丰田汽车电子点火系统BP神经网络故障诊断模型的仿真
摘要：人们的生活水平逐渐提高，汽车出现在家庭里情况变得越来越普遍。对大众来说，汽车是一种高科技的产品，与此同时，在我国，汽车也是国民经济发展的重要产业之一。国民对汽车的消费水平越来越高，逐渐成为人们生活出行中不可缺少的一部分。有关汽车制造的企业在全国分布的特别普遍，汽车的产业已经形成了完整的产业链。在世界经济的发展时间内，在世界范围内，汽车行业的竞争日趋激烈。因此，安全舒适、绿色环保、性价比高等一系列业绩指标是汽车行业企业家追求的目标。同时，也是决定企业发展和市场竞争力的重要方面。汽车售后服务的检验和诊断技术是汽车质量的关键，对汽车生产的可持续发展有着重要的影响。
汽车最重要的部分是汽车点火系统。汽车点火系统不仅需要耐用性和可靠性，还需要良好的经济性和动力。但是，点火系统的构造复杂，零件多，工作条件差，是现在使用中最有缺陷的零件。本论文以丰田汽车的电子点火系统为例，探讨了点火系统故障的诊断和调整，为合理使用汽车点火器提供了依据。提高工作效率，减少工作材料的消耗，削减生产成本。
关键词：丰田；点火系统；故障；维修
Common Faults and Maintenance of Electronic Ignition System of Toyota Automobile
Abstract:With the gradual improvement of people's living standards and the emergence of automobiles in the family, it is very common that automobiles are a high-tech product. At the same time, automobiles are also an important industry of national economic development. Automobile consumption will gradually become a part of people's life. The enterprises of automobile manufacturing are all over the country and have formed a complete industrial chain. With the development of global economy, the competition of automobile industry has become global. Therefore, a series of performance indicators, such as safety, comfort, environmental protection and economy, are the goals pursued by entrepreneurs in the automotive industry. At the same time, it is also an important aspect to determine the development of enterprises and market competitiveness. Automobile after-sales service detection and diagnosis technology is the key to automobile quality, which has an important impact on the sustainable development of automobile production.
The ignition system of automobile is the most important component of automobile. The automobile ignition system should not only have good durability and reliability, but also have good economy and power. However, due to the complex structure of the ignition system, many parts and poor working conditions, it is the most defective part in use at present. Taking the electronic ignition system of Toyota as an example, this paper studies and discusses the fault diagnosis and adjustment of the ignition system, which provides a basis for the rational use of the automobile igniter. Improve work efficiency, reduce the consumption of operating materials, in order to reduce production costs.
Key words: Toyota; Ignition system; Failure; Maintenance
目 录
一、 绪论 1
（一） 研究背景 1
（二） 研究意义 2
（三） 国内外对点火系统的研究现状 3
