用数据分析法诊断汽车电子控制系统故障

数据参数分析在测量结果的显示方式上可分为数值显示和波形显示两种，在测量手段上又可分为电脑通讯式测量、电路在线式测量及元件模拟式测量三种。下面详细阐述用数据分析法诊断汽车电子控制系统故障的方法与步骤。
　　一、电控系统数据的显示方式
　　汽车电子控制系统的传感器和执行器等电子元件，在工作过程中的数据信号显示方式有两种，即：数值显示和波形显示。
　　1．数值显示
　　数值显示是对控制电脑串行数据参数的数字表示方式，它对开关量(或称数字量或非连续性)参数可以精确地描述出状态的变化，但是对模拟量参数，特别是高速变化的模拟量，因串行输出的原因，只能间断地反映某个数据参数值的变化，尤其是当串行数据较多而刷新速率较慢时。
　　2．波形显示
　　波形显示是对数据参数的连续性的图形表示方式，它对开关量参数和模拟量参数都可以精确描述，特别是对高速变化的模拟量，可以准确形象地描述其变化过程的全貌，有利于捕捉突变的信号变化(故障)。
　　因此，在利用数据参数分析故障时，要根据电子元件的属性来确定是用数值分析还是用波形分析。
　　二、电控系统数据的测量手段
　　汽车电子控制系统数据参数的测量手段是获取数据值的具体途径，只有数据测量准确，才能正确地分析汽车故障。常见的测量方式有电脑通讯式、电路在线测量式和元件模拟式三种。
　　1．电脑通讯式
　　电脑通讯式测量是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，也称数据流。之所以称其为数据流，是因为数据的传输是像排队一样一个一个地通过通讯线流向诊断仪。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等。诊断仪在接收到这些信号数据后，按照预定的通讯协议，将其显示为相应的文字和数码，以使维修人员观察系统现在的运行状态，并分析这些内容。若发现其中有不合理或不正确的信息，则进行故障诊断。电脑诊断仪有两种，一种为解码器(也称扫描仪)，另一种为专用诊断仪。
　　1)解码器
　　解码器的主要功能有：控制电脑版本的识别、故障码的读取和清除、动态数据参数的显示、传感器和部分执行器的功能测试与调整、某些特殊参数的设定、维修资料及故障诊断的提示及路试记录等。解码器可测试的车型较多，适用范围也较宽，因此被称为通用型仪器，但它与专用诊断仪相比，无法完成某些特殊功能，这是大多数通用型仪器的不足之处。

　　2)专用诊断仪
　　专用诊断仪是汽车生产厂家的专业测试仪，它除了具备解码器的各种功能外，还有参数修改、数据设定、防盗密码设定及更改等各种特殊功能。专用诊断仪是各汽车厂家自行或委托设计的专业测试仪器，它只适用于本厂家生产的车型。
　　解码器和专用诊断仪的动态数据显示功能，不仅可以对控制系统的运行参数(最多可达上百种)进行数据分析，还可以观察电脑的动态控制过程，因此它具有从电脑内部分析控制过程的诊断功能，是进行数据分析的主要手段。
　　2．在线测量方式
　　电路在线式测量是通过对控制电脑电路的在线检测(主要指电脑的外部连接电路)，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。电路分析仪有两种，一种是汽车万用表，另一种是汽车示波器。
　　1)汽车万用表
　　汽车万用表是用数字或模拟显示的方式反映电路中电参数动态变化的专业仪器，它能够对电路上的电参数进行间断式数字显示，是分析单条电路上电信号数值变化的基本仪表。同时，汽车万用表还可以对电器元件进行单独测试，通过元件的静态参数测量确定其好坏。汽车万用表通常只有一个测量通道。
　　2)汽车示波器
　　汽车示波器是用波形显示的方式表现电路中电参数动态变化过程的专业仪器，它能够对电路上的电参数进行连续式图形显示，是分析复杂电路上电信号波形变化的专业仪器。汽车示波器通常有两个或两个以上的测试通道，可以同时对多路电信号进行同步显示，具有高速动态分析各信号间相互关系的优点。
