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汽车电控制系统故障诊断策略研究王俊红 蹇小平 杨巧丽（长安大学，陕西 西安 710064）摘要:汽车故障诊断是汽车技术保障系统中的一个重要环节,故障诊断技术的发展必须跟上突飞猛进的汽车技术发展。该文系统探讨了现代汽车故障诊断的常见诊断策略。关键词 电喷发动机 故障诊断 诊断策略Abstract: Automobile fault diagnosis is an important part of automobile technology assurance system. The development of fault diagnosis technology must be with the development of automobile technology. So this paper discussed the common diagnosis strategies. Key words Electronic controlled engine Fault diagnosis Diagnosis strategies引言随着汽车电子信息技术的迅猛发展，汽车上装用的电子设备逐年增加，科技含量不断加强。电控燃油喷射发动机优越的特性，得到社会的认可，并得以广泛的应用。由于采用了大量的电子元件和传感器，电控系统越来越复杂，汽车电子控制系统的故障远比普通汽车电器系统要复杂得多。在进行故障诊断时，除了系统全面地掌握电子控制系统的结构、原理，明确电控系统中各部分可能产生的故障以及对整个系统的影响外。掌握和运用科学的诊断方法，制定合理的诊断程序对系统故障进行综合分析、判断并最终确定故障原因和范围也是非常重要的。本文重点对汽车电子控制系统的故障诊断基本方法进行归纳总结，主要有以下几种：一、 直观诊断法直观诊断法也称经验诊断法或人工诊断法，在对传统汽车故障进行的诊断中，占有相当重要的地位。它是通过人的感觉器官对汽车故障现象进行看、问、听、试、嗅等，了解和掌握故障现象的特点，通过人的大脑进行分析、判断得出结论的诊断方法。诊断故障时，首先要全面收集、了解全部故障现象及故障发生的过程。了解故障是在什么条件下出现的，是在正常使用过程中出现的；是维护、换件后出现的；还是在汽车大修后出现的。了解这些故障的特点和相关情况，有助于分析故障的性质、类型和原因。通常，某一故障只是在某一特定条件下，其故障现象最为明显，而当条件改变时，故障现象也随之改变。当条件许可时，可改变汽车的工况，观察故障现象的变化，分析其内在联系，找出故障发生的原因。改变汽车工况的试车过程，也是了解汽车故障现象的一种手段。任一故障都是由一、两个关键原因引起的。如发动机排气管冒黑烟，关键原因就是燃料在燃烧室内燃烧不完全。诊断分析是就要抓住燃油、空气的供给及油气混合情况这些关键。又如发动机过热，就要抓住冷却系的冷却作用和发动机工作是否正常。要想抓住问题的关键，就必须熟悉汽车各组成部分的结构和工作原理，掌握各系统、各机构正常工作时所必备的条件。在进行故障原因分析时，应注意一种故障现象可能由多种原因引起，而一种故障原因有可能表现出不同的故障现象。原因和现象不是简单的一一对应关系。原因分析中的推断应符合客观实际，否则不能找准故障的真正原因。因此，在故障诊断中应采用合适的方法与正确的程序。在故障诊断中，应对机件尽可能不拆卸或少拆卸，避免盲目地任意拆卸。以免浪费人力和工时，并避免不正确地拆卸而造成新的故障。直观诊断法是建立在维修人员对汽车电子控制系统基本结构原理的掌握程度，以及平时大量的在维修工作中对各种车型常见故障的排除方法进行及时总结和积累的基础上的，因此，其诊断效率和准确性与诊断者的工作能力、工作经验积累等有相当大的关系。经验丰富的诊断专家，可以利用直观诊断方法诊断出汽车可能出现的绝大多数故障。由于直观诊断法不需要任何仪器设备，只要对汽车结构和常见故障现象有一定的了解，就可以随时随地进行诊断。并且，直观诊断法对操作者没有什么具体要求，只要维修人员善于对维修工作中处理过的故障现象及排除方法进行总结和积累，便可掌握一定程度的直观诊断方法并能收到事半功倍的效果。二、随车自诊断系统诊断法随车自诊断系统诊断法即利用汽车上电子系统所提供的自诊断功能对汽车故障进行诊断的方法。