汽車故障原因推測策略案例研究

陳高路

（廣州市交通運輸職業學校，廣東 廣州 510440）

1 前言

汽車故障診斷的方法有很多種，如人工直觀經驗法、儀表設備診斷法、汽車自診斷法、專家系統故障診斷法等。盡管車載自診斷技術、專家系統等技術有了長足的進步，但是由于人工直觀經驗法維修成本低，具有良好的靈活性和適應性，再加上檢測儀器的升級換代，人工直觀經驗法的使用頻率在故障診斷方法中占比30%以上。

人工直觀經驗法是指維修技師對有故障的系統 （或元件）的構造和工作原理熟知的前提下，根據自身經驗，通過原地檢視或道路試驗，憑感覺、觀察及測試工具，采用將某個部位癥狀放大或暫時消隱的方法，對汽車的故障和現象進行判斷。該診斷方法一般包括以下5個步驟。

1）詢問客戶故障癥狀，重現故障癥狀。

2）觀察故障現象，判定觀察到的癥狀是否為故障。

3）如果是故障，依據觀察到的故障現象推測故障發生的原因。

4）檢查可疑部位，找出故障產生原因。

5）分析引起故障的因素，對故障進行正確的維修，避免類似故障再次發生。

2 問題提出

人工直觀經驗法診斷過程是一個推測、驗證，再推測，再驗證，逐漸尋找故障真正原因的反復過程。在實際維修中，由于錯誤片面的推測，導致維修事倍功半，甚至走入死胡同的也比比皆是。比如在面對“多個擋位掛擋困難的變速器故障”時，維修技師如果不能抓住“多擋位掛擋困難”這一重要信息，可能會誤以為故障在變速器內部，而忽略離合器分離不徹底這一原因，誤入拆檢變速器總成的歧途。

因此，準確找出故障的癥狀，再根據癥狀推測故障原因是人工直觀經驗法的關鍵點。盡管有著“先外后內、先簡后繁、先熟后生、先思后行、代碼優先”的故障診斷基本原則，但由于故障成因的復雜性，因此通過故障案例研究，實現從個別到一般性經驗的得出，有利于豐富人工直觀經驗法的診斷策略。

3 故障原因推測策略

3.1 結合工作原理分析故障原因

推測故障原因需要高水平的汽車專業知識和技能，有時候需要對出故障的整個系統、甚至整臺汽車進行系統分析才能推測出故障原因。尤其是面對不斷出現的新技術，如果維修技師對其工作原理不熟悉，將很難對故障原因做出快速、正確的推測。

1）案例1：豐田普銳斯無法加速。

2）故障現象：車主反映，踩油門時車速上不去。接車后發現，車速上升至20 km／h時，防滑故障燈閃爍，汽車無法再提速。尤其是在加大油門時，車速只能保持在10 km／h。此外，儀表內的SRS燈始終點亮。

3）維修過程：維修技師依據試車后的故障現象，初步判斷由于車輛的驅動防滑系統誤工作，導致該故障。但事實上在車輛行駛時，驅動輪并無滑轉，驅動防滑系統為何會工作呢？

豐田普銳斯帶有TRC（牽引力控制）和VSC（車輛穩定性控制）系統。當驅動力施加到車輪上時，如果驅動輪打滑，TRC系統電腦將降低發動機 （或驅動電機）的輸出，并對驅動輪施加制動力限止打滑，從而提高驅動力。當車輛在轉彎時出現車身不穩定狀態時，VSC系統電腦將對部分車輪實施制動，同時減少發動機 （或驅動電機）輸出，從而穩定車輛的行駛狀態。

根據工作原理和故障現象，可以將故障范圍鎖定在以下幾個方面：①前后輪胎尺寸不一致；②與VSC相關的傳感器 （如轉向角、橫擺率等）故障；③線路故障；④制動防滑控制ECU故障；⑤混合動力控制系統故障。

首先檢查輪胎，4個輪輞和4個輪胎的尺寸一致。

接著讀取故障碼，發現只有SRS系統有2個故障碼，分別為B1801（引爆管電路開路）、B1811［引爆管 （雙級-第二級）電路開路］。從這兩個故障碼可以看出，方向盤上的安全氣囊電路有開路。

