D1—正常状态下参数分布规律；D2—故障状态下参数分布规律A-在一定误判率条件下的诊断标准值（4）诊断标准●绝对诊断标准。●相对诊断标准。●类比标准。对某正常部件进行测试后，确定一基准值，再用一个系数乘上基准值，即得到相对标准。（4）诊断标准●绝对诊断标准。●相对诊断标准。●类比标准。通常采用类比的方法来确定。对于类似结构、类似使用条件，借鉴以往的使用经验来确定一些不太重要零件的诊断标准。1．3汽车机械故障诊断信息获取（1）直接观察（2）磨损残余物测定法（3）温度测定法（4）压力测量法（5）振动测试法1．3汽车机械故障诊断信息获取•（1）直接观察•（2）磨损残余物测定法•（3）温度测定法•（4）压力测量法•（5）振动测试法★通过人的感官观察和简单器具测量获取诊断对象的信息。★将直接观察的情况进行记录并存档是十分有效的手段，特别是需要分析零部件在一段时间的变化趋势，历史的记录对于现场的判断是十分有帮助的1．3汽车机械故障诊断信息获取•（1）直接观察•（2）磨损残余物测定法•（3）温度测定法•（4）压力测量法•（5）振动测试法★第一种是直接检查残余物，测定油膜间隙内电容或电感的变化、润滑油混浊度的变化等方法迅速获得零部件失效的信息。★第二种是收集残余物，判断其形态。★第三种方法是油样分析，采用光谱、铁谱分析方法可以确定汽车运动机械配合副状况1．3汽车机械故障诊断信息获取•（1）直接观察•（2）磨损残余物测定法•（3）温度测定法•（4）压力测量法•（5）振动测试法★温度的升高或降低某些机件工作状态发生变化。★发动机排气管温度高可能是点火晚或混合气过浓过稀。★发动机温度过高过低是冷却系故障。★电路板局部温度过高可能存在短路故障。●测量温度有两种方法：接触法和非接触法。1．3汽车机械故障诊断信息获取•（1）直接观察•（2）磨损残余物测定法•（3）温度测定法•（4）压力测量法•（5）振动测试法●汽车各总成中需要检测的压力参数有：机油压力、发动机气缸压力、进气管真空度、燃料系供油压力、各种助力装置产生的压力等。●一般的方法是将压力信号转换成电信号后，输入控制器进行处理，1．3汽车机械故障诊断信息获取•（1）直接观察•（2）磨损残余物测定法•（3）温度测定法•（4）压力测量法•（5）振动测试法●汽车振动信号信息量十分丰富，所有的运动部件技术状况信息都包含在振动信号之中。只需要一只传感器，就能将其拾取。●表达振动信号特性的基本参数是位移、速度、加速度、频率和相位，它们都可以作为旋转件和往复运动件的特征信号。1.4汽车机械故障分析方法•第一种是理论分析方法，它主要用于分析发动机机械故障。如活塞敲缸响，活塞销子响，连杆轴承响，曲轴轴承响等。通过理论计算，可以确定某一配合副最响振动转速、最大振动部位、特征频带、最大振动相位等。•第二种是振动分析方法，通过传感器测取信号进行分析。汽车发动机异响理论分析•研究发动机异响的理论方法是计算运行轨迹。•所谓运行轨迹是指运动件在运转过程中，把每一瞬时的负荷当作大小、方向已知的稳定载荷，计算运动件的平衡位置。当运动件所受的负荷变化时，便会有新的平衡位置，这样由一系列平衡位置便得出了运行轨迹。•由于运动件负荷的周期变化性，这一系列平衡位置将形成封闭曲线，称之为运行轨迹曲线。（1）汽车发动机异响理论分析●活塞销子响●活塞敲缸响●连杆轴承响●曲轴轴承响●活塞销子响①正常间隙时，不论断火与否活塞销均不产生冲击，但在异常配合间隙下，活塞销运动轨迹明显变化。诊断故障时，传感器位置应设置在故障缸缸盖上，此处可感受最大冲击。②诊断活塞销子异响的最佳转速应为怠速或高速。在怠速时，故障缸不工作能感受到第二次冲击，在高速时，随着间隙增大，不论故障缸工作与否，均能感受到明显二次冲击。③活塞销子响最明显的二次冲击时刻为该缸作功行程上止点后120°附近。当出现异响时，若利用示波器观察，能看到此时的二次明显冲击。④经验诊断活塞销子响时，故障缸不工作后异响更明显，其原因是由于销子受力后产生的二次冲击引起的。（a）配合间隙0.01mm(b)配合间隙0.15mm500r/min，发动机点火时活塞销运行轨迹（a）间隙0.01mm（b）间隙0.12mm（c）间隙0.15mm500r/min，发动机断火时活塞销运行轨迹(a)间隙0.01mm（b）间隙0.12mm(c)间隙0.15mm2400r/min，发动机点火时活塞销运行轨迹(a)间隙0.01mm（b）间隙0.12mm(c)间隙0.15mm2400r/min，发动机断火时活塞销运行轨迹500r/min时活塞销偏心率—曲轴转角曲线虚线为该缸不时曲线；实线为该缸工作时曲线2400r/min时活塞偏心率—曲轴转角曲线虚线为该缸不工作时曲线；实线为该缸工作时曲线●活塞敲缸响①活塞与气缸壁的间隙大小是影响活塞敲缸响的一个最重要的原因。