數據流分析法在汽車故障診斷中的應用（上）

◆文/江蘇　趙寶平　胡家冬　鮑文娟

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數據流分析法在汽車故障診斷中的應用（上）

◆文/江蘇趙寶平胡家冬鮑文娟

隨著汽車及電子技術的發展，汽車制造商為適應時代的需求，汽車電控技術也日益完善。為滿足汽車維修人員對故障檢修和設定的需要，在汽車電控系統中設置了故障代碼和數據流記憶功能，讀取故障代碼和進行數據流分析成為現代汽車維修人員故障診斷中的首要工作。在汽車維修中，故障現象有不同的解決方法，維修技師也有不同的維修技巧，即使相同的車型，同樣的故障現象，所采取的檢測診斷方法及思維不一，最終所花費的維修時間與成本也不同，故掌握先進的故障診斷技術，對維修工作將起到事半功倍的效果。本文主要對汽車故障代碼和數據流的概念、數據流分析的應用、數據流分析的方法、數據流分析汽車故障的建議和策略作簡要介紹。同時，利用數據流分析法排除在工作中所遇到的相關故障案例，希望能夠通過本文的閱讀使汽車維修人員在工作中起到一定借鑒作用。

一、故障碼及數據流概述

1.故障碼

當汽車電控系統的相關傳感器或執行器以及相關電控線路發生故障時，為便于維修人員對故障的檢測與診斷，汽車在設計時生產廠家對重要的傳感器與執行器通過電子控制單元（ECU）進行監控，對其故障進行編碼，通過點亮儀表盤上的“CHECK”故障報警燈來告知駕駛人員汽車出現了故障，應盡快進行檢修或調整。故障代碼的輸出方式有兩種，第一種：通過故障報警燈指示產生相應的代碼，1995年以前的老款電控車型采用較多，特點是讀取故障代碼比較簡單，不必使用昂貴的設備和儀器來檢測；第二種：通過汽車制造商所提供的專用故障診斷儀（或稱為檢測電腦）進行故障代碼的讀取，相比之下第二種方法比較準確和方便。

2.數據流

ECU與傳感器和執行器之間交流的數據參數，通過診斷接口（DTC）由通用或專用診斷儀讀取的數據稱為數據流，可分為靜態和動態數據流，數據流只能通過儀器讀取。

靜態數據流：是指接通點火開關至IG（點火）擋位，但不啟動發動機時，利用故障診斷儀讀取的發動機電控系統數據。例如：進氣壓力傳感器的靜態數據應接近標準大氣壓力（100～102kPa）、冷卻液溫度傳感器的靜態數據在冷車時應接近周圍環境溫度等。

動態數據流：是指接通點火開關至IG擋位，啟動發動機后，利用故障診斷儀讀取的發動機運行工況時電控系統數據。這些數據隨發動機工況的變化而變化，如進氣壓力傳感器的動態數據隨著節氣門開度而改變；氧傳感器信號電壓應在0.1～0.9V之間不斷變化等。通過閱讀電子控制單元動態數據流，能夠了解各種傳感器傳送到ECU的信號數值，通過與標準數值進行比較，能夠快速找出確切的故障部位。

在ECU中增加的數據流記憶功能，真實的反映了傳感器和執行器的工作電壓和狀態，為診斷故障提供了依據。數據流作為ECU的輸入及輸出數據，使維修人員隨時可以了解汽車的工作狀況，及時診斷汽車的故障。

二、數據流分析的應用

數據流是ECU對所控制系統控制狀態的數量表現形式。數據流分析是運用各種測試手段，對控制系統的各類相關數據進行綜合分析的過程，是現代汽車維修故障診斷的基本手段。電腦診斷儀讀取的數據流，通過捕捉汽車故障狀態下系統運行過程中的異常信號數據，然后對狀態數據進行分析，查找真實故障的原因，它對一些偶發或疑難故障診斷會帶來意想不到的效果。數據流分析法常用于汽車控制系統的故障診斷，主要應用于偶發性故障診斷、傳感器特性變異故障、無故障代碼的穩型故障及故障燈不報警但客觀存在的故障等。

