44_故障自诊断系统

4.4故障自诊断系统4.1故障诊断系统的原理•自诊断系统的功能是利用电子控制单元ECU监视电子控制系统各组成部分的工作情况，发现故障后，自动启动故障运行程序。•它不仅保证汽车在有故障的情况下可以继续行驶，同时还将存储在存储器中的故障信息（故障码）以一定的方式显示出来，或以数据流的形式通过汽车上配置的诊断插座输出，以便于驾驶员和维修人员发现和排除故障。结构组成•主要由自诊断电路（输入信号电路、输出信号控制电路等）、电控单元ECU组成。其中，输入信号电路、ECU与发动机电子控制系统共用，诊断的输出接口由发动机警告灯或ABS警告灯与电控系统检测插座（CHECKCONNECTOR）、故障诊断插座（TDCL）等组成。工作原理（1）传感器的故障自诊断•水温传感器、节气门位置传感器、进气歧管压力传感器、进气温度传感器等向ECU输入模拟信号的传感器，正常情况下，向ECU输入的信号电压值，都有一定的变化范围。通常采用监测其输入的信号电压值是否在规定的范围内来确定其是否有故障，若传感器输出的信号电压数值多次偏离正常工作范围且持续一定时间，ECU便认为该器件或电路发生了故障，把这一故障以代码的形式存入内部随机存储器，并同时点亮仪表板上的故障指示灯。•水温传感器正常工作时，其输出信号电压值在0.1~4.8V范围内变化。如果水温传感器输入电压信号低于0.1V或高于4.8V，ECU监测到电压值超出规定范围且持续一段时间不消失时，ECU即判定水温传感器有故障，自动将代表水温传感器故障的代码存入随机存储器，并点亮故障指示灯。•氧传感器与空燃比反馈控制系统、爆震控制系统等控制所依据参数是在不断变化的，因此这些信号变化的快慢也反映了传感器是否存在故障。•当某传感器的输出信号变化过慢、在一段时间内不发生变化时、保持高于或低于某一值超过了一定时间时，ECU将判定该传感器有故障。•对偶尔出现的一两次或几次信号数值的偏离和丢失，ECU则不认为是故障，也不存入存储器内。•氧传感器在正常工作时，其输入电压应在0.1~0.9V内波动不少于8次/10秒。如果ECU在1分钟以上检测不到氧传感器的输出信号或氧传感器信号在0.1~0.9V间1分钟以上没有变化，即判断为氧传感器电路有故障，并设定相应的故障码。•发动机以1000r/min的转速运转时，当转速传感器丢失了3~4个信号脉冲时，ECU不会判定是转速传感器发生了故障，故障指示灯不会点亮，相应的故障码也不会存入存储器内。只有信号脉冲丢失持续一定的时间，ECU才认为是故障。•故障信号的出现不只是与传感器或执行器本身出现故障有关，而且还与相应的配线电路故障有关，电子控制系统的各种传感器和执行器都是如此。•在ECU判断出某一电路故障时，只是提供了故障的性质和范围，最后要确定是传感器、执行器还是相应配线故障，应进一步检查配线、插头、ECU和相关元器件。•例如，当水温传感器与ECU之间的导线出现断路时，+5V电压通过内设电阻R直接送入A/D转换器，ECU监测的信号电压会高于4.8V（近5V），ECU也会判定水温传感器有故障。•同理，当水温传感器与ECU之间的导线出现搭铁短路时，输入A/D转换器的信号电压为0V，ECU监测到信号电压低于0.1V，也会判定水温传感器有故障。•当传感器发生故障时，其信号不能作为发动机的控制参数使用，ECU从程序存储器中调出某一固定数值作为发动机的应急参数，以维持发动机的运转。•例如，发动机水温传感器发生故障时，ECU将启用代用值固定为80℃；进气温度传感器发生故障时，可将进气温度设定为22℃。•或者，ECU另用与其工作性质相关器件的信号参数值代用。例如，进气流量传感器损坏后，ECU则用节气门位置传感器的信号参数值来代用。•对于执行器（如喷油器、点火器、怠速控制阀等等）故障，有的能被ECU检测出来，有的则不能检测，依车型的控制软件设计而异。（2）电控单元ECU的故障自诊断•电控单元ECU内设有监控回路，用以监视ECU是否按正常的控制程序工作。