基于VB汽车发动机故障诊断系统的设计_.doc
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江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）
基于VB汽车发动机故障诊断系统的设计
序言
自20世纪50年代汽车技术与电子技术开始结合以来，电子技术在汽车上的应用范围越来越广，特别是70年代后，电子技术领域的集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路的发展，为汽车提供了处理快速、功能强大、性能可靠、成本低廉的汽车电子控制系统。
汽车电子控制系统极大地提高了汽车的动力性、经济性、安全性、舒适性，同时能够很好地解决汽车尾气排放问题和节能问题。
信息技术革命正在推动汽车技术翻开新的一页。
人类将迎来汽车的数字化、汽车的网络化、汽车的智能化，21世纪的汽车将成为一种智能的多媒体。
由于电子产品在汽车上的广泛应用，汽车综合性能在不断提升的同时，汽车的疑难杂症也逐渐增多，这对汽车维修人员提出了更高的要求。
在汽车的这些故障中，发动机所产生的故障占汽车总故障的19.8%以上，单位里程的配件消耗（在全车中约占24.0%）、保修工时消耗（在全车中约占24.0%）都很多。
而发动机是汽车其它机械运动的主要动力来源，其结构越来越复杂、工作条件也越来越苛刻，一旦出现故障将会直接导致汽车无法正常行驶。
综上所述，对汽车发动机展开故障诊断技术和系统的设计有着非常重要的现实意义。
国外汽车制造技术领先我们几十年，早就出现了类似的故障诊断专家系统或汽车资料数据库系统。
我国从20世纪60年代开始研究汽车检测技术，当时由交通部门主持研制了一些简单的诊断设备。
70年代末，我国下达了第一个关于汽车维修方面的国家级课题——“汽车不解体检测技术”。
从此，汽车检测与诊断技术在我国掀开了一个新篇章。
进入80年代后，随着国民经济的发展，在交通部门的统筹规划下，汽车检测诊断技术再一次得到了迅速发展。
本课题结合帕萨特发动机的维修手册，构建基于MicrosoftVisualBasic6.0系统，亦即是以VB6.0为开发平台，对汽车帕萨特发动机性能中的机械故障、电子故障进行诊断。
其中的诊断内容包括常见故障查询、1552代码查询、数据流分析、发动机系统简介、维修工艺简介、案例查询、案例添加等子系统。
用户通过这套软件可以较大幅度的提高其自身的维修效率，增强经济效益等。
第1章发动机故障诊断系统的总体构思
1.1VB软件介绍
1.1.1VB简介
Basic语言（Beginner’sAll-purposeSymbolicInstructionCode，初学者通用符号指令代码）是高级程序设计语言中的一种，它由美国Dartmouth大学的两位教授JohnG.Kemeny和ThomasE.Kurtz共同设计，是一种通用的计算机语言，简单易学，人机对话方便，在全球范围内得到了广泛的应用。
VisualBasic语言是在Microsoft公司的Windows操作系统平台上运行Basic语言。
VisualBasic大大简化了用户人机界面的设计，利用VisualBasic程序员可以非常简便地设计应用程序的人机界面。
通过事件驱动机制，用户在人机界面上的任何操作都会自动转为相应的代码进行处理。
程序员可以将精力集中在程序功能的设计上，不必像以前那样耗费大量的精力为人机界面编写代码。
例如，当用鼠标单击一个按钮时，只需要编写一段代码来告诉计算机单击按钮时执行哪些命令。
因此在程序设计中，VisualBasic比以往的任何工具都简单、快捷。
VisualBasic6.0还提供了OLE（ObjectLinkingandEmbedding,对象的连接与嵌入）功能。
利用这项功能在VisualBasic6.0的应用程序中，可以使Windows其他应用程序对象的某些功能得以实现。
例如，用户在建立一个VisualBasic应用程序的时候，可以使用Access建立一个数据库。
此外，VisualBasic6.0中的数据访问特性还允许对SQLServer或其他企业级数据库系统的大部分数据库格式建立数据库和前端应用程序，并可以调整服务器端软件。
1.1.2VB开发环境的介绍
1．菜单
VisualBasic6.0的集成开发环境的界面中共有13个菜单（即文件、编辑、视图、工程、格式、调试、运行、查询、图表、工具、外接程序和帮助），通过使用这13个菜单，用户可以完成VisualBasic6.0提供的所有功能。
2．工具栏的使用
工具栏提供了在编程环境下，快速访问常用命令的方法。
当光标指向工具栏上的按钮时，会显示按钮的名称和功能；单击工具栏上的按钮，会执行该按钮所代表的操作。