三、數據流分析的方法

在數據流的眾多數據中，有的數據正常，有的不正常，它們之間存在著非常密切的聯系，不同車系在相同運行狀態下參數值不同，相同車系在不同狀態下的數據也各不相同，面對眾多的數據需要理清思路，確定故障部位和需要分析的參數組，找準問題的切入點，抓住問題的重要參數。數據流分析的方法有：因果分析法、值域分析法、時域分析法和比較分析法。

1.因果分析法因果分析法是通過研究多個數據之間的因果關系來判斷故障，數據之間常表現為一因一果、一因多果、多因多果、多因一果。

2.值域分析法

值域分析法是通過研究某一數據的數值大小和范圍變化規律來判斷故障，研究的是一維數值的坐標變化。其操作主要是先根據故障碼提示數據的數值分析是否超出限值，再分析相關聯的數據值。

3.時域分析法

時域分析法研究的是數值的變化頻率和變化周期，是某一數據隨時間變化規律的動態分析法。

4.比較分析法

比較分析法可以將故障車與無故障車在相同工況下的數據組進行比較分析，也可將故障車的疑損毀部件更換的前、后數據流進行比較分析，從而確定故障點。當然，前提條件是新更換的部件必須處于完好狀況（在汽車維修工作中可以這樣認為：汽車配件沒有新舊之分，只有好壞之分，新的配件買回來未必是完好配件）。

四、應用數據流分析汽車故障的建議和策略

1.克服錯誤的思維方法

在診斷汽車故障過程中，運用數據流進行電控發動機故障的診斷會帶來諸多方便，但要克服下面這種思維方法：分析一組數據，確認一個故障點，若故障沒有被排除，又根據下一個數據確定另一個故障點。應當根據故障現象，關注各數據之間的關聯度，對有關數據加以組合，力求找出“一因多果”的原因，這樣可以省去許多不必要的誤判。

2.掌握數據流的分析方法

要更好地利用數據流解決問題，必須充分認識數據流各參數的含義，需要有一定的汽車電控理論基礎。汽車維修人員必須掌握電子控制系統傳感器和執行器的基本構造工作原理、各元件之間的相互影響等，有了這些理論基礎，在查找故障時就會找出問題的主要根源。其次，要清楚實測數據與標準數據之間的單位換算關系，及正常情況下這些數據的標準值，從而進行有效的比較分析。此外，還必須掌握數據流的分析方法，找準切入點，抓住主要矛盾，并做出準確判斷。

當我們診斷發動機故障時，借助電腦診斷儀讀取ECU存儲的故障代碼，大多數都能判別出故障發生的原因和部位，所以只要發動機故障報警燈點亮，我們首先應當借助電腦診斷儀讀取故障代碼并記錄下來，然后清除故障代碼，重新啟動發動機或試車，并再次驗證是否存在故障代碼，如果仍然存在故障代碼，應先排除故障代碼所提示的故障。但是在有些情況下，即使發動機電控系統的傳感器或執行器已經存在故障，發動機電子控制單元卻不會生成和記錄故障代碼，這是因為電控發動機的相關傳感器共用了一個電源或共用一個搭鐵線（搭鐵點）。例如冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、節氣門位置傳感器（TPS）、空氣流量傳感器（MAF）等，均采用由發動機ECU提供的5V參考電源，傳感器輸送給發動機ECU的信號電壓通常在0.1～4.9V范圍內，ECU只要接收到傳感器在上述范圍內的信號電壓，都認為傳感器是正常的，信號電壓也是可靠的，所以發動機ECU內就不會生成和記錄故障代碼。

