汽车自诊断系统的发展史及其具备的功能.doc

1汽车自诊断系统的发展史及其具备的功能1.1汽车自诊断系统的发展史故障诊断系统有二种：一种是具有自诊断，装在车上并在车内仪表盘自诊断系统（称车内自诊断系统）。另一种是车上具有诊断功能装置，但需要从车外进行测定的车外仪器诊断系统。并且随着世界的推移，第二种诊断系统越来越展示其优越性，逐渐占据主导地位。在国外，现代汽车诊断技术主要从50年代末70年代初开始的。首先出现的是一些专用的检测仪器。如发动机正时提前测试仪，这些仪器主要对发动机进行检测和检验，只是故障诊断的辅助工具。1972你在美国旧金山召开的第一次国际汽车安全会议上，汽车诊断标准化是其重要论题。在这次会议上，德国伏克斯瓦根公司的诊断装置，德国奔驰公司的诊断装置等，由于这类装置或仪器数据存储量小，缺乏对检测数据的综合分析能力，所以很快地带有微处理器(MPC）系统的更为先进的车上检测装置占据了汽车故障诊断的主流。1976年美国通用公司推出了世界上第一个电子点火控制系统MISAR，其中已具备了自诊断功能，它不但能控制点火系，而且能对发动机冷却水温度、电路内部故障和蓄电池电压信号等进行实时监控，当发生异常情况时报警指示灯亮，MISAR的出现带动了其他各汽车生产商对车上诊断系统的研制。并且发展的这类系统具有更多的检测和诊断项目，有的已超过50项。进入20世界80年代以后，车内诊断占多数地位的局面被打破，车外诊断系统有很大发展。如1986年通用汽车公司推出CAMS，福特公司推出的SBDS系统等，他们可以从随车系统上接受数据用自身存储的故障诊断程序进行自动诊断，是具有较高水平的诊断系统，随着汽车电子技术的发展，故障自诊断系统已能对各传感器、执行器和ECU本身进行监测并能判断和区分故障类型以故障代码的形式存储起来。供维修人员用专门的故障代码读取设备读出。故障自诊断技术不仅应用在发动机电子控制系统中而且在自动变速器、防抱死制动装置、安全气囊等系统的电脑控制单元中广泛使用、世界各大公司都推广这一技术，并开发出与各自车型配套的故障代码读出设备，这就给用户在汽车运行中及时发现故障和汽车修理时故障的查询带来了极大的方便。1.2车内故障自诊断系统具备的功能 目的车内故障自诊系统一般具有如下的功能： (1)监测电子控制系统的工作状态，若发现问题就以故障警告灯的闪烁的方式提醒司机。 (2)将监测到的故障以代码的形式存储起来，汽车维修时，可以用一定的方法取出故障代码，方便了故障查询。 (3)在某一执行机构发生故障时，自诊断系统及时停止其他执行机构的工作，以确保汽车行使安全或避免造成部件的损坏。 (4)因传感器或控制器及其他电路发生故障，发动机不能工作时，起用备用系统使发动机能够维持基本的运转，使司机能将汽车顺利开回修理厂。 (5)向故障诊断读取设备输出汽车实时运行状态数据，接收维修人员通过故障诊断仪向执行机构发出的强制动作命令清除故障代码等。1.3故障代码的存储方式不同厂家生产的汽车，故障代码的存储方式有所不同： (1)存储故障代码的RAM存储器直接与蓄电池相连,代码可长期保存,清除代码必须断开专门的RAM连接电路.也可以用断开蓄电池的方法来清除但这样可能导致ECU中其他信息也丢失。 (2)故障代码存放在EEOROM(Elec Erasable Progrmmable Read Only Memory电可擦可写存储器)中，即使断开蓄电池代码仍可保存，清除代码必须通过故障诊断仪向ECU自诊断系统发出消除命令。1.4故障代码的读取 (1)有的汽车仪表板上装有故障警告灯，用导线将显示电路接通后，通过指示灯的闪亮频率来显示故障代码。 (2)有些汽车用电压表指针的摆动来显示故障代码。将代码输出驱动电路接通后，用万用表的直流电压档检测故障检查接线柱和插孔上的电压，看电压表指针的摆动来读出故障代码。 (3)配有故障诊断仪接口的汽车，可使用配套的诊断仪直接显示或打印故障代码。有的仪器还能显示故障的区域，检查的方法、检测的标准数据等。