先進的電控技術和自診斷技術在汽車上的應用

www.guilinhy.com 來源：互聯網作者：xjm82395219邢類別：汽車電器維修時間：2008-08-17

先進的電控技術和自診斷技術在汽車上的應用　　最早的汽車電控系統是1968年德國博世公司研制成功的電子控制燃油噴射系統EFI（electronic fuel injection），這種系統當時被應用在德國大眾汽車公司生產的轎車上，這種燃油噴射系統被稱之為博世K 型（BOSCH K）。K型系統通常被稱之為機械噴射系統。怠速和加速等工作是靠節氣門處撓流板帶動連桿機構來控制的。這種方式后來被改進成KE型，為奔馳124、126底盤的車型和奧迪80、90及部分寶馬車所采用。　　在1974年，德國博世公司與大眾公司又聯合推出了博世D型（BOSCH D）噴射系統。在這個系統里基本實現了全電子控制。它是靠進氣歧管壓力傳感器來提供進氣壓力信號，靠霍爾傳感器提供轉速信號給控制單元ECU。ECU通過計算機向噴油嘴提供可變的脈沖時間，從而控制不同工況下的噴油量。這種方式的噴射系統改進后，被奧迪、奔馳、沃爾沃、大眾、寶馬等車系采用。　　1975年，美國凱迪拉克公司在部分車型上開始采用一種噴射系統，這種噴射系統被稱之為博世L型。這種噴油系統不同于D型之處在于：L型是靠空氣流量計來向電腦ECU提供空氣流量信號的（空氣流量計可直接產生壓降信號，不需換算），同時由車速傳感器提供發動機轉速信號，電腦整理、計算這些信號后向噴油嘴提供可變脈沖時間，控制噴油量。　　到了八十年代，歐、美、日三大轎車生產基地所生產的轎車基本上都采用了燃油噴射系統，同時都有自己獨特的控制方式。但這時，所有的電噴車生產廠都開始考慮節氣門負荷率、水溫、進氣溫度對發動機性能的影響。開始利用節氣門位置傳感器、水溫傳感器、進氣溫度傳感器等系列傳感器信號來修正電腦計算的噴油脈沖時間，使發動機在任何工況下都能獲得較為理想的空氣、燃油混合物（空燃比14.7：1）。有了這樣的燃油噴射系統和空氣流量系統（air –flow system），使汽車的經濟性和動力性得到了保障。　　在這個基礎上，各汽車生產廠家開始在汽車上采用自動變速箱控制系統（TCU）、防抱死制動系統（ABS）、安全氣囊電控系統（SRS）、巡航控制系統（CC）、制動防側滑系統（ASR）及空氣懸掛系統（AIR SUSPENSION SYSTEM），甚至將空調、音響等附屬設施也用計算機進行集成控制。特別是70年代后，電子技術領域的集成電路、大規模集成電路和超大規模集成電路的發展，為汽車提供了速度快捷、功能強大、性能可靠、成本低廉的汽車電子控制系統。汽車電子控制系統極大地提高了汽車的動力性、經濟性、安全性、舒適性，這些汽車電子技術在汽車工業上的廣泛應用能夠很好地解決全球范圍的汽車尾氣排放環保問題和能源危機問題。因此，廣泛和深入采用電子技術，不僅是汽車制造廠本身為了提高產品的性能和競爭力的迫切需要，也是各國政府和社會支持和倡導，甚至是強制推行的結果。然而，由于汽車控制的電子化，又帶來了新的問題。一方面，汽車電控系統日趨復雜，給汽車維修工作帶來了越來越多的困難，對汽車維修技術人員的要求越來越高；另一方面，電子控制系統的安全容錯處理，汽車不能因為電子控制系統自身的突發故障導致汽車失控和不能運行。針對這種情況，汽車電控技術設計人員，在進行汽車電子控制系統設計的同時，增加了故障自診斷功能模塊。它能夠在汽車運行過程中不斷監測電子控制系統各組成部分的工作情況，如有異常，根據特定的算法判斷出具體的故障，并以代碼形式存儲下來，同時起動相應故障運行模塊功能，使有故障的汽車能夠被駕駛到修理廠進行維修，維修人員可以利用汽車故障自診斷功能調出故障碼，快速對故障進行定位和修復。因此，從安全性和維修便利的角度來看，汽車電控系統都應配備故障自診斷功能。自1979年美國通用汽車公司率先在其汽車電控系統中采用故障自診斷功能后，世界上的各大汽車廠商紛紛效仿，在各自生產的電控汽車上都配備了故障自診斷功能。故障自診斷功能，已經成為了新車出廠和修理廠故障檢測不可缺少的重要手段。經過幾十年的發展，故障自診斷模塊不僅能夠解決汽車電控系統的安全性和存儲記憶汽車故障，還能夠實時提供汽車各種運行參數。 2.