电子控制燃油喷射系统、电子控制点火系统、电控自动变速器、ABS系统等电子控制系统都设计有故障自诊断功能，当电子控制系统有关传感器、执行机构以及有关电路有故障时，ECU中的故障检测系统会将故障以代码的形式通过仪表板上的故障警告灯显示，或通过专用的故障诊断接口读出，这就为汽车故障诊断提供了极大的方便。故障自诊断模块共用汽车电子控制系统的信号输入电路，在汽车运行过程中监测传感器、电子控制系统、以及各种执行元件的输入信息，当某一信号超出了预设的范围值，并且这一现象在一定的时间内不会消失，故障自诊断模块便判断为这一信号对应的电路或元件出现故障，并把这一故障以代码的形式存入内部存储器，同时点亮仪表盘上的故障指示灯。当发动机运行不正常时，可优先选用自诊断测试进入自诊断测试状态后，不同的诊断测试模式，将完成不同的诊断测试功能，一般有两种诊断测试模式：一是静态测试模式，简称KOEO（Key ON Engine OFF）即点火开关“ON”，在发动机不运转的情况下读取故障码，主要是读取存储器中的历史故障码和静态测试状态下的发生故障的故障码，大部分电控发动机采用静态模式。二是动态测试模式，动态模式简称KOER（Key ON Engine Run）模式，即点火开关“ON”，在发动机运转的情况下读取故障码。该模式主要用于在动态下发生故障的故障码，它能检测到许多静态模式无法判断的故障。维修人员应首先读出发动机故障代码，从而查询故障码代表的内容。 ECU正常的输入、输出信号的电压都是在规定的范围内变化的，当一电路出现超出规定范围的信号时，诊断系统规定该路信号有故障。故障的出现不只是与传感器和执行器有关，而是出现故障的整个电路有关。为了查出故障原因，除检查传感器和执行器外，还需检查线束、插头、ECU和与此信号电路有关的其他元件。例如：水温传感器本身是正常的，若线束短路，诊断系统将显示在水温信号电路有故障发生。汽车故障排除后，需要清除故障码。进行故障码清除时，应严格按照特定车型所规定的故障码的清除方法，一般而言，断开通往发动机控制系统的电源线或保险丝，就可清除微机控制系统存储的故障码；但采用拆除蓄电池负极搭铁线的方法清除故障码，将会使某些车型的控制电脑失去“经验记忆”，或造成有些车辆某些功能的丧失。随车自诊断系统通常只能提供与本系统有关的电气装置或线路故障。它有以下不足:只包括为数有限的若干常见故障，大量的故障特别是油路、气路并未包括在内。对许多故障没有反映或仅给出较为模糊的诊断结论，维修人员仍然无从下手；维修人员无法了解故障诊断原理、诊断过程，判断故障相对比较机械，对维修人员的理论水平、分析能力和实际工作经验要求较高。所以维修人员还要利用其他诊断策略，以快速找出故障部位。三、数据流分析法利用汽车故障自诊断接口通过专用的检测仪器（如大众汽车所用的VAG1552），可将汽车电控系统工作中的燃油脉冲宽度、点火提前角、发动机转速、节气门开度、怠速调整状态、氧传感器状态，ABS轮速传感器、自动变速器挡位等一系列信号以数值的形式实时地显示出来。由这组数据所组成的数据块称为数据流。在数据流中包括故障码的信息、控制电脑的实时运行参数、控制电脑与诊断仪之间的相互控制指令。数据流不仅使我们能够对汽车电控系统各有关传感器、执行机构的工作情况进行动态监测，同时也为电控系统的故障诊断提供了分析的依据。数据流分析法即通过对汽车不同工况下的数据流进行分析对比而得到故障信息的诊断方法。1、 测量手段数据参数的测量的常见方式有：电脑通讯式、电脑在线测量式和元件模拟式。电脑通讯式 通过控制系统在诊断插座中的数据通讯线将控制电脑的实时数据参数以串行的方式传送给诊断仪。诊断仪在接受到这些信号数据后，按照预定的通讯协议将其显示为相应得文字和数码，以使维修人员观察系统现在的运行状态并分析这些内容，发现其中不合理或不正确的信息，进行故障的诊断。电脑诊断仪有两种：扫描仪和专用诊断仪。在线测量方式 通过对控制电脑电路的在线检测（主要指电脑的外接电路），将控制电脑各输入、输出端的电信号直接传送给电路分析仪的测量方式。电路分析仪器主要有：汽车万用表和汽车示波器。元件模拟方式 通过信号模拟器替代传感器向控制电脑传送模拟的传感器信号，并对控制电脑的响应参数进行分析比较的测量方式。信号模拟器主要有：单路信号模拟器和同步信号模拟器。数据分析方法数据分析方法有以下几种方法，即数值分析法、时间分析法、因果分析法、关联分析法、比较分析法等。（1） 数值分析法 是对数据的数值变化规律和数值变化范围的分析。