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第九章 汽车诊断
§9-1汽车诊断的目的与方法 、汽车诊断概述 汽车诊断的目的,是为了确定在用车辆的技术状况是否正常、有无异常或 故障。只有技术状况正常,汽车才能安全地行驶和经济可靠地工作,汽车技术 状况异常或有故障,必须及时地进行保养或修理。 为使汽车的保修作业能够迅速、有效地实施和提高保修作业的竣工质量 在汽车保修作业之前,应该了解汽车外部和内部的技术状况和故障情况,并在 汽车保修作业之后进行汽车性能检验。汽车的外部情况通过检视便可了解,而 对汽车内部情况的判断则是一件复杂的工作,若将汽车、总成或机构拆散进行 检查,工序复杂且费工费时,因此采用汽车诊断技术来确定汽车的技术状况 (或故障情况)和鉴定汽车保修竣工后质量的方法,得到了迅速发展 所谓汽车诊断,是指在不解体汽车或总成的条件下,运用科学的方法与手 段,根据汽车工作的症状来判断汽车的技术状况,查明故障部位及原因的技术 在实践中,汽车诊断有两种不同的目的:一种是对故障已暴露的汽车,通过诊 断来寻找故障的确切部位和发生的原因,从而确定排除故障的方法;另一种是 对汽车技术状况进行全面检查,检查的目的并非是寻找某种具体故障,而是要 确定汽车技术状况与标准相差的程度,从而确定汽车能否继续行驶或应采取何 种措施。对汽车运行中故障的诊断和汽车保修作业前的诊断,属于前一种诊断; 汽车保修作业后的竣工检验和为了保证汽车行驶安全及防止公害的检验,则属 于后一种诊断。汽车诊断,是汽车运用全部过程中的一个组成环节
一、汽车诊断概述 汽车诊断的目的，是为了确定在用车辆的技术状况是否正常、有无异常或 故障。只有技术状况正常，汽车才能安全地行驶和经济可靠地工作，汽车技术 状况异常或有故障，必须及时地进行保养或修理。 为使汽车的保修作业能够迅速、有效地实施和提高保修作业的竣工质量， 在汽车保修作业之前，应该了解汽车外部和内部的技术状况和故障情况，并在 汽车保修作业之后进行汽车性能检验。汽车的外部情况通过检视便可了解，而 对汽车内部情况的判断则是一件复杂的工作，若将汽车、总成或机构拆散进行 检查，工序复杂且费工费时，因此采用汽车诊断技术来确定汽车的技术状况 （或故障情况）和鉴定汽车保修竣工后质量的方法，得到了迅速发展。 所谓汽车诊断，是指在不解体汽车或总成的条件下，运用科学的方法与手 段，根据汽车工作的症状来判断汽车的技术状况，查明故障部位及原因的技术。 在实践中，汽车诊断有两种不同的目的：一种是对故障已暴露的汽车，通过诊 断来寻找故障的确切部位和发生的原因，从而确定排除故障的方法；另一种是 对汽车技术状况进行全面检查，检查的目的并非是寻找某种具体故障，而是要 确定汽车技术状况与标准相差的程度，从而确定汽车能否继续行驶或应采取何 种措施。对汽车运行中故障的诊断和汽车保修作业前的诊断，属于前一种诊断； 汽车保修作业后的竣工检验和为了保证汽车行驶安全及防止公害的检验，则属 于后一种诊断。汽车诊断，是汽车运用全部过程中的一个组成环节。 §9-1 汽车诊断的目的与方法
在实际的汽车运用过程中,通过对在用车辆的诊断,不但可以了解在用车 当时的技术状况,而且还可以得到汽车技术状况参数按使用情况(如时间或行 驶里程)变化的规律,运用统计学中的内插法和外推法,还可以回归出汽车前 段时期的技术状况,和预测出汽车以后的技术状况。如图9-1所示,通过诊 断,可以得出目前行驶里程为L2时汽车的当前故障状况Y2,根据汽车技术状 况变化的规律,用内插法可以求出汽车当初行驶里程为L时的故障状况Y1; 也可以用外推法预测出以后汽车行驶里程为L3时的故障状况Y3 在汽车运用过程中 汽车连续诊断的各次诊断 时机,可以参照汽车原来 的保养或修理周期进行, 如安排在汽车保养之前进 世 行诊断。 诊断 L 驶里程 图9-1汽车棱术提况变化的形式
