現代汽車綜合診斷技術及運用(第三部分)

www.guilinhy.com 來源：互聯網作者：kang0023 類別：汽車電器維修時間：2007-12-20

第三部分數據分析

　　數據參數分析是診斷電子控制系統故障的重要方法之一。數據參數是控制電腦對所控制的系統正運行的控制狀態的數量表現形式。數據參數分析是運用各種測試手段對控制系統的各類相關數據參數進行綜合分析的過程。數據參數分析在測量結果顯示方式上可分為數值顯示和波形顯示兩種方式，在測量手段上又可以分為電腦通訊式測量和電路在線式測量以及元件模擬式測量三種。
　　一、顯示方式
　　數值顯示是對控制電腦串行數據參數的數字表示方式，它對開關量(或稱為數字量或非連續性)參數可以精確地描述出狀態的變化，但是對模擬量參數特別是高速變化的模擬量因串行輸出的原因，只能間斷地反映出某個數據參數值的變化，特別是當串行數據較多而刷新速率較慢時。波形顯示是對數據參數的連續性圖形表示方式，它對開關量和模擬量參數都可以精確描述，特別是對高速變化的模擬量可以準確形象地描述變化過程的全貌，有利于捕捉突變的信號變化(故障)。
　　二、測量手段
　　數據參數的測量手段是獲取數據值的具體途徑，常見的方式有電腦通訊式、電路在線測量式和元件模擬式三種。
　　(一)電腦通訊式
　　電腦通訊方式是通過控制系統在診斷插座中的數據通訊線將控制電腦的實時數據參數以串行的方式傳送給診斷儀。之所以稱其為數據流是因為數據的傳輸是像隊伍排隊一樣一個一個通過通訊線流向診斷儀。在數據流中包括故障碼的信息、控制電腦的實時運行參數、控制電腦與診斷儀之間的相互控制指令。診斷儀在接受到這些信號數據后，按照預定的通訊協議將其顯示為相應的文字和數碼，以使維修人員觀察系統現在的運行狀態并分析這些內容，發現其中不合理或不正確的信息，進行故障的診斷。電腦診斷儀有兩種，一種稱為掃描儀(scan tool)，另一種稱為專用診斷儀。
　　1．掃描儀(SCANTOOL)
　　掃描儀的主要功能有：控制電腦版本的識別、故障碼讀取和清除、動態數據參數顯示、傳感器和部分執行器的功能測試與調整、某些特殊參數的設定、維修資料及故障診斷提示及路試記錄等。掃描儀可測試的車型較多，適應范圍也較寬，因此被稱為通用型儀器，但它與專用診斷儀相比，無法完成某些特殊功能。這也是大多數通用儀器的不足之處。
　　2．專用診斷儀
　　專用診斷儀是汽車生產廠家的專業測試儀，它除了具備掃描儀的各種功能外，還有參數修改、數據設定、防盜密碼設定、更改等各種特殊功能。專用診斷儀是各汽車廠家自行或委托設計的專業測試儀器，它只適用于本廠家生產的車型。
　　掃描儀和診斷儀的動態數據的顯示功能不僅可以對控制系統的運行參數(最多可達上百種參數)進行數據分析，還可以觀察電腦的動態控制過程，因此它具有從電腦內部分析控制過程的診斷功能。它是我們進行數據分析的主要手段。
　　(二)在線測量方式
　　電路在線式測量是通過對控制電腦電路的在線檢測(主要指電腦的外部連接電路)，將控制電腦各輸入、輸出端的電信號直接傳送給電路分析儀的測量方式。電路分析儀器有兩種，一種是汽車萬用表，另一種是汽車示波器。
　　1．汽車萬用表
　　汽車萬用表是用數字或模擬顯示的方式反映電路中電參數的動態變化的專業儀器，它能夠對電路上的電參數進行間斷式數字顯示，是分析單條電路上電信號數值變化的基本儀表。同時汽車萬用表還可以對電器元件進行單獨測試，通過元件的靜態參數測量確定其好壞。汽車萬用表通常只有一個測量通道。
　　2．汽車示波器
　　汽車示波器是用波形顯示的方式表現電路中電參數的動態變化過程的專業儀器，它能夠對電路上的電參數進行連續式圖形顯示，是分析復雜電路上電信號波形變化的專業儀器。汽車示波器通常有兩個或兩個以上的測試通道，它可以同時對多路電信號進行同步顯示，具有高速動態分析各信號間相互關系的優點，通常汽車示波器設有測試菜單，使用時無需像普通示波器那樣做繁瑣的設定，只需點一下要測試的傳感器或執行器的菜單就可以自動進入測量。電子存儲示波器還具有連續記憶和重放功能，便于捕捉間歇性故障。同時也可通過一定的軟件與PC機連接，將采集的數據進行存儲、打印、再現。
