CN105675306B - 一种汽车自检测方法及检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种汽车自检测方法及检测系统，用于汽车技术状况或查明故障部位、原因的检测。通过检测系统将汽车诸多可发声部件发出的正常声响信号的时域特性经信号运算控制单元运算得到频谱特性，通过比较汽车待检可发声部件与正常可发声部件的时域特性和频谱特性的区别以此获得汽车可发声部件的检测结果，将处理结果传送到结果显示单元。用户可根据检测结果方便快捷准确的查明故障或隐患部位及原因，从而及时的处理相关部件，增强汽车安全行驶的可靠性。本发明具有实时性、使用方便、直观准确，可用于各种汽车的安全自检测、故障自检测系统等。为汽车在不解体自检测工作状况提供一种可靠的方法。
Description
技术领域
本发明属于汽车检测技术领域，具体涉及一种汽车在不解体条件下，确定汽车技术状况或查明故障部位、原因进行的检测、分析与判断检测方法。
背景技术
汽车检测是为确定汽车技术状况或工作能力的检查。汽车在使用过程中，随着使用时间的延长(或行驶里程的增加)，其零件逐渐磨损、腐蚀、变形、老化，以及润滑油变质等，致使配合副间隙变大，引起运动松旷、振动、发响和漏气、漏水、漏油等，造成汽车技术性能下降。通常在汽车检测过程中，主要是通过有经验的维修人员发现汽车故障并作有针对性的修理。即过去人们常讲的"望(眼看)"(例如:通过观察汽车外观或车辆行驶状态判断故障)、"闻(耳听)"(例如:通过发动机等运转发声判断故障)、"问(询问)(例如:通过询问驾车人员车辆使用情况或现象判断故障)、"切(手摸)"(例如:通过手摸感受温度、振动、压力等现象判断故障)方式。随着现代机电测控技术进步，特别是计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。现阶段人们能依靠各种先进的仪器设备，对汽车进行不解体检测，而且安全、迅速、可靠。
汽车上有许多部件在汽车行驶工作时能够发出声响，不同的部件由于其物理结构的不同发出的声响不同，汽车在使用过程中由于各种原因造成发声部件出现异常时其发出的声响也会不同，而当这些部件处于不正常工作时会发出异响，据统计，汽车故障约有70％是通过异响表现出来的。通常有经验的检修人员就是通过这些异响来判断故障原因。随着家用汽车的普及，越来越多的人员学会了驾驶技术，但掌握汽车检修技术的人员却远远不足，而汽车故障多数发生在行车途中，如果远离保修基地，带故障勉强行驶，将会带来严重后果，即使请人来救援，如果能基本准确的告知对方汽车出问题的程度和部位，就会大大提高排除故障的效率，另外一些汽车在早期的亚健康状态完全可以通过能够发声部件发出的声音特性来进行自检预警，使驾驶员及时掌握汽车的性能，实时了解汽车是否具有安全隐患，即使一旦汽车出现了一些故障也能准确的断定故障部位，能及时处理从而消除安全隐患。
发明内容
本发明目的是解决现有汽车检测手段太专业，不能达到普及和自检的问题，提供一种基于汽车异常响声的自检测方法，找到一种简单便捷的，以满足广大驾驶员能快速的掌握判断和排除故障的检测方法，为汽车维修人员提供一种可靠实用的检查方法，也为汽车自动检测，提供快捷的检测方法和思路。
本发明目的之一是提供一种汽车自检测方法，该方法是将标准汽车部件和待检汽车部件以及常见故障信号发出的音频信号的时域特性经过数学运算傅里叶变换处理得到相应的频谱特性，解析标准音频率和各谐波音列的组成成分和关系以及每个谐波音的强度值，比较标准汽车部件和待检汽车部件发出的音频信号的频谱特性和时域特性，从而得到标准汽车部件和待检汽车部件的发出的音区别，并根据常见故障信号的特征，判断发出异响的原因。采取的技术方案是：
一种汽车自检测方法，该检测方法是基于汽车可发声部件发出声响的频谱特性和时域特性的方法，包括以下步骤：
第1步、将标准汽车发声部件和待检汽车发声部件及常见故障异响信号发出的声音信号输入到音频信号输入单元得到音频的电信号，随后将该信号送入信号采集单元进行采样处理，将模拟信号转为数字信号，并将上述数据信号存入数据存储单元；
