摘要：随着我国国民生活水平的不断提高、科学技术的不断进步，汽车的使用量越来越大，汽车的发展速度也越来越快。在这种情况下，汽车运行过程中产生的故障因素更加繁杂、维修难度更高，对汽车机械故障成因及维修处理展开研究对于我国汽车产业发展有着重要的推进作用。结合实际情况，对汽车机械故障成因进行分析，并从发动机故障定位以及机械电子诊断技术方面对汽车故障的检测维修进行探讨。由实验可知，机械电子诊断技术视域下的汽车故障检测维修效果较好，能够为汽车机械故障检测维修提供帮助。
关键词：机械电子诊断；
汽车机械故障；
维修处理
中图分类号：U472 收稿日期：2023-05-16
DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.08.036
1 汽车机械故障成因
a.发动机怠速控制阀故障。当汽车发动机出现启动困难问题时，产生该类情况的主要原因就是发动机怠速或怠速控制阀故障。在这种情况下汽车会出现怠速不稳定、回火、排汽消声器放炮等情况。
b.点火线圈故障。当汽车启动时出现启动困难、怠速不稳以及转向过高问题时，则可判定点火线圈故障[1]。
c.发动机点火正时不对。如果汽车启动过程中出现汽油机温度过高、发动机加速无力、失速、启动困难等现象，则很有可能产生点火正时不对问题。
d.火花塞故障。点火正时不对与火花塞故障产生的情况较为相似，但是后者不会出现怠速转向过高以及汽油机温高现象。
e.传感器故障。因为汽车传感器故障类型多样，一般情况下主要分为空气流量故障、温度故障、曲轴位置故障以及传感器自身故障四大类。
f.空调系统故障。此类故障产生的主要原因主要在于冷循环漏气或制冷剂不足等，主要表现为空调管路堵塞、膨胀阀堵、压力泡漏气塞等现象。
g.汽车底盘故障。汽车底板结构相较于其他部分具有很强的复杂性与科学性，也是保障汽车稳定运行的重要保障。对于汽车底盘构造来说，主要分制动系统、传动系统与转向系统，其中传动系统因为包含电力、机械，以及液压传动等多种类型能够向发动机输出动力，这也是汽车底盘最重要的部分。当离合器产生异响，汽车启动时踩下踏板踏板与杆分离时则代表传动系统出现故障。
h.电子控制系统故障。电子控制系统产生故障的原因主要在于系统温度过高、冷却液添加不及时等因素。
i.高压电故障。汽车在启动过程中需要发电机与发动机共同运作提供动力，只有保持稳定的、充足的动力支持汽车才能正常行驶。高压电故障原因主要在于碰撞开关异常、预充电异常、主接触器粘连等方面[2]。
2 发动机故障定位
对于汽车机械故障来说，故障较难排查、明确的部分主要在发动机。因此本文首先确定发动机故障定位方法，为后续的维修处理奠定基础。
2.1 发动机故障特征提取
本文主要通过采集发动机振动信号的方式获取故障特征向量。其中，针对发动机振动信号特点可采用小波包原理分析处理，依据分析结果将信号划分为多个层次并进行信号分解。设发动机采集信号为[?（a）]，从而获取信号的小波函数，具体表示为：
式中，[g0t]为滤波器系数；
[φ（a）]为函数指数系数；
[a]为振动信号当前状态。以上公式为标准可利用递推算法进一步获取二者关系，表示为：
式中，[zn（2a-l）]为小波函数。
该类函数具有平移正交特性，因此可利用尺度函数小波包对其特性展开描述，获取信号正相关值，具体表现为：
式中，[γlk]为振动信号之间的正相关值；
l、k均为参数。通过上述公式推导出来的信号关系可使用小波包能量谱分析结果，获取发动机振动信号的正交分解值并将其作为故障特征向量。因此，可将发动机原始信号设为[X（h）]，信号域为[L2G]，从而获取信号时域能量值，具体表现为：
式中，[X]为振动信号能量值；
[dx2]为信号尺度。将发动机振动信号逐层分解后得到重构信号[Cli]，信号能量值的获取过程表示为：
式中，[Rli]为数据长度；
l、i分别为信号分解系数与信号序号；