关于诊断仪的功能和使用，下面将详细介绍。1.5车外故障诊断系统（故障诊断仪） 汽车故障诊断仪是和车内故障自诊断系配套使用的。从本质上看，它相当于自诊断系统的终端设备，起到人机交互的功能，随着微电子单片机技术的发展，故障诊断仪能完成的功能越来越丰富，现归纳如下： (1)显示故障代码，同时显示发生故障的部位、检查的方法、检测的标准数据等，并打印上述信息。 (2)清除故障代码。 (3)汽车运行实时状态数据的显示，维修人员可对照标准数据，通过分析数据偏离标准数据的方向和大小找出故障的原因， (4)向ECU发出执行器强制动作的命令，以查看执行器是否正常。(5)临时修改ECU内部的数据改变ECU的控制策略用于测试发动机。(6)存储汽车运行的状态数据和故障信息，向个人计算机或故障诊断专家系统输出。 目前，国内外厂家都竟相开发出各种故障诊断仪，下面简单介绍之。 首先，以德国BOSCH公司为主开发与Motronic系统配套的诊断仪V A G1551-1552，可以读出系统的故障代码和消除故障代码，还具有显示发动机的一些工作参数等功能，下文将要详细介绍。另外，BOSCH公司还推出一款称为“KTS card retrofit”的基于计算机系统的诊断工具包，供专业人土使用。它的特点是功能更强大，容易升级。 德国奔驰公司于1998年秋季推出全新的智能诊断仪Star Diagnosis。智能诊断仪为奔驰车故障诊断提供了一系列完整的工具，综合了DAS(应用诊断辅助系统)、HHT(手提诊断仪)视窗版、WIS(车间信息系统)等多种功能，可以对所有奔驰车内进行最佳的诊断。 深圳威宁达仪器有限公司发出“KINTEC 金德PC98”汽车故障快速诊断系统。它的特点是充分运用PC平台结构的优势，在普通个人电脑上插上内置式卡或外置式接口卡，并配上基于Windows软件，可以人工读取故障代码，以数字或图形的方式显示数据流，便于相关数据相互比较。深圳三原电子并发的“修车王”及元征企业开发的“电眼睛”诊断仪都是便携式故障诊断仪，适用于多种车系。1.6故障诊断仪通信接口OBDII标准简介 1994年以来汽车诊断系统称为OBDII(ON Board Diagnositics)型诊断系统，它是由各个整车制造厂或仪器制造商各自开发的，诊断接口和通信方式各不相同，不能互相通用。以诊断插座为例，福特车系有7针、25针，奔驰车系有圆形9针、38针、长方形16针等。这种各自为政的局面不仅给维修工作带来了麻烦，而且也增加了维修成本和人员培训费用，反过来也影响了产品在全球范围的销售。 自1987年起，美国加州大气资源局(CARB)规定车载故障自诊断系统必须能够对汽车排气系部件进行监测。1994年CARB颁布了更为严格的废气排放控制法规，规定与排气相关的部件必须与被称为万能扫描工具的故障诊断仪进行通信。同时，美国环境厅(EPA）也采取相应措施在全美推广使用。在CARB的要求下美国汽车工程学会(SAE)进一步推进了与故障诊断仪相关的标准化工作形成了诊断仪接口的OBDII标准。各汽车制造厂家依照OBDII的标准，提供统一的诊断模式和统的诊断插座，只要通过一台仪器即可对各种车辆进行诊断检测。 OBDII标准具有以下特点：(1)诊断插座统一为16针插座，并统一安装于驾驶室仪表板下方，诊断插座如图1-1所示，引脚定义如表1-1所示。 图1-1 OBDII标准故障诊断插座引脚号功能引脚号功能192SAEH850资料传输10SAEH850资料传输3114车身搭铁125信号回路搭铁136147ISO-9141资料传输15ISO-9141资料传输816 表1-1 OBDII标准故障诊断插座引脚说明表示该引脚提供给制造商使用 (2)只有数值分析资料传输功能（DEC CONNECTOR)。OBD资料传输线有两个标准： TSO-2欧洲统一标准7#，15#脚。 SAE美国统标准( ）利用2#，10#脚 (3)具有统一的故障代码。(4)具有用诊断仪直接读取并消除故障码的功能(5)具有行车记录功能，能记录车辆行驶过程中的相关数据资料。