柴油机车载诊断系统及其诊断方法技术方案

本发明专利技术提供了柴油机车载诊断系统及其诊断方法，包括均位于汽车动力仓内部的控制系统及其硬件结构，所述控制系统包括FPGA芯片和ARM芯片，所述硬件结构包括加速度传感器、起动驱动器、复位按钮、测速传感器、车辆总线接口、车辆电池、传感器供电盒、AD调理电路、IO调理电路、脉冲调理电路、CAN电路、电源供电电路、储存芯片和显示终端。本发明专利技术所述的柴油机车载诊断系统及其诊断方法适用性强、可靠性高，可用于机械、电控等多种车辆行车中状态监测，特别满足于强化动力车辆的柴油机故障早期诊断，本发明专利技术通过硬件定制、故障多维预警并联合背景载荷传感器降低虚警率，有效提升故障预警准确率。有效提升故障预警准确率。有效提升故障预警准确率。

【技术实现步骤摘要】
柴油机车载诊断系统及其诊断方法


[0001]本专利技术属于发动机测试
，尤其是涉及一种柴油机车载诊断系统及其诊断方法。

技术介绍

[0002]随着柴油机大功率、高强化、轻量化发展，柴油机单位功率的重量显著降低，提高了主要结构件的机械负荷和热负荷，导致运行中缸盖、气门、主轴、传动等主要部件失效问题突出。在面向全地域应用要求的设计中，由于应用环境变化改变柴油机运行热状态，主要部件的适应能力备受考验。在试验室的验证中，受检测能力和验证手段限制，无法全状态模拟实车环境，实车应用中的部件结构问题不能提前预防性改进。而在实车验证中，由于缺乏全面的检测手段，从故障萌生到显著动力性下降引发不可修复故障不能提前预判，引起严重事故发生，带来较大的经济损失。
[0003]目前主流的国内外发动机诊断系统主要依据在线发动机控制单元(ECU控制器)诊断策略和离线油液检测技术，通过随车ECU控制器对柴油机运行过程中的主要热工参数识别，结合离线油液监测技术，判定故障状态和获得主要故障件位置。而强化柴油机零部件在故障初期，表现在动力性下降不明显，且离线油液监测不能保证故障预警时效，导致出现动力严重下降时，柴油机已出现严重的不可修复故障，以至于主要承载部件设计方案不能充分验证，影响设计优化，延长验证进度。
[0004]为了克服上述现有技术条件的不足，本专利技术提供了一种柴油机车载诊断系统及其诊断方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种柴油机车载诊断系统，以便于快速检测强化柴油机实车运行状态的故障。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种柴油机车载诊断系统包括均位于汽车动力仓内部的控制系统及其硬件结构，所述控制系统包括FPGA芯片和ARM芯片，所述硬件结构包括加速度传感器、起动驱动器、复位按钮、测速传感器、车辆总线接口、车辆电池、传感器供电盒、AD调理电路、IO调理电路、脉冲调理电路、CAN电路、电源供电电路、储存芯片和显示终端，所述加速度传感器通过AD调理电路与FPGA芯片连接，所述起动驱动器和复位按钮通过IO调理电路与FPGA芯片连接，所述测速传感器通过脉冲调理电路与FPGA芯片连接，所述车辆总线接口通过CAN电路与FPGA芯片连接，所述车辆电源和传感器供电盒通过电源供电电路与FPGA芯片连接，所述FPGA芯片通过ARM芯片与显示终端连接，所述ARM芯片还连接储存芯片。
[0008]进一步的，所述加速度传感器包括一号加速度传感器和多个二号加速加速度传感器，一号加速度传感器和二号加速加速度传感器均通过AD调理电路与FPGA芯片连接，所述一号加速度传感器固定安装至汽车柴油机安装悬置的被动端，所述二号加速加速度传感器
固定安装至柴油机机体本体。
[0009]进一步的，所述一号加速度传感器和二号加速加速度传感器均为差分式加速度传感器。
[0010]进一步的，所述FPGA芯片包括均为程序逻辑的ADC采样模块、变采样模块、参数配置模块、AXI接口转换模块、数据缓存模块、转速转换模块、扭矩转换模块和CAN数据转换模块，且ADC采样模块、变采样模块、参数配置模块、AXI接口转换模块、数据缓存模块、转速转换模块、扭矩转换模块和CAN数据转换模块各个模块之间均按FPGA芯片的执行流程、条件信号连接。
[0011]进一步的，所述ARM芯片包括均为程序逻辑的AXI通信模块、参数配置模块、振动采集模块、自学习模块和故障诊断模块，且AXI通信模块、参数配置模块、振动采集模块、自学习模块和故障诊断模块各个模块之间均按ARM芯片的执行流程、条件信号连接。
[0012]相对于现有技术，本专利技术所述的柴油机车载诊断系统具有以下优势：
[0013](1)本专利技术所述的柴油机车载诊断系统结构简单，设计合理，其故障报警限制采用初始样本点自学习法，满足各种车辆平台进行柴油机行车故障监测；采用差分传感器和设置背景路载传感器，提高系统在车辆中使用的抗干扰性，适用于工程机械、山地地形车辆等特殊用途车辆的故障监测，提高系统故障预警准确率，降低虚警率。