　　(三)元器件模擬方式
　　元件模擬式測量是通過信號模擬器替代傳感器向控制電腦輸傳送模擬的傳感器信號，并對控制電腦的響應參數進行分析比較的測量方式。信號模擬器有兩種，一種是單路信號模擬器，另一種是同步信號模擬器。
　　1．單路信號模擬器
　　單路信號模擬器是單一通道信號發生器，它只能輸出一路信號，模擬一個傳感器的動態變化信號。主要模擬信號有可變電壓信號0～15V，可變交直流頻率信號0～10kHz，可變電阻信號0～200kΩ。單路信號模擬器的功用有兩個，一個是用對比式手段去判斷被模擬的傳感器的好壞，另一個是用可變模擬信號去動態分析電腦控制系統的響應，進而分析控制電腦及系統的工作情況。
　　2．同步信號模擬器
　　同步信號模擬器是兩通道以上的信號發生器，它主要用于產生有相關邏輯關系的信號，如曲軸轉角和凸輪軸傳感器同步信號，用于模擬發動機運轉工況，完成在發動機未轉動的情況下對控制電腦進行動態響應數據分析的試驗。同步信號模擬器的功用也有兩個，即用對比方式比較傳感器好壞，以及分析電腦控制系統的響應數據參數。
　三、數據分析方法
　　數據分析方法有以下幾種方法，即數值分析法、時間分析法、因果分析法、關聯分析法、比較分析法等。
　　(一)數值分析法
　　數值分析是對數據的數值變化規律和數值變化范圍的分析。即數值的變化，如轉速、車速、電腦讀值與實際值的差異等。
　　在控制系統運行時，控制模塊將以一定的時間間隔不斷接收各個傳感器的輸入信號和向各個執行器發出控制指令，對某些執行器的工作狀態還根據相應傳感器的反饋信號再加以修正。我們可通過診斷儀器讀取這些信號參數的數值加以分析。
　　如系統電壓，在發動機未起動時，其值應約為當時的蓄電池電壓，在起動后應約等于該車充電系統的電壓，若出現不正常的數值，表示充電系統或發動機控制系統可能出現故障(因有些車型的充電系統是由發動機控制電腦控制的)，有時甚至是電腦內部的電源部分出現故障。
　　又如在進行ABS系統的測試時，應注意觀察四輪的輪速信號值(對四輪ABS系統)，在未施加制動時，四輪輪速在正常情況下應基本一致(除非四個輪在某一時刻行駛在不同附著系數的路面上)，在施加制動但AB$功能尚未起作用時，四輪輪速會出現不一致，而一旦ABS功能起作用，四輪輪速將趨于一致，否則表示制動系統或控制系統可能存在故障。在某些前驅動的車型上，若因半軸外鼠籠損壞更換時，可能未對新鼠籠上的ABS信號發生器齒環的齒數和齒環直徑進行測量，安裝后輪速信號始終錯誤，ABS故障燈將點亮，故障碼提示輪速錯誤，但在觀察時又有輪速信號，這時應注意各個輪速信號的頻率或電壓，在有些系統中可直接讀到輪速值。
　　對于發動機不能起動(起動系統正常)的情況，應注意觀察發動機轉速信號(用診斷儀)，因大多數發動機控制系統在對發動機進行控制時都必須知道發動機的轉速(取信號的方式各車型會不同)，否則將無法確定發動機是否在轉動，當然也無法計算進氣量和進行點火及噴油的控制。
　　又如某些車型冷卻風扇的控制不是采用安裝在散熱器上的溫控開關，而是發動機控制電腦接收冷卻液溫度傳感器的電壓信號，判斷冷卻液的溫度變化，當達到規定的溫度點時，電腦將控制風扇繼電器接通，使風扇工作。如一輛克萊斯勒汽車，發動機起動時間不長，冷卻風扇即工作，此時憑手感只有40～50℃，有的人因無法找到真正的故障原因，只得改動風扇的控制電路，用一個手動開關人工控制。根據該車的電路圖，可確定該車的風扇是由電腦控制的，故接上檢測儀，沒有故障碼存在，但在觀察數據時發現，電腦讀取的冷卻液溫度為115℃。根據該車的設計，發動機電動冷卻風扇的工作點為102～105℃，停止點為96～98℃。所以可以判斷電腦對風扇的控制電路是正常的，問題在于電腦得到的溫度信號是不正確的，這可能是由于冷卻液溫度傳感器、線束接頭或電腦本身有故障。經檢查發現傳感器的阻值不正確，更換后一切正常。有人會問，為什么沒有故障碼呢?這是因為該車在故障碼的設定中，只規定了開路(讀值一般為-35℃以上)和短路(讀值一般為120℃以上)狀態，并不能判斷傳感器溫度值是否反映實際溫度值，當然也就無法給出故障碼了。從此例中可看出，應注意測量值和實際值的關系，對一個確定的物理量，不論是通過診斷儀或直接測量得到的值與實際值應差異不大(因測量手段不同)，否則就可能是測量值有問題了。