在汽车运用过程中， 汽车连续诊断的各次诊断 时机，可以参照汽车原来 的保养或修理周期进行， 如安排在汽车保养之前进 行诊断。 图9-1 在实际的汽车运用过程中，通过对在用车辆的诊断，不但可以了解在用车 当时的技术状况，而且还可以得到汽车技术状况参数按使用情况（如时间或行 驶里程）变化的规律，运用统计学中的内插法和外推法，还可以回归出汽车前 一段时期的技术状况，和预测出汽车以后的技术状况。如图9-1所示，通过诊 断，可以得出目前行驶里程为L2时汽车的当前故障状况Y2 ，根据汽车技术状 况变化的规律，用内插法可以求出汽车当初行驶里程为L1时的故障状况Y1 ； 也可以用外推法预测出以后汽车行驶里程为L3时的故障状况Y3
二、汽车诊断方法(FTA法) 汽车在工作过程中,各种零件和总成都处于装配状态,无法对其零件进 行直接测试,例如气缸的磨损量、曲轴轴承的间隙等,在发动机不解体的情 况下是无法测量的。因此,对汽车进行诊断时都是采用间接测量,如通过振 动、噪声、温度等物理量的测量,来间接诊断汽车的技术状况。由于采用间 接测量方法进行判断,必然会带来一些“不准确性”,例如:发动机工作时 曲轴主轴承的工作状态可分为正常状态和不正常状态两种情况,如果采用机 油温度作为判断轴承工作状态的特征,并将油温分为“正常”、“过高”两 种情况则可能会产生误判。因为机油温度过高,固然可能是由于轴承运运失 常所致,但也可能是其它原因(如机油粘度不合适、机油量不足、机油散热 器不良等)造成机油温度上升。如果在判断中,同时使用几个特征参数(如 机油温度、机油压力、振动、噪声等)来判断发动机曲轴的运动情况,虽然 可提高判断准确性,但会使诊断设备更为复杂。由此可见,在汽车技术状况 的诊断中,诊断方法是非常重要的。 树枝图”诊断分析方法是汽车诊断中常用的方法之一。“树树图”分 析法亦称“故障树”(即 Fault Tree Analysis,缩写为FTA)分析法,它是根 据汽车的工作特征和技术状况之间的逻辑关系构成的树枝状图形,来对故障 的发生原因进行定性分析,并能用逻辑代数运算对故障出现的条件和概率进 行定量估计。这是一种可靠性分析技术,它普遍应用于汽车等复杂动态系统 的分析
二、汽车诊断方法（FTA法） 汽车在工作过程中，各种零件和总成都处于装配状态，无法对其零件进 行直接测试，例如气缸的磨损量、曲轴轴承的间隙等，在发动机不解体的情 况下是无法测量的。因此，对汽车进行诊断时都是采用间接测量，如通过振 动、噪声、温度等物理量的测量，来间接诊断汽车的技术状况。由于采用间 接测量方法进行判断，必然会带来一些“不准确性” ，例如：发动机工作时， 曲轴主轴承的工作状态可分为正常状态和不正常状态两种情况，如果采用机 油温度作为判断轴承工作状态的特征，并将油温分为“正常”、“过高”两 种情况则可能会产生误判。因为机油温度过高，固然可能是由于轴承运运失 常所致，但也可能是其它原因（如机油粘度不合适、机油量不足、机油散热 器不良等）造成机油温度上升。如果在判断中，同时使用几个特征参数（如 机油温度、机油压力、振动、噪声等）来判断发动机曲轴的运动情况，虽然 可提高判断准确性，但会使诊断设备更为复杂。由此可见，在汽车技术状况 的诊断中，诊断方法是非常重要的。 “树枝图”诊断分析方法是汽车诊断中常用的方法之一。“树树图”分 析法亦称“故障树”（即Fault Tree Analysis，缩写为FTA）分析法，它是根 据汽车的工作特征和技术状况之间的逻辑关系构成的树枝状图形，来对故障 的发生原因进行定性分析，并能用逻辑代数运算对故障出现的条件和概率进 行定量估计。这是一种可靠性分析技术，它普遍应用于汽车等复杂动态系统 的分析
树枝图分析法用于汽车诊断,不仅可以分析由单一缺欠所导致的系统故 障,而且还可以分析两个以上零件同时发生故障时才发生的系统故障,并且 还能分析系统组成中除硬件以外的其它成份,例如可以考虑汽车保修质量或 人员因素的影响 下面通过发动机冷却系水温过高故障,来说明“树枝图”分析法 绘制故障分析树枝图时,首先把 T 分析目标即故障事件扼要地写在矩形 发动机冷却水温度过高 框内,置于树枝图的最上端,称为顶 事件或最终事件,并用“T"字表示 A (如图9-2中的“发动机冷却系水温过 发热散热不平得 冷却水不足 高”T”)作为树枝图的第一级;在顶 事件下,通过分析写出引起顶事件直 接原因的中间事件,用“A"表示(如 蒸发 图9-2中的A1、A2)作为树枝图的第二 级;以下继续分析还可列出第三级 第四级……,直到列出最基本原因的 发热严重 散热不良 初始条件为止,并用“X表示,于是 形成了故障分析的树枝图。树枝图中 每下一级故障都是上一级故障的直接/x 原因;而上一级故障是下一级故障引(积八(姆藏八点火迟 风扇皮带)(百叶窗 水垢 打滑八、关团 起的事件。上、下级故障之间有着 或”、“与”关系,用逻辑门符号 图92发动机过热故分析树技图 联接