•在多数的ECU内备设有备用控制回路（应急回路）。当备用控制回路收到监控回路的异常信号后，即刻启动备用电路，以简单的控制程序进行控制，从而保持汽车仍能维持一定的运行能力。因此，这种故障运行功能又称为“缓慢回家”功能。•由于ECU启用故障运行方式是按固定的参数值来维持发动机的运转，只具备维持发动机运转的基本功能而不能代替电子控制单元的全部工作。所以，备用控制回路不能使发动机工作在最佳状态，故障运行方式的又称为“跛行”模式。（3）执行器的故障自诊断•在发动机运转时，电控系统按照发动机的工况，不断地向执行器发出各种指令。当执行器发生故障时，为了安全起见，ECU往往采用断油、断电等安全保险措施，为此，在控制系统中又专门设计了故障保险系统。•故障自诊断系统只能对电控系统元器件的损坏，以及电路中导线的断路和短路的“硬”性故障进行诊断，而无法确定其性能好坏。例如，当水温传感器输出信号电压在正常范围，而由于水温传感器性能不佳、产生的信号电压不能准确反映水温时，采用上述诊断电路ECU是无法识别的。•故障自诊断系统不能对发动机所有发生故障的部位进行诊断。发动机机械故障、堵塞、渗漏、点火正时错乱等，ECU则不能进行故障自诊断，只能间接地诊断与之有关的器件可能有故障。故障信息的显示•通过故障指示灯显示：用发动机的图样表示和配有CHECKENGINE或SERVICEENGINE文字说明的仪表灯。当读取故障码时，可通过故障指示灯的闪烁规律来显示故障的代码。这是目前最常见的故障码显示方式。•用发光二极管（LED）显示：LED一般装在ECU盒的侧面，其指示故障的方式有所不同。•数字显示：故障码直接以数字的形式显示在汽车组合仪表的信息显示屏上（一般在温度显示屏。•外接仪表显示。4.4.2第二代故障自诊断系统（OBD-Ⅱ）•OBD是OnBoardDiagnostic的缩写，即随车故障诊断系统。•OBD系统的设计初衷是为了监测排气管废气排放质量，在排放系统有故障时提示车主注意，使维修技术人员快速的找到故障来源，减少汽车废气对大气污染。后来，逐步发展成为用于进行电控系统故障诊断。OBD简介•从1980年开始，各汽车制造厂开始在其生产的车辆上，配备了随车诊断系统。到了1985年，美国加州大气资源局（CARB）开始制定法规，要求各汽车制造厂在加州销售的车辆，必须装置OBD系统，这些车辆配备的OBD系统，称为第一代随车诊断系统（OBD-Ⅰ）。OBD系统必须符合下列规定:•仪表板上必须有“故障警告灯”（MIL），以提醒驾驶员注意该车辆系统已发生故障（通常是与废气排放控制有关的系统）；•系统必须有记录及传输有关废气排放控制系统故障码的功能；•电器元件监控必须包含氧传感器、废气再循环控制系统和燃油蒸汽控制系统。OBD-Ⅰ的缺陷•OBD-Ⅰ规格不够严谨，它遗漏了触媒转换器的效率监测，以及燃油蒸汽系统的泄漏侦测，再加上OBD-Ⅰ的监测灵敏度不高，一旦发觉车辆有故障再进厂维修时，实际上已排放了大量的有害气体。•各汽车制造公司自定故障自诊断系统的故障代码和软硬件结构、通讯方式等标准，因而，诊断座、故障码、数据流、读取故障码的方法不但随制造公司不同而异，而且即使同一制造公司，车型不同或生产年代不同，其故障自诊断系统也不同。•20世纪90年代初期，美国汽车工程师学会（SAE）提出了在全球的汽车制造厂生产的汽车上采用统一的故障自诊断系统的倡议，并在第一代随车诊断标准基础上，制定了故障自诊断系统的工作方式、诊断插座、故障代码、数据流等软硬件的统一标准。采用这一标准的故障自诊断系统采用相同标准的诊断接口、相同的故障码以及共同的资料传输标准，被称为第二代随车故障自诊断系统（OBD-Ⅱ）。OBD-Ⅱ必须具备下列功能:•侦测废气排放控制系统的元件是否“衰老”或损坏；•必须有警示驾驶员应该进行废气控制系统的保养与检修的功能；•使用标准化的故障码，并且可以用通用的仪器读取或清除故障码。•美国加州大气资源局规定，所有1996年在加州销售的小型车辆必须配备OBD-Ⅱ系统，从1997年起，所有的小型卡车也要配备OBD-Ⅱ系统。