　　通常，汽车示波器都设有测试菜单，使用时无需像普通示波器那样做繁琐的设定，只需点一下菜单上要测试的传感器或执行器，就可以自动进入测量。电子存储示波器还具有连续记忆和重放功能，便于捕捉间歇性故障，同时也可以通过一定的软件与PC机连接，将采集的数据进行存储、打印、再现。目前，许多先进的汽车检测仪都具有示波器功能，示波器功能不仅可以快速捕捉电子信号数据，还可以用较慢的速度来显示这些波形，为分析故障提供重要依据。利用信号波形分析汽车故障，正越来越多地被维修人员所运用。
　　3．元器件模拟方式
　　元器件模拟式测量是通过信号模拟器来代替传感器向控制电脑输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。信号模拟器有两种，一种是单路信号模拟器，另一种是同步信号模拟器。
　　1)单路信号模拟器
　　单路信号模拟器是单一通道信号发生器，它只能输出一路信号，模拟一个传感器的动态变化信号。主要的模拟信号有：可变电压信号0～15V；可变交、直流频率信号0～10kHz；可变电阻信号0～200k??。单路信号模拟器有两个功用，一个是用对比式手段来判断被模拟的传感器好坏，另一个是用可变模拟信号去动态分析电脑控制系统的响应，进而分析控制电脑及系统的工作情况。
　　2)同步信号模拟器
　　同步信号模拟器是两通道以上的信号发生器，它主要用于产生有相关逻辑关系的信号，如曲轴转角和凸轮轴转角传感器同步信号，用于模拟发动机的运转工况，完成在发动机未转动的情况下对控制电脑进行动态响应数据分析的试验。同步信号模拟器的功用也有两个，一个是用对比方式比较传感器的好坏，另一个是分析电脑控制系统的响应数据参数。
　　三、用数据分析诊断故障的方法
　　数据分析有以下几种方法，即：数值分析法、时间分析法、因果分析法、关联分析法和比较分析法等。
　　1．数值分析法
　　数值分析是对数据的数值变化规律和数值变化范围的分析，即通过数值的变化，如：转速、车速、电脑读值与实际值的差异等，来分析判断汽车是否存在故障以及故障的部位等。
　　在汽车电子控制系统运行时，控制模块将以一定的时间间隔不断接收各传感器的输入信号并向各执行器发出控制指令，对某些执行器的工作状态还根据相应传感器的反馈信号加以修正，我们可以通过诊断仪器读取这些信号参数的数值并加以分析。
　　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，在发动机起动后，应约等于该车充电系统的电压。若出现不正常的数值，则表示充电系统或发动机控制系统可能存在故障(有些车型的充电系统是由发动机控制电脑控制的)，有时甚至是电脑内部的电源部分出现故障。
　　在进行ABS系统的测试时，应注意观察4个车轮的轮速信号值(针对四轮ABS系统)。在正常情况下，未施加制动时，4个车轮的轮速应基本一致(除非4个车轮在某一时刻行驶在不同附着系数的路面上)；在施加制动但ABS功能尚未起作用时，4个车轮的轮速会出现不一致；一旦ABS功能起作用，则4个车轮的轮速将趋于一致。否则，表示制动系统或控制系统可能存在故障。
　　在某些前轮驱动的车型上，若因损坏而更换半轴外鼠笼时，如果未对新鼠笼上的ABS信号发生器齿环的齿数和齿环直径进行测量，安装后轮速信号始终错误，ABS故障灯将点亮，故障码提示轮速错误，但观察时又有轮速信号，这时应注意各个轮速信号的频率或电压，在有些系统中可直接读到轮速值。
　　对于发动机不能起动(起动系统正常)的情况，应特别注意观察发动机的转速信号(用诊断仪)。因为大多数发动机控制系统在对发动机进行控制时，都必须知道发动机的转速(获取信号的方式各车型会有所不同)，否则将无法确定发动机是否在运转，当然也就无法计算进气量和进行点火及喷油的控制。
　　某些车型冷却风扇的控制，不是采用安装在散热器上的温控开关，而是由发动机控制电脑接收冷却液温度传感器的电压信号，判断冷却液的温度变化。当达到规定的温度值时，电脑将控制冷却风扇继电器接通，使冷却风扇工作。
　　例如，一辆克莱斯勒汽车，发动机起动时间不长，冷却风扇即开始工作，此时凭手感温度只有40～50℃，修理工因无法找到真正的故障原因，就改动了冷却风扇的控制电路，用一个手动开关来人工控制。根据该车的电路图可知，该车的冷却风扇是由电脑控制的，故接上检测仪检测，没有故障码存在，但在观察数据时发现，电脑读取的冷却液温度为115℃。根据该车的设计，冷却风扇的工作温度为102～105℃，停止温度为96～98℃。所以，可以判断电脑对冷却风扇的控制电路是正常的，问题在于电脑得到的温度信号不正确，可能是冷却液温度传感器、线束接头或电脑本身有故障。