雖然有時信號電壓在0.1～4.9V的范圍內，但傳感器可能已經有問題了，其信號電壓已失真。因此，僅依靠故障代碼來尋找故障，有時也會出現誤判，不能確定真正的故障部位。故進行汽車故障診斷時，應綜合分析判斷，結合故障代碼和故障現象來尋找故障部位。有些電控系統出現故障，ECU內并沒有記錄，不會有故障代碼，在遇到這種情況時，最可行的辦法就是借助電腦診斷儀讀取數據流，分析發動機的靜態或動態數據，從而找出故障所在。下面結合平時在工作中所遇到的維修實例，談一談數據流分析法在汽車故障診斷中的應用。

五、故障案例

案例1.利用數據流分析法解決瑞風商務車動力不足故障

故障現象：

一輛2006年產HFC6500A1江淮瑞風商務車因動力不足進廠維修，該車搭載韓國現代G4JS 2.4L十六氣門多點噴射電控汽油發動機和5速手動變速器，行駛里程數約為154 000km。

故障診斷與排除：

維修人員接車后，首先對該車進行了路試，發現車輛在爬坡或重載時動力明顯不足，具體表現為：車輛在坡道起步時，油門踩到底，發動機轉速最高達不到1 000r/min，但發動機故障燈并沒有報警。

維修人員借助電腦診斷儀對發動機電控系統進行了檢測，未發現故障碼。讀取發動機怠速時數據流（圖1、圖2），各項數據流分別為：前氧傳感器-B1：175.8毫伏；質量空氣流量傳感器：285.7毫伏；進氣溫度傳感器：87°F；節氣門位置傳感器：371.1毫伏；蓄電池電壓：13.9伏；冷卻液溫度：203°F；發動機轉速：749.9轉/分；車速：0miles/h；動力轉向開關：關；變速器擋位開關：P/N；發動機負荷：23.1%；噴油持續時間：3毫秒；點火正時：5.5～11.5之間跳變；ISC執行器占空比：36.6%；空調壓縮機繼電器：關；空/燃比閉環：閉環；長期燃油-B1：5.5%；短期燃油-B1：-0.8%。

圖1　 發動機怠速時數據流（1）

圖2　 發動機怠速時數據流（2）

通過怠速數據流觀察，各項數據流基本正常，但質量空氣流量傳感器、節氣門位置傳感器、發動機負荷、噴油持續時間、點火正時等數值調節有些偏高。

維修人員相繼對該車更換了火花塞、點火線圈、燃油泵，清洗了噴油器、節氣門閥體，但故障依舊。檢查各汽缸壓縮壓力，各缸壓縮壓力均能達到1 000kPa及以上，符合技術標準，檢查進、排氣系統均無堵塞現象。接下來又更換了離合器三件套，故障仍然存在。為此，該廠維修人員對該車故障排除失去了信心，于是打電話向筆者求教。

筆者分析該車動力不足故障可能的原因有：點火線圈及其線路故障、火花塞故障、點火電容器故障、燃油泵及其線路故障（燃油壓力不足）、噴油器及其線路故障（噴油器損壞或堵塞）、空氣流量傳感器及其線路故障、進氣歧管壓力傳感器及其線路故障、節氣門位置傳感器及其線路故障、發動機機械故障（汽缸壓縮壓力不足）、汽油濾清器堵塞、進排氣系統堵塞、氧傳感器故障、正時有誤、發動機ECU及其電源故障等。

根據維修人員的敘述，該車發動機唯有正時沒有做過檢查，沒有檢查正時的主要原因是由于對這款韓國現代發動機正時裝配記號不熟悉，擔心拆下后無法再正確安裝。該廠維修人員在筆者的電話指導下對該車正時進行拆檢。拆下外部皮帶、曲軸皮帶盤及正時上、下罩蓋后，發現正時小皮帶（即B帶）已經斷裂（圖3），而正時大皮帶（即A帶）從外觀觀察完好，且正時記號均正常。于是，決定同時更換正時A、B帶，然后對故障癥狀再次驗證。

