电控发动机故障诊断平台设计及其试验分析_万文彬.docx

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1、 县： 丁 tJ,18 附 ： t i i: I： 如 ， 41弘 ！ 2. 编号 ： 习 ？ 吵 。 如 乙 JIANGSU UNIVER SITY 硕 士 学 位 论 文 即 IA STER S DISSE RTAT ION 论文题 日： 电拉 练动丸故障论昂 i t妇也 f 或其 vvl j 企 分 步了 学科专业 ： 作者姓 名： 指导教师 ： 答辩 日期： 袖 力 才 ， 城总 鸟 稳 石 主 精 在 J是 将 副放放 200 5 S、 辛 ） . 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和

2、电子版，允许论文 被查阅和 借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容编入有 关数据库进行 捡索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 保密 本学位论文属于 ，在 年我解密后适用本授权书。 不保密 3 独 创 性 申 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究做出 重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本 声明的法律结果由本人承担。 年 t 月 ;曰 电 控 发 动 机 故 障 诊 断

3、平 台 设 计 及 其 试 验 分 析 The Design of Diagnosis Testing Platform for Electronic Controlled Engine and Testing Analysis 专 业 名 称 动力机械及工程 指 导 教 师 李捷辉副教授 学 生 姓 名 万 文 彬 江 苏 大 学 二 零 零 五 年 三 月 摘 要 本文以 Jetta 5V 1.6L 电喷发动机为基础，在不影响电控发动机各种性能的 前提 下，对其电控系统进行改造 ,最终设计了一套电控发动机故障诊断试验平台。通过试 验平台对发动机反复设置各种电控系统故障，观察发动机所受到的影

4、响， 并结合各 种试验伩器得到相关的数据和波形，从而定量的分析故障对发动机产生 的影响。其 主要内容有： 1. 本文阐述了电控故障诊断的方法和分类，以及电控发动机故障自诊断系 统 的原理。 2. 通过对其电控系统进行简单的改造，设计和开发一套故障设置试验台， 使试 验台能反复模拟发动机在不同工况下各传感器、执行器、电控单元以及线路 的各种故 障，并提供了便利的检测接口和直观的动态显示面板。 3. 以 Jetta 5V 1.6L 电控发动机和故障设置台为基础，结合中成 EST-2002 测功 器及测控系统、尾气分析仪、油耗仪、 SY-380 故障诊断仪、 OTC 发动机分 析仪和万 用表等测试仪

5、器，搭建一个故障诊断试验平台。 4. 在此试验平台台上分别进行原机和故障试验，釆用适当的故障诊断方法 , 观 察发动机的变化，应用试验平台中各种测试仪器采集电控发动机的相关数据和 波形， 然后根据这些数据分析这些故障对发动机性能产生的影响，以及发动机电 控系统采 取的控制策略。本文重点进行了怠速试验、节气门传感器试验、空气流 量传感器试 验、爆震传感器试验和氧传感器试验，并对其结果进行了详细分析。 5. 最后对全文进行了总结，并提出了一些参考意见。 关键词 ：电控发动机；试验平台；故障诊断；故障模拟；设计；分析 Abstract Based on Jetta 5V 1.6L electroni

6、c injection engine5 This paper , under the premise of not affecting all kinds of electronic controlled engine performances, has completed to rebuild its electronic control system, at last designed a set of the experimental bench of failure simulation for electronic controlled engine. Through the ben

7、ch we continuously set various kind of failure of electronic control system to engine, observe affection of engine, gain relative data and wave map applying many experiment apparatus and quantitatively analyze affection which the failure causes engine. The contents are: 1. The thesis expounds the st

8、ructure of electronic controlled engine, the method and classification of failure diagnosis of electronic control system, and the principle of fault self-diagnosis of electronic controlled engine. 2. It designs and develops a set of experimental bench of setting-failuresimply rebuilded to its electr

9、onic control system. The bench can continuously produce different failures of sensors , actuators, electronic controlled unit and circuits. And it can provide convenient inspect port and intuitionistic dynamic display board. 3. In the paper an experimental bench of failure simulation is builded, whi