第2步、在信号运算控制单元通过调用第1步数据存储单元中来自信号采集单元的数据信号，进行频谱解析，将标准汽车发声部件和待检汽车发声部件及常见故障异响信号发出的音频信号的时域特性经过数学运算傅里叶变换处理得到相应的频谱特性，解析上述的音频信号频谱特性中标准音频率和各谐波音列的组成成分和关系以及每个谐波音的强度值，然后将所得音频频谱数据结果送到数据存储单元；
第3步、将第2步所述数据存储单元中的音频频谱数据调入信号运算控制单元进行比较分析，并设定相应的误差范围，然后比较标准汽车发声部件和待检汽车发声部件音频信号时域特性和频谱特性值的区别，并比较第1步、第2步中数据存储单元的常见故障异响信号与待检汽车发声部件发出音频信号的时域和频域信号变化的区别，将比较的结果存入数据存储单元。
第4步、通过结果显示单元将信号运算控制单元解析后的待检汽车发声部件和标准汽车发声部件的时域特性和频谱特性，根据检测情况进行待检汽车发声部件和常见故障异响信号由音频信号输入单元输入的时域特性和频域特性分别从第1步和第2步所述的数据存储单元中调出进行显示，并将信号运算控制单元中经过比较的待检汽车发声部件和标准汽车发声部件以及与常见故障异响信号的频谱特性和时域信号的区别的结果从第3步数据存储单元调出并显示出来，从而实现待检汽车相关性能的检测。
本发明的另一目的是提供一种汽车自检测系统，该系统包括：
电源，用于系统供电；
音频信号输入单元，用于音频信号与电信号的转换；
信号采集单元，用于完成对信号进行采样量化；
数据存储单元，用于完成来自信号采集单元的信号采样处理结果和信号运算控制单元进行频谱解析和频谱比较以及时域比较运算结果的存储；
信号运算控制单元，用于频谱解析并比较待检汽车发声部件发出音的信号与标准汽车发声部件发出声音以及与常见故障异响信号的频谱特性和时域特性的区别；
结果显示单元，用于显示待检汽车发声部件频谱特性和时域特性以及最终的比较分析处理结果。
进一步的，所述的音频信号输入单元依次连接信号采集单元和数据存储单元，数据存储单元双向连接信号运算控制单元，信号运算控制单元再和结果显示单元连接；音频信号输入单元、信号采集单元、数据存储单元、信号运算控制单元和结果显示单元同时连接电源。
本发明的优点和积极效果是：本发明可以提高驾驶员或汽车检测人员检测汽车故障的工作效率，也大大提高了汽车故障检测的精确性，为驾驶员和检测人员提供了方便快捷精确的检测方法。
附图说明
图1是本发明方法使用的检测装置原理框图。
图2是本发明方法的实施流程。
具体实施方式
本发明的原理是：
汽车是由上万个零部件组成的复杂系统，在正常工作中会有一些部件发出一定的声响，但随着汽车的使用时间增长、操作不当、自然环境等因素的影响，各机构、系统因磨损、破损、固定松动、老化、接触不良等原因，使其在工作中产生响声变大或变小，无规律或规律变化等现象，即出现汽车异响，则预示着汽车部分或全部出现了故障。由于汽车的不同部件发出异响根据其结构、材料、位置等原因会有不同的声响，每种异响都有其特定的频率，当运动速度的频率是异响频率整数倍时，会产生共振，使汽车异响加剧。另外异响由小变大，由不明显逐渐变得突出，说明某处有不正常的磨损，若异响变化较快，则说明某处松动、拉伤、烧蚀等现象。通常必须是非常有经验的师傅人为来判断，这样有时不能及时的发现问题，造成延误。而我们可将汽车需要检测部件发出的标准音信号进行电信号采集，然后对采集到的信号的频域特性中的进行频谱解析，得到相应标准音频率和各谐波音成分、相互关系、每个谐波音强度值这些频谱特性，为了精确起见还可根据输入到音频信号的时域特性得到相应的部件音响的时域状态，比较待测汽车部件与所设定的标准汽车部件频谱特性和时域特性的区别，据此驾驶员或汽车检测人员根据异响的变化情况查明原因，找到相应的改进修理方法，这样会大大减少汽车故障检测过程中存在较大的人为因素，减少误差，方便准确的检测汽车的故障源。
如图1所示，本发明检测系统包括：电源1、音频信号输入单元2、信号采集单元3、数据存储单元4、信号运算控制单元5和结果显示单元6；所述的音频信号输入单元2依次连接信号采集单元3和数据存储单元4，数据存储单元4双向连接信号运算控制单元5，信号运算控制单元5再和结果显示单元6连接，音频信号输入单元2、信号采集单元3、数据存储单元4、信号运算控制单元5和结果显示单元6同时连接电源。