间隙越大，活塞敲缸响越明显；②诊断活塞敲缸响的最佳转速应为500-1200r/min之间，在此转速范围内用传感器能够感受到最大的活塞侧向冲击力；③用仪器诊断活塞敲缸响时，传感器应安放在气缸上部即压缩行程上止点360°附近的位置，这个位置上可以认为是诊断活塞敲缸响的最佳部位；④用经验法诊断活塞敲缸时，断火故障缸后异响消失或减弱，其原因是因为气缸内燃气压力降低，活塞所受到的侧向力减小；⑤改善润滑条件，提高机油压力，相对提高润滑油的动力粘度，能够减轻活塞敲缸响。间隙0.08mm，转速500r/min间隙0.08mm，转速1200r/min间隙0.08mm，转速1600r/min间隙0.08mm，转速2400r/min实线和虚线分别表示活塞裙底部和顶部的偏心率正常间隙时各转速下的活塞运行轨迹曲线间隙0.24mm，转速500r/min间隙0.24mm，转速1200r/min间隙0.24mm，转速1600r/min间隙0.24mm，转速2400r/min实线和虚线分别表示活塞裙底部和顶部的偏心率配合间隙为0.24mm时各转速下活塞运行轨迹的曲线●连杆轴承响①连杆轴颈运行轨迹在500、800、2000和2400r/min时，轴心轨迹无明显突变，即不产生明显敲击响。②当转速为1200r/min或者1600r/min时，随着间隙增大，油膜厚度变薄，冲击加大。③连杆轴承异响的相位起始于发动机压缩行程上止点附近，在上止点后2530各种力作用达到平衡，随着转速提高，点火提前角变大，连杆轴承异响发生相位也提前。此时连杆处于作功行程，传感器位于发动机右下侧可测取连杆轴承最大振动信号。④若故障缸不工作，连杆轴颈对轴承的冲击明显减弱，轨迹曲线比较平缓。说明发动机负荷对连杆轴承异响产生很大影响。500r/min时发动机连杆轴颈运行轨迹转速为500r/min，连杆轴颈偏心率（从下向上，配合间隙依次为0.08mm,0.16mm,0.32mm）1200r/min时连杆轴颈运行轨迹（a）0.08mm间隙（b）0.16mm间隙1200r/min发动机连杆轴颈轨迹展开图●曲轴轴承响曲轴轴承异响最佳诊断转速为1600r/min以上。在该转速范围，相邻缸不工作时，冲击强度明显减弱，其他转速变化不明显。最佳诊断部位为缸体下部曲轴轴承处或油底处。（2）汽车发动机故障振动分析每一种敲击声都相应于一特定的频带，其中总有一组区别于其他敲击声的信息频率称为特征频率。振动的振幅随冲击强度增强而变大，而冲击强度与配合副的间隙成正比。发动机结构常常决定了发动机发出声响的部位。响声的能量随着离开振动部位距离的增加而减弱。发动机不同机构的运动学不同，决定了出现机械敲击响声的时刻不同，即相位不同。转速2300rpm、传感器位于发动机缸体右侧下振动信号小波包-AR谱(a)曲轴轴承正常间隙；(b)曲轴轴承配合间隙0.20mm；(c)曲轴轴承配合间隙0.40mm转速1300rpm、传感器位于发动机缸体右侧下振动信号小波包-AR谱（3）汽车传动系机械故障振动诊断汽车传动系中变速器、传动轴、前后桥主要运动部件由齿轮、轴和轴承组成。齿轮故障主要与啮合频率有关。当齿轮技术状况变差时，齿轮啮合频率的幅值明显增大。汽车传动轴不平衡、弯曲时，轴的旋转频率对应的幅值对传动轴的不平衡度最为敏感，轴频的二次谐波对传动轴松旷故障最敏感。可用特征频率的幅值来评价汽车传动系轴承故障。汽车传动轴后桥处测量轴频基波幅值图×—0°方向上；□—90°方向上；△—180°方向上；○—270°方向上后桥处测量，十字轴磨损松旷各间隙条件下谱阵图2汽车电器与电子控制系统故障诊断2.1汽车电子控制系统故障诊断基础知识2.2汽车电子控制系统故障检测诊断方法2.3汽车电子控制系统故障诊断共同原理与应用2.4电子控制自诊断系统的诊断范围与发展2.1汽车电子控制系统故障诊断基础知识（1）诊断汽车电子控制系统必须具备的基本条件（2）检测电子控制系统的注意事项（3）汽车电子控制系统检测程序（4）间断性故障诊断时的模拟方法2.2汽车电子控制系统故障检测诊断方法（1）汽车电子控制系统常用测试方法（2）使用汽车仪表诊断电子控制系统故障（3）使用数字式万用表诊断电子控制系统故障（4）使用汽车示波器诊断电子控制系统故障（5）使用数据流分析技术诊断电子控制系统故障（1）汽车电子控制系统常用测试方法●直接检查法。●拆线法。●搭铁法。●短接法（电源法）。●置换法。●条件改变法。●跟踪法。●分段查找法。（1）汽车电子控制系统常用测试方法●直接检查法。●拆线法。●搭铁法。●短接法（电源法）。●置换法。●条件改变法。●跟踪法。●分段查找法。●用万用表、示波器等仪器直接检查怀疑的故障部位（1）汽车电子控制系统常用测试方法●直接检查法。●拆线法。●搭铁法。●短接法（电源法）。●置换法。●条件改变法。●跟踪法。●分段查找法。●当故障码显示某一子系统有故障时，通过分析，推断可能是传感器、执行器或某一段线路有搭铁故障时，常采用拆线法进行检查。（1）汽车电子控制系统常用测试方法●直接检查法。●拆线法。●搭铁法。●短接法（电源法）。●置换法。●条件改变法。●跟踪法。●分段查找法。●当故障码显