即数值的变化，如转速、车速、电脑读值与实际值的差异等。如系统电压，在发动机未起动时，其值应约为当时的蓄电池电压，在起动后约等于该车充电电压，若出现不正常的数值，表示充电系统或发动机控制系统可能出现故障，有的甚至是电脑内部的电源部分出现故障。（2） 时间分析法 是对数据变化的频率和变化周期的分析。电脑在分析某些数据参数时，不仅要考虑传感器的数值，而且要判断其响应的速率，以获得最佳的控制效果。如氧传感器的信号，不仅要求有信号电压和电压的变化，而且信号电压的变化频率在一定时间内要超过一定的次数，当小于此值时，就会产生故障码，表示氧传感器响应过慢。比如奥迪车，当氧传感器的响应迟缓时，往往在16001800r/min之间出现转速自动波动（加速踏板不动）约100200r/min，甚至影响加速性能。这往往是由于氧传感器响应迟缓，导致空燃比变化过大，造成转速的波动。（3） 因果分析法 是对相互联系的数据间响应情况和相应速度的分析。在各个系统的控制中，许多参数之间是有因果关系的。如电脑得到一个输入，肯定要根据此输入给出下一个输出。在认为某个过程有问题时，可以将这些参数连贯起来观察，以判断故障出现在何处。（4） 关联分析法 是对互为关联的数据存在的比例关系和对应关系的分析。电脑电脑有时对故障的判断是根据几个相关传感器信号的比较，当发现他们之间的关系不合理时，会给出一个或几个故障码，或指出某个信号不合理。此时不要轻易地断定是该传感器不良，而要根据它们之间的相互关系作进一步的检测，以得出正确的结论。（5） 比较分析法 是对相同车种及系统在相同条件下的相同数据组进行的对比分析。在很多时候，当没有足够的技术资料和详尽的标准数据，无法很准确地确定某个器件的好坏。此时可与同类车型或同类系统的数据加以比较。从而确定故障部位。故障实例：一辆桑塔纳2000GSi轿车，怠速抖动，用VAG1552调故障码，无故障代码。进入08功能读数据流，数据显示正常，只有怠速时点火提前角在612之间变化（正常值为124.5）。最后查明凸轮轴正时带轮记号偏移3个齿，调整正时记号，试车，故障消失。所以，在电控汽车的维修中，使用数据流功能，可准确的发现故障部位，提高故障的诊断效率，特别是对一些间断性和偶发性故障的诊断是非常有效的。四、波形分析法电子控制系统的工作是通过传感器、ECU和执行机构之间的信号传递来实现的，当传感器或控制ECU及其相关电路出故障时，会造成有关信号丢失、波形异常（幅值、形状、频率等）或各信号之间的相位发生变化，检测出这些信号的变化是电控系统故障诊断的关键所在，对于这些因电信号轻微变化所引起的电控系统的故障，凭经验或简单的万用表诊断是无法正确地检测到这些信号波形的化的。波形分析法即借助普通多踪示波器或汽车专用示波器对电控系统可能发生故障的信号波形进行检测和显示，通过对波形有关特征与正常波形的差别的分析对比达到故障诊断的目的。判断传感器的波形是正常波形还是异常波形，主要可以用五种测量参数来加以判断，即幅值（信号最高的电压值）、频率（信号的循环时间）、形状（信号的外形）、脉宽（信号的占空比或所占时间）和阵列（信号的重复特性）。汽车专用示波器就是显示信号的这五种参数，故障波形与正常波形会通过这些参数的不同做出区别分类。如作者在Volvo B230F发动机怠速工况下采集的曲轴位置传感器正常波形（上图），及传感器接插口松动、接触不良，造成转速传感器输出信号动态随机丢失的波形（下图）。故维修人员应了解不同信号的正常波形，所测波形应于正常波形相对照，如果与正常波形不符，应查处不同之处，并查找传感器、执行器、ECU、线束等，找出故障原因。图1 怠速工况曲轴位置传感器信号正常波形与信号丢失波形对比与传统的诊断方法相比，波形分析法能够真实的反映电控系统传感器、ECU和执行机构之间的信号传递特征，特别是对点火系统、电控燃油喷射系统、ABS系统的变化较快的传感器等信号的分析和故障诊断是十分有效的。但波形分析法的应用对维修人员的素质要求较高，即维修人员必须对汽车电控系统的结构原理、不同情况下各传感器和执行机构的正常波形的特征十分熟悉的情况下，才能正确应用波形分析法对汽车电控系统故障进行快速准确的诊断。五电路分析法汽车电控系统电路比传统的电路系统要复杂的多，而且不同的车型由于其电控系统的控制方法和控制原理也有各自的特点，因此，电控系统电路也有较大的差异。掌握各种车型电控系统控制方法和控制原理，熟悉其电路特征，大量