[Xin]为信号离散幅值。上述公式计算后可得到信号能量数据。
汽车发动机运行过程中，如果发生故障则必然导致发动机振动信号能量产生波动，进一步得出信号能量的线性变化。结合发动机故障特征向量最终的结果为：
式中，[Ri]为发动机运行过程中产生的故障特征总向量；
[r1，r2，…，r10]分别对应不同类型的发动机故障。
2.2 发动机故障定位方法
结合上述公式计算后得出的发动机故障特征数值，以人工神经网络方法为基准设定模型，完成对故障的定位。发动机故障定位模型主要分为输入、输出、隐藏三个部分，输入层输入值即上述公式获取的特征向量数值，将模型输入层向量设置为[pi]，设输入层与隐藏层之间权值为[Ui]，输出层输出向量设为[qk]，设输出层节点阈值为[γk]，模型具体结构如图1所示。
3 机械电子诊断技术视域下的汽车故障检测维修
3.1 燃油机异响检测诊断
汽车燃油机产生异响问题主要是因为内部敲缸、气门响、曲轴承响等。这些异响产生的主要位置与原因类型都位于一个缸体内，因此对于检测人员来说在判断内燃机异响时往往难度较大。机械电子诊断技术可采用听诊器、频谱分析仪等设备对异响进行全面诊断与接收[3]。另外，也可以在燃油机不同位置安装爆震传感器从而检测个位置波点，如圖2所示。
对震爆波形进行分析后即可明确产生爆震气缸的具体位置。由图2可知，在起始阶段燃油机保证波形较为稳定，并无明显变化，但是到中间阶段时出现了剧烈波动，在部分情况下甚至超出了最初设定值范围：[-400～400 mV]。等到波形运转至结束时变化越发接近于稳定，上下波动幅度不大，且始终保持在设定值范围内[4]。燃油系统是燃油机结构中最容易出现故障的位置，如果汽车启动困难则很有可能是燃油机油压过低、动力不足，导致很多内构件温度突然升高而造成损耗。此过程可利用技能分析仪对燃油系统油压高低进行判断分析，生成信号后在示波器上显示。
3.2 电控系统故障检测诊断
为了加强诊断结果的准确性与维修处理的全面性，需要对电控系统保险丝情况进行检查。提取故障信息码并打开点火开关后启动发动机。此过程中需要保证ABS制动防抱死系统警示灯始终处于长期闪亮状态，发动机熄灭[5]。如果警示灯在发动机熄火后仍然闪亮则说明该系统出现故障。根据警示灯闪烁次数读取故障码后进行检测，具体步骤为：
a.汽车专用诊断头共有两端，按照线汽车诊断座后主机的方式依次在两端连接，读取故障信息。
b.不间断连续跨接汽车专用诊斷头，次数为2～4次，此后读取故障码。
c.设定故障码与故障码之间的间隔为4 s，并设置启动码，随后对故障码进行获取。
d.上述步骤进行过程中不能进行刹车操作，否则将使故障码处于失效状态。
另外，在发动机启动后还需要确保ABS制动防抱死系统警示灯处于熄灭状态。警示灯熄灭后在8～15 s内连续踩刹车踏板直至警示灯再次亮起，此时全部故障码均已清除。
3.3 底盘输出功率异常检测诊断
在对汽车底盘进行故障检测时，最常见的诊断工具为底盘测功仪。此工具能够在获取底盘输出功率的过程中，使电涡流输出功率与发动机转速全部趋于稳定。当达到这一状态时查看仪表盘上功率，功率数值及时驱动轮输出功率的具体情况。经过底盘测功仪对底盘异常功率信号进行采集后可确定异常诊断。因为在底盘的故障诊断过程中获取的信号大多具有波动性与不稳定性。为了对其进行处理可用与上文处理发动机振动信号特点的小波包原理分析方法。因此，对汽车底盘输出功率异常的检测、诊断，需结合小波包原理分析方法进行探寻。
3.4 油样检测诊断
机械电子诊断技术的应用过程中，由于金属表面之间的摩擦而产生颗粒并流入液压油中，当液压油中存在一定的金属颗粒后，对液压油内部具体含量进行检测，即可得知机械磨损情况。油样检测方法主要是利用油液光谱分析以及油液铁谱分析技术进行。后者的应用主要是利用高强度磁场对油液磨损产生的金属颗粒进行分析分离，通过金属颗粒的大小、数量、规模、状态等方面进行观察判断就能初步掌握机械部件磨损情况[6]。此后利用离子碰撞、元素加热方式就能进一步明确金属颗粒的能量特征，从而判断机械部件磨损情况。
