汽車電子設(shè)備應(yīng)用和故障診斷方法探究

曹加峰

(江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電汽車學(xué)院，江蘇 揚州 225127)

0 前言

在新時代技術(shù)的支持下，汽車電子產(chǎn)業(yè)得到了全面發(fā)展，引入汽車制造中的電子設(shè)備種類不斷增多，精度也越來越高。汽車電子設(shè)備的發(fā)展與電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用密切相關(guān)。汽車駕駛員或汽車維修人員應(yīng)該掌握汽車電子設(shè)備的基本原理和維修方法。

1 汽車電子設(shè)備的應(yīng)用

汽車電子控制系統(tǒng)包含電源系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、輔助設(shè)備系統(tǒng)、發(fā)動機電子控制系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)等。

汽車電子設(shè)備依靠電路工作。電路是電流的通路，由一些電氣設(shè)備或部件以某種方式根據(jù)特定需要組合而成。電路由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)(開關(guān)、電線等)組成，這些環(huán)節(jié)被稱為電路的“三要素”。

目前，汽車電子技術(shù)水平已成為衡量汽車先進水平的重要指標(biāo)。對于工業(yè)化國家生產(chǎn)的車輛，電子設(shè)備的成本占車輛總成本的30%～40%。從汽車整體架構(gòu)角度分析，汽車結(jié)構(gòu)中的電子控制系統(tǒng)包括發(fā)動機電子控制系統(tǒng)、車身電子控制系統(tǒng)和底盤電子控制系統(tǒng)。通過發(fā)動機電子控制系統(tǒng)可以增加發(fā)動機功率、降低油耗、減少排放；通過車身電子控制系統(tǒng)可以控制電動車窗、電子控制門鎖、防盜系統(tǒng)、電動座椅等；通過自動變速器控制，可以提高變速器的性能，獲得最佳動力，減輕駕駛員的駕駛疲勞感。

2 汽車電子設(shè)備的電路特性和故障特征

2.1 電路特性

汽車電子設(shè)備的電路特性為低壓、直流電源、單線系統(tǒng)、負(fù)極接地，具體表現(xiàn)為：① 車輛上有12 V(汽油發(fā)動機)和24 V(柴油發(fā)動機)2種電源電壓；② 電池提供直流電源，電氣設(shè)備由直流電源供電；③ 車身是導(dǎo)體，大部分電流通過車身傳導(dǎo)；④ 負(fù)極與車身相連。

2.2 故障特征

由于汽車電子控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，汽車電子控制系統(tǒng)的故障也非常隱蔽、多樣和復(fù)雜，維修人員要快速確定故障位置和找出故障原因難度較大。汽車電子設(shè)備的故障特征可分為以下幾點：

(1) 元器件擊穿故障，主要原因是由于過電壓引發(fā)的擊穿，以及過電流產(chǎn)生大量的熱引發(fā)的擊穿。故障發(fā)生后會出現(xiàn)短路等現(xiàn)象，而故障產(chǎn)生的擊穿一般具備不可修復(fù)特點。據(jù)調(diào)查表明，汽車電子元器件結(jié)構(gòu)內(nèi)的電容損壞中，85%都是由介質(zhì)擊穿引起的，當(dāng)電容器發(fā)生故障時，容易造成串聯(lián)電阻燒毀、晶體管擊穿等問題。由于汽車電子元器件熱穩(wěn)定性不足，經(jīng)常會出現(xiàn)擊穿故障等熱短路現(xiàn)象。如果因為電路故障導(dǎo)致過電壓、過電流擊穿，一般考慮更換電子元器件。

(2) 部件老化或退化，包括電子元器件結(jié)構(gòu)中的晶體管漏電量提升、絕緣電阻減小、電容器容量下降、電阻改變、繼電器觸點接觸不良，以及可調(diào)節(jié)電阻無法連續(xù)變化等問題，這也是汽車電子故障中非常常見的。當(dāng)出現(xiàn)觸點抖動、匝間短路、絕緣老化及線圈燒毀問題時，都會導(dǎo)致初始電流無法調(diào)節(jié)。

(3) 汽車電子設(shè)備線路故障，具體表現(xiàn)為設(shè)備接線不好、接觸松動、線路潮濕及元器件腐蝕等，導(dǎo)致電子控制系統(tǒng)絕緣效果不好，這些故障一般和元器件沒有直接關(guān)聯(lián)。