　　(二)時間分析法
　　時間分析是對數據變化的頻率和變化周期的分析。
　　電腦在分析某些數據參數時，不僅要考慮傳感器的數值，而且要判斷其響應的速率，以獲得最佳的控制效果。如氧傳感器的信號，不僅要求有信號電壓和電壓的變化，而且信號電壓的變化頻率在一定時間內要超過一定的次數(如某些車要求大于6～10次／10s)，當小于此值時，就會產生故障碼，表示氧傳感器響應過慢。有了故障碼的故障是比較好解決的。但當次數并未超過限定值，而又已經反應遲緩時，并不會產生故障碼。此時如仔細體會，可能會感到一些故障癥狀。我們應接上儀器觀察氧傳感器的數據(包括信號電壓和在0.45V上下的變化狀態以判斷傳感器的好壞)。比如奧迪車，當氧傳感器的響應遲緩時，往往在1600～1800r／min之間出現轉速自動波動(加速踏板不動)約100～200r／min，甚至影響加速性。這往往是由于氧傳感器響應遲緩，導致空燃比變化過大，造成轉速的波動。還有對采用OBD—Ⅱ系統的車，催化轉化器前后氧傳感器的信號變化頻率是不一樣的。通常后氧傳感器的信號變化頻率至少應低于前氧傳感器的一半，否則可能催化轉化器的轉化效率已減低了。
　　又如奧迪車的機油壓力警報系統采用高低壓報警。其規定在怠速時，當低壓傳感器(通常安裝在缸蓋后側)處的壓力小于30kPa時要報警，而在(2000±50)r／min時，主油道壓力(傳感器安裝在機濾處)低于180kPa時高壓要報警。有一個車卻在怠速時，高壓報警。經檢查是轉速信號錯誤。更換點火模塊后，系統正常。因為報警控制系統是從點火模塊處獲得轉速信號的，當在怠速時，實際轉速為(800±50)r／min，而報警系統得到的轉速信號卻已接近2000r／min，可這時的機油壓力不會達到180kPa以上，自然會報警了。
　　(三)因果分析法
　　因果分析是對相互聯系的數據間響應情況和相應速度的分析。
　　在各個系統的控制中，許多參數之間是有因果關系的。如電腦得到一個輸入，肯定要根據此輸入給出下一個輸出。在認為某個過程有問題時，可以將這些參數連貫起來觀察，以判斷故障出現在何處。
　　如在自動空調系統中，通常當按下空調選擇開關后，該開關并不是直接接通空調壓縮機離合器，而是該開關信號作為空調請求或空調選擇信號被傳送給發動機控制電腦，發動機電腦接收到此信號后，檢查是否已滿足設定的條件，若滿足，就會向壓縮機繼電器發出控制指令，接通繼電器，使壓縮機工作。所以當空調不工作時，可觀察在按下空調開關后，空調請求(選擇)、空調允許、空調繼電器等參數的狀態變化，以判斷故障點。
　　又如現在許多車上都裝有EGR(廢氣再循環)系統，該排放裝置的作用主要是降低NOX(氮氧化物)。通常電腦是根據反饋傳感器(如EGR溫度傳感器、EGR位置傳感器、DFPE傳感器或其他傳感器等)來判斷EGR閥的工作狀態。當有EGR系統未工作的故障碼出現時，我們應首先在相應工況下觀察電腦對EGR控制電磁閥的輸出指令和反饋傳感器的值，若無控制輸出，可能工況條件不滿足或電腦有故障。若反饋值沒有變化，則可能是傳感器、線路或EGR閥(包括廢氣通道)有問題。此時可直接在EGR閥上施加一定的真空(發動機在怠速時)，若發動機出現明顯抖動或熄火，則說明EGR閥本身和廢氣通道無問題，故障可能在傳感器、線路或電腦上，應檢查找電路。若無明顯抖動，則可能是EGR閥或廢氣通道有問題，屬于常規機械故障。
　　(四)關聯分析法
　　關聯分析是對互為關聯的數據間存在的比例關系和對應關系的分析(指幾個參數之間的邏輯關系)。
　　電腦有時對故障的判斷是根據幾個相關傳感器信號的比較，當發現它們之間的關系不合理時，會給出一個或幾個故障碼，或指出某個信號不合理。此時一定不要輕易地斷定是該傳感器不良，而要根據它們之間的相互關系作進一步的檢測，以得到正確的結論。