4 实验分析
为了进一步验证诊断效果，本文主要从传统技术与机械电子诊断技术两方面对维修效果进行对比分析。
4.1 发动机故障检测维修效果分析
正常情况下发动机氧传感器电压波动如图3所示。由图3可知，正常情况下发动机氧传感器电压波形始终保持在0～1 V区间内，且电压波形的变化具有很强的规律性。此后分别采用传统技术与机械电子诊断技术对波形进行对比分析，结果如图4所示。
由图4可知，因为传统技术较为依赖人工，受到的人工操作影响较大，很容易导致电压波形波动性进一步加强，其中电压波形保持在0.4～0.8 V区间[7]。机械电子诊断技术因为采用设备检测，不会受到人为操作影响，能够最大程度上保持与发动机氧传感器电压波形变化的一致。以此为基础对传统技术与机械电子诊断技术进行对比分析，结果如表1所示。
由表1可知，传统技术的第一次维修与最后一次维修效果差距较大，其中在第二次试验时维修效果最低，为0.2241[8]。机械电子诊断技术整体维修效果较为稳定，虽然效果也逐渐下降，但始终保持在94%以上。
4.2 电控系统故障检测维修效果分析
本文特取出现故障的电控系统电流值，具体如图5所示。由图5可知，电控系统电流值最大为48 A，最小为-20 A，分别出现在3 ms与4～6 ms时间段内。分别采用传统技术与机械电子诊断技术对电控系统电流值进行对比分析，结果如图6所示。
由图6可知，传统技术的电流值最大为20 A，最小为-25 A，分别处于3～4 ms以及4～6 ms时间段内，与实际值相差较大；
机械电子诊断技术电流最大值为48A，最小值为-20 A，分别处于3 ms以及4～6 ms时间段内，与实际值保持一致[9]。以此为基础对传统技术与机械电子诊断技术的维修效果进行分析，如表2所示。
由表2可知，传统技术与机械电子诊断技术维修效果随着实验次数的增加都不可避免地出现了降低，但是整体来说机械电子诊断技术效果更加稳定。
5 结语
随着时代的不断进步，汽车产业的发展与升级愈发快速，汽车产生的故障类型愈发多样，对于故障检测技术与维修技术的需求也在不断变化。因此，汽车维修行业必须顺应时代发展，迎合汽车行业的变化更新、升级汽车维修技术，才能确保能够更加高效、准确地分析检测出具体的原因并搭配合理的维修技术。机械电子诊断技术是一项较为可靠的新兴技术，能够针对现代汽车中常见的电子设备故障进行检测诊断，从而为汽车维修行业提供发展助力，能够为汽车维修的高质量发展奠定基础。
参考文献：
[1]张士轩.基于故障树分析的汽车机械故障诊断模型及系统构建[J].电脑知识与技术，2019，15（26）：259-261.
[2]李岩，袁惠群，梁明轩，等.基于CPSO-BP神经网络的柴油机排气门间隙故障诊断[J].中国工程机械学报，2014，12（1）：56-61.
[3]石国珍.对汽车发动机机械故障非接触式检测技术的几点探讨[J].时代汽车，2020（20）：168-169.
[4]李亚钧.对汽车发动机机械故障非接触式检测技术的几点探讨[J].南方农机，2019，50（7）：170+199.
[5]王雷，高勤云，杨晓燕，等.汽车机械故障的诊断优化探究[J].内燃机与配件，2021（11）：133-134.
[6]杨宗平.汽车机械故障原因分析及维修问题探讨[J].科学咨询（科技·管理），2021（2）：69-70.
[7]徐江涛.汽车发动机缸体加工变形分析及精度控制方法探讨[J].内燃机与配件，2023（3）：34-36.
[8]杨锟.汽车发动机烧机油原因分析及故障维修策略研究[J].汽车维修技师，2022（9）：120-121.
[9]贺民，王俪颖.汽车发动机怠速抖动故障诊断与检修方法[J].南方农机，2022，53（8）：135-137.
作者简介：
张真海，男，1983年生，讲师，研究方向为汽车机械。