10、ch is based on Jetta 5V 1.6L electronic injection engine and the experimental bench of setting-failure, included many test apparatus such as Zhongcheng dynamometer & test control system, emission analyzer, fuel consumption analyzer, SY-380 fault diagnosis analyzer, OTC engine analyzer and multimeter

11、 . 4. In the bench we make many failure experiment, adopt some appropriate fault diagnosis methods, watch the change of engine , record relative data, and according to data analyze affection which the failure causes engine. The paper emphasizes to analyze these experimental results, such as idle exp

12、eriment, throttle sensor experiment, MAF sensor experiment, knock sensor experiment and oxygen sensor experiment. 5. Finally it summarizes to all contents above and provides some consulting opinions. Key words： Electronic controlled engine; Testing Platform; Fault diagnosis; Failure simulation; Desi

13、gn; Analysis 目 录 胃雜 . 1 u 引言 . 1 1.2 汽车故障诊断技术的发展 . 1 1.2.1 汽车故障诊断技术的发展概况 . 1 1.2.2 国外汽车故障诊断技术的发展现状 . 2 1.2.3 国内汽车故障诊断技术的发展现状 . 4 1.2.4 汽车诊断技术的发展趋势 . 5 1.3 本课题的主要内容和意义 . 5 第二章 电控发动机故障诊断 . 7 2.1 故障诊断的分类 . 7 2.1.1 随车诊断 . 8 2.1.2 车外诊断 . 10 2.1.3 集成诊断 . 11 2.2 故障诊断的原理及方法 . 12 2.2.1 基于模型的方法 . 12 2.2.2 基于知

14、识的方法 . 13 2.2.3 信号分析及模式识别法 . 14 2.2.4 基于神经网络的方法 . 14 2.3 本文采用的故障诊断方法 . 15 2.4 本章小结 . 15 第三章电控发动机故障诊断试验平台建立 . 16 3.1 故障诊断试验平台的设计目的 . 16 3.2 试验平台设计要求 . 16 3.3 故障诊断试验平台的设计方案 . 17 3.4 故障诊断试验平台的建立 . 18 3.4.1 试验平台的基本组成介绍 . 18 3.4.2 故障设置试验台设计 . 29 3.4.3 试验台控制面板设计及电路设计 . 36 3.5 本章小结 . 37 第四章故障诊断试验及结果分析 . 38

15、 4.1 试验目的 . 38 4.2 试验方案 . 38 4.3 试验依据及方法 . 39 4.3.1 自诊断系统的工作过程 . 39 4.3.2 故障自诊断系统的形式 . 40 4.3.3 故障自诊断系统的功用 . 41 4J.4 进入故障自诊断系统的方 法 . 42 4.3.5 故障代码的清除 . 42 4.3.6 故障自诊断操作所要注意的问题 . 43 4.4 电控发动机故障诊断试验结果及分析 . 44 4.4.1 原机试验 . 44 4.4.2 怠速试验 . 46 4.4.3 节气门电位计 CG69)试验 . 48 4.4.4 空气质量流量传感器（ G70)试验 . 51 4.4.5

16、冷却液温度传感器（ G62)和进气温度传感器（ G72)试验 . 55 4.4.6 爆震传感器（ G61 或 G66)试验 . 56 4.4.7 氧传感器（ G39)试验 . 58 4.4.8 其他信号试验 . 60 4.5 本章小结 . 61 第五章总结与展望 . 62 5.1 . 62 5 _ 2 展望 . 63 #考献 . 65 M . 68 攻读学位期间发表的文章 . 69 第 一 章 绪 论 1 . 1 引言 现代汽车电子技术是汽车技术与电子技术相结合的产物。自七十年代首块电 脑 （ ECU)在汽车上应用以来，给汽车工业带来划时代的的变化，特别是近十年 来， 电子信息技术发展十分迅猛

