摘要：基于高压共轨电控柴油机分析了柴油机电控单元故障诊断系统的工作原理，结合车载故障诊断系统的国际标准和电控系统模块化的设计思路，提出了针对各子模块的故障诊断控制策略，并完成了故障诊断模块的设计。通过对主要应用参数的标定，利用ETAS公司的ASCET软件实现控制策略的模拟仿真并在某型号高压共轨柴油机上进行台架试验。试验结果表明，采用以上控制策略可有效地实现柴油机的故障诊断。

　　关键词：高压共轨柴油机;故障诊断;ASCET;模拟仿真

　　中图分类号：TK421 文献标识码：

　　Abstract: Based on high pressure common rail diesel, the operating principle of fault diagnostic system was analyzed. The fault diagnostic sub-module control strategies were brought forward and the module designation of fault diagnostic system was finished by combining with the international standards of on-board diagnosis system and the Modular idea of electrical control system. Making use of ETAS Co.’s ASCET software, the control strategies of fault diagnostic were simulated via calibrating the main application parameters. The result which achieved from the bench test show that the fault diagnosis of diesel can be fulfilled by adopting the above control strategies.

　　Key words: High Pressure Common Rail Diesel;Fault Diagnostic;ASCET;Simulation

　　引言

　　常规能源的日趋枯竭和国家实行汽车排放标准的日益提升，推动了内燃机技术的发展。高压共轨技术可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度，使现代柴油机工作性能得到不断改善，但同时控制系统也越来越复杂，柴油机故障出现机率也相应增加，除相对简单的机械故障外，还包括了更为复杂的电控系统故障，这些故障导致排放增加[1,2]。为了提高柴油机工作性能的同时，有效控制环境污染以及便于故障维修，柴油机电控系统都必须具有故障诊断功能，国际上制订了相应的OBDⅡ标准，并在部分国家被普遍采用。中国的排放法规也在从国Ⅲ向国Ⅳ发展，不久OBD标准将在全国范围内被强制执行。到目前为止，由于车载故障诊断系统的复杂性以及实现此系统时出现的难点很难被解决，国内车辆为遵守OBD规范而采用的故障诊断系统都是国外的成型产品，迫切需要自主研发的故障诊断系统。基于以上原因，本文开发了一种新型的故障诊断系统FMS(Fault Management System)。

　　FMS通过柴油机电控ECU监测模块实时监测柴油机系统各类运行参数，在柴油机系统出现故障信息时，对故障类实时进行故障诊断，给出诊断结果，并可根据故障情况，对柴油机运行进行控制[3,4]。该方法具有直接、实时、准确等特点，是目前电控柴油机备受关注的在线实时故障诊断系统。

　　1 高压共轨柴油机FMS工作原理分析

　　FMS是电控单元ECU本身具有的一种功能，是存储于ECU 内的一部分软件和相应的硬件。主要用来对高压共轨柴油机ECU进行实时监测和诊断。

　　汽车正常运行时，ECU各模块(燃油喷射模块、空气系统模块等)的输入、输出信号都有一定的变化范围[5]。当某一信号超出了这一范围，并且这一现象在一段时间内不会消失，FMS便判断为这一部分出现故障。并把这一故障及其相关信息以代码的形式存入故障内存中，同时点亮故障指示灯(Malfunction Indicator Lamp，简称MIL)[6,7]。被存储的故障代码在检修时可以通过故障诊断仪来读取。如果确认故障消失，FMS将指令故障指示灯熄灭并清除故障内存中对应此故障的故障信息。

　　2 FMS模型建立

　　实现故障诊断系统对发动机的检测与诊断，存在以下难点：

　　1)故障类型繁多及故障严重程度不同。高压共轨柴油机结构复杂，零部件繁多，因此可能出现的故障类型有上百种，但这些故障发生时导致的影响不同。如：失火和冷却液温度传感器信号不正常。后者会导致起动困难，排放微增;一旦某一气缸发生失火，未燃HC将进入催化转化器。当催化转化器将这些HC转变为CO2和水时，催化转化器就会过热，催化转化器内蜂窝载体可能会熔化成实心块。此时，催化转化器将失去转化排放物的功能，对柴油机工作性能和排放都有很严重的影响。因此，要区别对待不同的故障类型。

　　2)如何判断“真”“假”故障。电控柴油机工作时，可能会出现两种故障：偶发性故障和真实性故障。偶发性故障是曾经发生但当前已经自修复了的故障，真实性故障是经过相当一段时间的确认而仍然存在的故障。如果偶然出现一次不正常信号，故障诊断系统就点亮故障灯，这会给维修带来不便。因此在实现诊断系统控制时要判断出哪些属于真实故障，

　　3)如何确定点亮故障灯和将故障信息存入故障内存的时间。点亮故障灯和存储故障信息时需要考虑：发动机状态，故障状态，诊断运行时间，故障触发方式，故障内存溢出等问题。如何在高压共轨柴油机高速运转时，既可协调解决以上问题，同时又能快速准确地判断出满足条件的故障用于点亮故障灯提示驾驶员，存储故障信息方便维修，既是难点也是必须要解决的问题。

　　FMS运用ASCET软件的图形化编程界面可以快速建立基于模型的控制过程，利用框图化的基本模块实现故障诊断控制策略。FMS主要包括三大子模块：状态监测、故障管理和接口。模块结构如图1所示。

　　图 1 FMS模块结构

　　Fig.1 FMS module constructure

　　FMS控制策略总图如下所示。它解决了实现故障诊断系统时存在的难点。

　　图 2 FMS控制策略总图

　　Fig.2 Operation process of pre-debouncing

　　状态监测模块可判断出故障真实性，它不断监测车辆运行时各部件的工作状态，一旦发生故障，运用特殊算法筛选真实故障，并将故障信息(包括：故障类型，故障是否监测完毕)以故障路径的方式传送给故障状态控制器。故障路径处理方式可对故障类型进行分类，并将与之对应的应用参数(FMS_ClassMil_C，FMS_ClassSysLamp_C…)分配给不同的故障类，方便对不同的故障执行相应的操作，将分配好的应用参数传递给故障状态控制器。故障触发条件为故障状态控制器判断柴油机当前状态，各种触发条件(时间触发，驾驶循环触发，暖机循环触发)是否满足。

　　故障状态控制器接收来自以上三个模块传递来的应用参数后，根据故障类型，柴油机状态，以及故障状态，发出各种指令：是否点亮故障指示灯，是否存储环境条件。从而解决了第三个难点。指令以信号形式传递给故障内存管理模块和与驾驶员接口模块。这两个模块分别进行故障指示灯的驱动以及存储故障信息的动作。故障诊断仪和用户诊断仪通过接口可以从故障内存中读取故障信息。

　　2.1 状态监测的实现

　　状态监测模块在对故障信号进行确认时，采用的算法为预消抖。预消抖过程如图2所示。

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