汽车检测系统的故障诊断与解决方法
摘要：为了提高汽车检测系统性能，本文针对系统可能发生的故障设计诊断方案。依据汽车检测系统框架结构，设计检测系统硬件和软件方案，结合系统原理，选取传感器、通信线路、供电模块、调理电路、信息接收终端服务器、中控中心计算机为故障诊断指标。诊断结果表明，系统供电模块和信息接收终端服务器易发生故障，针对这两项故障，拟定解决方法，旨在为汽车检测系统管理提供参考。
关键词：汽车检测；检测系统；故障诊断
在科学技术迅速发展的时代背景下，促进了我国汽车制造的极速发展。根据汽车操控的需求，对汽车结构进行相应调整，虽然丰富操控功能，但是技术不稳定，发生故障频率较高[1]。为了避免汽车突发故障造成安全事故，我国在汽车检测与故障诊断方面的研究投入了大量资金。根据汽车安全性能检测的需求，设计检测系统方案，并探究其故障诊断方案[2]。目前，关于此方面的研究仍然处于初始阶段，有待深入探究。
一、汽车检测系统组成
汽车检测系统主要由现场检测终端和故障诊断终端两部分组成。其中，汽车现场检测终端又称作汽车作业状态检测节点，利用检测传感器采集汽车作业信号，经过一系列处理，形成特性曲线，便于观察汽车作业状态是否发生异常[3]。而故障诊断终端就是对现场采集到的汽车作业信号进行分析，根据故障判断标准，做出准确判断，根据以往的处理经验，生成处理解决方法。
二、故障诊断与汽车作业状态检测节点的设计
1、硬件设计
系统检测节点硬件由主控单元、晶振、参考电压、电源检测模块、供电模块、电源保护、光电隔离单元、高压差分放大器接口、内部数据总线、测试接口、调理电路、数字与模拟信号接口、检测传感器组、中继电缆等14部分组成。如图1所示为检测系统节点硬件框架图。
图1中，选取C8051F040单片机作为主控单元，利用CAN通信接口实现信息传输[4]。通过驱动传感器组，采集汽车作业信号，经过模数转换接口调节信号模式，经过放大处理，得到便于观察的信号。
图1 汽车检测系统节点硬件框架图
2、软件设计
按照系统节点硬件设计方案，将节点软件设计方案划分为信号采集、信号处理、信号数据传输4部分。
（1）信号采集：接收到上位机发来的信息采集信号后，利用传感器自动检测汽车作业状态信号。
（2）信号处理：利用A/D转换器，对数据模式进行转换处理，调用数据处理程序，按照故障诊断标准，判断当前汽车运行状态[5]。
（3）信号数据传输：通过CAN总线传输，合理设置信息传输格式，选取通信速率，为汽车信号检测数据提供传输通道。
（4）故障诊断：调用故障诊断程序，按照诊断标准判断。
将上述设计思路整合到一起，设计完整的节点软件流程，如图2所示。
图2 汽车检测系统节点软件流程
第一步：系统初始化处理；
第二步：系统自检，并上传自检状态；
第三步：等待并查询上位机信息；
第四步：判断上位机是否返回信息，如果返回，则执行第五步，反之，跳转到第三步；
第五步：上位机开机标志置1；
第六步：采集信号，经过A/D缓冲区传输至数据处理区，调用数据处理程序，对信号数据加以处理；
第七步：调用故障诊断程序；
第八步：按照故障诊断标准，判断当前汽车是否存在故障，如果存在故障，则执行第八步，反之，观察上位机开机标志，如果为1，则执行第十一步，反之，跳转到第六步；
第九步：观察上位机开机标志，如果为1，则执行第十步，反之，跳转到第六步；
第十步：上传故障信息；
第十一步：以固定速率向上位机发送信息，与此同时上传信息标志。
三、系统故障诊断方案
1、故障诊断框架结构
对于系统故障诊断的研究，根据系统组成结构展开诊断。如图3所示为系统故障诊断方案框架结构设计。
按照系统结构，将系统划分为现场信息采集终端和中控中心两部分，分别对其运行期间产生的故障进行诊断。
（1）现场信息采集终端故障诊断
该部分的诊断主要是对传感器、通信线路、供电模块、调理电路作业信息进行采集，按照各个模块正常作业产生的数据变化范围作为诊断标准，判断当前采集的数据是否超出此范围，如果超出范围，则认为检测对象已发生故障，反之，检测对象运行正常，不存在故障[6]。
（2）中控中心故障诊断