　　经检查，发现传感器的电阻值不正确，更换传感器后一切正常。有人可能会问，传感器电阻不正确，为什么没有故障码呢?这是因为，该车在故障码的设定中，只规定了开路(读值一般为-35℃以上)和短路(读值一般为120℃以上)状态，并不能判断传感器是否反映了实际的温度值，当然也就无法给出故障码了。
　　从上例中可以看出，应注意测量值与实际值的关系，对一个确定的物理量，不论是通过诊断仪或直接测量得到的值，与实际值应差异不大(因测量手段不同而有所不同)，否则就可能是测量值有问题了。
　　2．时间分析法
　　时间分析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(某些车要求大于6～10次／10s)，当小于此值时，就会产生故障码，表示氧传感器响应过慢。输出故障码的故障是比较好解决的，但当次数并未超过限定值，而又已经反应迟缓时，则不会产生故障码。此时如果仔细体会，可能会感觉到一些故障症状，这就需要接上仪器观察氧传感器的数据(包括信号电压和在0.45V上下的变化状态)，以判断传感器的好坏。
　　如奥迪车型，当氧传感器的响应迟缓时，在1600～1800r／min之间往往会出现转速自动波动(加速踏板不动)约100～200r／min的现象，甚至影响加速性。这就是由于氧传感器响应迟缓，导致空燃比变化过大，造成转速波动。还有采用OBD—Ⅱ系统的车型，催化转化器前、后氧传感器的信号变化频率是不一样的。通常，后氧传感器的信号变化频率至少应低于前氧传感器的一半，否则就可能是催化转化器的转化效率降低了。
　　又如奥迪车型的机油压力报警系统(采用高、低压报警)，规定怠速时低压传感器(安装在气缸盖后侧)处的压力小于30kPa时低压要报警；发动机转速为2000?50r／min时主油道压力(传感器安装在机油滤清器处)低于180kPa时高压要报警。有一辆车在怠速时高压报警，经检查是转速信号错误，更换点火模块后系统恢复正常。因为报警控制系统是从点火模块处获得转速信号的，怠速时的实际转速为800?50r／min，而报警系统得到的转速信号却已接近2000r／min，可这时的机油压力不会达到180kPa以上，自然就会报警了。
　　3．因果分析法
　　因果分析是对相互关联的数据间响应情况和响应速度的分析。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。
　　例如，在自动空调系统中，通常当按下空调选择开关后，该开关并不是直接接通空调压缩机离合器，而是该开关的信号作为空调请求或空调选择信号被传送给发动机控制电脑，发动机电脑接收到此信号后，检查是否已满足设定的条件，若满足，就会向压缩机继电器发出控制指令，接通继电器，使压缩机工作。所以当出现空调不工作的故障时，可观察按下空调开关后，空调请求(选择)、空调允许、空调继电器等参数的状态变化，以判断故障点。
　　又如，现在许多车上都装有EGR(废气再循环)系统，该排放装置的作用主要是降低NOx(氮氧化物)。通常，电脑是根据反馈传感器(如EGR温度传感器、EGR位置传感器、DFPE传感器或其它传感器等)来判断EGR阀的工作状态。当有EGR系统未工作的故障码出现时，应首先在相应工况下观察电脑对：EGR控制电磁阀的输出指令和反馈传感器的值，若无控制输出，可能是工况条件不满足或是电脑有故障；若反馈值没有变化，则可能是传感器、线路或EGR阀(包括废气通道)有问题。此时可直接在EGR阀上施加一定的真空(发动机怠速时)，若发动机出现明显抖动或熄火，说明EGR阀本身和废气通道无问题，故障可能在传感器、线路或电脑上，应检查电路：若发动机无明显抖动，则可能是EGR阀或废气通道有问题，属于常规机械故障。
　　4．关联分析法
　　关联分析是对互为关联的数据间存在的比例关系和对应关系的分析(指几个参数之间的逻辑关系)。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，当发现它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。此时一定不要轻易地断定就是该传感器不良，而要根据它们之间的相互关系作进一步的检测，以得到正确的结论。