故障自診斷的基本原理及組成　　當今的計算機控制系統非常復雜。為了診斷這些系統而使用計算機控制以前的方法將耗費無盡的時間。為此，大多數發動機的計算機控制都有自診斷能力。進入一種自測模式，計算機能夠評定整個發動機電控系統的運行，包括它本身。如果發現故障，它們或者被標識成硬故障（按需要），或者間斷性故障。每種類型的故障或錯誤都指定一個保存在計算機存儲器里的數字故障代碼。　　硬故障指的是自測時在系統某個地方發現的故障。另一方面，周期性故障表明有故障發生（例如，接觸不良造成周期性的斷路或短路），但這個故障自測時并不出現。永久性RAM允許周期性故障存儲起來直到特定數量的點火開關斷開/閉合循環次數。如果這段期間內，故障不再出現，它就會從計算機存儲器里被刪除掉。　　有許多種不同方法來確定計算機產生的故障代碼。大多數生產廠家有用來監控和測試它們車輛的電子元件的診斷儀器。售后服務公司也生產能夠讀取和記錄經過計算機的輸入和輸出信號的檢測工具。另一種讀取故障代碼的方法是使用模擬電壓表。還有一些車輛通過儀表板燈閃爍代碼或直接顯示在CRT屏幕上。　　在進行自診斷或讀取故障代碼之前，作一次外現檢查，以確定故障不是由于磨損，連接松動，真空軟管松開而造成的。檢查空氣濾清器節氣門或噴油系統。不要忘記PCV系統以及真空軟管。確定蒸發碳罐沒有浸滿。查看線路配線、接頭、充電和交流電機系統。并且檢查接頭有無腐蝕的痕跡。現代的電路中的低壓信號不能容許由于接頭腐蝕而引起電阻增加。　　隨著電子技術的發展，單片計算機由于其體積小、成本低、可靠性高等顯著優點，在汽車電子控制中得到了越來越廣泛的應用；使汽車在動力性、經濟性和排污控制以及舒適性等方面都有了極大的提高。然而，由于汽車控制的電子化，給汽車故障的診斷維修工作帶來了越來越多的困難，對汽車維修技術人員的要求越來越高。在這種情況下，汽車電控技術人員，根據計算機不但可以進行測試、控制，而且可以利用軟件程序很方便地進行判斷，在進行電子控制系統設計的同時，增設系統故障自診斷功能和故障運行功能。自診斷功能就是利用ECU監視電子控制系統各組成部分的工作情況，發現故障后自動啟動故障運行程序，不僅可以保證發動機在有故障的情況下可以繼續行駛，而且還可以向駕駛員和維修人員提供故障情況，便于使用者及時發現和排除故障。　　自診斷功能的出現，使電控汽車的維修變得比以前更簡單，深受用戶的歡迎。自1979年美國通用汽車公司在汽油噴射系統中使用自診斷以后，汽車幾乎所有采用微機的控制系統都增設了故障自診斷功能。下面將從自診斷的原理與故障運行、故障代碼的讀取與清除方法、OBD-II診斷系統的介紹等幾個方面介紹利用自診斷功能進行電控汽車故障診斷的方法。（一）自診斷的原理與故障運行　　汽車正常運行時，電子控制單元ECU的輸入、輸出信號的電壓值都有一定的變化范圍。當某一信號的電壓值超出了這一范圍，并且這一現象在一段時間內不會消失，ECU便判斷為這一部分出現故障。ECU把這一故障以代碼的形式存入內部隨機存儲器（RAM），同時點亮故障檢查燈（如CHECK ENGINE ，SRS，ABS等指示燈），這就是故障自診斷的基本原理。當某電路產生了故障后，其信號就不能作為發動機的控制參數而使用。　　為了維持發動機的運轉，ECU 便從其程序存儲器（ROM）中，調出某一固定值，作為發動機的應急參數，保證發動機可以繼續運轉。當ECU中的微機系統出現故障時，ECU自動啟用后備控制回路對發動機進行簡單控制，使汽車可以開回家或是到附近的汽修廠進行修理，這樣的功能就是故障運行，又稱“跛行”模式。另一方面，當ECU檢測到某一執行器出現故障時，為了安全起見，采取一些安全措施。這種功能叫作故障保險。　　ECU故障診斷是針對系統中的傳感器、微機系統和執行器而進行的。當傳感器和微機發生故障時，往往采取故障運行方式。而當執行器發生故障時，往往采取故障保險措施。（二）傳感器的故障自診斷與故障運行　　由于傳感器本身就是產生電信號的，因此，對傳感器的故障診斷不需要專門的線路，而只需要在軟件中，編制傳感器輸入信號識別程序即可實現對傳感器的故障診斷。水溫傳感器的正常輸入電壓值為0.3-4.7V，對應的發動機冷卻水溫度為-30-120℃。所以，當ECU檢測到的電壓信號超出此范圍量，如果是偶爾一次，ECU的診斷程序不認為是故障。