17、，并且越来越多地被引入到汽车装置上，使汽车 越来越 智能化。所谓 “汽车智能化 ”，就是将先进的电子信息技术、数据通讯传 输技术、电 子传感技术、自动控制技术、计算机处理技术等有效地整合，集成运 用于汽车装置， 实现大范围、全方位发挥作用的实时、准确、安全、高效、环保 的综合运行系统。 在电池动力和代用燃料动力汽车技术还不十分完善的今天，以 燃烧汽油为动 力 的汽车依然是当今汽车工业的主导产品。随着汽车工业的发展，全球汽车产量 逐年 增长，石油需求量飞速增长，而石油是不可再生的资源，这就导致汽油价格 飙升， 进而使节油汽车日益受到广大普通用户的关注。因此，运用高科技手段一 一微电子 控制（简称

18、电控）技术，使每一滴油都充分有效地燃烧干净，便成为世 界各大汽车 制造公司竞相追求的目标。同时，随着环境保护愈来愈受到人们的关 注，汽车在尾 气排放方面也要求越来越严格，这也推进了汽车特别是汽车发动机 电控技术的发展。 与此同时，汽车发动机电控化、汽车电子化和智能化也带来许多问题，使得 汽 车的故障也变得越来越复杂，除了以前相对简单的机械故障外，它还包括了更 为复 杂的电控系统故障，这就要求我们要有与之相适应的更为先进的故障诊断技 术，以 前简单的诊断技术已经不能满足当今逐渐电控化的汽车的需要。 1.2 汽车故障诊断技术的发展 241517_ 1.2.1 汽车故障诊断技术的发展概况 现代汽车故

19、障诊断技术起始于 60 年代末的西方发达国家，随着汽车结构的 日益复杂，必然要求有相应的诊断手段来满足其维护的需求，因此，汽车诊断技 术 在过去的几十年中取到了迅速的发展。汽车诊断技术的发展经历了三个阶段。 * 人工检验阶段 早期的汽车诊断，主要依靠有一定技术和经验的工匠，凭耳听、手摸的方法 来 了解汽车的技术状况，再根据已掌握的实践经验进行汽车故障的诊断。该诊断 方 式完全靠检查者的感觉和经验进行。这种诊断方法总结起来主要是：问、看、嗅、 听、摸、试、断。这种方法简单、经济，但是准确性差，很大程度上依赖于 操作 者的经验。 *运用简单的仪器、仪表进行测量阶段 随着诊 断技术的进步，一些简单的

20、测试仪器，如：水温表、转速表等应用于 汽 车的故障诊断中，从而使诊断技术从耳听手摸的定性阶段，逐渐发展到仪器、 仪 表的定量测量阶段。这种方法为汽车故障诊断提供了客观依据，不足之处是仪 器 分散，对故障缺乏综合的分析和判断。 *利用专门设备进行综合的诊断阶段 专家系统的发展和现代化电子技术的进步为汽车故障诊断提供了更先进的 诊 断工具和方法。在汽车总成不解体的情况下，用先进的仪器和设备测出汽车有 关 数据，通过电子计算机的处理，就能显示汽车的技术状况或寻找故障的原因。 在 七十年代，随着专家系统的发展和电子计算机智能化的提高，用计算机储存专 家 知识，建立汽车故障诊断专家系统，把汽车故障诊断推

21、向更加智能化的阶段。 1.2.2 国外汽车故障诊断技术的发展现状 1151 专用的汽车故障诊断仪最早出现在 70 年代初期。原西德在 1972 年推出了他 们 研制的国民牌车外诊断装置，该装置可以对特定车型的 80 多个项目进行检测，并 能输出打印结果。随后，美国和日本也开发出了类似装置，但因为受当时技术 水 平的限制，这些车外诊断装置的诊断效果并不理想。 为了克服车外诊断装置的局 限性， 1979 年，美国通用公司在其所生产汽车 的 电控汽油喷射系统中，正式采用了随车诊断系统。在随后的几年中，欧、美、 曰 等国的汽车生产厂商陆续在各自生产的汽车上配备了随车诊断系统，随车诊断 系 统成为各汽车