(6)具有记忆并重新显示故障信息的功能。2电控发动机自诊断系统 由于在汽车上电控的汽油喷射系统与点火系统趋于复杂化与完善化，新型的发动机管理系统中都设有故障内诊断系统，车用电脑中没有自诊断程序能经常地检测一些输入与输出的信息其结果有些还要与存储器中的永久数据相比较，以确认它们是否工作在预定的正常工作范围内。自诊断系统能及时地指示汽车及发动机电控系统的故障所在。2.1诊断系统概述 随着电子技术与电脑在汽车上的应用，在70年代末或80年代初，汽车上出现了专用的故障检测仪，利用这种仪器，可以检测与观察到汽车电控系统的工作情况。例如美国福特汽车公司的EECII检测仪，德国大众汽车公司的VAG1551故障诊断仪，可用于记录存储故障代码，监控电控喷射发动机的信号，并找出故障部位。但是，这种专用的故障诊断仪用于故障诊断时，对操作人员的技术要求较高，因此使用受到一定限制。 80年代后出现了随车诊断系统，该系统利用电控单元对电控系统的各部件进行检测和诊断，可以自行找出发动机存在的故障，故称之为故障自诊断系统。最初的自诊断系统要求车辆以一定的测试规范进行，系统才能记录下故障代码，从而找出故障的部位。几年后，又出现了一种可以对车辆电控系统参数实行连续监控的自诊断系统，该系统能记录电控各系统的间歇故障。因此可以减少专用仪器的使用，降低维修费用，而且查找故障及时又方便，得到了广泛的应用。但是，受当时电控单元内存容量的限制，其诊断项目也受限制，不能诊断较为复杂的故障。为了扩充随车自诊断的诊断信息与诊断功能，一些汽车公司还研制出不少多功能车外诊断仪，对电控系统进行检测和诊断。这些诊断仪的功能较齐全，可以诊断电控喷射系统的许多故障，但由于价格铰贵，有一定的专业技术要求，且标准均不统一，故使用受到限制。在1993年以前的电控汽车上的故障自诊断系统自成体系，不具有通用性，且种类繁多，不利于使用统一的专用仪器，给汽车的售后服务和维修使用造成不便。这种自诊断系统按美国标准称之为第一代随车自诊断系统(OBDI)。1994年，美国汽车工程师协会(SAE)提出了第二代随车自诊断系统(OBDII)的标准规范，只要各汽车制造厂执行该规范，其诊断模式与诊断插座便可得到统一。这样，只要用一台仪器即可对各种车辆进行检测和诊断，从而给全球的电控汽车的维修提供了极大的方便。在美国OBDII的普及速度极快，到1996年已有一半以上的汽车制造厂采用OBDII系统，其故障代码的读取方法，除可以使用专用仪器之外，还可以利用跨接线来读取。2.2汽车自诊断系统的工作原理 电控汽车自诊断系统的构成与电控系统相仿，其核心也是电控单元电路按使用情况可分为： 1)第一类是描述各电控总成工况参数的信号，如电控发动机的冷却水温度信号，这类信号的特点是各信号的数值都有正常的工作范围，因此确认此等输人信号值是否正常，即可判定此信号是否有故障。 2)第二类是描述汽车操作情况的信号，凡可由驾驶员直觉判断是否有故障的，加点火开关信号、空调开关信号等等、自诊断系统并不对其进行诊断。 3)第三类信号是来自相关电控系统的信号，若有故障，自诊断系统将立即报警。 输出控制电路可分为开环和闭环两类。属于闭环控制的有氧传感器电路和点火器控制电路。闭环控制的电路有信号反馈，一旦发生故障，电控单元就能很快确认；开环控制的电路无信号反馈，其输出控制电路若发生故障，电控单元只有通过对各种输入信号进行判断才能确认故障，其他电路的故障，自诊断系统即无法确认。 诊断的输出接口由发动机警告灯、超速档指示灯或ABS警告灯与电控系统检测插座(CHECK CONNECTOR)、故障诊断插座(TDCL)等组成。电控系统利用警告灯或指示灯作为其有无故障的信号灯。检测插座一般位于发动机舱内，可供测试和调整使用。此外，再通过检测插座和信号灯可以读取故障代码，即可进行随车诊断。故障诊断插座通常位于仪表板下方，它是各电控系统诊断信号的专用连接器，主要用于与专用的故障检测仪或电脑解码器相连接，进行车外诊断，以扩充随车诊断系统的诊断信息和诊断功能，也可用于随车诊断。