VisualBasic6.0中提供了4种工具栏，他们是“标准”工具栏、“调试”工具栏、“编辑”工具栏和“窗体”工具栏。
启动VisualBasic6.0后，首先看到的是图1-1所示的“标准”工具栏。
“标准”工具栏列出了VisualBasic6.0应用程序中最常见的工具按钮，利用这些按钮可以快速实现VisualBasic6.0操作。
图1-1“标准”工具栏
图1-2画出了“调试”工具栏，它的功能是在软件开发阶段用于调试程序，主要包括程序的运行、程序的暂停和程序的停止等。
图1-2“调试”工具栏
图1-3画出了“编辑”工具栏、它的功能是用于对用户编写的程序或者用户建立的各个对象进行编辑工作，例如在编写代码的时候，可以显示代码所指的对象、事件等。
图1-3“编辑”工具栏
图1-4画出了“窗体编辑器”工具栏、它的功能是用于对窗体进行改变大小、对齐等工作。
图1-4“窗体编辑器”工具栏
3．工具箱
图1-5给出了VisualBasic6.0的工具箱。
工具箱提供一组工具，利用它用户在设计人机界面时可以在窗体中放置所需的控件。
工具箱中最常用的工具包括文本框（TextBox）、图片框（PictureBox）、标签（Label）、命令按钮（CommandButton）、复选框（CheckBox）、列表框（ListBox）、单选按钮（OptionButtion）、下拉列表框（ComboBox）等控件。
图1-5工具箱图1-6属性对话框
作者在设计窗体时，可以在工具箱中单击所需要的控件，然后在窗体中适当的位置上单击，或者在适当的位置拖出适当大小的框，就可以把该控件放置在指定的位置上。
根据每个工程的实际需要，可以单独定义工具箱中可用的控件集合，任何控件在能够被添加到某个工程的窗体中之前，都必须先放到工具箱中。
VisualBasic6.0中提供了上百种可被选择的控件，程序设计人员可以根据自己的需要把这些控件添加到工具箱中，或者从工具箱中删除某些控件。
4．“属性”对话框
VisualBasic6.0中，每个窗体和控件都有自己的属性。
在缺省情况下，图1-6所示的标准“属性”对话框会出现在集成环境的右边。
如果在集成开发环境中没有“属性”对话框，可以按F4键使系统弹出“属性”对话框。
“属性”对话框列出了所选定的窗体或控件的属性值。
在VisualBasic6.0中每个对象约有20多个属性，根据对象的不同，“属性”对话框中的选项也会有所不同。
每个属性都已预先设置了默认值，在用户设计应用程序时，往往只需改变几个属性的值。
VisualBasic6.0对象的常见的属性有：
①Caption属性，它的内容就是对象标题栏中显示出的文本；
②MaxButton、MinButton属性，它们的取值决定窗体能否最大化、最小化；
③Left、Top属性，它们的取值决定对象的位置；
④Height、Width属性，它们的大小取决于对象的大小；
⑤Name属性，它的取值设置对象名称；
⑥Font属性，它的取值控制文本字体和大小；
⑦ForeColor和BackColor属性，它们的取值决定对象前景和背景颜色。
1.2系统设计需求
1.2.1硬件的需求
Pentium166以上的个人计算机，推荐Pentium333以上
32MB以上的内存，推荐64MB以上
VGA或更高分辨率的显示器
1.2.2软件的需求
Windows98/2000/XP或更高版本的操作系统
32MB以上的内存，推荐64MB以上
VisualBasic6.0应用程序开发工具
1.3国内外汽车诊断技术的发展情况
1.3.1国外汽车诊断技术的发展
汽车工业发达的西方国家自20世纪70年代初以来，汽车新结构新技术层出不穷，这就导致汽车诊断内容的复杂化。
随着汽车保有量的急剧增加，熟练维修人员相对短缺、各国有关安全、排放的严格法规相继出台，对诊断检测提出了更精确更可靠的要求。
目前，汽车诊断设备分车内诊断装置与非车载诊断装置。
前者是利用所有装在车上的诊断装置进行诊断，而后者是利用独立于车辆的诊断设备进行诊断。
一些公司也推出了故障阅读仪。
车外诊断的主要技术是采用串行通讯方式与车内ECU在汽车诊断设备的发展过程中，首先出现的是一些专用的检测仪器，如正时提前角测试仪、闭合角测试仪等，它们是故障诊断的辅助工具，而真正的故障判断仍凭借机理分析和人工经验来完成。
与此同时，国际汽车工程界开始注意汽车诊断的标准问题。
1972年，在美国旧金山召开的第一次国家汽车安全会议就讨论了汽车诊断标准化问题。
在本次会议上，德国大众汽车公司首先开发了使用微机的诊断仪器，它利用汽车装设诊断用的传感器和联接器与车外微机相连，能检查88个项目。
该仪器一经展出便在汽车制造业和维修业产生了巨大的轰动。
