完整版基于神经网络的发动机故障诊断方案分析.docx
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完整版基于神经网络的发动机故障诊断方案分析
基于神经网络的发动机故障诊断分析
[摘要]发动机是汽车的动力来源,因此发动机故障诊断技术的研究,对改善汽车的良好性能和确保汽车的运行安全有着重要作用。
本文首先分析了国内外汽车故障诊断技术的发展及现状,介绍并分析一些故障诊断的主要理论和方法。
通过对发动机故障征兆及技术状态特征的分析,确定发动机的工况和故障征兆的主要影响因素,并利用VAG1552汽车故障诊断仪收集故障样本集,通过RBF网络模型对大量样本进行训练,仿真实验表明诊断模型对发动机故障模式识别有很高的准确率,具有很高的实际应用价值。
[关键词]发动机故障诊断故障征兆RBF神经网络
TheAnalysisoftheEngineFaultDiagnosisBasedonNeuralNetwork
[Abstract]Theengineisthepowersourceofthecar,sotheresearchonenginefaultdiagnosistechnologyofthecar.First,thispaperanalyzesthedevelopmentandcurrentsituationofdomesticandforeignautomotivefaultdiagnosistechnologyandthenintroducesandanalyzesanumberofmaintheoriesandmethodsoffaultdiagnosis.Then,throughtheanalysisofthetechnicalstateoftheenginefailuresymptomsandcharacteristics,itdeterminesthemainfactorsoftheengineoperatingconditionsandfaultsymptoms.AndusingtheVAG1552automotivefaultdiagnosticthepapercollectsthedataoffaultsample,andthroughtrainingthesampleswithRBFneuralnetwork,thesimulationresultsshowsthatthediagnosismodelrecognitionofenginefaultand,正常运行时候大,但是转速越高,使整个循环速度加快,燃油没有足够时间完全燃烧就排出去了。
所以油耗会呈数倍增加。
所以不是转速越高越好。
(2)冷却液
冷却液主要功能为保护发动机正常良好运行,在发动机水箱内循环,起到防冻、防沸、防锈、防腐蚀等效果。
发动机运转时燃烧室内的混合汽燃烧后会产生高温的压缩气体(约为800—2000℃),运动部件受热膨胀会破坏正常的配合间隙,影响发动机其他部件的损坏;而如果发动机温度过低,还会造成汽缸进气温度过低、燃烧不正常、功率下降、油耗增加等现象。
因此,冷却液温度一般在80℃—100℃,可以起到冷却发动机部件、防止冷却液凝固、防止冷却系统部件生锈、防止过热的作用。
(3)进气温度
进气温度过高会使可燃混合气温度过高,造成不完全燃烧。
影响发动机工作能力。
(4)点火提前角
从点火时刻起到活塞到达压缩上止点,这段时间内曲轴转过的角度,就是点火提前角。
影响点火提前角最大的因素是转速。
混合气从点燃、燃烧到烧完有一个时间过程,随着转速的上升,转过同样角度的时间变短,只有更大的提前角才能得到相应的提前时间。
理论上最小点火提前角为0度,但为了防止在进气行程点燃进气,往往设为5度以上,这也是启动转速所需要的角度。
最大点火提前角也不能太大,一般不能超过60度,否则振动和温升问题将凸显,效率也将下降。
实际上曲轴结构的转速是受限的。
点火过早,会造成爆震,活塞上行受阻,效率降低,磨损加剧。
点火过迟,气体做功效率低,排气声大。
不论点火过早或过迟,都会影响转速的提升。
(5)节气门开度
指发动机节气门的开启角度,汽车发动机节气门由驾驶员通过加速踏板来操纵,以改变发动机的进气量,从而可以控制发动机的运转。
(6)空燃比
发动机工作时,燃料必须和吸进的空气成适当的比例,才能形成可以燃烧的混合气。
混合气中空气与燃料之间的质量的比例,就是空燃比。
ECU计算机控制燃油喷射,空气流量是由空气流量传感器测定,进气压力传感器吸入发动机的空气流量,为空气流量计测出的进气量做修正,从而控制汽油喷射发动机在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气。
从理论上说,每克燃料完全燃烧所需的最少的空气克数,叫做理论空燃比。
空燃比大于理论值的混合气叫做稀混合气,气多油少,燃烧完全,油耗低,污染小,但功率较小。
空燃比小于理论值的混合气叫做浓混合气,气少油多,功率较大,但燃烧不完全,油耗高,污染大。
因此,为了降低油耗和减少污染,应当尽量使用空燃比大的稀混合气,只在需要时才提供浓混合气。
(7)发动机负荷变动率
发动机负荷变动率是发动机在某一转速下,当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比。
发动机负荷大了,会减少发动机寿命,严重的可导致发动机停止运转或者部件损坏。