22、生产厂商完善其产品功能，增强市场竞争力的一个重要标志。 随车诊断系统主要有如下功能： 有严重故障时向驾驶员报警。 存储并显示故障代码。 实行容错控制，使汽车在某些故障下不丧失基本行驶能力 . 在 80 年代和 90 年代初的汽车上配备的随车诊断系统，多为各汽车生产厂商 独 立开发的，因此，无论在检测项目、通信协议、接口标准以及故障代码的定义 等方 面，不同厂商的产品都存在着较大的差异，因而也给不同车型的维修工作带 来不便。 1988 年，美国汽车工程师协会 (SAE)、美国环保署 (EPA)、加州空气资源委 员会 (BARB)协同提出了 OBDI 随车诊断系统，其目的是加快燃油喷射系统的维 修

23、速度， 提高其维修质量 ， OBDI 系统能够实时监视控制模块、与控制模块相连 的各传感器、 燃油表系统以及废气再循环系统等等。随后，美国汽车工程师协会 开始着手制定一 些 OBDII 的标准。 1993 年，美国环保署颁布了相应的规定，一些 1994 年出厂的轻型车上开始 配 备 OBDII 随车诊断系统。 根据美国环保署与加州空气资源委员会的规定 43K45i，自 1996 年 1 月 1 日起，所 有美国公新出厂的汽车都必须配备 OBDII 随车诊断系统。并且，许多欧洲及 亚洲 的汽车公司也在其汽车中安装了 OBDII 随车诊断系统。 OBDII 随车诊断系统的优越性主要体现在如下方面：

24、 统一了汽车内部网络的通信协议。 统一了故障诊断接口。 统一了故障代码的设置。 扩充了随车诊断系统的检测项目。 与随车诊断系统配合使用的是一类专用的电控系统检侧仪，如 scan 诊断仪，这 些诊断仪的主要功能是： 可以方便地提取故障代码。 可以提取部分故障数据。 具备清除故障代码的功能。 通过扩充接口与模块，可以检测多种车型。 某些检测仪具备行驶检测功能。 具备打印输出功能。 可以和普通个人计算机联机，并输出检侧结果。 伴随着 OBDII 随车诊断系统的出现，国外许多企业和研究部门开发出了专 门 用于 OBDII 系统的检测仪。如美国 BARB 公司出品的 OBDII 随车诊断系统检 测仪，

25、就可以对所有釆用 OBDII 系统的汽车进行检测，并具有自动配置，数据 存储，打 印输出等功能。 28 电控汽车检测伩作为随车诊断系统与用户的界面设备，可以使用户获得汽车 运行的故障代码与数据信息，但同样不具备故障分析与维修指导功能，只起着随 车 诊断系统数据传输的功能。 1.2.3 国内汽车故障诊断技术的发展现状 国内的汽车故障诊断技术的研究起始于 70 年代后期， 1977 年，国家为改变 汽 车维修行业技术落后的局面，下达了 “汽车不解体检验技术 ”的研究课题，标 志着 我国汽车诊断技术研究的开始。 80 年代以来，我国汽车诊断主要集中在专用的诊断和检测仪器的研制开发 上 15471。目

26、前，国内已开发成功的汽车检侧设备主要有 :发动机无外载加速测试 仪、 发动机废气分析仪、发动机异响诊断仪、汽车制动试验台、发动机综合测试 仪等。 与此同时，各种研究院所也纷纷对汽车故障诊断的理论和方法进行了研究 , 将专家 系统理论、 信号处理技术、模糊诊断理论以及人工智能技术应用于汽车故 障的诊 断领域。 80 年代初，一汽奥迪与北京切诺基汽车率先在其电喷发动机中采用了随车 诊 断系统，开始了随车诊断系统在我国的推广。现在，在我国生产的各类轿车中，都 已配备了随车诊断系统，并且，在 1999 年投产的上海别克轿车中还配备了先 进 OBDII 随车诊断系统。 90 年代以来，我国出现了企业自行