随后，各国相继推出类似诊断装置，如1975年美国哈米尔顿标准公司推出汽车自动读出诊断仪。
由于这类装置数据存贮量小，缺乏对检测数据的综合分析能力，对故障部位的推断能力有限，使用成本高，因此带有微机的车上实时监侧与控制装置占了汽车故障诊断设备的主流。
进入80年代后，车内诊断无非是在发动机ECU内部都设有简单的故障自诊断程序，可以将汽车的故障状态以故障码的方式记录在ECU的ROM中，并用相应的故障指示灯进行提示.汽车维修人员可按规定程序读取故障码，并据此确定故障部位与原因，进行维修.但是自诊断系统设在ECU内部，其诊断程序仅限于与传感器有关的问题，特别是只停留在与线束相关的短路、断路的故障诊断上，而且考虑成本问题，ECU中数据输出也很难。
因此，车外诊断技术便有了很大进展，如1986年美国美国通用汽车公司推出TECH—1型汽车诊断仪，能显示车内诊断装置的诊断结果，并向ECU输入控制参数，还可以进行运行状态监侧。
1987年，日本丰田汽车公司和三菱汽车公司分别推出了诊断监侧仪和多用途故障诊断试验仪。
1989年，日本日产进行数据交换，即应用能进行串行通讯的诊断仪器，读出ECU中数据流和故障码。
80年代中期，国外各大汽车公司还开始采用向汽车维修厂提供诊断、对策等信息的系统，如通用汽车公司建立了为客户服务的信息中心和为销售店技工服务的技术支援中心。
随着计算机的普及以及人工智能技术的发展，开始探讨用于汽车诊断的专家系统，如美国雷迪安公司设计了一个实验性的汽修专家系统。
加拿大太平洋铁路公司利用积累多年的润滑油光谱分析数据和经验，于1987年开发了一个用于利用发动机油液分析来进行发动机故障诊断的专家系统。
这些系统己获初步成功，显示了专家系统的巨大潜力。
但是也应看到，基于知识的诊断系统的发展也面临许多问题，主要原因是来自传统的基于知识诊断理论的限制和对不同深层次诊断知识的获取难度。
另外，许多学者还对各种汽车状态参数检测方法与测试技术在故障诊断中的应用进行了深入的研究，如迪琼（R.G.Dejong）利用振动信号对发动机进行监控；绍伯（H.Shaub）用于测量气门机构磨损的实时放射性标记技术；比安齐（Bianchi）对发动机压力信号波形分析；穆尔（G.F.Mauer）的动能则能检测内然机的性能；迪米特鲁（D.G.Dimitriu）对柴油机燃油点火延时时间测量的研究等。
1.3.2国内汽车诊断技术的发展
我国从20世纪60年代开始研究汽车检测技术，当时由交通部门主持研制了一些简单的诊断设备。
70年代末，我国下达了第一个关于汽车维修方面的国家级课题——“汽车不解体检测技术”。
从此，汽车检测与诊断技术在我国掀开了一个新篇章。
进入80年代后，随着国民经济的发展，在交通部门的统筹规划下，汽车检测诊断技术得到了迅速发展。
目前，我国汽车检测设备生产厂家已超过900家，产品种类达12000多个，年产值40多亿元，在全国已建立各类汽车诊断站1500个。
一批具有高新技术的诊断仪器研制成功并投入实用，如发动机故障诊断仪、汽车底盘测功机、四轮定位仪、制动检测台、全自动转向角检测仪等均达到了较高的水平。
就发动机检测仪器而言，发动机无负载加速测功仪、点火系检测仪、数字转速表、油耗仪、发动机漏气量分析仪、异响诊断仪、润滑油分析仪等专用检测设备在技术上已相当成熟。
至于发动机综合测试仪，最初的功能主要对点火系和异响进行检测，在微机控制下，实现自动检测，具有显示、打印功能，如济南无线电六厂开发的WFJ-1型和天津汽车检测仪器厂生产的YT416型发动机测试仪就是目前国内保有量最多的发动机综合检测设备。
近几年来，发动机综合测试仪的检测项目逐渐增多，功能更强大，如深圳元征、深圳威宁达、天津奥通等国内知名的汽车检测设备生产厂家相继推出了各自的产品。
同时，各科研院所及高等学校也纷纷从不同角度对发动机故障诊断技术进行研究，如西安交通大学开展了发动机燃烧过程优化控制的研究；武汉理工大学利用内燃机气缸盖的振动信号识别缸内气体压力；北京理工大学对发动机油料进行光谱分析；华中科技大学开发了汽车发动机诊断专家系统等。
尽管如此，我国汽车诊断技术水平与国外还存在很大差距，这主要表现为：
汽车诊断理论的基础研究不完善、不系统、不深入；汽车检测仪器产品可靠性差；自动化水平低；品种不齐全、更新慢、技术含童低、附加值低；产品性价比低、智能化水平低；某些商性能产品也无独立知识产权等。
入世后，进口产品大举进入我国，使我国汽车保修设备业的竞争处于不利的境地。
但是，我国的汽车后市场是巨大的:
目前全国汽车保有量为2100万辆，2010年将达到4500万辆；全国现有汽车维修企业32万家，大多分布在大中城市，其中能做大修的一类企业约15万家，能做二级维护的二类企业5.5万家，其余20万家是从事专项修理的企业。
