_汽车发动机故障辅助分析仪的设计初稿.doc
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1、汽车发动机故障辅助分析诊断系统的设计摘 要因为电子技术近年来已经在汽车领域内得到了普遍运用, 针对维修技术人员也有了更为专业的要求。为了适应国内外汽车市场的发展进程, 设计一个能够推理汽车发动机故障的辅助分析诊断系统, 以此早日实现现代化汽车发动机故障维修。本文主要通过分析帕萨特B5发动机的一些常见故障后用利用VB软件来进行发动机故障诊断系统的一个设计,此系统可适用于汽车专业学生的教育教学,也方便了一些维修厂点的故障诊断,可提高修理的维修时效,并且节约大量仪器成本。关键词:维修时效;故障诊断;现代化;节约成本ABSTRACTBecause electronic technology has b
2、een widely used in the field of automobiles in recent years, there are also more professional requirements for maintenance technicians. In order to adapt to the development process of domestic and foreign automobile markets, an auxiliary analysis and diagnosis system capable of reasoning automobile
3、engine faults is designed so as to realize modern automobile engine fault maintenance as soon as possible.In this paper, after analyzing some common faults of Passat B5 engine, VB software is used to design a fault diagnosis system for the engine. This system can be applied to the education and teac
4、hing of students majoring in automobile, and it is also convenient for fault diagnosis in some repair shops. It can improve the repair time and save a lot of instrument costs.Key words: Maintenance time limit,Fault diagnosis,Modernization,Cost savingsI目 录摘 要IABSTRACTI第一章 绪论11.1课题设计的背景和意义11.3国内外汽车诊断技
5、术的发展情况11.4系统的设计思想4第二章 汽车发动机故障辅助分析诊断系统需求分析62.1社会背景分析62.2学校教育及中小型修理厂需求分析6第三章 基于VB发动机故障诊断系统设计63.1 总界面的设计63.2 诊断系统主界面设计73.3 汽车发动机原理83.4 汽车发动机常见故障93.5 诊断系统的调试183.5.1 程序调试183.5.2 运行准备193.5.3 功能说明19第四章 实例分析20致 谢20参考文献22II第一章 绪论1.1课题设计的背景和意义1.1.1 课题设计的背景国民经济持续快速的发展,伴随着汽车工业的发展日新月异,汽车开始成为国民普遍的代步工具,逐步走进家庭。汽车更新
6、的速度也越来越快,其中最关键的部位汽车发动机作为汽车的驱动动力源和重要组件,由于其结构复杂,所处工作环境极差,发生故障的概率非常高。国内外各式各样诊断汽车故障仪器的涌现,逐渐满足现代汽车技术发展的需要。它适合用于汽车专业的教育教学和一些汽车修理厂对汽车快速诊断出故障的需求,可以节约很大的成本。经济和操作简单是首要要求。VB作为既省时又省力的编程软件来设计汽车发动机故障诊断系统位学生操作以及维修人员提供了极大的便利。1.1.2 课题设计的意义1.节省大量仪器设备的投资,降低成本。2.可以提高数据读取的可靠性。3.提高数据读取速度。软件模拟可以通过数据模拟来完成,教师可以通过操作界面点击来连接和读