树枝图分析法用于汽车诊断，不仅可以分析由单一缺欠所导致的系统故 障，而且还可以分析两个以上零件同时发生故障时才发生的系统故障，并且 还能分析系统组成中除硬件以外的其它成份，例如可以考虑汽车保修质量或 人员因素的影响。 下面通过发动机冷却系水温过高故障，来说明“树枝图”分析法。 绘制故障分析树枝图时，首先把 分析目标即故障事件扼要地写在矩形 框内，置于树枝图的最上端，称为顶 事件或最终事件，并用“T”字表示 （如图9-2中的“发动机冷却系水温过 高”T”）作为树枝图的第一级；在顶 事件下，通过分析写出引起顶事件直 接原因的中间事件，用“A”表示（如 图9-2中的A1、A2）作为树枝图的第二 级；以下继续分析还可列出第三级、 第四级……，直到列出最基本原因的 初始条件为止，并用“X”表示，于是 形成了故障分析的树枝图。树枝图中 每下一级故障都是上一级故障的直接 原因；而上一级故障是下一级故障引 起的事件。上、下级故障之间有着 “或”、“与”关系，用逻辑门符号 联接。 图 9-2
树枝图中常用的符合分为两大类,即:代表故障事件 (初始事件、中间事件、顶端事件等)的符合;联系事件 之间关系的逻辑门符合(见表9-1)。汽车故障的发生带 有随机性,属于偶然事件,如若建立树枝图,并用它来分 析故障,则有助于弄清楚故障发生的机理,除可进行定性 分析外,还可以根据树枝图中影响故障发生因素的出现概 率,定量的预测出故障发生的可能性(即故障发生的概 率)。 为计算故障发生的概率,需用逻辑代数(即布尔代数) 把故障中的逻辑关系列成算式。逻辑代数是研究集合的 一种逻辑运算方法,所谓“集合”就是指具有某种属性 的事件的全体,在树枝图分析中,每一个基本事件的发 生都构成一个集合。树枝图分析法的实质,就是在研究 这些集合如何组成新的集合,并分析它们之间的逻辑关 系,进行运算并建立数学模型,这就是树枝图分析法的 实质
树枝图中常用的符合分为两大类，即：代表故障事件 （初始事件、中间事件、顶端事件等）的符合；联系事件 之间关系的逻辑门符合（见表9-1）。汽车故障的发生带 有随机性，属于偶然事件，如若建立树枝图，并用它来分 析故障，则有助于弄清楚故障发生的机理，除可进行定性 分析外，还可以根据树枝图中影响故障发生因素的出现概 率，定量的预测出故障发生的可能性（即故障发生的概 率）。 为计算故障发生的概率，需用逻辑代数（即布尔代数） 把故障中的逻辑关系列成算式。逻辑代数是研究集合的 一种逻辑运算方法，所谓“集合”就是指具有某种属性 的事件的全体，在树枝图分析中，每一个基本事件的发 生都构成一个集合。树枝图分析法的实质，就是在研究 这些集合如何组成新的集合，并分析它们之间的逻辑关 系，进行运算并建立数学模型，这就是树枝图分析法的 实质
下面用表9-1、表9-2将树枝图定量分析中最常用的逻辑代数知识简要列出。 树枝图中常用的逻辑运算和逻辑关系 表9-1 逻辑运算 说明 A+B (或AUB) A+B集合既包括A集合的成员,又包含B集合成员 阴影部分 A·B (或A∩B) AB集合包括A集合与B集合共有的成员 阴影部分 树枝图中常用逻辑运算的基本性质 表9-2 名称 公式 说明 加法重叠律 所有A集合的成员都具有A集合的属性,所以得 (逻辑和) A+A+.=A 到的仍是A成员的集合 乘法重叠律 所有A集合的成员都具有公共的属性,所以仍 (逻辑积) AA……=A是A集合 A+A B=A 因为AB集合包含在A集合之内,所以A集合与 吸收律 A(A+B)=AA:B集合的逻辑是仍为A集合,这是简化逻辑运算 的重要公式