在电控汽油喷射系统中，若该电控系统一旦发生故障，其诊断与处理的过程如下：1传感器系统的故障诊断在发动机运转时，如果传感器输出电路的信号电压超出了规定的范围，自诊断系统即断定此信号有故障。例如，冷却水温度传感器工作正常时，其输出电压在o3o4V的范围内，否则破诊断为有故障，并记录其代码。自诊断系统只能诊断出该传感器有故障，或其电路发生短路或断路，但无法确认其性能好坏。对于偶然出现的异常信号，自诊断系统并不立即判定为有故障。为了使发动机不因水温传感器的故障而停止运转，在出现此故障信号的同时，自诊断系统的电控单元，会立即采用预先存储的正常水温数值(如80)，对发动机进行控制，使其照样能维持一定水平的工作能力。2喷油等执行系统的故障诊断在发动机运转时，电控系统按照发动机的工况，不断地向执行机构发出各种指令。若执行系统不能正常工作，则其故障由监控回路把信息输给电控单元，由电控单元进行故障显示，并及时采取相应的措施，以确保发动机安全运转。例如，当发动机点火系统的功率管工作有故障时，其点火监控回路就没有正常工作的确认信号输回电控单元，这时电控单元就会发出报警信号，并向执行系统发出停止喷油的指令，以防未燃的混合气过多地进入排气系统的催化反应器中从而造成该处理器的失效与损坏。3电控单元本身故障的诊断电控单元内设有监控回路，用以监视电控单元是否按正常的控制程序工作。在监控回路内设有监视时钟，按时对电控单元进行复位。当电控单元发生故障时，程序不能正常执行，时钟就不能使电控单元复位，造成溢出，据此即判为故障并予以显示。为了防止因电控单元出现故障时，汽车被迫停驶，在多数的电控单元内备有应急回路。当应急回路收到监控回路的异常信号后，即刻启动备用电路，以简单的控制程序，使发动机各种工况下的喷油量与点火定时均按原设定的程序进行控制，从而保证汽车仍能维持一定的运行能力。2.3诊断系统故障代码的读取汽车电脑内部都设有一个故障自诊断电路，它能在发动机运行过程中，不断监测控制系统各部分的工作情况，及时检查出系统中大部分的故障，并将故障以代码的形式储存在电脑内。只要保持蓄电池供电，这些故障代码将一直保持在存储器中，以便维修时按照特定的方法将故障代码从电脑内读出，作为检修发动机控制系统的依据。读取故障代码的方法有两种：利用随车自诊断系统和利用车外专用电脑检测仪的方法。一、用随车自诊断系统读取故障代码因汽车制造厂的不问，随车诊断系统(OBDI)的故障代码的读取方法，具体有以下几种方式：1利用仪表板上发动机故陷警告灯的闪亮规律读取目前大部分汽车车型都可以利用这种方法读取故陷代码，这些车型只要将发动机附近或仪表板下方的故障检测插座内特定的两个插孔(故障自诊断插孔和接地插孔)用一根导线连接，然后通过观察仪表板上的发动机故障警告灯的闪亮规律与次数，就可读取故障代码。不同车型，其故障检测插座的形状与插孔的分布方式有所不同，但读取代码的方法基本相同。例如，以90年代初丰田皇冠(CROWN30)轿车2JZGE发动机为例，说明这种故障代码的读取方法。在读取故陷代码之前，发动机应处于规定的初始状态：1)蓄电池电压应高于11V；2)节气门完全关闭(节气门位置传感器内的怠速开关闭合)；3)变速器处于空档，或自动变速器位于驻车档；4)空调、音响、灯光等所有附属设备应处于关闭状态；5)发动机处于正常工作温度。读取故障代码的方法是：1)特点火开关置于ON位置，但不要起动发动机。2) 用一根导线连接故障检测插座或故障诊断插座(TDCL)的TE1和E1两插孔(图51)3)根据发动机故障警告灯(CHECK ENGINE)的闪烁规律读取故陷代码。若控制系统工作正常，电控单元内存无故障代码，则故障警告灯以每秒5次的频率连续闪亮(图52)。若电脑中已存有故障代码，则发动机故障警告灯以每秒2次的闪亮频率闪烁，将两位数组成的故障代码的十位数和个位数，先后用警告灯的闪亮次数表示出来。例如，当故障代码为23时，这时警告灯先以上述频率闪亮2次，