本章描述了电喷发动机的典型故障征兆及状态特征,并提出了在各种运行工况下的技术状态描述的总体参数,为后面利用神经网络的模式识别方法进行故障诊断提供了基础。
4.诊断实例
4.1故障征兆分析和数据获取
神经网络的训练样本是进行故障模式识别的基础,由于同样的故障模式其产生的故障原因可能不同,因此,利用神经网络进行故障模式识别时,通过对不同故障原因的神经网络样本进行训练,才能达到识别故障的目的。
RBF网络故障诊断流程如图4-1。
4.1.1怠速不稳原因分析
故障模式识别的目的就是通过确认故障模式来判别故障原因或部位。
本文以故障征兆——怠速不稳为例,通过对产生怠速不稳故障征兆的3种故障原因的分析,结合神经网络方法,达到进行故障模式识别的目的。
怠速工况是指,在发动机运转时完全放松油门踏板,指发动机空转时的一种工作状况。
发动机怠速运转时,控制系统以闭环的控制方式工作。
ECU检测发动机的转速、温度和负荷状态,来控制电机以稳定怠速转速。
造成怠速故障的主要原因有怠速电机不工作、进气系统漏气、某缸喷油嘴堵等。
(l)怠速电机不工作
电喷发动机的怠速控制采用闭环方式,怠速控制阀的机械故障(如怠速阀卡滞,封闭不严漏气)和电器故障,都将造成怠速不稳定的现象。
(2)进气系统漏气
进气系统的漏气量将随发动机转速的变化而改变。
由于怠速控制条件的改变,使发动机的怠速受漏气量的影响而导致转速的波动现象,因而造成发动机怠速不稳。
(3)某缸喷油嘴堵
对于多点喷射的电喷发动机来讲,每个气缸都分别对应装有一个喷油器。
由于喷油器的堵塞,将造成实际喷油量的减少和各缸供油量不均匀。
因此,每个缸的实际功率也不同程度的减少,并造成发动机怠速不稳定的现象。
4.1.2实验数据的获取
本文采用故障诊断仪VAG1552,对捷达轿车ATK型(压力型)发动机进行样本采集。
在采集数据前,要进行相应的系统检测,应保证蓄电池电压正常,发动机和变速器的搭铁线正常,然后按照正确的步骤连接诊断仪和汽车。
在无故障码的条件下,设置发动机的工作状态分别为:
怠速正常工作;怠速电机不工作;进气系统漏气;某缸喷油嘴堵。
采集数据如下:
4-1怠速正常工作
样
本
数
发动机转
速r.min
冷却液温度℃
进气温
度℃
喷油时
间ms
进气压
力kPa
点火提
前角°
节气门
开度%
调
节值%
发动机负荷变动率%
1
2
3
4
5
6
7
8
860
870
865
870
860
865
870
860
94
94
95
95
95
94
94
95
42
41
41
42
41
42
42
42
2.0
2.2
2.4
2.2
3.0
2.5
2.8
3.0
33.1
34.6
33.6
34.0
33.5
34.0
34.2
35.0
5.0
5.5
51
5.8
6.2
4.9
6.0
7.3
3.5
3.3
3.4
3.2
3.0
3.1
3.0
3.4
-2.7
-2.9
-2.6
-2.7
-2.6
-2.8
-2.1
-2.4
19.1
19.8
18.2
20.0
19.4
18.8
19.8
19.2
4-2怠速电机不工作
样
本
数
发动机转
速r.min
冷却液温度℃
进气温
度℃
喷油时
间ms
进气压
力kPa
点火提
前角°
节气门
开度%
调
节值%
发动机负荷变动率%
1
2
3
4
5
6
7
8
2142
2146
2154
2183
2170
2162
2150
2160
94
95
95
95
94
94
94
95
41
42
42
42
41
41
42
42
2
2
2
2
2
2
2
2
22.4
22.6
22.4
22.4
23.0
23.0
22.5
22.8
37.5
37.6
37.8
38.2
38
37.8
37.5
38.1
100
100
100
100
100
100
100
100
0
0
0
0
0
0
0
0
12.6
12.9
13.6
17.3
16.4
14.6
13.3
14.4
4-3进气系统漏气
样
本
数
发动机转
速r.min
冷却液温度℃
进气温
度℃
喷油时
间ms
进气压
力kPa
点火提
前角°
节气门
开度%
调
节值%
发动机负荷变动率%
1
2
3
4
5
6
7
8
900
860
930
960
1020
990
1090
1120
94
94
95
95
94
94
94
95
40
40
41
40
42
40
41
42
2.2
3.2
5.1
3
2
3.2
3
3.2
37.7
39.7
41.8
39.7
35.7
38.4
37
37.8
4.5
2.2
5.2
7.8
14.3
11
16.2
19.1
3.5
3.1
3.9
4.2
5.2
4.8
5.6
6
-1.99
0
-2.7
-3.5
25
17.14
27.7
29.2
21.9
17.6
22.7
21.7
25
23.9
20.7
22.7
4-4某缸喷油嘴堵
样
本
数
发动机转
速r.min
冷却液温
度℃
进气温
度℃
喷油时
间ms
进气压
力kPa
点火提
前角°
节气门
开度%
调
节值%
发动机负荷变动率%
1
2
3
4
5
6
7
8
826
830
814
836
854
842
832
860
94
94
95
94
95
94
94
95
42
41
41
42
41
42
42
42
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