　　例如，韩国大宇的某些车型，有时会给出“节气门位置传感器信号不正确”的故障码，但无论用什么方法检查，该传感器和其设定值都无问题，但此时若认真观察转速信号(用仪器或示波器)，就会发现转速信号不正确。更换分电器中的转速传感器后，故障就会排除。这种故障的原因是电脑在接收到不正确的转速信号后，并不能判断出转速信号是否正确(因无比较量)，而是比较此时的节气门位置传感器信号，认为其信号与接收到的错误转速信号不相符，故给出节气门位置传感器的故障码。
　　又如一辆捷达轿车，当检测出“空气流量计信号不合理”的故障码时，若简单地更换空气流量计，就可能导致错误的修理。此时应考虑一下，为什么没有给出“空气流量计断路或短路(对地或对B+)”的故障码，而是指出不合理呢?这个不合理是相对于哪几个传感器信号而言的呢?实际上，电脑是根据发动机转速、节气门位置信号与空气流量计信号的比较来确定的。在进一步的检查中，发现节气门位置传感器的最大和最小学习值与规定值不符，且无法正确完成基本设定(始终输出错误信号)，故基本确定该车的节气门位置传感器有故障。更换节气门体总成并进行基本设定后，故障排除。
　　5．比较分析法
　　比较分析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，我们没有足够的技术资料和详尽的标准数据，无法很准确地断定某个器件的好坏，此时可与同类车型或同类系统的数据加以比较。当然，在曰常修理中很多人会用替换试验的方法来进行判断，这也是一种简单可行的方法，但在实际应用时要注意，应先进行一定的基本诊断，在基本确定故障趋势后，再替换怀疑有问题的器件，切不可一上来就换这换那，其结果可能是换了所有的器件也未发现问题。另一个要注意的问题是，用来替换的器件一定要确认是良好的(但不一定是新的，因为新件也未必是良好的)，这是进行替换试验的基本准则。
　　例如一辆切诺基汽车，据客户反映，该车在时速100km左右时有“后坐”和“闯车”的感觉。经初步检查，未发现明显故障，也无故障码。为了使故障重现，在底盘测功机上模拟路试，同时接上电脑检测仪和点火示波器检测。当故障现象出现时，发现次级点火击穿电压明显高于其它同类车型(该车约为20kV以上，而正常值应约为6～10kV)，且故障现象不仅在车速lOOkm／h时有，只要发动机转速在2600～2800r／min左右就十分明显，此时尾气中的HC排放量也明显增高并有波动。经初步诊断，为次级点火击穿电压过高，造成失火而致。
　　影响击穿电压的因素主要有火花塞间隙、高压线阻值、分火头与分电器盖电极间隙、混合气过稀、气缸压缩比等原因。在进一步的检查中仍未发现明显的故障点，只是感觉分火头的位置稍提前了一点，但在静态下其指向还是基本对着一缸点火位置。我们考虑这是在静态下的情况，又是在一缸上止点，即点火这时已经完成了，如果是在动态情况下，发动机转速在2600r／min以上时，实际点火时间还有较大的提前，这时分火头与分电器盖相对电极间隙会更大，从而可能导致上述故障症状。
　　拆下分电器检查，发现分电器从动小齿轮与分电器轴的相对位置发生了改变(销子变形)，修复后，故障消除。这里有人会问，为什么在怠速和低转速、低负荷下没有症状呢?这主要是因为在低转速下，点火提前角不大，因而分火头与分电器盖的间隙也未变得过大，且发动机此时的负荷较小，工质的密度(压缩后)对点火击穿电压的影响还不够大而已。
　　四、数据分析法的一般步骤
　　1．有故障码时
　　在进行故障码分析并确认有故障码存在时，可以直接找出与该故障码相关的各组数据进行分析，并根据故障码设定的条件分析故障码产生的原因，进而对数据的数值及波形进行分析，找出故障点。
　　2．无故障码时
　　故障码分析后确认无故障码存在时，应从故障现象入手，根据控制系统的工作原理和结构，推断相关数据参数，再用数据分析的方法对相关数据参数进行观察和全面分析。
　　在进行数据分析时，常常需要知道所修车型系统的基本原理和结构、基本的控制参数及在不同工况条件下的正确读值，并经过认真的分析，才有可能得出准确的判断