27、研制开发的汽车电控系统检侧仪，这类 检 侧仪大多采用单板机技术制造，并配备有多种车型的检侧卡和连接器，可以对 欧、 美、亚及国内生产的多种电控汽车进行故障检测。 90 年代后期，随着带有 OBDII 随车诊断系统的电控汽车在我国逐渐增多 ，一 些厂商生产出了具备 OBDII 检测功能的电控汽车检测仪。例如深圳元征计算机公司生产的 “电眼睛 ”汽车电 控系统 检测仪，适用于亚、欧、美各大车系 2000 多种车型的发动机、变速箱、 防抱刹车、 防撞气囊等系统的故障检测，可进行数据流、故障码及发动机动态测 试，并具备直接 打印以及与 PC 机联机打印等功能。 上述检测仪的特点是结构小巧精致，通信功能

28、强，检测项目较全，适用车型 广 等。其不足之处是仅限于故障代码与数据的检测提取，不具备帮助维修人员分 析判 断故障部位及原因的功能，即不具备专家系统的功能。维修人员在提取出与 故障有 关的数据后，仍需要查阅有关的维修手册，进行进一步的判断。 1.2.4 汽车诊断技术的发展趋势 国内外的研究表明 427，汽车故障的诊断方式已由随车诊断与车外诊断的相 互 独立走向相互结合。将电控系统检测仪完善的数据通信功能与专家系统强大的 分析 判断功能相结合，并充分运用现代计算机技术在人工智能、神经网络、模糊 诊断以 及基于决策的数据仓库的最新成果，将是新一代电控汽车诊断技术的发展 方向。目 前诊断技术的发展趋

29、势仍然是不断开辟新的诊断技术，大量引用新的技 术、新的工 艺。有关专家认为，就诊断技术而言，它的发展方向是： a. 增大难度较大的诊断项目，扩大诊断范围，开发和充实新的诊断软件以 提 高对复杂故障和多种故障的诊断能力。 b. 不断开发新的汽车诊断专家系统，利用计算机存储量大、运算速度快的 特 点，对现有专家系统进行大量的扩充和改进。 c. 利用声响和振动以及其它一些方法进行诊断。 1.3 本课题的主要内容和意义 通过上述分析，我们知道汽车发动机故障诊断和维修的传统的 “问、看、嗅、听、 摸、试、断 ”方法己经不在适用于社会的发展需要，这就要求维修人员和试 验人员 不仅仅要有机械方面的知识，还需

30、要电子、控制、计算机等等各个方面的 综合知识。 传统的维修方式己远远不能满足对现代汽车的维修要求。当前，制约 我国汽车维修 行业发展的主要因素是人才和技术缺乏，而不是资金和装备缺乏。许多从事汽车维 修多年的技工，检测诊断机械故障得心应手，但一接触由微机控 制的发动机管理系统故障，就感到有些力不从心，不知从何下手。许多维修工依 然 是凭 “经验维修 ”，而不是 “数据维修 ”；诊断汽车电控故障依然靠 “换件诊断 ”， 而不 是 “技术诊断 ”，造成错诊误断、错换部件等现象层出不穷，使得维修费用 也居高 不下。许多汽车电控系统故障不是 “用 ”出来的，而是 “修 ”出来的。与 此同时，大部 分高等院校对电控发动机知识的讲解还只是停留在书本知识的传授 上。虽然理论 知识很多，但是由于没有实践的机会，学生对老师讲解的电控发动 机知识不能形 成深刻的、系统的认识和记忆。对发动机故障的了解只是停留在老 师介绍的个别 情况上，至于这些故障产生的原因以及其他发动机的情况还不能深 刻地了解。 电控发动机故障模拟试验台就是为了解决这些问题而建立的。该试验台不仅 可以为汽车维修人员、研究人员以及汽车发动机专业学生熟悉电控发动机提供机 会