下面用表9-1、表9-2将树枝图定量分析中最常用的逻辑代数知识简要列出。 树枝图中常用的逻辑运算和逻辑关系 表9-1 A·B集合包括A集合与B集合共有的成员 A·B （或A∩B） 阴影部分 A+B集合既包括A集合的成员，又包含B集合成员 A+B （或A∪B） 阴影部分 逻辑运算 说 明 树枝图中常用逻辑运算的基本性质 表9-2 因为A·B集合包含在A集合之内，所以A集合与 A·B集合的逻辑是仍为A集合，这是简化逻辑运算 的重要公式 A+A·B=A A（A+B）=A 吸收律 所有A集合的成员都具有公共的属性，所以仍 是A集合 A·A……=A 乘法重叠律 （逻辑积） 所有A集合的成员都具有A集合的属性，所以得 到的仍是A成员的集合 A+A+……=A 加法重叠律 （逻辑和） 名 称 公 式 说 明
在用树枝图进行定量分析时,如果发现同一树枝图中有两处(或两处以上) 的同一基本事件,则须化简后再计算,下面以图9-3进行说明。 气缸体冻裂故障 A A2 未加防冻剂 气温低 xI 气湿交然下降 r作大意气温突然下降(气温-直很低 图9-3气缸体冻裂故障分析树枝图
在用树枝图进行定量分析时，如果发现同一树枝图中有两处（或两处以上） 的同一基本事件，则须化简后再计算，下面以图9-3进行说明。 图 9-3
根据图9-3的逻辑关系,可以列出事件“T"的关系式: T=AA x1x2(x1+x3) =x1·x2·x3+x1x2x3 ∴AA=A(参看表9-2)∴T=x1·x2+x1·x2·x3 令 B B2 则T=B1+B1·B2 又∵A+A·B=4(参看表92)∴T=B1 原令x1·x2=B1故T=x·x2 由上述逻辑关系可以看出,图9-3中T事故发生的必要条件是xx2同时发生 从图中还可以看出,如果x发生,不论x3是否发生,A2都必须发生。以上是应用 逻辑代数的基本运算法则,将树枝图中含有两个以上同一事件的情况加以化简的过 程。各种树枝图化简形式如图9-4所示,其中a图就是图9-3的化简形式
根据图9-3的逻辑关系，可以列出事件“T”的关系式： ∵ A·A=A（参看表9-2）∴ 令 则 又 ∵ （参看表9-2）∴ 原令 故 由上述逻辑关系可以看出，图9-3中T事故发生的必要条件是 同时发生。 从图中还可以看出，如果 发生，不论 是否发生， 都必须发生。以上是应用 逻辑代数的基本运算法则，将树枝图中含有两个以上同一事件的情况加以化简的过 程。各种树枝图化简形式如图9-4所示，其中a图就是图9-3的化简形式。 T A1A2 1 2 3 1 2 3 x x x x x x 1 2 1 2 3 T x x x x x 1 2 1 3 2 x x B ; x B T B1 B1 B2 A A B A T B1 1 2 B1 x x 1 2 T x x 1 2 x、x 1 x 3 x A2 ( ) 1 2 1 3 x x x x
在用树枝图分析故障的过程中,故障 等效 最基本原因的初始条件,大多是独立事 件(即一个基本事件的发生与否,和其 它基本事件无关)。假如初始事件 x、x2、x3…xn所发生的概率分别为 TI B、P2、B3…Pn,则顶事件(分析目标) 发生的概率可按下法计算。 当逻辑关系为“与”联接时,用n个 等效 独立事件逻辑积的概率公式计算 P(7)=P(x1·x2·x3 r4 P 当逻辑关系为“或”联接时,用n个 独立事件逻辑和的概率公式计算: 等效 P(T)=P(x1+x2+x3+……xn) 1-(1-P)·(1-P2)·(1-B3)…(1-Pn) (1-P) =1 图9-4树枝图的简化
在用树枝图分析故障的过程中，故障 最基本原因的初始条件，大多是独立事 件（即一个基本事件的发生与否，和其 它基本事件无关）。假如初始事件 所发生的概率分别为 ，则顶事件（分析目标） 发生的概率可按下法计算。 当逻辑关系为“与”联接时，用n个 独立事件逻辑积的概率公式计算： 当逻辑关系为“或”联接时，用n个 独立事件逻辑和的概率公式计算： 1 2 3 x、x 、x n x P1、P2、P3Pn ( ) ( ) 1 2 3 n P T P x x x x P1 P2 P3Pn ni Pi 1 ( ) ( ) 1 2 3 n P T P x x x x 1 (1 ) (1 ) (1 ) (1 ) P1 P2 P3 Pn ni Pi 1 1 (1 ) 图 9-4