依據判斷，進一步檢查喇叭。發現喇叭按鈕失靈，且方向盤上的其它功能按鈕均失靈。可以推測，方向盤內的螺旋電纜可能斷裂。那么螺旋電纜的斷路與本故障又會有什么關聯呢？

進一步讀取VSC系統數據流，發現轉向角傳感器的數值為1150度，左右打方向時，該數值不會變化。接著檢查螺旋電纜，發現螺旋電纜開路，且無法初始化轉向角傳感器。

4）維修結果：更換螺旋電纜和轉向角傳感器，初始化傳感器后，故障排除。

5）案例反思：那么螺旋電纜的斷裂，怎么會造成汽車無法加速呢？

實際上，從“轉向角傳感器的數值始終在1150度”這一數據可以看出，轉向角傳感器始終向VSC電腦傳遞車輛以最大轉向角向左轉的信號，系統電腦由此判定車輛正在轉彎。車輛轉向時，外側輪的轉速應比內側的轉速要快。但事實上，車輛實際處于直線行駛狀態，其左右輪的轉速相等。這樣一來，ECU就會誤判此時車輪有打滑現象，車身在轉彎時處于不穩定狀態。系統電腦將實施制動，減少發動機 （驅動電機）輸出來穩定車輛，從而限制了車輛加速。

從案例1中可以看出，維修技師如果對TRC系統和VSC系統的工作原理不熟悉，很難將故障現象與這兩個系統有問題關聯起來。并且，就算最后誤打誤撞更換了喇叭螺旋電纜，也未必能弄清楚故障產生的真正原因。

3.2 全面細致地重現和觀察故障現象

驗證和重現故障現象是故障診斷的第一步。維修技師先通過問診調查故障發生的時間、地點、頻次等因素，然后對故障系統的工作情況進行仔細觀察，如功能是部分失效還是完全失效，外觀是否有損壞，工作溫度是否正常，是否有異響，是否有異味等。結合觀察到的故障現象，再根據汽車的構造和原理，深人思考和具體分析可能產生故障的部位。當故障現象不明顯，或者觀察不到時，維修技師還應通過施加振動、加熱和 （或）致冷、淋水、施加電負荷等方法再現或者放大故障顯現。

1）案例2：豐田卡羅拉左后車窗偶發性不能升降。

2）故障現象：車主反映，有時無法用主控開關控制左后門電動車窗的升降。

3）維修過程：維修技師依據車主的反饋信息，對左后門的電動車窗進行了升降功能測試。當左前門處于關閉狀態時，左后門車窗玻璃升降正常。當完全打開左前車門時，左前門的主控開關不能控制左后車窗玻璃的升降。這時，再嘗試用左后門的車窗開關控制玻璃升降時，發現左后的玻璃能升不能降。

技師依據觀測到的故障現象，對照電路圖 （圖1）進行分析。發現電動車窗主控開關I3的12腳和左后分開關K1的5腳有斷路時，將出現主控開關無法形成回路，不能控制左后車窗電機。此時，左后的分開關位于上升擋位時，可以形成回路，玻璃可以上升，分開關位于下降擋位時，電路處于斷路狀態，玻璃不可以下降。進一步查看電路圖，發現連接器IE1位于駕駛室內的左側腳踢板，連接器I3位于左前門主控開關處。聯系“車門關閉時無故障，打開時出現故障”這一故障現象，推測故障可能是由于車門打開過程中，I3連接器與IE1連接器之間的線束被拉斷造成的。

技師依據分析結果，測量主控開關I3的12腳和連接器IE1的8腳之間的線束電阻。當車門處于完全關閉狀態時，電阻值低于1 Ω，線路處于通路狀態，逐步打開車門，當車門打開至一半狀態時，電阻值為無窮大，線路處于斷路狀態。

4）故障排除：更換I3的12腳和IE1的8腳之間的導線，故障消失。

圖1 豐田卡羅拉電動車窗電路圖

5）案例反思：看似一個奇怪的偶發性故障，維修技師通過對電動車窗進行充分的功能檢查，仔細觀察故障現象，并依據現象進行分析推測，在不用萬用表檢查的情況下就精確地推測出故障部位，后續的電阻測量，只是驗證預判斷是否正確。

3.3 合理利用檢測設備，凸顯故障現象

隨著汽車診斷設備的發展，利用檢測設備對汽車的結構參數、技術狀態 (如間隙、尺寸、形狀、相關位置的變動、真空度、壓力、油耗和功率等）、曲線和波形等進行檢測，放大故障現象，進一步方便維修技師充分觀察故障現象。典型的診斷設備有萬用表、示波器和診斷電腦等。尤其是利用診斷電腦讀取故障碼、動態數據流、凍結幀，已成為汽車故障診斷的必要過程。數據流可以捕捉汽車故障狀態下系統運行過程中的異常信號數據，常用于輔助診斷偶發性故障、傳感器特性變異故障、無故障代碼故障等。

