正確理解汽車自診斷系統

有些維修人員在使用汽車電控系統檢測設備時碰到以下情況：讀出多個故障碼、故障燈亮卻無故障碼、有故障卻沒有產生相應故障碼、有故障碼卻查不出相應故障時，往往會感到困惑和無從下手，進而開始抱怨檢測設備的質量或者性能有問題。實際上，維修人員只有在對汽車電控系統的原理、自診斷系統的原理、汽車電控系統診斷設備的原理有透徹的理解后，才能有效地使用儀器。

正確理解汽車自診斷系統

摘要 該文簡要介紹了汽車電控系統檢測設備的使用原理、汽車自我診斷系統的原理及特點，以及汽車自診斷系統對故障的確認的值域判定法、時域判定法、功能判定法、邏輯判定法四種方法；重點介紹汽車故障自診斷系統異常診斷產生原因及其故障排除實例，最后介紹依靠自診斷系統排除故障的有關技巧和注意事項。

關鍵詞テ車 自診斷系統 原理 應用 故障排除

1 汽車自診斷系統的原理 
1.1 汽車控制系統異常情況 
汽車控制系統在正常工作時，電控單元ECU的輸入和輸出信號都是在一個規定的范圍內運行，當控制電路的信號出現異常時，ECU中的診斷系統就判定該電路信號出現故障。電路的異常情況分為3種：

第一種是電路的信號超出規定范圍。例如：冷卻液溫度傳感器(CTS)在正常工作時，其輸出電壓在0.1V～4.8V內，如超出這一范圍，診斷系統則判定為故障信號；

第二種是電控單元ECU在一段時間內接收不到傳感器的信號或接收到的信號在一段時間內不變，診斷 系統也會判定為故障信號。例如：氧傳感器在正常工作時，其輸入電壓應在0.1V～0.9V內，波動不少于8次／10秒；

第三種是電控單元ECU中的診斷系統偶然發現一次不正常的輸入信號時，不會診斷為故障信號，只有不正常的輸入信號多次出現或持續一定時間，才會判定為故障信號。例如：轉速信號(Ne)是一個脈沖信號，發動機轉速在100r／min以上時，丟失幾個信號，ECU不會判定為故障。ァ　

1.2 汽車自診斷系統對故障的確認方法 
1.2.1 值域判定法 
當電控單元接收到的輸入信號超出規定的數值范圍時，自診斷系統就確認該輸入信號出現故障。例如：某車水溫傳感器設計在正常使用溫度范圍-30—120℃(或范圍更大些)內，輸出電壓為0．30—4．70V，所以當電控單元檢測出信號電壓小于0．15V或大于4．85v時就判定水溫傳感器信號系統發生短路或斷路故障。

1.2.2 時域判定法 
當電控單元檢測時發現某一輸入信號在一定的時間內沒有發生變化或變化沒有達到預先規定的次數時，自診斷系統就確定該信號出現故障。例如：氧傳感器在發動機達到正常工作溫度，控制系統進入閉環后，電控單元檢測不到氧傳感器的輸出信號超過一定時間或者氧傳感器信號在0．45V上下的情況已超過一定時間，自診斷系統就判定氧傳感器信號系統出現故障。

1.2.3 功能判定法 
當電控單元給執行器發出動作指令后，檢測相應傳感器的輸出參數發生變化，若傳感器輸出信號沒有按照程序規定的參數變化，就確認執行器或電路出現故障。例如：一般汽車EGR系統裝有EGR閥高度傳感器，用以檢測EGR閥是否正常工作。但有的汽車并沒設置EGR閥高度傳感器，當電控單元發出開啟EGR閥命令后，通過檢測進氣壓力傳感器MAP輸出信號是否有相應變化，也可以確定EGR閥有無動作，若沒有變化，則確認EGR閥及電路有故障。

1.2.4 邏輯判定法 
電控單元對兩個具有相互聯系的傳感器進行數據比較，當發現兩個傳感器信號之間的邏輯關系違反設定條件時，就斷定其一定有故障。例如：電控單元檢測到發動機轉速大于某個轉速時，節氣門位置傳感器輸出信號小于某個值，則判定節氣門位置傳感器出現故障。