　　如韓國大宇某些車有時會給出節氣門位置傳感器信號不正確，但不論用什么方法檢查，該傳感器和其設定值都無問題。而若你能認真地觀察轉速信號(用儀器或示波器)，就會發現轉速信號不正確，更換分電器中的轉速傳感器后，故障排除。故障原因是電腦在接收到此時不正確的轉速信號后，并不能判斷出轉速信號是否正確(因無比較量)，而是比較此時的節氣門位置傳感器信號，認為其信號與接收到的錯誤轉速信號不相符，故給出節氣門位置傳感器的故障碼。
　　又如一輛捷達車，在檢查時給出空氣流量計信號不合理，若簡單地更換空氣流量計就可能導致錯誤的修理。此時應想一想，為什么沒給出空氣流量計開路或短路(與地或B+)的故障，而是指出不合理呢？那么這個不合理是相對于哪幾個傳感器信號而言呢?實際上電腦是根據發動機轉速、節氣門位置信號與空氣流量計信號的比較來確定的。在進一步的檢查中發現節氣門位置傳感器的最大和最小學習值與規定值不符，且無法正確完成基本設定(始終輸出錯誤信號)，故基本確定是節氣門位置傳感器故障。更換節氣門體總成并進行基本設定后，故障排除。
　　(五)比較分析法
　　比較分析是對相同車種及系統在相同條件下的相同數據組進行的對比分析。
　　在很多時候，我們沒有足夠的技術資料和詳盡的標準數據，無法很準確地斷定某個器件的好壞。此時可與同類車型或同類系統的數據加以比較。當然在修理中，很多人會使用替換實驗進行判斷，這也是一種簡單的方法，但在進行時，注意應首先做一定的基本診斷，在基本確定．故障趨勢后，再替換被懷疑有問題的器件，不可一上來就換這換那，其結果可能是換了所有的器件，仍未發現問題。再一個要注意的是用于替換的器件一定要確認是良好的，而不一定是新的，因新的未必是良好的。這是做替換實驗的基本準則。
　　如有一輛切諾基，客戶反映該車在時速100km左右時，有后坐和闖車的感覺。經初步檢查，未發現明顯故障(也無故障碼)。為重現此故障癥狀，在底盤測功機上模擬路試。同時接上電腦檢測儀和點火示波器。當癥狀出現時，發現次級的點火擊穿電壓明顯高于其他同類車(此車該電壓約20kV以上，正常的約6～10kV)。并且癥狀不僅在車速100km／h時有，而是只要發動機轉速在2600～2800r／min左右就十分明顯，且此時的尾氣中HC排放明顯增高并波動。初步診斷為由于次級點火擊穿電壓過高造成失火而致。而影響擊穿電壓的因素主要有火花塞的間隙、高壓線的阻值、分火頭與分電器蓋電極間的間隙、混合氣過稀、氣缸壓縮比等原因。在進一步的檢查中仍未發現明顯故障點。只是感覺分火頭的位置稍提前了一點，但在靜態狀態下，其指向還基本對著一缸點火位置。我們考慮到這是靜態，又是在一缸上止點，即點火這時已經完成了，那么在動態，又在發動機轉速2600r／min以上時，實際點火時間還有較大提前，這時分火頭與分電器蓋相對電極間的間隙會更大，從而導致上述故障癥狀的出現。拆下分電器檢查，發現分電器從動小齒輪與分電器軸的相對位置發生改變(銷子變形)，修復后，故障消除。這里有人會問，為什么在怠速和低轉速低負荷下沒癥狀呢?這主要是在低轉速下，點火提前角不大，因而分火頭與分電器蓋的間隙也未變得過大，且發動機此時的負荷較小，工質的密度(壓縮后)對點火擊穿電壓的影響還不夠大而已。
　四、數據分析的一般步驟
　　1．有故障碼時
　　在進行故障碼分析并確認有故障碼存在時，可以直接找出與該故障碼相關的各組數據進行分析，并根據故障碼設定的條件分析故障碼產生的原因，進而對數據的數值及波形進行分析，找出故障點。
　　2．無故障碼時
　　故障碼分析后確認無故障碼存在時，從故障現象人手，根據控制系統的工作原理和結構，推斷相關數據參數，再用數據分析的方法對相關數據參數進行觀察和全面分析。
　　在進行數據分析時，常常需要知道所修車系統的基本原理和結構、基本的控制參數及其在不同工況條件下的正確讀值，并經過認真的分析，才有可能得出準確的判斷。
　　本書提出了綜合診斷技術的概念，但在這里只講了其中兩部分內容，即故障碼的分析和數據分析，另外三部分(點火分析、尾氣分析和壓力及真空波形的分析)因已在其他書中對其作過較詳細的論述，這里就不再重復了。