7、取信号源,通过数据模拟完成非实地实物教学,极大的提高数据读取及教学效率。4.提高教学过程的真实性和可控性。通过投影界面可以为学习者提供可视化教学学习,通过直观可见的学习过程,增加学习者的接受及理解程度,从而提高学习过程的真实性及学习效率。1.3国内外汽车诊断技术的发展情况1.3.1国外汽车诊断技术的发展随着不断增加的汽车数量,汽车故障诊断技术也在逐步提升,针对汽车故障诊断技术,国内外许多专家进行了很多深刻的研究,并取得了非常高的成就。1998年,Kesheng Wang等人针对汽车发动机研究出了专家系统开发工具,并借此开发出名为EXEDS(专家引擎诊断系统)的新原型,对维修人员对发动机进行故障
8、诊断提供了更好的帮助 1 。2008年Ross Mc Murran和YingpingHuan等人基于贝叶斯网络提出了一种用于指导离线车辆故障诊断的创新方法,通过构建单个与多个症状的诊断模型,从而以概率的方式诊断汽车故障,并通过实验验证取得了良好的诊断效果 2 。同年,Murphey和Zhihang Chen等人在汽车的终端测试和车载失火检测方面提出了一种学习框架增量式神经网络学习框架,该学习框架经过实验证明,能够通过对汽车发动机中的不平衡和噪声数据进行增量学习,从而实现相关汽车故障的诊断。2010年Kueihsiang Chao和Menghui Wang等人基于拓展神经网络类型1(ENN-1)
9、提出用于发动机故障诊断的新型诊断方法,并通过实验结果证明该诊断方法的自适应速度非常快,结构非常简单,可以高效快速的处理发动机故障数据中的噪声故障。2013年Bahri B、 Aziz AA 等人提出了人工神经网络(ANN)的诊断方法用以应对汽车发动机失火故障,通过实验结果表明,人工神经网络(ANN)这一故障诊断系统对于提高发动机故障诊断是具有可行性的。2015年Ryan Ahmed等人提出了利用曲柄角域振动数据阳离子技术,用于对发动机的故障检测和分类。2017年Rauber T W,Oliveira-Santos T等人在自动故障诊断分类器架构方面进行了较为深刻的研究,在研究中表明极限学习机(
10、ELM)有着极好的泛化能力,可以广泛运用于故障诊断分类器中。同年, Razavi-Far R,Saif M等人非常适合故障诊断的极限学习机的自适应增量集合,具有优良的可控性和快速学习性。同时在2017年,Lan G,Cheng N,Li Q等人在故障检测和隔离方面应用了K-最近邻、支持向量机、决策树和线性判别分析等分类方法,同时针对不同的方法进行了大量训练样本测试、小型训练样本测试、少量特征采纳和噪声数据测试等不同条件下的相关测试。同时根据训练分类精度在这些方法之间从精度和时间效率两方面进行了比较,最终提出这四种分类方法的融合算法。实验结果证明,支持向量机虽然时间效率较差,但具有优异的精度性能
11、,而线性判别分析不仅具有非常优异的精度性能,在时间效率方面也表现良好,因此融合算法与任何一种方法相比都具有更优异的精度 3 。1.3.2 国内汽车诊断技术的发展我国有很多专家和学者对汽车发动机的故障诊断进行了大量的研究,获得了非常多的成果。在2001年,燕学智和钱耀义对于利用传统的专家系统理论对汽车故障进行诊断进行了相关分析,发现了传统的专家系统理论在知识的获取与表达等方面还存在着一定的缺陷,接着提出了利用人工神经网络技术来解决发动机故障的设想 4 。2008年陈瑜和胡毅对汽车发动机故障诊断进行了相关的研究,提出了汽车发动机点火系统故障的BP神经网络诊断模型。与传统专家系统的比较表明,BP神经
12、网络具有更好的内部知识表达形式,自动适应不断变化的环境,并大规模并行处理数据的优势。2008年陈振、孙红旗等人提出一种径向基函数的神经网络结构,并且以它为模型对汽车发动机进行了故障识别,并和BP神经网络在相同的故障样本下做了实验对比。结果验证,用径向基函数神经网络方法进行故障诊断具有更好的快速性和准确性。在2011年,太原理工大学的张伟在传统专家系统理论的基础上做了进一步的拓展。提出了一种将人工神经网络与专家系统相结合的故障诊断系统,并且将它应用到了发动机的故障诊断领域中,分别对发动机在正常工作状态,失火程度较轻,失火程度较重三种工况的不同转速下的汽车尾气含量进行了逐一测量,将汽车尾气中的主成
