车载自诊断的原理及使用

车载自诊断的原理及使用自诊断是微机（微机是电控单元ECU的核心）的故障自诊断系统（微机中的识别故障和故障运行控制软件，故障监测电路和故障运行后备电路）自己诊断汽车电控系统（电控单元、传感器、执行器）的技术状态是否良好的过程。自诊断系统的功能如下：①监测电控系统的工作状态；②将监测到的故障以代码的形式储存到随机存储器RAM中，以便维修时调用；③起用备用系统，使电控系统处于应激状态；④自诊断系统能及时停止其它执行机构的工作，以确保汽车行驶安全或避免造成其它部件的损坏。1、自诊断系统的工作原理当接通点火开关时，自诊断系统开始进人工作状态。首先是微机进人初始化程序，并对系统进行自检，此时故障灯会闪亮，发动机起动后故障灯应该熄灭。车辆运行过程中，自诊断系统一直工作，当检测到故障时，微机就将此故障以故障代码的形式存入随机存储器RAM中并点亮故障灯。自诊断系统组成如图1所示。图1自诊断系统组成图1.1传感器的故障自诊断图1自诊断系统组成图微机对传感器的故障自诊断不需要专门的线路，只需在软件中编制传感器输入信号识别程序，即可实现对传感器的故障自诊断。工作时，各传感器的信号不断地进入到微机，微机根据其内部设置的传感器信号，由监测软件判别输入的信号是否有异常。如果某一传感器信号的电压超出设定的范围或信号丢失，监测软件就判定该传感器有故障或有关线路有问题，驱动故障灯闪亮，并将该故障以代码形式储存到微机内的RAM中。如水温传感器的正常输入信号电压变化范围为0.3〜4.7V,对应的发动机冷却水温度为-30〜120°C。微机检测到的信号电压长时间超出此范围时，则传感器信号识别监测软件即判定发动机冷却水温度传感器或其电路存在故障。微机将此故障以代码的形式存入RAM中，同时点亮仪表板上的故障灯。1.2微机系统的故障自诊断微机内部如果发生故障，控制程序的例行程序就不可能正常运行，微机就处于异常工作状态，汽车将无法行驶。为了保证汽车在微机本身出现故障时，仍能继续运行。采用后备回路系统，使汽车进入简易控制运行状态，使车辆行驶。在微机内部出现异常情况时，微机自诊断系统也能显示其故障，并记录下故障代码，将故障灯点亮。后备回路系统原理图如图2所示。图2后备回路系统原理图微机工作是否正常是由被称为监视回路的电路（监视器）进行监视的，监视器中安装有独立于微机ECUEF］揑制

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〔切斷魅油）血比开关t5V电谨控制mtr~<k—号IGf就是用来判定点火系统工作是否正常的监视信号。在点火系统正常情况下，图3点火电子组件故障监视电路图系统之外的计数器。微机正常运行时，由微机的运行程序对计数器定时清零处理，这样，监视器中计数器的数值是永远不会出现计数满而溢出的现象；否则微机便不能对这个计数器进行定时清零，致使监视计数器出现溢出现象。以电控发动机为例，当监视计数器溢出时，其输出端的电平由低电平变为高电平。计数器输出端电平的这一变化，将直接触发后备回路，后备回路根据起动信号和怠速触点闭合状态，分别按设定的喷油持续时间和点火提前角对喷油器和点火电子组件等执行元件进行控制。系统根据计数器溢出判定微机发生故障，显示其故障，储存故障代码。后备系统是根据存储于只读存储器ROM中的基本设置对汽车进行简单控制的，基本设置固定值的大小取决于车型。1.3执行器的故障自诊断在电控系统工作时，微机对执行器进行的是控制操纵，微机向执行器输出控制信号，而执行器无信号返回微机。因此，对执行器的工作情况进行诊断，一般需要增设专用故障诊断电路，即微机向执行器发出一个控制信号，执行器要有一条专用电路来向微机反馈其控制信号的执行情况。图3是发动机点火系统中点火电子组件的故障诊断图。该系统中的点火监控信当微机对点火电子组件进行控制时，点火电子组件每进行一次点火，便由点火监视回路将点火执行情况以电信号的形式反馈给微机。当点火线路或点火电子组件出现故障时，若微机发出点火控制命令，却得不到反馈的点火监视信号IGf,此时微机故障自诊断系统即判定点火系有关部位有故障，显示故障，存储故障代码。1.4多路传输系统的故障自诊断多路传输系统主要由电控模块（含有通讯控制IC）、数据总线、网络、架构、通讯协议、网关等组成。