本发明的检测方法是通过上述检测系统进行，其实施流程参见附图2，包括输入音频信号的步骤；信号采样的步骤；频谱运算的步骤；误差设定的步骤；频谱比较、时域比较的步骤；结果输出的步骤。
其中输入音频信号的步骤通过音频信号输入单元2完成；信号采样的步骤通过信号采集单元3完成；频谱运算的步骤和误差设定的步骤以及频谱比较、时域比较的步骤通过信号运算控制单元5来完成；结果输出的步骤将运算比较结果输送到结果显示单元6。
下面通过两个实施例对本发明检测方法做进一步说明。
实施例1：
以对汽车发动机在行驶过程中出现异响进行自检测为例。
第1步，
首先将常见发动机故障信号，标准正常的汽车和待检的汽车发动机启动，发动机的运转声可实时的由如MEMS声音传感器将音频信号输入，把音频信号转变为电信号，信号采集单元3将该电信号送入进行采样处理(若要改变精度可根据实际需要改变所选信号采集单元的采样频率和量化位数)，将模拟信号转为数字信号，并将上述数据存入数据存储单元4。
第2步，
计算机或FPGA或单片机或虚拟仪器等工具都可进行频谱解析和频谱特性和时域特性的比较，因此信号运算控制单元5可根据需要选用以上的工具，在信号运算控制单元5将第1步中数据存储单元4中的标准和待检发动机发出的音频信号，进行频谱分析，将发动机发出的音频信号的时域特性经过数学运算傅里叶变换处理得到相应的频谱特性，发动机发出的声音的频谱特性中可以包含以下信息即发动机发出声音的频率、每个谐波音的强度值，我们可以得出某待检车发动机的频谱特性和时域特性，将以上解析结果送到数据存储单元4进行存储，根据实际需要可增加或减少高次谐波成分的数量，谐波成分分析的越多，精度越高。
第3步，
将第2步中数据存储单元4中存储的标准汽车发动机和待检汽车发动机发出的音频频谱解析后的数据调入信号运算控制单元5进行比较分析，如有嘎嘎声、“回火”声、“放炮”声、“回火和放炮”等其他异响声出现时，其声音信号的频谱和时域波形会与标准音不同，根据设定的误差范围，如判断为异响，则将待检车的发动机声音的频谱和时域特性与存入数据存储单元4中的第1步、第2步所得各种常见故障信号的时域和频域特征进行对比分析，然后将判断解析的结果都存入数据存储单元4。
第4步，
通过采用LCD(液晶显示)等显示终端作为结果显示单元6，将信号运算控制单元5解析后的待检发动机如果产生异响后与常见不同异响所对应的故障原因进行比对判断后的结果读出；并将这些结果显示出来，从而实现待检汽车性能的检测。
实施例2：
以传动轴和驱动桥常见异响检测为例。
第1步，
首先将常见传动轴故障信号由MEMS等声音传感器将音频信号输入并转化成电信号，同时将标准正常的汽车和待检的汽车启动，当汽车进行低速慢行或提高车速并转向时，传动轴及相关部件发出的运转声可实时的由如MEMS声音传感器将音频信号输入，把音频信号转变为电信号，信号采集单元3将以上的电信号送入进行采样处理(若要改变精度可根据实际需要改变所选信号采集单元的采样频率和量化位数)，将模拟信号转为数字信号，并存入数据存储单元4。
第2步，
在实施例1中第2步所示的信号运算控制单元5将本实施例第1步中数据存储单元4中的传动轴相关部分发出的音频信号，进行频谱解析，将传动轴相关部分发出运转声的音频信号的时域特性经过数学运算傅里叶变换处理得到相应的频谱特性，传动轴相关部分发出的音频信号的频谱特性中可以包含以下信息即传动轴相关部分发出运转声的音频信号的的频率、各谐波音列之间的关系、每个谐波音的强度值，将以上解析结果送到数据存储单元4进行存储,并将以上解析结果送到数据存储单元4。
第3步，
将本实施例第2步中数据存储单元4中存储的标准正常的汽车以及待检汽车传动轴相关部分发出的音频信号的音频频谱解析后的数据调入信号运算控制单元5进行比较分析，然后判断故障信号，标准正常的汽车传动轴音频频谱数据中标准音频率、各谐波音列的组成成分、关系、音强的值的区别，如果传动轴出现故障则会发出如“哽哽”、“当当”等异响，这些异响声音的音频频谱特性与标准传动轴相关部分发出的声音之间的时域和频域都存在一定的差异，与第1步、第2步所得各种常见故障信号的时域和频域特征进行对比分析，将比较的结果都存入数据存储单元4。