當電控單元ECU中的診斷系統檢測到故障信號后，便立刻將故障信息以故障代碼的形式存儲到儲存器中，同時點亮故障警告燈，以顯示故障信息。電控系統在提高汽車性能的同時，也使汽車的故障診斷變得復雜起來。汽車維修人員通過讀故障碼，大多數情況下都可以診斷出故障以及故障可能發生的原因和部位。在對汽車維修時，若一味依靠故障碼診斷故障，往往會出現判斷上的失誤造成不必要的損失。故障碼僅僅是電控單元（ECU）程式的界定系統是否“正常”的結論，在復雜多變的情況下，電控單元（ECU）不一定能夠真正的判明故障所在部位。因此，在對電控汽車進行維修時應綜合分析判斷，結合汽車自診斷結果、汽車故障的現象來尋找故障部位。

2 汽車故障自診斷系統的異常診斷 
　　汽車故障自診斷系統診斷出的故障碼儲存在隨機儲存器（RAM）中，故障碼可長期保存，清除故障碼需要斷開專門的隨機儲存器連接電路或者直接斷開蓄電池。汽車故障自診斷系統紀錄和儲存錯誤的故障碼，對電控汽車維修帶來許多不便。在以下三種情況時，故障碼容易出現錯誤信息。

2.1 汽車運行時故障明顯，傳感器有故障而自診斷系統沒有監測到 
汽車電控單元（ECU）對傳感器信號進行檢測時，只能接受其設定范圍之內的傳感器非正常信號，從而判別傳感器的好壞，記錄或不記錄故障碼，一旦解讀故障碼后，只要對相應的傳感器、導線連接器、導線進行檢查，找到并排除短路、斷路的故障即可。但是，若因某種原因致使傳感器靈敏度下降、反應遲鈍、輸出特性偏移時（也就是說傳感器沒有完全失效時）自診斷系統就不能檢測出來。盡管汽車確有故障現象表現出來，但是汽車自診斷系統卻輸出了“系統正常”的代碼（故障指示燈不閃爍）。這種情況下維修人員會對檢測設備或者汽車產生懷疑。維修人員應該依據汽車的故障征兆進行分析判斷，繼而對傳感器單體進行針對性檢測（數據流等），以便找到并排除傳感器故障。例如，當發動機轉速失速并伴有行駛中發動機怠速不穩，但自診斷系統又沒有故障碼輸出時，首先值得考慮和懷疑的便是空氣流量傳感器或者進氣壓力傳感器出了故障，因為這兩者性能的好壞，直接影響ECU所控制的發動機基本的燃油噴射量。盡管此時沒有顯示相應的故障碼，也應該對它們進行檢查。例如，當空氣流量殼體產生裂紋漏氣時，便會導致空氣流量傳感器計量不準，使發動機轉速失調，而電控單元ECU的自診斷系統并不能檢測到這種故障現象，沒有故障碼輸出。

2.2 發動機故障現象相似，ECU監測失誤，自診斷系統可能顯示錯誤的故障碼 
大眾汽車的節氣門傳感器靈敏度下降、反應遲鈍等情況導致發動機的空燃比失調與空氣流量計靈敏度下降造成空燃比失調的故障現象類似，自診斷系統會顯示“節氣門傳感器”或者“空氣流量計”的故障碼。對于裝有三元催化轉換器的電控汽車，一旦使用過含鉛汽油，這類故障特性有時較為明顯。在汽車進行檢測時，經常會發現故障碼顯示的是“水溫傳感器斷路或短路”故障，而發動機不能提速。顯然這些故障與水溫傳感器的關系不大，在對水溫傳感器進行測量后并未發現任何故障。但是，當從汽車上拆下三元催化轉換器并打開后發現，三元催化轉換器內部堵塞嚴重，因此可以斷定發動機故障是由此引起的。因此當自診斷系統出現故障碼以后，還應該與發動機的實際故障癥狀進行分析比較，以得到正確合理的判斷，不應該將故障碼當作排除故障的唯一依據。