该系统的核心部分是含有通讯控制IC的电控模块。引起该系统故障的原因有3种：汽车电源系统（不能提供电控模块正常的工作电压）；数据总线故障（线路的短路、断路以及线路物理性质引起的通讯信号衰减或失真）；电控模块本身故障（软件故障，即通讯协议或软件程序有缺陷或冲突，通讯出现混乱或无法工作；硬件故障，即通讯控制IC或集成电路故障）。各电控模块的信息传递是通过2个二进制逻辑状态0（显性）和1（隐性）在数据总线上实现的，每个逻辑状态都对应于相应的电压值。电控模块利用2条线上（CAN—high和CAN一low）的电压差来确认数据信息。数据信息传送的方式及规则是由通讯协议的信息格式决定的，信息格式中一般都有帧错误校验域。通讯控制IC内部有硬件传输线路检测器和差错检测器等，通讯控制IC具有检测通讯故障和向CPU报告通讯故障的能力。当总线上的数据临时产生错误（来自外部的干扰等）或总线上的数据连续产生错误（电控模块内部的故障，驱动方面的故障及总线线路故障等）时，通讯协议中的错误检测措施（发送检测、循环冗余校验、位填充、报文格式检查等）检测到这些错误（位错误、填充错误、CRC错误、格式错误、应答错误等），发出故障标志，而且对应的电控模块进行发送故障计数或接收故障计数，当计数超过CPU设定值时，该电控模块处于积极错误状态、消极错误状态或脱离总线，通讯控制IC对CPU发出故障中断，该电控模块存储故障代码。通常将传输信息反映在仪表板总成的显示屏上，应用CAN自诊断可同时对多个电控模块进行系统检测。2、故障代码2.1故障代码的设定、类型和测试模式2.1.1故障代码的设定故障代码就是代表故障的类型和故障部位的信息，是自诊断系统对检测出的故障点所记录下来的相应编码(数字或字母)，故障代码对于不同的车型、出厂年代、制造厂家有不同的含义，由程序设计人员根据不同标准在进行微机控制单元的程序设计时预先设定。通常对故障代码的设定有以下几种方法：值域判定法——微机接收到的信号超出规定的数值范围时，自诊断系统就确认该输入信号出现故障；时域判定法——微机检测时发现某一输入信号在一定的时间内没有发生变化或变化没有达到预先规定的次数，自诊断系统就确认该信号出现故障；功能判定法——当微机给执行器发出驱动指令后，检测相应传感器或反馈信号的输出参数变化，若输出没有按照程序规定的趋势变化，就确认执行器或电路出现故障；逻辑判定法——微机对2个或2个以上相互联系的传感器进行数据比较，当发现2个传感器信号间的逻辑关系违反设定条件时，就确认其一或两者有故障。2.1.2故障代码的类型故障代码可分为两类：一类是硬码；另一类是软码。如果发动机运转时，故障灯一直保持闪亮，此时对应的故障代码为硬码；当发动机运转时，故障灯先亮，然后熄灭，此时对应的间歇性故障代码称为软码，软码通常是由于线路接触不良引起的，应采取症状模拟方法来消除。2.1.3故障代码的测试模式故障代码的测试模式分为静态测试模式KOEO和动态测试模式KOER。静态测试模式KOEO,即点火开关“开”发动机不运转(KeyonEngineoff),主要是在发动机静态时，将RAM中存储的故障代码读取出来，利用微机内已存在的电子控制系统的故障代码进行诊断；动态测试模式KOEO,即发动机运行状态下(KeyonEnginerun)，利用微机自诊断系统测取当前发生故障的故障代码，或进行混合气成分的监测。除此之外，某些车型的自诊断系统还有其它的诊断模式，如执行器监测模式、开关模式和故障代码清除模式等。2.2故障代码的读取和清除利用自诊断读取RAM中存储的故障代码时，要进入故障自诊断测试状态。随着汽车电子技术发展，特别是车载网络的应用，需采用外接检测仪进行诊断，读码时需专用诊断软件。对汽车电子控制系统维修排除故障后，存储在微机RAM中的故障代码必须清除，如果不清除旧的故障代码，当电子控制系统再次出现故障时，微机把新旧故障代码一并输出，便不知哪些是真正存在的故障，哪些是以前已经排除的故障。故障代码一般存储在RAM中，存储器各存储单元的状态由微机根据故障诊断情况确定，由系统电源保持。因此，要想清除故障代码，基本方法是切断汽车微机的电源。具体的做法是：把电控系统的熔断器拔掉30s即可，也可直接把蓄电池负极搭铁线拆下30s。