13、分含量作为训练样本,经过实验分析,证明了所提出的诊断系统达到了故障诊断的要求 5 。2015年内蒙古工业大学的牛家骅针对发动机的点火系统异常和气门间隙异常的故障,分析了经验模态分解法在发动机故障诊断领域的应用,并提出了一种采用整体经验平均模态分解的发动机故障分析方法,支持向量机组合诊断。2015年,新疆农业大学王树提分别采用BP神经网络、ELMAN神经网络和SOM神经网络算法对汽车发动机进行故障诊断,并将其与SPSS聚类方法进行比较,发现神经网络在识别汽车发动机故障方面具有较好的识别效果。2016年刘平、简嘉文结合传感器网络和神经网络技术设计了汽车尾气检测系统,结果表明模型实现更简单,收敛更快
14、,收敛精度和预测精度更高 6 。由于发动机排放的废气中不同组成成分的体积分数包含大量燃烧过程的信息,即废气中每种组成成分的体积分数在不同故障情况下其分数值是不同的。1998年,袁泉,张建阳等人提出了利用模糊神经网络技术与专家系统相结合的发动机故障诊断方法,采集不同故障下汽车发动机废气中HC、CO、CO2 和O2 的含量,通过提出的相关算法对其进行故障推理和诊断分析。首先利用人工神经网络进行训练测试从而得到相关的故障分类,再利用专家系统理论对相关信息进行解释和推理,从而实现发动机常见故障的快速智能化诊断。2005年李增芳等人综合了神经网络和粗糙集理论在信息处理方面的优势,并引入到发动机性能状况与
15、汽车废气变化的分析当中,从而建立了人工神经网络和粗糙集理论相结合的发动机故障诊断模型。2007年,mengyong和Wang fring分析了汽车发动机尾气主要成分的含量,采用了神经网络和专家系统这两种人工智能技术,根据汽车尾气对发动机故障进行推理和诊断,从而验证了以下各项的有效性和准确性2008年,李强等人以发动机废气中的一氧化碳、碳氢化合物、二氧化碳和氧水平为抽样数据,采用矢量算法进行故障推理和诊断,成功实现了发动机故障,识别精度高chunhua等人,2010年,提出了一种基于废气成分分析和支持向量机的发动机故障排除方法。在2014年,毕晓君等人针对汽车发动机失火故障问题,提出了一种利用粒
16、子群算法优化相关向量机参数的汽车发动机故障诊断方法。采集不同失火故障下汽车尾气中各气体的体积分数作为特征向量,通过归一化保证样本的统一性。然后,将相关向量模型用于机器形成和粒子群算法,以优化相关向量的超参数,并最终用于类别故障排除。与采用遗传优化和支持向量算法的传统神经网络算法进行实验比较表明,采用粒子群算法优化相关向量参数的汽车发动机故障排除方法比传统方法诊断精度更高,强度更强。 1.4系统的设计思想故障排除系统通常分为三个阶段:分析、设计和实施。每个阶段都是一系列相关活动。在分析阶段,有必要了解诊断系统的目标,即确定应采取的行动。在设计阶段,确定如何在规定的条件下实现这些目标,即系统如何实
17、现这些目标。在实施阶段,认真实施设计,并对系统进行了多次测试,以改进系统。分析阶段类似于软件工程中的需求分析,一般可以分成以下几个步骤:1. 确定系统限制:限制可能来自系统内部或外部,主要限制包括需要使用固定软件或设备。2. 列出用户要求:此处的要求主要是任务说明中的要求。为了使诊断系统尽可能满足用户的需要,必须从各个角度考虑这些问题,例如系统使用的任务、系统接口、系统可扩展性、系统可靠性等;3. 确定开发计划:设计阶段主要决定系统如何在规定的范围内满足设计要求。这一阶段的主要步骤包括审查分析数据、了解使用的软件、审查设计等。经过上述准备工作,在设计本诊断系统时绘制了整个诊断系统框架,如图1-
18、1所示。 如图1-1所示,本诊断系统分为三个主要层:一层进入系统界面,一层用于所有子系统请求,一层用于终端。设计从进入系统界面开始,因为第一层更容易设计和简化;第二,子设计系统也比较容易在这一层上查询,这一层起着启动作用,或者是整个系统的一个核心部分;最后一步是设计最难、最复杂、内容最丰富的终端层。前两层设计完成后,连接界面设计相对简单;最后一个问题是,诊断系统只有在所有三个级别都连接起来并安装了embellis之后,才能基本完成。该诊断系统包含15个表格。图1-1 系统框架图在设计此诊断系统时,首先阅读了有关Visual Basic6.0的大量学习文档,并熟悉了与Visual Basic6.