接下来将本实施例第1步骤中数据存储单元4中存储的常见传动轴相关部分故障信号音频信号，调入信号运算控制单元5，以及其时域信号的信息，我们可以将待检传动轴相关部分发出的音频信号及其解析后的数据以及时域信号的特征数据，将这些数据与常见故障信号进行比较分析，将比较的结果都存入数据存储单元4。
第4步，
通过采用LCD(液晶显示)等显示终端作为结果显示单元6，将信号运算控制单元5解析后的汽车传动轴相关部分的音频信号频谱特性和音频信号输入单元2中的时域特性分别从第1步和第2步所述的数据存储单元4中调出，用直观的图形进行显示也可根据实际需求进行数值显示，也可将从第3步数据存储单元4中与常见故障信号的音频时域和频域特征数据进行比较的区别的结果显示出来，从而实现判断传动轴产生的异响的原因检测。
由此可见，利用本发明即可根据汽车不同部件发出异响时判断汽车故障的快速自检测。
以上介绍了实施例，说明了本发明的发明精神实质后，具体实施方案可根据实际情况采用不同的实施方法，形成等效方案，不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种汽车自检测方法，其特征在于该检测方法是基于汽车可发声部件发出声响的频谱特性和时域特性的方法，包括以下步骤：
第1步、将标准汽车发声部件和待检汽车发声部件及常见故障异响信号发出的声音信号输入到音频信号输入单元得到音频的电信号，随后将该信号送入信号采集单元进行采样处理，将模拟信号转为数字信号，并将上述数据信号存入数据存储单元；
第2步、在信号运算控制单元通过调用第1步数据存储单元中来自信号采集单元的数据信号，进行频谱解析，将标准汽车发声部件和待检汽车发声部件及常见故障异响信号发出的音频信号的时域特性经过数学运算傅里叶变换处理得到相应的频谱特性，解析上述的音频信号频谱特性中标准音频率和各谐波音列的组成成分和关系以及每个谐波音的强度值，然后将所得音频频谱数据结果送到数据存储单元；
第3步、将第2步所述数据存储单元中的音频频谱数据调入信号运算控制单元进行比较分析，并设定相应的误差范围，然后比较标准汽车发声部件和待检汽车发声部件音频信号时域特性和频谱特性值的区别，并比较第1、2步中数据存储单元的常见故障异响信号与待检汽车发声部件发出音频信号的时域和频域信号变化的区别，将比较的结果存入数据存储单元；
第4步、通过结果显示单元将信号运算控制单元解析后的待检汽车发声部件和标准汽车发声部件的时域特性和频谱特性，根据检测情况进行待检汽车发声部件和常见故障异响信号由音频信号输入单元输入的时域特性和频域特性分别从第1步和第2步所述的数据存储单元中调出进行显示，并将信号运算控制单元中经过比较的待检汽车发声部件和标准汽车发声部件以及与常见故障异响信号的频谱特性和时域信号的区别的结果从第3步数据存储单元调出并显示出来，从而实现待检汽车相关性能的检测。
2.一种汽车自检测系统，其特征在于，该系统用于实现权利要求1所述的汽车自检测方法，该系统包括：
电源，用于系统供电；
音频信号输入单元，用于音频信号与电信号的转换；
信号采集单元，用于完成对信号进行采样量化；
数据存储单元，用于完成来自信号采集单元的信号采样处理结果和信号运算控制单元进行频谱解析和频谱比较以及时域比较运算结果的存储；
信号运算控制单元，用于频谱解析并比较待检汽车发声部件发出音的信号与标准汽车发声部件发出声音以及与常见故障异响信号的频谱特性和时域特性的区别；
结果显示单元，用于显示待检汽车发声部件频谱特性和时域特性以及最终的比较分析处理结果。
3.根据权利要求2所述的一种汽车自检测系统，其特征在于：
所述的音频信号输入单元依次连接信号采集单元和数据存储单元，数据存储单元双向连接信号运算控制单元，信号运算控制单元再和结果显示单元连接；音频信号输入单元、信号采集单元、数据存储单元、信号运算控制单元和结果显示单元同时连接电源。
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