圖3　 已斷裂的正時B帶

待正時皮帶購回后，先安裝好正時B帶，在安裝正時A帶曲軸正時齒輪時，發現A帶曲軸正時齒輪在曲軸前軸頸上有左、右擺動現象（注：當時工作時間是晚上），即不能與曲軸前軸頸的半圓鍵進行剛性連接，半圓鍵及正時A帶曲軸正時齒輪內側槽口均存在磨損嚴重現象（圖4），所以發動機在工作時出現轉速信號異常現象，從而影響到發動機點火正時的準確性。因曲軸位置傳感器信號盤就安裝在A、B帶正時齒輪之間，而發動機轉速傳感器則安裝在發動機前罩蓋上，并且緊靠信號盤的上方（圖5）。

為了保證發動機安全及一次性順利排除故障，經與車主商量一致后，同時更換了曲軸正時齒輪（A帶）、正時皮帶（A、B帶）、半圓鍵、張緊輪、張緊器等。正時系統安裝完畢后，啟動發動機，發動機一次性順利著車，怠速平穩，加速順暢，對該車進行反復路試，故障癥狀徹底消失。再次讀取發動機怠速時的數據流，各項數據流分別為：前氧傳感器-B1：0～900毫伏之間變化；質量空氣流量傳感器：263～273毫伏之間變化；進氣溫度傳感器：89°F；節氣門位置傳感器：314毫伏；蓄電池電壓：13.9伏；冷卻液溫度：205°F；發動機轉速：749.9轉/分；車速：0miles/h；動力轉向開關：關；變速器擋位開關：P/N；發動機負荷：17.8%；噴油持續時間：2.3毫秒；點火正時：6.5～9.5之間變化；ISC執行器占空比：37.8%；空調壓縮機繼電器：關；空/燃比閉環：閉環；長期燃油、短期燃油均在±8%以內。通過觀察，各項數據流基本恢復原廠規定數值。

圖4　 嚴重磨損的半圓鍵及A帶正時齒輪

圖5　 曲軸位置傳感器安裝位置

維修小結：

該車動力不足的原因主要是由于曲軸正時齒輪（A帶）及信號盤定位的半圓鍵人為因素沒有安裝到位，導致正時齒輪及信號盤在曲軸上不能正確定位，從而造成曲軸位置傳感器信號盤及正時齒輪（A帶）的內側槽口異常磨損并加大，在曲軸運轉時左右擺動，發動機轉速信號異常導致發動機正時有誤，往往這類故障發動機ECU存儲器內并不能生成故障代碼，通過數據流檢查也不能發現故障所在，故需拆檢正時系統進行仔細檢查才能確認故障位置。用于定位曲軸正時齒輪（A帶）及信號盤的半圓鍵在曲軸上的原始圖片見圖6所示，明顯存在安裝問題，外側低，內側高。

圖6　 半圓鍵安裝位置

另外，曲軸位置傳感器（也稱為發動機轉速傳感器）信號盤內側明顯有與正時B帶摩擦的痕跡（圖7），由于曲軸位置傳感器信號盤在運轉時產生擺動及自身的變形才會摩擦到正時B帶，導致B帶異常損壞。通常情況下是由于維修人員為了方便，在更換正時B帶時，沒有按要求拆下正時齒輪（A帶）及曲軸位置傳感器信號盤，強行將正時B帶安裝上去，導致曲軸位置傳感器信號盤變形。

圖7　 曲軸位置傳感器信號盤

在非專營店經常會遇到此類現象，歸根結底是非專營店維修人員不了解相關操作流程，沒有接受過系統培訓，故在工作中經常出現蠻干現象導致的。（未完待續，備注：課題編碼“金肯職業技術學院：2015—JG1★”，課題名稱：數據流分析法在汽車故障診斷中的應用）