2.3 汽車電控系統維修不當也可能引發錯誤的故障碼 
在對電控汽車實施維修時，由于維修人員維修不當或者操作失誤，也會導致自動變化系統輸出錯誤的故障碼。例如，在發動機運轉過程中，無意把傳感器插頭拔下，每拔一次傳感器插頭，自診斷系統就會記錄一次故障碼。另外，若在上一次汽車維修時，由于操作不當未能完全清除掉舊的故障碼，那么電控單元也同樣將原來舊的故障碼保存其內，因此在對電控汽車維修時要加以注意，不應造成不必要的人為故障碼，給維修工作帶來混亂和困難。

對于電控單元診斷儀器的使用僅僅限于讀碼、清碼，忽略了數據流檢測這最重要的檢測方法。其實對于車輛故障的診斷，有時候出現故障并不一定有故障碼的出現，如上所述。這時我們就可以借助數據流分析的方法進行判斷。此時則需要維修人員靈活運用汽車專業基礎和理論知識。

通過對數據流的分析，會很容易地判斷出故障所在部件。

3 汽車故障自診斷系統異常診斷的實例 
3.1 第一例：故障現象是桑塔納2000Gsi或捷達AHP發動機冷車不易著車，起動后怠速不穩，熱車后加速不良

3.1.1 故障診斷分析及處理： 
熱車加速不良，而且提速困難。進行正常保養，更換過火花塞。使用解碼器讀取故障碼有以下故障碼：00561—混合氣自適應超過自適應界限；00553------空氣流量計傳感器(G70)。 
3.1.2 讀取數據流顯示如下： 
1) 000組中:混合氣成份測量值為 109 ， 低于標準值115-141(相當于-0.64ms —— +0.64ms)；

2) 001組 760-800 1.9-2.00 3 8-9.0 ；

3) 002組 760-800 1.9-1.95 4.42 3.1 ；

4) 003組 760-800 13 100 80 ；

5) 005組 790-820 800 0.0-0.8 3.3 ；

6) 006組 800-810 -0.8-0.0 0.8-0.16 10 ；

7) 007組 9% -0.8-0.0 0 1；

8) 023組 0100-0000 82.7 72.2 30.6；

9) 098組 4.4 3.7 怠速 匹配錯誤

3.1.3 數據流分析如下： 
1) 00組中的混合氣成份測量值為 109 ， 低于標準值115-141，表示混合比不正常，與控制單元記錄的00561故障碼相呼應；混合氣超過規定數值。

2) 001組中的發動機負荷、節氣門角度、點火提前角數值在規定值之內。

3) 002組中的發動機負荷、空氣質量計量值在規定值之內。

4) 003組中的電瓶電壓、水溫、進氣溫度值在規定值之內。

5) 005組中的怠速控制值、進氣空氣量值在規定值之內。

6) 006組混合氣過量空氣系數控制值在規定值之內。

7) 007組中的氧傳感器電壓在規定值之內。

8) 023組中的狀態值表示節氣門匹配完成，并且調節正常。

9) 098組數據流顯示節氣門匹配錯誤；如果基本設置正常完成，098組第四位數據應是“OK”。這點與023組數據不符合。

3.1.4 汽油機的混合氣的制備的分析： 
3.1.4.1完全燃燒1㎏汽油大約需要14.6㎏的空氣。令這個標準空燃比時的過量空氣系數λ=1。稀混合氣如(λ=1.1)時吸入的空氣比較多；而濃混合氣(如λ=0.9)時吸入的空氣較少。發動機最大功率和較好的工況處于濃混合氣區；而從減小燃油消耗出發，希望發動機在稀混合氣區工作。發動機控制器根據節氣門開度和發動機轉速計算出控制電壓信號，此外還需要氧傳感器予以精確調控。因此，空量比正常與否，依靠氧傳感器的數值來評判。以下工況電控單元依靠節氣門信號、空量信號、溫度、轉速、爆震等信號來實施。

3.1.4.2混合氣加濃：作用于冷起動，暖機運轉、怠速運轉和滿負荷工況，分述如下：

a)冷起動：冷起動時，電控單元根據水溫指令噴嘴在起動時額外噴射燃油到進氣總管以便冷起動。

b)暖機運轉：冷起動以后，為了暖機必須供給濃混合氣。暖機閥調節裝置隨溫度、時間變化改變控制壓力。在相等的空氣流量的條件下控制壓力的降低使閥片有較大的行程并獲得適當的加濃混合氣。

c)怠速：電控單元使節氣門中的閥片發生微小偏轉。通過這個微小的偏轉產生一個怠速所需怠速供給的空氣流量。

d)滿負荷：為了在滿負荷時使發動機輸出最大功率，電控單元根據節氣門傳感器信號、轉速信號來發出加濃信號使混合氣變濃。

3.1.5 理想工況分析： 
以上工況的主要參考信號是：轉速、空量計、爆震信號。轉速信號提供噴油和點火的基本參考參數，爆震信號修正點火信號。假設發動機缸壓完全沒有問題，空量計提供的噴油量正確（達到理論空燃比），轉速信號提供的點火提前角度沒有問題并且點火能量能夠及時點燃可燃混合氣；理論上說可燃混合氣可以完全燃燒，氧傳感器檢測到的廢氣中氧含量為零。

3.1.6 異常工況分析： 
假設空氣供給異常、燃油供給異常、點火供給異常，不能充分燃燒，氧傳感器檢測到的廢氣中氧含量超標。電控單元根據氧傳感器檢測信號調整供油量，如果減少的或者增加的供油量仍不能使發動機中可燃混合氣充分燃燒，電控單元依靠氧傳感器信號力圖從氧含量的變化中獲取信息，參于混合氣的再次調節，但混合氣調節超過自適應值，太高或太低。MAF值比較大，ECU根據此信號值調節A/F值，其無法調節到理想A/F值，故產生調整到極限值的故障碼。應檢查點火系和換MAF。只有對電控單元的原理深刻理解和分析，才可得出正確的診斷結論。

3.1.7 故障排除： 
檢查電瓶的啟動電壓，水溫感應器；有問題更換后清碼在作一個基設定。再檢測空氣流量計和更換氧傳感器。起動發動機，保持怠速運轉狀態。007顯示組，觀察氧傳感器G39反饋信號電壓，該信號電壓能夠在0．1V—1．0V之間波動，但變化頻率很慢。進行油壓測試，怠速狀態油壓表顯示為0．25MPa。加油門時油壓表指針在0．28-0．30MPa之間擺動。關閉點火開關10min后，燃油系統保持壓力為0．16MPa。油壓值均符合標準，可以判定燃油泵工作性能良好，油壓調節器正常。 
1）清洗燃油系統、節氣門體后進行基本設置，但仍不見成效。

2）檢查并清洗空氣流量計，更換氧傳感器后故障依舊。

3）檢查點火系統，發現l、4缸火花塞火花較弱。考慮到此車1、4缸共用同一點火線圈，更換點火線圈N152后，故障徹底排除。

3.1.8 排除結果：

由此得知：點火模塊工作不良造成1、4缸點火能量不足，導致混合氣燃燒狀況變差是該故障的根本原因。造成類似故障的元件還有： 油壓、空氣流量計、節氣門位置傳感器、氧傳感器。因此，要正確理解汽車自診斷系統，就應該正確理解診斷系統的設置條件：

3.1.8.1從最初簡單的對輸出、輸入部件線路電壓監測，如當監測電壓在短路狀態時的低電位，在斷路狀態時的高電位以及線路電壓的突變超過自診斷系統內部設定的電壓門限值時，自診斷系統根據監測電壓所對應的線路端口及故障癥狀對應原先設定在只讀存儲器ROM中的代碼序號設定相應的故障碼。早期自診斷系統只能識別或者說是設置少量的故障碼，而且故障碼的內容也僅限于線路的開路、短路，信號的丟失、不全，工作執行元件電流的異常變化之類。

