发动机机械故障诊断系统特征提取算法研究

马惠林（河北华北石油工程建设有限公司培训中心，河北 任丘 062552）

发动机机械故障诊断系统特征提取算法研究

马惠林（河北华北石油工程建设有限公司培训中心，河北 任丘 062552）

人们生活质量的提高使得汽车成为了大家的首选出行工具，所以，汽车发动机作为一架车里面最为核心和重要的部分，对其进行维修和故障分析是很维修人员的责任，传统的发动机故障一直依靠工作人员的个人经验来进行维修，但是人工检测维修的方法会受到人为因素的影响，主观性太强，会导致故障检测的精度和可靠性并不高，这样并不符合现代科技发展的步伐。所以为了发展的需求，本文通过对发动机系统原理的研究，了解机械故障系统故障提取算法，对发动机工作状态进行识别，来分析当发动机发生故障问题时的处理。

发动机；提取算法；机械故障；特征

1 研究背景及意义

汽车的发动机组成部分有很多，并且系统极其复杂，结构精密不易识别，但是只有这样搭配的部件才能让发动机的功能相互配合来发挥它的作用，来保证汽车能够正常安全的在道路上行驶。此外，当遇上高温的天气时，汽车的发动机会在这个高强度的气温之下受到一定程度的影响，使得发动机的故障发生率变高，引起汽车间歇性抛锚，这会严重影响到驾驶人的安全。所以针对这一现状，我们需要用一种特殊的算法来对汽车发动机故障进行研究以及检测，来实现对汽车状态的控制，这对安全的驾驶有着重要的意义。

2 发动机故障诊断系统

2.1 定义

汽车发动机的故障诊断系统是一个用在对正在运行的发动机进行检测和诊断的电子系统，诊断系统的主要功能就是为维修人员提供便利的服务，从而保证能够准确判断出发动机系统的故障原因。

2.2 组成

该系统是由信息数据采集、诊断故障、自主学习和交互这四个部分组成，它的工作原理就是，利用振动传感器与发动机内部系统的结合产生的异常震动状况，通过计算机程序对其进行的检测可以将故障类型分门别类好，最后以代码的形式直接将结果显示出来，同时还可以进一步完善和提高该系统的在线检测功能，提高故障分析的效率。发动机故障诊断系统还有数据采集传感器模块、AD数模转换模块、ARM主控系统部分以及系统供电部分这四大模块的设计，在这四大模块当中，AD采集系统是对汽车发动机在故障状态下的油液状态信息和振动数据信息进行采集收纳的，而ARM主控系统模块是汽车发动机的故障信息与AD采集模块之间进行信息通信的交流转换的，该系统的线路设计如下图1所示：

图1 发动机诊断系统电路设计图

3 汽车发动机故障特征提取算法

所谓的提取算法，第一步就是要对发动机系统故障的一个明显特征进行有效的提取，由于发动机系统故障的原因有很多的种类，比如振动信号弱、油液态以及图像信息不完整等等。所以要用一个特征提取法对汽车发动机故障做一个分析，从而得出故障原因的所在，才能对其进行修复。故障系统特征的提取算法是以环绕波法检测理论为基础的，因为汽车发动机的油液表面波会会随着输油导管的铁磁性表面形成一个明显的环绕波，它的信号表达式是：

在上面的式子中，u1是高梯度磁场下测试仪的液压度数，u2是发动机活塞间隙的震级，ω是功率测试谱密度函数的总体偏移量，φ是活塞表面铁谱的宽度。当汽车发生发电机故障时，测试的信号会出现一个削弱的环绕波形状，它的频率变化公式是：

3.1 故障系统的设计

在设计系统之前需要对汽车性能的具体指标进行计算，当汽车的发动机频率达到三千五百千瓦以及实际电压达到九百福特以上时，发动机的ARM系统可以根据这些性能指标对故障系统的处理器进行设计，主控系统运用了S3C2440A ARM9型号的处理器作为电源的输入设备，除此之外，系统对汽油液面的提取测量频率不能超过一万二赫兹。当系统开始输入电源时，为了保证对系统故障诊断的准确性，要对电压的标准进行限定，此时可以设计低功率的电压来对电路总电压进行分压复位处理，在系统工作时接上的VCC电源也开始工作了，根据分压得到的电路电压在发动机检测系统运作时可产生一个规律的信号，可同通过图像信息的描述得出当故障产生的电波信号，从而准确判断出故障起因。下图2是根据图像的显示得出的结果分析图。

图2 故障诊断结果分析

4 结语

对于现代化社会来说，越来越多的家庭使用私家车作为自己的出行工具，抑或是公司配备的交通工具，汽车在很大程度上方便了我们的生活，加快了我们的生活节奏，但是不管多精密的仪器设备，在使用期限之内总会出现不一样的故障问题，所以本篇文章通过对发动机机械故障诊断系统特征提取算法的研究，对汽车发动机的诊断方法有了一个高效率的检测模式，这对汽车的发展具有重要的意义。

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