根据市场预测，随着我国汽车保有量的高速增长，汽车维修企业今后每年将会以10%-15%的速度发展，各种类型的汽车安全检测站和综合检测站将在各地陆续建立，预计2010年约建成2400—2500个。
若按每条检测线配备20台计算，则用在汽车检测线上的检测仪器，就可达到48000—51000台，再加上全国几十万家汽车维修企业的需求量，其数字是可观的。
由此推侧，我国汽车检测与维修设备的发展前景非常广阔。
为此，今后我国汽车诊断技术应向以下三个方面发展：
1．完善与硬件配套的软件建设，制定全国统一的检测标准；
2．大型检测诊断设备研制方面，向声、光、电等自动化技术方向发展，进一步提高诊断系统的智能化水平；
3．汽车检测诊断实现网络化，提高信息资源共享、硬件共享、软件共享水平。
1.4系统的设计思想
故障诊断系统的设计一般分为三个阶段：
分析阶段、设计阶段和实现阶段。
每一阶段都是一系列相关的活动。
在分析阶段，需要了解诊断系统的目标，即决定系统应该做什么。
在设计阶段，确定如何在给定约束的条件下实现这些目标，即决定系统怎样可以做到。
在实现阶段，认真贯彻设计，并多次测试系统、完善系统。
分析阶段类似于软件工程中的需求分析，一般分为这几个步骤:
1．确定系统的约束条件：
约束条件可能来自系统的内部或外部，重要的约束条件包括是否必须采用某种软件、是否必须采用固定的器件等；
2．罗列用户的要求：
这里的要求主要是任务书中的要求，要使得开发出的诊断系统尽可能的满足用户的需求，必须从各个角度去考虑，如系统用于什么任务、系统的界面、系统的可扩展性、系统的可靠性等；
3．确定开发计划：
设计阶段主要决定系统如何在给定的约束条件下完成设计要求，这个阶段主要步骤是审查分析资料、熟悉使用的软件、检查设计等。
经过先前的准备，设计本诊断系统的时候勾画出了整个诊断系统的框架见图1-7。
图1-7系统框架图
由图1-7可以看出，本诊断系统主要分为三个层次：
诊断系统总界面以上的为一层，所有的子系统查询为一层，终端为一层。
设计时首先设计终端层，因为终端层次比较容易设计，并且目标比较明确易于修改；其次，设计子系统查询这一层，这是整个系统中最难的层次，它不仅起着承上启下的作用，还是整个系统的核心部分；下一步开始设计总的登陆界面，在前面两个层次设计完成之后，登陆界面的设计还是相对比较简单的；最后的问题是完成三个层次的衔接，衔接和美化之后诊断系统才算基本完成。
本诊断系统的窗体共70个，一共用了56个窗体，其它14个窗体为备用窗体。
在设计这套诊断系统过程中，作者首先查阅了大量的VisualBasic6.0的学习资料，熟悉VisualBasic6.0相关控件以及有关程序的编写；其次利用作者校图书馆中汽车发动机的资料以及网络资源，经过多次筛选之后编入程序之中。
此外还借鉴了其它相关性的学术性科技文摘，这使作者对该诊断系统有了更加确定的研究方向。
第2章发动机的基础知识和常见故障
目前，电控汽油脉冲喷射系统是使用最为普遍的汽车电控汽油喷射系统。
电控汽油脉冲喷射系统由电控单元（ECU）对电磁喷油器的开启时间进行直接控制，通过控制喷油器的开启时间实现喷油量控制。
汽油从喷油器喷孔喷出时会产生压力损失，为使喷油压力与进气管压力保持恒定压差，将进气管压力引入供油调压器进行补偿。
电控汽油脉冲喷射系统可以获得更高的喷油控制精度，一般还配以高精度的点火控制系统构成发动机集中控制系统。
下图2-1为电控发动机原理图。
图2-1电控发动机原理图
2.1发动机的组成与功能
汽油机由两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系，本章中介绍的均是汽油发动机。
两大机构五大系统的组成与详细功能如下：
（1）曲柄连杆机构
组成：
由汽缸体、汽缸盖、活塞、连杆曲轴和飞轮等机件组成。
功能：
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。
它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。
在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。
而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。
（2）配气机构
组成：
由气门、气门弹簧、凸轮轴、挺杆、凸轮轴传动机构等组件等组成。
功能：
配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。
（3）燃料供给系统
组成：