1）案例3：豐田銳志多個故障指示燈點亮。

2）故障現象：車主反映發動機故障燈、ABS和VSC燈點亮。

3）維修過程：維修技師起動發動機，發現發動機故障指示燈、ABS和車輛穩定控制系統 (VSC）故障指示燈始終點亮，用診斷電腦讀取故障碼為P0172［系統狀態過濃 (1列）］和P0175［系統狀態過濃 （2列）］。依據故障碼可以初步鎖定故障原因為：

噴油器泄漏、空氣流量計 （MAF）故障、水溫傳感器（ETC）故障、點火系統故障、燃油壓力不正常、排氣系統漏氣、空燃比 （A／F）傳感器電路斷路或短路、空燃比傳感器故障、空燃比傳感器加熱器故障以及發動機電腦 （ECM）故障。

清除故障碼后試車，發現加油無力，行駛幾公里后故障燈再次點亮。進一步檢查燃油壓力，發動機怠速時燃油壓力為310 kPa（標準值為301～347 kPa），正常。分別檢查排氣管、噴油器、火花塞，均正常。

更換空氣流量計，重新試車，故障依舊。讀取怠速狀態下的數據流見表1。

表1 銳志燃油修正系數數據流

依據表1數據，計算出反饋補償系數為1.44（反饋補償系數=短期燃油修正系數+長期燃油修正系數+1），說明系統已嚴重偏濃。左右兩側的補償系數基本一致，而兩個空燃比傳感器同時出故障的可能性不大，因此可以判斷空燃比傳感器正常。

表1所示，空氣流量 （MAF）的動態數據為4.84 g／s，此時的空氣流量相當于發動機轉速為1 150 r／min時的進氣量，高于怠速時的正常數值2.5～3.1 g／s。發動機電腦給出的噴油量信號高于實際需求量，從而導致混合氣過濃。空燃比傳感器不斷發出過濃信號，修正噴油量。當燃油修正值超過最大修正閾值時，故障指示燈點亮，儲存系統狀態過濃的故障碼。

從數據流的分析可以看出，故障原因仍然是空氣流量計信號不正常導致的。由于空氣流量計已更換過，進一步檢查線路。

如圖2所示，用萬用表測量發動機ECM的D5連接器27腳（VG）與空氣流量計3腳 （信號輸出）間導通。裝復D5連接器，再測量空氣流量計的2腳 （搭鐵）端子與車身搭鐵間的電阻值為1.3 Ω，用手拉動此導線ECM側的連接器時，出現搭鐵電阻忽大忽小的變化。仔細檢查，發現D5連接器的26腳有松動，造成接觸電阻。這樣相當于在空氣流量計中串聯了一個額外電阻，提高了空氣流量計的輸出電壓，最終導致ECM產生進氣量大的誤判。

圖2 空氣流量計電路圖

4）維修結果：修復D5的26腳，重新試車。怠速時的MAF降為3.0 g／s，長短效燃油修正系數恢復到±5%之內，故障排除。

5）案例反思：本案例是一個典型的空燃比缺陷導致的發動機故障。造成這類故障的原因范圍比較廣，維修技師需要對各個系統進行全面的觀察和分析，才能正確地推測出故障原因。案例中，維修技師先后借用了燃油壓力表、診斷電腦、萬用電表來檢測，尤其是對與故障相關的數據流進行了分析和比較，凸顯了故障現象，抓住空氣流量值不正確這一現象，判斷空氣流量計線路有問題，一舉解決故障。

值得注意的是，將故障系統運行工況相關的數據流與標準參考數據對比 （數據可以通過新車采集），是利用數據流判斷故障的常用方法。

3.4 巧用共用元件、線路縮小故障范圍

故障診斷過程，實質上是一個不斷縮小故障范圍的過程。對于多系統群死群傷的故障現象，其故障原因往往是由共用元件、共用線路有故障導致的，比如共同電源、共同搭鐵等。這樣可以迅速縮小故障范圍，降低排查難度。而面對單個系統相對獨立的故障現象時，可以將故障系統中與其它正常系統相關聯的元件、線路排除在外，從而縮小故障范圍。

1）案例4：豐田銳志儀表多個故障燈亮。

2）故障現象：車主反映，車輛起動時，偶爾會出現ABS燈、SRS燈、PS燈、駐車制動燈同時點亮，方向無助力，轉速表不穩的現象。故障燈點亮后，車速為30-40 km／h，發動機偶爾會熄火。并且，早上冷車起動時容易發生該故障。