•OBD-Ⅱ系统规格在1997年也被美国环保局采纳为联邦标准，并在1998年正式生效。•由于美国的市场经济地位，OBD-Ⅱ标准相对具有权威性，到日前为止世界上各大汽车生产厂基本上全而采用了此标准。•采用统一形状的16端子诊断座，并安装在驾驶室仪表板下方；•采用统一的故障代号及含义；•具有数据传输与分析功能；•具有行车记录功能；•具有由仪器直接清除故障码功能。OBD-Ⅱ的特点（1）具有统一的16端子诊断插座•OBD-Ⅱ标准规定，各种车型的OBD-Ⅱ应具有统一尺寸和16端子的诊断插座，OBD-Ⅱ标准对诊断插座中的各个端子也作了相应的规定，该诊断插座应位于汽车的客舱内并置于驾驶座上的人伸手可及之处。•在16个端子中，其中7个是标准定义的信号端子，其余9个由生产厂家自行设定，大部分的系统只用7个端子中的5个具体定义好的端子，第7号和第15号端子是ISO1994-2标准传送资料的，而第2和第10号脚是SAEJ-1850标准。OBD-II诊断座端子编号•1-生产厂家自行设定；•2-SAEJ-1850数据传输，BUS+；•3-生产厂家自行设定；•4-车身搭铁；•5-信号搭铁；•6-生产厂家自行设定；•7-ISO9141数据传输K；•8-生产厂家自行设定；•9-生产厂家自行设定；•10-SAEJ-1850数据传输，BUS-；•11-生产厂家自行设定；•12-生产厂家自行设定；•13-生产厂家自行设定；•14-生产厂家自行设定；•15-ISO9141数据传输L；•16-蓄电池正极。（2）具有统一的故障代号及含义•用微机检测仪读取的OBD-Ⅱ故障代码由4部分组成，共5个字母和数字。•第一部分为一个英文字母，是检测系统的代码。P代表动力系统（发动机、自动变速器）；B代表车身；C代表底盘；U未定义，待SAE另行发布。•第二部分为一个数字，表示诊断代码类型，0表示美国汽车工程师学会（SAE）定义的（通用）诊断代码；1表示汽车生产厂家自定义的（扩展）诊断代码；2、3这两个数字SAE未定义。•第三部分为一个数字，是SAE定义的故障代码。•第四部分为两个数字的组合，是制造厂的原故障代码。通用故障码与扩展故障码•扩展故障码较通用故障码提供的故障信息更为具体些，诊断的针对性更强些。用于表示通用型故障码未涵盖的故障及ABS、ASR等发动机管理系统之外的故障，数据流也是如此。•通用型故障码及数据流用符合OBD-Ⅱ的通用型故障诊断仪即可读取，而扩展型要用厂家专用的故障诊断仪才能读出。（3）具有数据资料传输与分析功能（DLC）•OBD-Ⅱ数据资料传输有两个标准，ISO-Ⅱ为欧洲统一标准，用7、15号端子。SAE是美国统一标准，主要是一些故障自诊断系统使用通讯的标准、故障测试模式标准及故障代码标准，用2、10号端子。•利用OBD-Ⅱ的DLC功能，能够了解该车型各控制系统的有关资料。自诊断测试内容•读取故障代码；•数据传输；•监控执行器。自诊断测试方式•根据发动机工作状态不同，自诊断测试方式分为静态测试和动态测试两种。•静态测试方式即在点火开关接通（ON）、发动机不运转的情况下进行诊断测试，主要用于读取或清除故障代码。•动态测试即在点火开关接通（ON）、发动机运转的情况下进行诊断测试，主要用于读取或清除故障代码、检测传感器或执行器工作情况及其控制电路以及与车用ECU进行数据传输等等。数据传输•“数据传输”、“数据通讯”或读取“数据流”：在汽车ECU检测仪与故障诊断插座连接的情况下，当发动机运转时，将ECU内部的计算结果、控制参数和控制模式等数值，以数据表和串行输出方式在检测仪屏幕上一一显示出来的过程。•检修人员根据发动机运转状态和传输数据的变化情况，即可判断控制系统工作是否正乱将特定工况下的传输数据与标准数据进行比较，就能准确判断故障类型和故障部位。监控执行器•在发动机熄火状态下或运转过程中，通过ECU检测仪向各执行器发出强制驱动或强制停止指令来监测执行器动作情况，用以