[发明专利]基于缸压估计和流形学习的发动机失火故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车发动机失火故障诊断方法，具体涉及一种基于缸压估计和流行学习的发动机失火故障诊断方法。

背景技术

近几年来发展迅速的车联网，利用先进的智能综合技术对道路和交通进行全面感知，实现多个系统间大范围、大容量数据的交互，对每一辆汽车进行交通全程控制，对每一条道路进行交通全时空控制，以提供交通效率和交通安全为主的网络与应用。车联网通过远程定位，读取汽车行驶信息、简单的故障信息等方式，给予行驶中的汽车便捷的用户体验，是汽车智能化的重要组成部分。然而，当汽车在行驶途中突发紧急复杂的故障时，目前的车联网技术尚不能很好地处理这一问题，需通过汽车维修企业进行专业的汽车诊断维修解决。

汽车远程监测与故障诊断系统是保障车辆安全运行、提高车辆使用可靠性的重要装置。它利用新技术、新手段实现对车辆运行状况实时在线监测，掌握车辆电控系统运行数据，提前做好汽车运行状况数据的收集和分析工作，确保汽车在故障发生前得到合理维护和保养，对于汽车生产厂商、服务经销商、客运及货运企业以及广大车主都具有很好的指导意义。

车载诊断系统(OBD)的目的是监测汽车尾气排放系统，随着OBD的发展，现在已经越来越多的应用在故障诊断中，当汽车发生故障时，OBD系统会产生故障码，而远程诊断系统的主要数据来自OBD系统，只有当汽车发生故障时才进行远程数据交流，这种情况下达不到汽车远程监测。而基于气缸压力可以最直接的了解到汽车发动机相关的实时状态，实时的跟进汽车发动机相关的实时状态，为汽车的预判断和诊断提供有力的信息。

汽油机的工作状态及故障大都可以通过气缸压力随时间(或曲轴转角)的变化曲线反映出来。一般采取人工方式对汽油机的工作状态进行判断，即以人的经验结合汽油机工作现象来判断，如排烟、温度、输出功率、噪声等。而一些反映汽油机工作状况的参数则无法直接获取，如最能反映汽油机工作和技术状况的气缸压力，在汽油机的状态监测和故障诊断中，是表征汽油机运行状态的最好指标之一。汽油机气缸压力示功图是描述汽油机动力性能的基本手段，它综合反映了汽油机输出机械功的热力转换过程。汽油机的气缸压力的估计和分析对于改善汽油机的工作性能，进行汽油机最优点火控制或喷油时刻控制，排放控制以及状态监测和故障诊断都具有非常重要的作用。

从20世纪90年代起，汽车发动机失火故障诊断方法的研究发展迅速，涌现出了许多新方法。气缸每一次点火成功，发动机即会获得动力输入，进而引起发动机速度波动。如果忽略惯性扭矩、负载扭矩、摩擦扭矩和泵吸扭矩，那么每次角速度波动和燃烧动力产生的波形将是直接相关的，研究速度变化即可提供一种失火检测的方法。从理论上讲，任何异常故障将反映在方差导致速度，加速度或者转矩的变化。因此，研究速度的方差或加速度可以提供基于曲轴速度的气缸压力估计失火诊断方法。由于曲轴速度测量方法简单，所以曲轴瞬时角速度是目前应用最广泛的一种失火判断依据,针对曲轴角速度的不稳定问题。相比于曲轴瞬时角速度，曲轴瞬时角加速度比曲轴角速度更能直接反映发动机的实际工作运行状态,由于角加速度中包含着失火的瞬时信息，通过合适的特征提取方法可得到理想的失火信号。由于曲轴扭矩不能直接测量，通常采用间接估计方法获得，有的文献分别建立单缸和多缸的发动机模型，利用参数估计的方法，实现了对气缸扭矩和摩擦扭矩的合扭矩的估计，用以多缸发动机失火判断及失火缸的定位。这些方法成本低，结构简单等优点。有的文献研究了失火对废气、缸压变化轨迹、指示平均有效扭矩、热释放率和燃烧相位度量标准的影响，实验发现最大缸压对应的曲轴转角和燃烧起始参数的变化对失火检测没有作用，而上止点处不同曲轴转角的缸压变化与失火发生具有很强的相关性，进而利用人工神经网络，用于HCCI发动机失火故障的检测，具有很高的精度。气缸压力不仅能够在线诊断发动机失火及爆震等异常燃烧现象，还可以通过气缸压力实现发动机瞬态空燃比、点火时刻、废气再循环(EGR)等发动机的控制。通过比较总结上述的方法，基于缸压估计的发动机失火故障诊断是更灵敏，更方便的一种方法。由于不需要任何附加设备，让其在失火诊断有着广阔的前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于气缸压力估计和流行学习的发动机失火故障诊断，根据发动机转速的测量提供一种准确，低成本的可靠的方法来获得发动机的状态，达到发动机故障在线诊断的目的。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

基于缸压估计和流形学习的发动机失火故障诊断方法，包括以下步骤：

1)对发动机逐缸数学模型进行分析，并以微分方程的形式建立发动机逐缸模型，表示为：