19、0相关的命令和编写相关程序。第二,在经过多次检查后,使用了有关汽车引擎和学校图书馆网络资源的信息,并将其纳入这一进程。 还考虑了其他相关的科学和技术摘要,从而为诊断系统的设计提供了更好的指导。第二章 汽车发动机故障辅助分析诊断系统需求分析2.1社会背景分析随着国民经济和汽车产业的迅速发展,汽车逐渐进入家庭,成为人们的交通工具。汽车的更新速度也越来越快,汽车引擎是汽车的动力来源,也是汽车的主要部件。由于发动机结构复杂,运行条件差,故障率高国内外汽车诊断仪器不断提供,并适应现代高科技的迅速发展。经济实惠,操作方便,是汽车专业教学和快速故障排除部分汽车维修车间的理想之选。因此,利用VB软件设计汽车发
20、动机故障排除系统,方便维修人员和学生操作,节省时间、精力和金钱。2009年以来,出台了一系列政策,刺激中国汽车消费市场的快速发展,特别是降低了1.6升购置税和私家车排放,大大促进了中国汽车生产和销售的快速增长。根据调查的统计数字,近年来国内旅游车辆的更新周期大大缩短,目前的车辆年龄一般为3至6岁,其中25%不到3岁。因此,随着汽车产品更新的加快,人们在汽车未达到相应使用寿命的情况下提前购买新的汽车产品,这将进一步缩短汽车更换周期,刺激部分汽车需求。车队的增加,特别是私营部门的增加,对车辆维修产生了重大影响,车辆维修需求大幅增加。汽车进入家庭的速度加快,维修服务成为社会优先事项,维修行业面临新的
21、挑战。2.2学校教育及中小型修理厂需求分析随着国民经济以及我国汽车制造技术的不断发展,我国现阶段教授汽车专业的院校也越来越多,大多数院校的授课机器设备比较陈旧,不能跟随汽车技术的进步而跟新换代,更换新的机器需要投入大量的资金,这对于学校这个群体来说负担太大,而有了这个汽车发动机故障分析诊断系统之后将会为学校节约一大笔资金,并且学生在学习的过程中可以直观的看出发动机的问题在哪,诊断的过程是怎样的,提高学生的学习效率。随着国内汽车拥有量的增长,中小型汽车维修长的数量也随之猛增,而发动机诊断仪器对于这些中小型维修厂来说也是一笔巨大的开支,有了这套辅助诊断系统以后既可以帮助他们节省大量的资金,又可以节
22、省一些人力,提高他们的工作效率,提高他们的收入水平。第三章 基于VB发动机故障诊断系统设计3.1 总界面的设计总界面是整个程序的窗口,对于它的布局不仅要实现友好的用户界面而且还要准确简洁的衔接下一层。From1是这次诊断系统的总界面,在总界面中主要用的控件是Label,通过Click事件衔接下一层。设计步骤:第一步,利用窗体的属性对From窗体进行基本的交互界面设计; 第二步,开始编程,并且通过VB6.0自身的查看功能对每个编程语句进行查看;第三步,试运行软件,查看软件的衔接情况。总界面的设计程序中From.Hide作用是隐藏无需触发的窗体保证窗体显示正确无误,Form.Show与 From.
23、Hide的作用相反,通过Label_Click()事件的触发实现窗体与窗体之间的切换,从而实现层与层之间的衔接。3.2 诊断系统主界面设计诊断系统主界面是整个程序的核心界面,其它所有子功能都是由该窗体触发之后执行的。系统在执行完任务之后还要返回该界面方可执行其它的子功能。在所有窗体中,From2是诊断系统的主界面,在主界面中主要用到的控件是Command,通过Click事件衔接下一层。设计步骤:第一步,利用窗体的属性对诊断系统主界面的窗体进行基本的表面设计,对于主界面的表面设计注重三点,选择适当的控件、窗体及控件颜色的搭配和整个窗体的布局;第二步,开始编程,并且通过VB6.0自身的查看功能对每
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