[0014](2)本专利技术所述的柴油机车载诊断系统，自带显示终端，具备报警时刻的FFT数据、阶次数据、烈度数据、FFT增量数据、阶次增量数据、烈度增量数据的检查，方便现场维修人员快速故障定位。
[0015](3)本专利技术所述的柴油机车载诊断系统，具有数据储存芯片，可对车辆运行过程中的数据进行连续监测，方便设备故障后进行深入分析车辆故障的机理，便于优化设计。
[0016](4)本专利技术所述的柴油机车载诊断系统，在实车使用时安装简单，车辆中柴油机仅需增补加速度传感器便可满足系统工作要求。
[0017]本专利技术的另一目的在于提出一种柴油机车载诊断系统的诊断方法，以避免无法识别故障以及研制期柴油机严重故障引起研制周期延长的问题。
[0018]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0019]一种柴油机车载诊断系统的诊断方法，包括以下步骤：
[0020]S1、将所述硬件结构安装至汽车动力仓内部，并将述一号加速度传感器固定安装至汽车柴油机安装悬置的被动端，所述二号加速度传感器固定安装至柴油机机体本体；
[0021]S2、启动控制系统和硬件结构，并将硬件结构内各部件的测量特征反馈给FPGA芯片进行采集、控制以及运算操作，FPGA芯片再将信息反馈给ARM芯片进行交互参数配置、储存协调以及故障识别操作；
[0022]S3、对柴油机转速、扭矩、油温工况分档确定柴油机所在运行工况的警报上、下限值，形成三维故障报警识别模式，并进行故障识别；
[0023]S4、对柴油机转速、扭矩、油温参数安照用户设定的区间水平数自动分割，通过自学习模块统计报警限值的上限和下限，形成四维故障报警识别模式，并进行故障识别；
[0024]S5、将三维故障报警识别模式作为柴油机运行工况基本识别模式，四维故障报警识别模式作为增补识别模式；
[0025]S6、根据显示终端上的FFT数据、阶次数据、烈度数据、FFT增量数据、阶次增量数据
和烈度增量数据实时检测，判断柴油机是否发生故障。
[0026]相对于现有技术，本专利技术所述的柴油机车载诊断系统的诊断方法具有以下优势：
[0027](1)本专利技术所述的柴油机车载诊断系统的诊断方法适用性强、可靠性高，可用于机械、电控等多种车辆行车中状态监测，特别满足于强化动力车辆的柴油机故障早期诊断。
附图说明
[0028]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0029]图1为本专利技术实施例所述的柴油机车载诊断系统底层硬件结构图；
[0030]图2为本专利技术实施例所述的柴油机车载诊断系统FPGA采集流程图；
[0031]图3为本专利技术实施例所述的柴油机车载诊断系统ARM控制采集计算流程图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柴油机车载诊断系统，其特征在于：包括均位于汽车动力仓内部的控制系统及其硬件结构，所述控制系统包括FPGA芯片和ARM芯片，所述硬件结构包括加速度传感器、起动驱动器、复位按钮、测速传感器、车辆总线接口、车辆电池、传感器供电盒、AD调理电路、IO调理电路、脉冲调理电路、CAN电路、电源供电电路、储存芯片和显示终端，所述加速度传感器通过AD调理电路与FPGA芯片连接，所述起动驱动器和复位按钮通过IO调理电路与FPGA芯片连接，所述测速传感器通过脉冲调理电路与FPGA芯片连接，所述车辆总线接口通过CAN电路与FPGA芯片连接，所述车辆电源和传感器供电盒通过电源供电电路与FPGA芯片连接，所述FPGA芯片通过ARM芯片与显示终端连接，所述ARM芯片还连接储存芯片。2.根据权利要求1所述的柴油机车载诊断系统，其特征在于：所述加速度传感器包括一号加速度传感器和多个二号加速加速度传感器，一号加速度传感器和二号加速加速度传感器均通过AD调理电路与FPGA芯片连接，所述一号加速度传感器固定安装至汽车柴油机安装悬置的被动端，所述二号加速加速度传感器固定安装至柴油机机体本体。3.根据权利要求2所述的柴油机车载诊断系统，其特征在于：所述一号加速度传感器和二号加速加速度传感器均为差分式加速度传感器。4.根据权利要求1所述的柴油机车载诊断系统，其特征在于：所述FPGA芯片包括均为程序逻辑的ADC采样模块、变采样模块、参数配置模块、AXI接口转换模块、数据缓存模块、转速转换模块、扭矩转换模块和CAN数据转换模块，且ADC采样模块、变采样模块、参数配置模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰春，智海峰，冀树德，孔祥鑫，张勃，毛玉欣，王宇，
申请(专利权)人：中国北方发动机研究所天津，
类型：发明
国别省市：