化油器式由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器等组成。
电控燃油喷射式由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统组成。
功能：
汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。
（4）点火系统
组成：
传统式由蓄电池、发电机、点火线圈、断电器、火花塞等组成。
普通式和传统式点火系统类似，只是用电子元件取代了断电器。
电子点火式全部是全电子点火系统，完全取消了机械装置，由电子系统控制点火时刻，包括蓄电池、发电机、点火线圈、火花塞和电子控制系统等。
功能：
在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。
能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系。
（5）冷却系统
组成：
水冷式由水套、水泵、散热器、风扇、节温器等组成。
风冷式由风扇和散热片等组成。
功能：
冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
（6）润滑系统
组成：
由机油泵、集滤器、限压阀、油道、机油滤清器等组成。
功能：
润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。
并对零件表面进行清洗和冷却。
（7）起动系统
组成：
由起动机及其附属装置组成。
功能：
要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。
发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。
因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。
完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。
2.2常见故障的部位分析
尽管电子控制燃油喷射系统有不同的结构特点和分类特性，但是，就其常见故障而言，有其相同的或相似的问题。
下面就电喷发动机常见故障的共性问题进行分析。
2.2.1ECU常见故障
电子控制单元ECU虽然一般比较可靠，不容易出现故障和问题。
但对于行驶已超过10万公里以上的车辆，也难免要产生某些外围故障，例如：
个别电子集成块损坏、电控单元固定脚螺栓松动、某个电子元件焊脚接头松脱、以及电容元件失效等。
ECU出现故障后，可能造成发动机难于起动或者根本不能起动，或者是没有高速、热车难以起动、耗油量大等现象。
这些问题，一般应该送往特约修理部门去测试和修理。
2.2.2插接件连接故障
电喷系统的电路引线有很多插件，几乎布置在所有的电器元件上。
当机器使用时间过长便会使插件老化，或者由于插件多次拆卸造成接头松动或者接触不良，而导致发动机工作不稳定，时好时坏。
比如：
当空气流量计中的电动燃油泵电路开关的接头接触不良时，便会导致发动机起动困难，如果是喷油嘴的电源插件松脱，便会造成发动机缺缸故障。
2.2.3传感器故障
汽车用的传感器虽然结构不尽相同，但大致有以下几种类型，如热敏电阻式、真空压力式、电磁式、机械传动式等。
如果传感器中的易损零件损坏，如簧片弹性失效、真空膜片破损、回位弹簧疲软、断裂或脱落，不能及时、准确地反馈发动机的工况，从而使得电子控制系统工作失常甚至失效，继而导致发动机工作不协调，甚至根本不能工作。
本系统中可查询的传感器有空气流量计、进气温度传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、冷却液温度传感器、爆震传感器、喷油器、燃油泵、氧传感器并详细介绍了各个传感器的作用以及检查的步骤。
2.2.4喷油器堵塞故障
电喷发动机的汽油雾化，类似于柴油机的高压喷油嘴喷油雾化情况。
不过电喷发动机喷油嘴是有一组电磁线圈、吸铁开关、喷油针阀和座组成。
针阀开启时就喷油雾化，针阀的开启是受电控单元ECU产生的电脉冲控制的。
有时候会因为电磁线圈工作不良或喷油针被阻滞卡死，而造成某缸汽油雾化不良或不雾化（滴油）从而导致该缸的工作不良或不工作。
2.2.5空气、燃油滤清器堵塞故障
电喷发动机空气滤清器一旦发生堵塞将会造成混合气过浓，汽油滤清器滤芯堵塞将会造成混合气过稀，这都会导致发动机起动困难、转速不稳定以及运转无力等。
因此，应按汽车说明书要求定期清洗或更换滤芯。
2.2.6连接管道松脱不严的故障
电子控制燃
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