1． 国外研究现状 3
2． 国内研究现状 3
二、 相关概念介绍 5
（一） 汽车上点火系统的特点 5
（二） 点火系统的类型 5
（三） 丰田车电子点火系统的工作原理 6
（四） 丰田车的点火系统的常见故障类型 8
三、 电子点火系统的常见故障的维修 10
（一） 模型的构建 10
（二） 丰田电子点火系统的数据参数 11
（三） 数据回归模型 13
（四） 丰田汽车电子点火系统故障检测的GA—BP算法的流程图 13
1． 丰田汽车电子点火系统故障检测的参数编码方式 14
2． 丰田汽车电子点火系统故障检测的初始群体生成 15
3． 丰田汽车电子点火系统故障检测的适应度函数设计 15
4． 丰田汽车电子点火系统故障检测的遗传算子操作 15
（五） BP神经网络故障诊断模型的仿真 16
1． 初始参数设定 16
2． 仿真试验 17
四、 结论 19
五、 致谢 20
六、 参考文献 21
一、绪论
（一）研究背景
随着汽车电子信息技术的快速发展，包括汽车的生产、销售等各个方面，都会用到电子设备，电子时代的到来，对汽车故障诊断和维修面临新的挑战，同时也是一种机遇，电子设备给汽车的维修和检测也带来了便利，
电子设备需要同时有效地诊断汽车发动机的电子控制系统的故障。汽车发动机的使用时间是汽车的使用中最长的部件，同时，汽车的发动机在汽车时候中，应用的范围是最广泛的，因为这个两方面的原因，使得汽车的发动机特别的容易发生各种各样的故障。汽车上面的点火系统是汽车的发动机中重要组成部分。点火系统的动作条件，能够直接影响到发动机的使用中的各种性能。所以，总的来说，汽车上面的点火系统的检测和故障诊断在保持发动机的良好性能上极为重要。点火系统的故障是汽车最常见的故障，其故障现象与燃料供应系统的常见故障现象相似。这是汽车发动机维修的比较难的地方。因此，为了判断引擎点火系统的技术状态，需要建立迅速准确简便的诊断方法。
典型的汽车存在的故障中，有关汽车的点火系统的故障超过45%，汽车内部的点火系统的故障的检测与维修，影响到汽车运行期间的可靠性，因此，分析和诊断点火系统的潜在故障具有十分重要的意义。故障原因众多，相互影响，诊断精度很难与专家知识相结合，因此，将故障诊断技术人工智能与故障诊断技术的改进是我国在汽车维修行业内的重点之一。
操作中可能发生异常。由于零件破损，操作中有无法达到目标的系统。或者偏离了正确的调整状态。特别是点火系统。因此，在进行失效解析之前，点火系统状态的调整非常重要。根据故障类型的分类，点火系统中常见的故障是无火、微弱、点火时间不均衡。这些故障很容易导致引擎故障和驾驶异常。根据故障部位的不同分类，点火系统的故障主要发生在低压线和高压线。低压线的主要部件是火炬、电子点火器、点火信号发生器等。高压线的主要部件有配电箱的盖子、配电箱、高压电线、点火插头等。点火系统的故障大部分发生在这些主要部件的地方。例如，点火插头和高压电线的损伤可能导致点火系统性能恶化、引擎不稳定的空转、汽油堵塞等不稳定现象。普通的点火插头一般是每4000千克更换一次，高价的白金燃烧器每100,000千克更换一次。通过延长使用时间、高温热机运行及不规则的折叠及弯曲等粗糙分解方法，正常维护可导致火花塞大量增加及芯丝破损时的电阻值，高压电力不完全朝向点火花塞方向，而采用点火花塞的大量增加及芯丝破损时的电阻值。火花的故障和火花的跳跃变得点火不足。混合后，对应的汽缸变得异常不工作，对发动机的输出带来严重的影响。汽车引擎的故障非常复杂。点火系统的故障，有短路，开路，内部系统零件的故障等，不遵循一定的规则的情况。有些原因可能会偏离思考的检查。在被忽略的部分。这些现象在诊断中的发现和判断是困难的，是在车辆修理领域被广泛关注的问题之一。
（二）研究意义
进入21实际，汽车行业的发展特别的迅速，影响的范围也越来越广泛，和汽车相关的法律法规也伴随这汽车行业的发展，逐渐的被强化与完善，所以，对于汽车的性能来说。就被要求的越来越高，总的来说，对汽车的维修和故障的检测的研究就越来越高。汽车的发动机作为汽车的心脏，是汽车动力的来源，汽车的发动机的动力与发动机的好坏直接影响着汽车在行驶过程中的动力、汽车在使用过程中的耐久性和汽车能够安全驾驶的可靠性。总的来说，对于驾驶汽车的司机和维修汽车的人员来说，正确地认识和掌握汽车的发动机故障的原因和基本预防措施是至关重要的。同时，汽车的点火系统是发动机的启动的装置，点火系统的好坏直接影响着汽车发动机的性能，所以本文研究的汽车的点火系统对于延长发动机的寿命有着重要的意义。
随着汽车数量的迅速增长，国内汽车销售市场在生产和销售数量也在稳步增长，人们对汽车的需求也在不断增加。在发达国家的汽车维修业中，日本拥有超过二万名合格的诊断技术人员，几乎有一半是高级技术人员。然而，在我国，诊断技术人员的合格率却达不到30%的水平，总体技术水平要适应汽车技术的发展，在维修服务中的痛苦我国汽车维修设备的技术人员需要不断积累和提高故障诊断水平，不断发展出各种汽车维修设备的快速故障解码、发动机综合分析仪、汽车绿化设备电子控制发动机的故障率很低，但如果出现故障，需要分析造成发动机性能下降的原因。随着汽车电子技术的不断发展，传统的基于STK的故障诊断方法在发动机故障自诊断系统中的应用越来越困难。
由于汽车的长期使用和磨损，与汽车的电子点火系统相连接的发动机的状态会逐渐恶化，尤其是在发动机电子点火系统的电控系统的引入，发动机系统的结构越来越复杂。其中，发动机点火系统的故障类型复杂，通常导致汽车起动困难、怠速不稳等故障，直接影响汽油机的点火性能。
（三）国内外对点火系统的研究现状
1、国外研究现状