该部分的诊断是对信息接收终端服务器和中控中心计算机作业信息进行采集，按照服务器和计算机正常作业数据变化范围为诊断标准，做出准确诊断。
2、诊断信息的传输
（1）信息传输格式
本系统采用CNA2.0B通信协议，涉及传输格式，如表1、表2、表3所示。
表1 节点上传信息帧基本格式
（2）通信速率选择
本文在选取系统通信速率时，先设定1个传输速率，根据实际运行情况做出相应调整，经过校验审核确定最佳通信速率。
假设系统通信速率为125kbit/s，检测系统由9个检测节点和1个中控节点组成，信息帧长度为100bit，在较为恶劣的作业环境下，汽车负载余度为60%，则每个节点平均传送信息帧个数为93.6。在实际运行中，电气部分检测节点传输的信息量最多，以每次不少于83个信息量传送[7]。由此可以推断，本文初步设计的系统通信速率125kbit/s满足通信速率设置要求。
（3）通信速率设置
将信息通信划分为2个编程段（T1）和1个同步段（T2），则总周期T用这3段时间总和表示。其中，T1可以通过定时寄存器0（B0）设定，T2可以通过定时寄存器1（B1）设定。系统通信控制器晶振频率为16MHz，利用1个采样点模式，探究通信周期和速率。
假设B0=0X03H，B1=0X1CH，已知系统通信速率125kbit/s，计算总周期T=8 ，此数值的计算预设定值总线传输速率125kbit/s一致。因此，本系统通信速率设置为125kbit/s。
4、故障诊断数据管理与调度
故障诊断数据分为3级缓存：一级缓存是通过CAN总线传送数据，借助CAN总线模块缓存数据；二级缓存是通过中控中心计算机显示界面缓存数据，按照数据类别不同，生成不同数据信息表格；三级缓存由历时数据存储和外部数据导入两部分缓存组成。
在系统运行过程中，可以根据系统故障诊断数据支撑需求，调用数据库中的历时数据和实时数据，对多项检测指标进行综合分析，从而得出准确诊断结果。通常情况下，根据数据类型不同，下达数据调用命令，便可以获取相应类型数据信息。
四、系统故障诊断实验研究
按照上述故障诊断方案对系统运行情况进行诊断，并将诊断结果及采集数据通过CAN总线传输至中控中心，观察诊断结果与实际系统故障情况，判断系统故障诊断方案的可靠性。结果如表4所示。
表4 系统故障诊断实验结果
序号 诊断指标 系统故障诊断 系统实际情况
1 传感器 未发生故障 未发生故障
2 通信线路 未发生故障 未发生故障
3 供电模块 故障 故障
4 调理电路 未发生故障 未发生故障
5 信息接收终端服务器 故障 故障
6 中控中心计算机 未发生故障 未发生故障
通过观察表4中的诊断结果可知，当前系统供电模块和信息接收终端服务器发生故障，其他诊断指标未发生故障，本文将对系统供电模块和信息接收终端服务器故障的解决方案展开简要论述。
五、汽车检测系统故障解决方法
1、系统供电模块故障解决方法
基于保护角度，在供电模块处添加电源保护装置，避免此模块遭受外界因素影响而发生故障。通常情况下，添加绝缘罩，或者将其密封，与外界隔离，起到安全保护作用[8]。
基于持续供电角度，布设备用电源，当检测出系统电源发生故障时，将供电线路切换到备用供电线路，实现连续供电。
2、信息接收终端服务器故障解决方法
基于设备修理角度，对服务器故障进行检测修复。通常情况下，根据以往工作经验，结合服务器当前运行状态数据信息，采用故障树诊断法，对其故障进行详细诊断，确定故障点，为设备检修提供参考依据。
基于接收信号转移角度，不适用服务器接收信息，将系统信号接收方式改为无线通信模式，采用GPRS DTU模块代替信息接收服务器，在系统信息采集终端和接收终端分别安装此模块，用于信号的发送与接收，使得中控中心正常获取汽车检测信号。
总结
本文针对汽车检测系统运行期间可能发生的故障进行诊断，根据诊断结果，提出相应解决方案。此次研究对检测系统的硬件设计和软件设计方案进行了设计与分析，依据其工作原理及结构特点，选取系统故障诊断指标，即传感器、通信线路、供电模块、调理电路、信息接收终端服务器、中控中心计算机，依据诊断结果，拟定故障解决方法。
参考文献
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