但是，如果断开有些车型蓄电池负极搭铁线，可能会造成其它电子装置的有用信息的丢失，如电子石英钟和音响等装置。故障代码也有存放在EEPROM中的，清除代码必须通过故障检测仪向微机发出清除命令才可以。因此，在清除故障代码时，最好按维修手册中所指示的方法进行。2.3使用故障自诊断注意事项在多个故障代码同时存在时，故障代码一般以从小到大的顺序显示输出。不同车系或车型，进入自诊断的方法可能不同，其故障代码所指的含义也不同。自诊断系统所诊断的故障是有限的，而且自诊断系统本身也可能出现故障，因此，还应进行其它方式的系统检查。对具有静态读码和动态读码的电控系统，应注意读码的先后顺序以及有关的转换程序，否则会造成读码的失败。对多路信息传输系统的诊断，要了解该车型该系统的传输介质、局域网形式、网络通讯协议、具有何种功能。数据总线的故障，一般采用示波器或汽车专用光纤诊断仪来观察通讯数据信号是否与标准通讯数据信号相符。3、故障检测仪的基本功能故障检测仪（汽车解码器）是利用配套的连接线和车上微机数据诊断连接插座DLC）相连，从而达到与各种电控系统控制微机进行数据交流的专用仪器。使用时，只要把该车型的检测仪与汽车上的故障诊断插座连接，然后闭合点火开关，就可方便地从检测仪的显示屏上读出所有储存在汽车微机中的故障信息。3.1读取与清除故障代码故障检测仪对故障代码有比较详细的说明，比如：是历史性还是当前的故障代码，故障出现的次数。另外要注意的是对故障代码的定义说明要搞清楚，是传感器、执行器自身故障（信号不正常），还是线路故障，是短路还是断路。3.2传感器和执行器的数据流分析所谓数据流分析就是将电控系统的一些主要传感器和执行器的目前工作参数值（如发动机当前转速、蓄电池电压、空气流量、喷油时间、节气门开度、点火提前角和水温等）提供给维修者参考，维修实践中可以通过阅读数据流来分析发现故障所在。每个传感器和执行器在一定条件下的工作参数值是有一定标准的，可以通过实际值与标准值的比较来判断某一传感器和执行器是否存在故障。每种车系电控系统的各项标准参考值不同。3.3执行器的动态测试功能利用故障检测仪对某些执行器，如喷油器、怠速电动机、继电器、电磁阀和冷却风扇进行人工控制，用以检测该执行器是否处于良好工作状况。3.4示波器功能在故障检测仪的数据流功能中，很多传感器和执行器的信号是采用电压、电阻、频率或其它参数以数字的形式表示。从而可以利用故障检测仪自带的示波器功能对传感器的信号进行波形分析。把所测信号波形与标准信号波形相比较，如有异常之处，需要进一步检查。目前，随着故障检测仪技术的提高，有的故障检测仪能对各传感器及执行器驱动信号进行模拟，向微机发出工作指令；有的具有万用表功能和打印功能；有的配带有系统控制电路图和维修指南以供参考；有的可以通过专用数据线直接和PC机相连进行资料的更新与升级；有些功能强大的原厂故障检测仪还能对车上微机进行某些数据资料的重新输入和更新。4、自诊断的发展20世纪70年代以来，在电控系统中都相继采用随车故障自诊断系统，但世界各国汽车制造商所配置的第1代随车诊断系统（OBD—I）没有统一的标准，其生产出来的故障诊断连接插座、故障代码、通讯协议等内容都不相同，给汽车故障诊断和维修带来不便。针对上述情况，1988年美国汽车工程师协会提出了第2代随车故障自诊断（OBD一II）,随后欧共体也相应要求欧洲各国汽车制造商生产的轿车都相应配置欧洲电控汽车微机故障自诊断系统（EOBD）。尽管如此，自诊断系统仅能监测出汽车电控系统70％一90％的故障，还不能有效地判断系统恶化状况。汽车自诊断系统还存在一个不能检测出故障的区域，该区域主要受电子连接及布线技术、汽车传感器品质和执行器性能、汽车搭铁技术等影响。今后自诊断系统应在以下几方面得到进一步的发展。4.1故障参数记录功能为了便于综合分析故障原因，需掌握发生故障时的相关参数。自诊断功能应能够可靠地诊断和明确记录各种故障情况，以及记录故障发生时和故障发生后一定时间间隔内的相关参数。4.2故障定位功能为了能够快速地找到电控单元内部的故障元件，减少维修盲目性和成本，自诊断系统应能够对电控单元内部故障进行具体定位。4.3故障预警功能为了提高汽车的可靠性和安全性