到目前为止，开发了一个汽车故障诊断系统，该系统具有静态检测设备，可以测量汽车的功率、速度、废气分析、润滑油质量分析等，并具有便携式通过对发动机故障的分析，结合压力、温度、速度、功率等传统参数，对航空发动机故障进行了综合诊断。
Ball（2018）是就读于英国曼彻斯特大学的学生，他的研究表明，造成柴油喷射器振动的主要原因是针阀开口的影响，影响的关键问题是阀座和高压燃料的流动性能。同时，ball还出了时频分析和包络分析，这种时频分析和包络分析是基于座椅振动传感器采集的振动信号的高低来分析的，这种分析，实现了燃油系统的故障和燃油系统的诊断。
Rizzoni（2018）研究了内燃机爆燃式爆缸故障的诊断诊断方法，这种诊断方法运用到了时频分析方法。
Ribbens（2018）对气门机构故障的研究表明，由于转速或扭矩信号属于气门机构的二次信号，气门机构的故障会影响发动机的运行。针对缸盖振动信号的特点，提出了一种基于周期采样的分析与判断。
Jia Jide（2018）在论文中指出，对振动信号在发动机故障诊断中的应用进行了研究，这个论文中系统的分析了发动机常见的故障的机理，如活塞敲击等。Jia Jide在论文中还介绍了一系列的信号处理方法，如时域特征提取方法、机械常见故障诊断信号。
JCKE（2018）模拟了柴油机排气门泄漏对排气温度、排烟量、油耗、缸盖表面振动信号的敏感性，以及燃烧压力、表面振动信号与利用振动信号频谱分析法对排气门泄漏故障进行了分析。
2、国内研究现状
人工智能技术的发展正在慢慢的影响着我们的生活，所以，通过汽车和智能技术的结合，对于发动机的故障诊断的方法，进入了智能化阶段。人工BP的神经网络被引擎故障诊断应用的时候，得到了很多的效果。李静在（2018）汽车变速器的故障诊断中，提车了一个新的方法，就是提出了基于DS证据理论的汽车变速器的在线监测。以发动机冷却系统的温度控制阀装置的故障诊断为例，系统识别的可靠性显著提高了。
王明（2018）通过手机无障碍状态和有故障状态的数据，然后通过这些数据建立了BP的模型。这些数据的来源是以不同的发动机的扭矩、发动机的水温、油门开口和气流等作为矢量建立了BP的模型。王明在论文中，通过对汽车的发动机的实际的测试，证明了人工神经网络能够正确诊断发动机故障。针对基于人工神经网络的自组织聚类和非线性映射能力，提出了一种利用方法，神经网络综合内燃机故障诊断方法。在实际诊断中获得了了满意的结果。
刘士元（2018）把火灾故障诊断作为模型分类问题，分类火灾故障有没有的瞬间速度变动。另外，在将瞬时速度数据作为BP网络的输入而实现的火灾故障诊断中，存在诸如遗传算法诊断等许多智能诊断方法，主要与其他的诊断方法组合来优化系统。综合了神经网络，主要优化神经网络的权重和结构输入/输出参数。模糊组理论主要使用模糊推理规则来优化。根据小波形最优化，可以得到更好的性能波形。遗传算法征服了专家系统的推理速度慢、知识少的问题。知识的得到困难的障碍。基于音响强度的知识和人工神经网络的融合的诊断方法具有较强的适应性、稳健性、失真性。处理信息的能力包括歧义性、随机性、噪声或非兼容性和强有力的能力。刘士元在研究中总结了汽车发动机的故障种类，能诊断各种各样的故障种类。
从现状能够看出来，基于振动分析、信号处理、人工智能和多信息融合的综合诊断方法对汽车的发动机的检测具有很大的优势，是发动机故障诊断技术研究的热点和发展趋势。但是，无论采用怎样的方法，使用振动信号进行分析，从振动信号中提取故障的特征作为诊断参数一般是有效的。
参考文献
[1]周篷,蒋林,杨高鹏,et al.放空火炬高频点火系统设计[J].微型机与应用,2017(4).
[2]张磊.浅析电控发动机点火系统故障[J].内燃机与配件,2017(18):78-79.
[3]徐思明,王成刚,王艳龙,et al.一种钻井抢险应急点火系统:.
[4]谢敬侠.试析电控发动机点火系统故障检修[J].中国新技术新产品,No.335(01):43-44.
[5]陆海峰,汪阳,梁敬,et al.新型两阶段点火系统对稀燃效率的影响[J].内燃机学报,2017(06):54-61.
[6]关晖,张华翼.锅炉微油点火系统火焰检测装置改造简析[J].能源研究与管理,2018.
[7]杨文康.关于电控发动机点火系统故障检修思考[J].科技与创新,2017(3):63-64.
[8]邓康.容错设计技术在弹上点火系统的应用研究[J].现代防御技术,2017,45(6).
[9]易强.浅谈PW1100G-JM发动机点火系统故障分析和处置建议[J].科学技术创新,2018(2):5-6.
[10]王智颖.某涡轮增压汽油发动机点火系统失效分析与研究[D].
[11]邓康.导弹点火系统安全性设计方法研究[J].现代防御技术,2017(3).
[12]钟海涛,王展,郁伟帅,et al.WH1152FMI发动机双点火系统研究[J].电子世界,2017(21):28-29.
[13]何贡.自动点火系统FCS在炼油厂火炬系统中的应用[J].电子测试,2017(15).
[14]闫金山,陈峰,张凯,et al.660 MW机组等离子点火系统改造浅析[J].能源与节能,2018(1):4-8.
[15]吕帅.某电点火系统短路电阻值超差分析及工艺改进[J].新技术新工艺,2018,No.365(05):72-74.
[16]刘锐,魏民祥,贝太学,et al.电容式多次放电点火系统设计与试验[J].航空动力学报,2017(2).
[17]汪冰吉,张岳,朱彦平,et al.一种可控火花能量的交流点火系统研究[J].柴油机,2018.
[18]邵跃,吴恩会,张涛,et al.航空发动机点火系统半导体电嘴端部电极间隙的设计研究[J].机械科学与技术,2017(1):161-164,共4页.