3 汽車電子設(shè)備故障診斷與維護方法

3.1 故障排除

學(xué)習(xí)查詢是故障診斷第一步，通過查詢故障現(xiàn)象可以快速了解故障的性質(zhì)。重點關(guān)注以下幾個方面：① 判斷是否存在偶發(fā)故障、間歇故障、非間歇故障等；② 判斷是系統(tǒng)故障還是局部故障；③ 判斷是否為漸進性故障還是突發(fā)性故障。

3.2 故障原因分析

故障原因分析是對知識儲備的檢驗。長期在一線從事汽車維修工作的技術(shù)人員積累了豐富的經(jīng)驗，能夠?qū)崿F(xiàn)快速判斷。然而，隨著模型數(shù)量的不斷增加和電子控制系統(tǒng)的日益復(fù)雜，新模型的不斷涌現(xiàn)要求從業(yè)者要堅持學(xué)習(xí)理論知識，理解控制原理，通過邏輯分析得出假設(shè)和結(jié)論。根據(jù)筆者的日常維護經(jīng)驗，進行了簡單歸納，介紹了幾種常見的故障診斷方法。

從汽車電器及其電路故障后的外部現(xiàn)象和形式出發(fā)，通過觀察分析電線和電子元器件可能出現(xiàn)的高溫、煙霧，甚至電火花和燒焦氣味，從而找出故障部位。

直觀感受法的原理是通過維修人員自身理論知識與實踐經(jīng)驗的靈活運用，診斷出汽車電子設(shè)備故障的原因。在實際運用直觀感受法時，維修人員應(yīng)先了解車主反饋的汽車異常情況，發(fā)現(xiàn)電子控制系統(tǒng)故障。直觀感受法采用汽車現(xiàn)場路試，由維修人員感官評測，直觀感受故障類型。其中包括測量、測試、觀察、模擬、結(jié)構(gòu)分析、分段排查故障和局部拆解分析等，通過觸摸感受汽車電子元器件表面溫度是否異常，找出故障點。當(dāng)汽車電子元器件正常運轉(zhuǎn)時，必須滿足正常工作溫度標(biāo)準(zhǔn)，如果超出或低于標(biāo)準(zhǔn)值，表明電子元器件存在故障。例如，當(dāng)啟動機無法工作時，如果蓄電池與導(dǎo)線接觸不良，接觸時會感到熱；當(dāng)啟動汽車發(fā)動機后，如果發(fā)動機產(chǎn)生較大的噪聲，維修人員可以結(jié)合日常維修經(jīng)驗，判斷異常噪聲的原因。直觀感受法不受特殊設(shè)備和場所的限制，具有一定的靈活性。然而，這種檢查模式只適用于有經(jīng)驗的員工。從當(dāng)前的汽車檢修技術(shù)手段來看，直觀感受法的實施也遇到一些困境，導(dǎo)致檢測效果并不理想。

儀器檢測法使用儀器測試汽車電器和電路的技術(shù)狀態(tài)，可較少零部件的拆卸，根據(jù)癥狀做出科學(xué)判斷或確定故障，然后檢查車輛隱患，從而提高整體檢測質(zhì)量。目前，汽車故障診斷中常用的儀器有示波器和萬用表。對于現(xiàn)代汽車中越來越多的電子設(shè)備，儀器檢測方法具有省時、省力、診斷準(zhǔn)確的優(yōu)點。然而，這種檢測方法對維修人員專業(yè)性要求較高，也很容易受到人員專業(yè)水平不足的影響，例如在利用儀器診斷法進行汽車電子設(shè)備故障識別時，如果維修人員的專業(yè)知識不足，很難識別各項參數(shù)之間的聯(lián)系，對檢測結(jié)果影響較大，增加了汽車安全隱患。

對于一些懷疑有故障的電子設(shè)備，可以使用相同規(guī)格、性能良好的電子設(shè)備進行替代，并通過對比車輛的運行情況來查找故障。這是判斷故障最有效的方法，但是普通維修企業(yè)一般不具備更換條件。

將出現(xiàn)或懷疑有故障的電路連接到測試燈上，觀察測試燈的情況，來診斷特定電路的故障狀況。例如，測試燈的一端連接到交流發(fā)電機的“電樞”端子，另一端接地。如果測試燈不亮，則蓄電池接地(機架上)螺釘和交流發(fā)電機的“電樞”端子之間存在斷路故障；如果測試燈點亮，則電路正常。

當(dāng)出現(xiàn)低壓電路短路情況，采用螺絲刀或?qū)Ь€對各組件和電路進行短路操作，對儀表指針進行觀察，判斷出端口中是否存在短路現(xiàn)象，以精準(zhǔn)查找故障點位置。如果汽車制動指示燈不亮，當(dāng)踏踩制動器后，維修人員將制動指示燈開關(guān)連接到轉(zhuