先進的電控技術(shù)和自診斷技術(shù)在汽車上的應用

www.middletowncarescoalition.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：xjm82395219邢類別：汽車電器維修時間：2008-08-17

先進的電控技術(shù)和自診斷技術(shù)在汽車上的應用　　最早的汽車電控系統(tǒng)是1968年德國博世公司研制成功的電子控制燃油噴射系統(tǒng)EFI（electronic fuel injection），這種系統(tǒng)當時被應用在德國大眾汽車公司生產(chǎn)的轎車上，這種燃油噴射系統(tǒng)被稱之為博世K 型（BOSCH K）。K型系統(tǒng)通常被稱之為機械噴射系統(tǒng)。怠速和加速等工作是靠節(jié)氣門處撓流板帶動連桿機構(gòu)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�！　≡�1974年，德國博世公司與大眾公司又聯(lián)合推出了博世D型（BOSCH D）噴射系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)里基本實現(xiàn)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(zhuǎn)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(tǒng)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(tǒng)，這種噴射系統(tǒng)被稱之為博世L型。這種噴油系統(tǒng)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(chǎn)生壓降信號，不需換算），同時由車速傳感器提供發(fā)動機轉(zhuǎn)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�！　〉搅税耸甏瑲W、美、日三大轎車生產(chǎn)基地所生產(chǎn)的轎車基本上都采用了燃油噴射系統(tǒng)，同時都有自己獨特的控制方式。但這時，所有的電噴車生產(chǎn)廠都開始考慮節(jié)氣門負荷率、水溫、進氣溫度對發(fā)動機性能的影響。開始利用節(jié)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(fā)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(tǒng)和空氣流量系統(tǒng)（air –flow system），使汽車的經(jīng)濟性和動力性得到了保障�！　≡谶@個基礎(chǔ)上，各汽車生產(chǎn)廠家開始在汽車上采用自動變速箱控制系統(tǒng)（TCU）、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、安全氣囊電控系統(tǒng)（SRS）、巡航控制系統(tǒng)（CC）、制動防側(cè)滑系統(tǒng)（ASR）及空氣懸掛系統(tǒng)（AIR SUSPENSION SYSTEM），甚至將空調(diào)、音響等附屬設(shè)施也用計算機進行集成控制。特別是70年代后，電子技術(shù)領(lǐng)域的集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的發(fā)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(tǒng)。汽車電子控制系統(tǒng)極大地提高了汽車的動力性、經(jīng)濟性、安全性、舒適性，這些汽車電子技術(shù)在汽車工業(yè)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(huán)保問題和能源危機問題。因此，廣泛和深入采用電子技術(shù)，不僅是汽車制造廠本身為了提高產(chǎn)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(jié)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(tǒng)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(shù)人員的要求越來越高；另一方面，電子控制系統(tǒng)的安全容錯處理，汽車不能因為電子控制系統(tǒng)自身的突發(fā)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(shù)設(shè)計人員，在進行汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)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(jiān)測電子控制系統(tǒng)各組成部分的工作情況，如有異常，根據(jù)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(diào)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(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)過幾十年的發(fā)展，故障自診斷模塊不僅能夠解決汽車電控系統(tǒng)的安全性和存儲記憶汽車故障，還能夠?qū)崟r提供汽車各種運行參數(shù)。 2.故障自診斷的基本原理及組成　　當今的計算機控制系統(tǒng)非常復雜。為了診斷這些系統(tǒng)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(shù)發(fā)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(fā)動機電控系統(tǒng)的運行，包括它本身。如果發(fā)現(xiàn)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(shù)字故障代碼�！　∮补收现傅氖亲詼y時在系統(tǒng)某個地方發(fā)現(xiàn)的故障。另一方面，周期性故障表明有故障發(fā)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(xiàn)。永久性RAM允許周期性故障存儲起來直到特定數(shù)量的點火開關(guān)斷開/閉合循環(huán)次數(shù)。如果這段期間內(nèi)，故障不再出現(xiàn)，它就會從計算機存儲器里被刪除掉�！　∮性S多種不同方法來確定計算機產(chǎn)生的故障代碼。大多數(shù)生產(chǎn)廠家有用來監(jiān)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(chǎn)能夠讀取和記錄經(jīng)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(xiàn)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(jié)氣門或噴油系統(tǒng)。不要忘記PCV系統(tǒng)以及真空軟管。確定蒸發(fā)碳罐沒有浸滿。查看線路配線、接頭、充電和交流電機系統(tǒng)。并且檢查接頭有無腐蝕的痕跡。現(xiàn)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�！　‰S著電子技術(shù)的發(fā)展，單片計算機由于其體積小、成本低、可靠性高等顯著優(yōu)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(jīng)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(shù)人員的要求越來越高。在這種情況下，汽車電控技術(shù)人員，根據(jù)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(tǒng)設(shè)計的同時，增設(shè)系統(tǒng)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(jiān)視電子控制系統(tǒng)各組成部分的工作情況，發(fā)現(xiàn)故障后自動啟動故障運行程序，不僅可以保證發(fā)動機在有故障的情況下可以繼續(xù)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(fā)現(xiàn)和排除故障�！　∽栽\斷功能的出現(xiàn)，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(tǒng)中使用自診斷以后，汽車幾乎所有采用微機的控制系統(tǒng)都增設(shè)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(tǒng)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(xiàn)象在一段時間內(nèi)不會消失，ECU便判斷為這一部分出現(xiàn)故障。ECU把這一故障以代碼的形式存入內(nèi)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(chǎn)生了故障后，其信號就不能作為發(fā)動機的控制參數(shù)而使用�！　榱司S持發(fā)動機的運轉(zhuǎn)，ECU 便從其程序存儲器（ROM）中，調(diào)出某一固定值，作為發(fā)動機的應急參數(shù)，保證發(fā)動機可以繼續(xù)運轉(zhuǎn)。當ECU中的微機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，ECU自動啟用后備控制回路對發(fā)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(zhí)行器出現(xiàn)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�！　CU故障診斷是針對系統(tǒng)中的傳感器、微機系統(tǒng)和執(zhí)行器而進行的。當傳感器和微機發(fā)生故障時，往往采取故障運行方式。而當執(zhí)行器發(fā)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(chǎn)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(xiàn)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(fā)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(xù)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(shè)計時已經(jīng)約定好的代表水溫傳感器信號異常故障的數(shù)字碼）的形式存入隨機存儲器中。同時，通過檢查發(fā)動機警告燈“CHECK ENGINE”，通知駕駛員和維修人員，發(fā)動機電控系統(tǒng)中出現(xiàn)故障。當ECU發(fā)現(xiàn)水溫傳感器不正常后，便采用一個事先設(shè)定的常數(shù)來作為水溫信號的代用值，使系統(tǒng)工作于運行狀態(tài)。（三）微機系統(tǒng)的故障自診斷與后備回路　　微機系統(tǒng)如果發(fā)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(tài)。這樣便會使汽車因發(fā)動機控制系統(tǒng)故障而無法行駛。為了保證汽車在微機出現(xiàn)故障時仍能繼續(xù)運行，在控制系統(tǒng)工程中，設(shè)計有后備回路（備用集成電路系統(tǒng)）。當ECU中微機發(fā)生故障時，ECU自動調(diào)用后備回路完成控制任務，進入簡易控制運行狀態(tài)，用固定的控制信號，使車輛繼續(xù)行駛。由于該系統(tǒng)只具備維持發(fā)動機運轉(zhuǎn)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(tǒng)工作時，故障指示燈亮。微機工作是否正常是由被稱為監(jiān)視回路的電路進行監(jiān)視的。監(jiān)視電路中安裝有獨立于微機系統(tǒng)之外的計數(shù)器。微機正常運行時，由微機的運行程序?qū)τ嫈?shù)器定時進行清零處理。這樣，監(jiān)視電路中計數(shù)器的數(shù)值是永遠不會出現(xiàn)溢出現(xiàn)象的。當微機系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運行現(xiàn)象時，微機不能對這個計數(shù)器進行定時清零，致使此監(jiān)視計數(shù)器發(fā)生溢出現(xiàn)象。監(jiān)視計數(shù)器溢出時輸出的電平由低電平變?yōu)楦唠娖剑ù溯敵鲆话銥橛嫈?shù)器的進位標志。當計數(shù)器達到其最大值時，再增加一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器便出現(xiàn)溢出。此時，計數(shù)器的溢出端的電平將由低電平變?yōu)楦唠娖�；同時，將計數(shù)器清零）。計數(shù)器輸出電平的這一變化，將直接觸發(fā)備用回路。備用回路只按照起動信號和怠速觸點閉合狀態(tài)，以恒定的噴油持續(xù)時間和點火提前角對噴油器和點火器進行控制。（四）執(zhí)行器的故障診斷和故障保險　　汽車電子控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器是決定發(fā)動機運行和汽車行駛安全的主要器件，當執(zhí)行器發(fā)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(zhí)行器故障的處理方法通常是：當確認為執(zhí)行器故障時，由ECU根據(jù)故障的嚴重程度采取相應的安全措施的實施，在控制系統(tǒng)中，又專門設(shè)計了故障保險系統(tǒng)�！　∮捎贓CU對執(zhí)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(zhí)行器的工作情況進行診斷，一般要增設(shè)故障診斷電路，即ECU向執(zhí)行器發(fā)出一個控制信號，執(zhí)行器要有一條專用回路來向ECU反饋其執(zhí)行情況。發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中，對執(zhí)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(nèi)的點火確認電路將點火執(zhí)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(xiàn)故障時，ECU發(fā)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(jīng)不能正常工作。由于發(fā)動機工作時，如果點火系統(tǒng)發(fā)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(nèi)集聚過多，還會引起排氣系統(tǒng)的爆炸。為此，采用故障保險系統(tǒng)，當ECU接收不到點火確認信號后，立即切斷燃油噴射系統(tǒng)電源，停止燃油的噴射。閱讀本貼要點 1.最早的電噴系統(tǒng)是德國BOSCH提供的,它的原理是根據(jù)進氣壓力+轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)噴油量, 2,計算機電噴系統(tǒng)為了實現(xiàn)任意情況下的理想空燃比調(diào)節(jié),利用節(jié)氣門負荷(位置)\發(fā)動機水溫\進氣溫度對噴油進行動態(tài)補償. 3,現(xiàn)代汽車不僅僅是利用電噴發(fā)動機(EFI),還使用TCU\ABS\SRS\CC\ASR\ASS技術(shù),這些新技術(shù)是汽車維修技師的考核內(nèi)容. 4,電控系統(tǒng)采用了自診斷技術(shù),要充分利用自診斷技術(shù)一般需要使用解碼儀,解碼儀可以讀\清故障碼,調(diào)出汽車電腦中的數(shù)據(jù)流,以便維修人員進行輸入\輸出部件的數(shù)據(jù)判斷分析,這里的輸入輸出部件是指傳感器和執(zhí)行器. 5,自診斷技術(shù)的本質(zhì)是計算機進行輸入輸出數(shù)據(jù)的定時掃描,如果發(fā)現(xiàn)有異常則變?yōu)楣收洗a存儲起來,同時調(diào)用備份軟件模塊代替有故障部分的數(shù)據(jù)流;硬件的自診斷技術(shù)本質(zhì)是利用"看門狗"電路進行監(jiān)控,如果發(fā)現(xiàn)有故障看門狗電路會溢出,這時,系統(tǒng)切換到簡易控制系統(tǒng)來控制汽車,同時報警系統(tǒng)啟動執(zhí)行顯示輸出.