但如果不正常信號持續一段時間，則診斷程序即判定冷卻水溫傳感器或其電路存在故障。ECU將此情況以代碼（此代碼為設計時已經約定好的代表水溫傳感器信號異常故障的數字碼）的形式存入隨機存儲器中。同時，通過檢查發動機警告燈“CHECK ENGINE”，通知駕駛員和維修人員，發動機電控系統中出現故障。當ECU發現水溫傳感器不正常后，便采用一個事先設定的常數來作為水溫信號的代用值，使系統工作于運行狀態。（三）微機系統的故障自診斷與后備回路　　微機系統如果發生故障，控制程序就不可能正常運行，微機處于異常工作狀態。這樣便會使汽車因發動機控制系統故障而無法行駛。為了保證汽車在微機出現故障時仍能繼續運行，在控制系統工程中，設計有后備回路（備用集成電路系統）。當ECU中微機發生故障時，ECU自動調用后備回路完成控制任務，進入簡易控制運行狀態，用固定的控制信號，使車輛繼續行駛。由于該系統只具備維持發動機運轉的簡單功能而不能代替微機的全部工作，所以此后備回去路的工作又稱為“跛行”模式。采用備用系統工作時，故障指示燈亮。微機工作是否正常是由被稱為監視回路的電路進行監視的。監視電路中安裝有獨立于微機系統之外的計數器。微機正常運行時，由微機的運行程序對計數器定時進行清零處理。這樣，監視電路中計數器的數值是永遠不會出現溢出現象的。當微機系統出現不正常運行現象時，微機不能對這個計數器進行定時清零，致使此監視計數器發生溢出現象。監視計數器溢出時輸出的電平由低電平變為高電平（此輸出一般為計數器的進位標志。當計數器達到其最大值時，再增加一個計數脈沖，計數器便出現溢出。此時，計數器的溢出端的電平將由低電平變為高電平；同時，將計數器清零）。計數器輸出電平的這一變化，將直接觸發備用回路。備用回路只按照起動信號和怠速觸點閉合狀態，以恒定的噴油持續時間和點火提前角對噴油器和點火器進行控制。（四）執行器的故障診斷和故障保險　　汽車電子控制系統中，執行器是決定發動機運行和汽車行駛安全的主要器件，當執行器發生故障時，往往會對汽車的行駛造成一定的影響。因此，對于執行器故障的處理方法通常是：當確認為執行器故障時，由ECU根據故障的嚴重程度采取相應的安全措施的實施，在控制系統中，又專門設計了故障保險系統。　　由于ECU對執行器進行的是控制操作，控制信號是輸出信號。因此，要想對各執行器的工作情況進行診斷，一般要增設故障診斷電路，即ECU向執行器發出一個控制信號，執行器要有一條專用回路來向ECU反饋其執行情況。發動機電子控制系統中，對執行器進行故障診斷的典型部件是點火器。正常情況下，當ECU對點火器進行控制時，點火器每進行一次點火，便由點火器內的點火確認電路將點火執行情況以電信號的形式反饋給ECU。當點火線路或點火器出現故障時，ECU發出點火控制命令后，得不到反饋信號；此時ECU便認為點火器已經不能正常工作。由于發動機工作時，如果點火系統發生故障，便會使未燃燒的混合氣進入排氣裝置和排氣管道。排氣凈化裝置中的催化劑溫度就會大大超過允許值。同時，未燃燒的混合氣在排氣管內集聚過多，還會引起排氣系統的爆炸。為此，采用故障保險系統，當ECU接收不到點火確認信號后，立即切斷燃油噴射系統電源，停止燃油的噴射。閱讀本貼要點 1.最早的電噴系統是德國BOSCH提供的,它的原理是根據進氣壓力+轉速調節噴油量, 2,計算機電噴系統為了實現任意情況下的理想空燃比調節,利用節氣門負荷(位置)\發動機水溫\進氣溫度對噴油進行動態補償. 3,現代汽車不僅僅是利用電噴發動機(EFI),還使用TCU\ABS\SRS\CC\ASR\ASS技術,這些新技術是汽車維修技師的考核內容. 4,電控系統采用了自診斷技術,要充分利用自診斷技術一般需要使用解碼儀,解碼儀可以讀\清故障碼,調出汽車電腦中的數據流,以便維修人員進行輸入\輸出部件的數據判斷分析,這里的輸入輸出部件是指傳感器和執行器. 5,自診斷技術的本質是計算機進行輸入輸出數據的定時掃描,如果發現有異常則變為故障碼存儲起來,同時調用備份軟件模塊代替有故障部分的數據流;硬件的自診斷技術本質是利用"看門狗"電路進行監控,如果發現有故障看門狗電路會溢出,這時,系統切換到簡易控制系統來控制汽車,同時報警系統啟動執行顯示輸出.