3.1.8.2由于控制精度的要求以及各個監測診斷系統診斷要求的不同，故障碼的內容再也不僅僅局限于電壓過高、電壓過低或者信號不存在等簡單的表述了，新出現了燃油配平系統長期過濃、MAP性能下降、EGR系統位置偏差等等粗看讓人一時難以看懂的故障碼。而且這些故障的設置往往隨監測系統的特殊要求有其特定的條件。在調取故障診斷代碼之后，仔細翻閱維修手冊，查找到相應的故障信息、故障設置條件、故障設置后采取策略顯得非常重要。

3.2 第二例：故障現象是桑塔納2000Gsi或捷達AHP發動機怠速不穩、加速時冒黑煙。 
3.2.1 故障診斷： 
　　1） 讀故障碼：00561混合氣自適應超限和00522水溫傳感器斷路/對正極短路；傳感器斷路/對地短路。記下故障碼后清碼，重新讀碼，只有“00522”水溫傳感器。經查水溫傳感器為0Ω，更換后發現故障照舊。至此，故障碼作用已盡。

　　2）不讀數據流診斷方法：怠速不穩，清洗節氣門體后重做基本設置；冒黑煙，查油壓，正常。清洗噴油器，換汽油濾清器。再次發動，發現仍冒黑煙，但怠速已變平穩。由于還冒煙，就更換氧傳感器，但無效。檢查火花塞與高壓線，高壓線正常，火花塞間隙較大且發黑。更換火花塞，試車故障現象減弱，但加速時仍冒黑煙。懷疑ECU損壞；或是點火線圈損壞，氣門正時不當，或是空氣流量計損壞。本著從簡到繁、從不換件到換件的程序，檢查配氣正時，良好；更換點火線圈，無效；更換空氣流量計后，故障消除。

　　3）讀數據流診斷方法（以桑塔納2000GSi為例）：

對于排氣管冒黑煙且怠速不穩的發動機，可讀01、02組和07組的數據流。

a) 從07組讀到：混合氣λ控制-23%（正常是-10%～10%），λ傳感器電壓0.6V～0.8V(正常是0.1v～1.0V)。這說明混合氣確實過濃，已遠遠超過了λ控制的能力。

b) 從02組讀到：發動機負荷2.8ms (正常是0～2.5ms); 發動機循環噴射流量為5.8g/s (正常為2.0～4.0g/s)。

c) 從01組讀到節氣門開度角為4°～5°（正常是0°～5°），雖未超限，也偏大。　　

3.2.2故障排除：

怠速時，由于節氣門位于怠速位置，ECU又力求按怠速來調節發動機轉速，所以λ控制超限。而進氣流量過大，ECU認為是發動機負荷大，又不會減少噴油量（即噴射持續時間），導致怠速忽高忽低。由于怠速噴油量大，加速時噴油量就更大，導致排氣管冒黑煙。清洗節氣門體、更換空氣流量計后故障消除。讀數據流，作了定量分析，可以有目的地去檢測更換有關元件。使用讀數據流的方法換了火花塞和點火線圈，減少了故障診斷時間，省工省料。

4 自診斷系統與跛行系統 
　　汽車正常運行時，電控單元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。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中的電控單元出現故障時，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、電控單元和執行器進行的。當傳感器和電控單元發生故障時，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。

4.1 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，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，通過檢查故障警告燈，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，使系統處于運行狀態。

4.2 電控單元的故障自診斷與后備回路 
　　電控單元如果發生故障，控制程序就不可能正常運行，電控單元處于異常工作狀態。這樣便會使汽車因發動機控制系統故障而無法行駛。為了保證汽車在電控單元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的電控單元發生故障時，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電控單元的全部工作，所以此后備回路的工作又稱為“跛行”模式。采用備用系統工作時，故障指示燈亮。電控單元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電控單元之外的計數器。電控單元正常運行時，由電控單元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。當電控單元出現不正常運行現象時，電控單元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，計數器便出現溢出現象。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。

4.3 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聚集過多，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。

  總之，使用汽車電控系統診斷儀，維修人員可以快速、方便、準確地定位故障，從而順利地排除故障。但是儀器的功能再強大，產生的功效如何還是要靠維修人員的能動性。