3）維修過程：讀取故障碼，共發現ABS／VSC／TRC系統、EMPS系統、空調系統、組合儀表、主車身等5個系統13個故障碼 （表2），這些故障碼均為失去通信故障碼，具有CAN系統鏈路故障的典型特點。此外，診斷電腦與車輛通信正常，可以判定CAN通信線路無短路。由此，初步推測故障原因為“CAN通信線路有間接性斷路或多個系統故障”。

表2 故障系統檢出故障碼統計表

從故障概率的角度判斷，多個系統同時出現故障的可能性非常小，最有可能是這些系統共用的某個零部件出現問題，如共用電源、共用線束連接器等。

根據系統圖 （圖3）和電路圖，查找與各故障系統相關聯的部件如表3所示。

圖3 銳志V1總線CAN系統示意圖

從表3中發現，K87（2號接線連接器）是所有故障系統都必須經過的一個點，由此，可以基本鎖定故障是由K87造成的。

4）維修結果：清除故障碼，起動發動機。用手晃動K87線束，觀察儀表，發現儀表內轉速表隨著晃動有波動。當將線束撥到一個特定位置時，轉速表指向0位，ABS燈，PS燈、安全氣囊燈、駐車制動燈點亮，空調不制冷。重新讀取故障碼，故障碼重現。確定故障是K87線束端子松動引起。

5）案例反思：在檢修故障的過程中，維修技師依據5個系統同時失效這一故障現象，初步判定為CAN系統鏈路故障，然后再分別找出導致各個系統失效的部件，對比分析，找到K87是各系統均會涉及的共同部件，從而縮小故障范圍，避免盲目拆裝維修，最終快速地找出故障點，排除故障。

表3 故障關聯連接器一覽表

3.5 關注車輛歷史維修記錄或改裝記錄，避免診斷盲點

錯誤的維修方法，不恰當的改裝，由于不是汽車運行過程中自然形成的故障，其產生的故障后果，常常難以用合理的汽車理論知識來解釋，從而具有極強的隱蔽性和欺騙性。所以，在汽車故障診斷過程中，陷入迷茫時，別忘了看看車輛是否有過改裝，或者不良維修記錄。

1）案例5：豐田卡羅拉輕踩油門異響。

2）故障現象：客戶反映車輛行駛過程中，輕輕加油時發動機前方有“噓、噓”異響，在安靜的環境下尤為明顯。試車時發現，車輛在原地加油至1 500～2 000 r／min時，車輛前方會發出這種響聲，且響聲會隨發動機的轉速變化。

3）維修過程：維修技師依據故障現象，初步推測為發動機異響，但是用聽診器卻聽不到響聲。依據以往維修經驗，拆除發動機皮帶，故障現象消失，判定為發動機附件異響，如：發電機異響、水泵異響、空調壓縮機異響等。

全面檢查相關附件，并未發現有何異常，進一步檢查皮帶，也未發現問題。由于響聲類似發電機發電量不足的聲音，于是檢查發電機的輸出電流和電壓，均正常。但在檢查過程中發現，響聲會隨發電電流的波動而變化。將發電機的插頭拔掉時，故障消失。由此可以判斷，異響會隨發電電流的波動而變化。

那么，哪些響聲會隨著發電電流的波動而改變呢？此時，注意到車輛改裝了導航系統。于是關閉導航，異響消失。進一步檢查，發現導航主機外殼離開車身時，響聲消失。

4）維修結果：用絕緣膠布將固定螺絲纏繞，使主機外殼與車身處于絕緣狀態，重新安裝導航主機，故障排除。

5）案例反思：由于異響隨發動機的轉速變化而變化，且拆掉傳動皮帶后異響消失，導致誤認為發動機異響，走入歧途。在觀察到車輛加裝了導航系統后，重點圍繞加裝的系統進行檢查，發現加裝的導航主機對電流變化的抗干擾能力較弱，當發電機的發電量變化時，導航的喇叭就發出“噓、噓”的異響，最終找到故障原因。

4 總結

在面對疑難故障時，由于模型復雜、影響因子多，現在的專家診斷系統還難以勝任，診斷技師仍主要依靠人工直觀經驗法來診斷。人工直觀經驗法是以工作經驗和科學思維相結合為基礎的，而個案分析可簡化模型，有利于診斷技術研究。同時，基于案例研究的故障原因推測策略易于一線維修技師理解，便于推廣。隨著人工智能技術在汽車故障診斷技術中的引入，依托故障案例分析建立專家診斷系統具有現實意義。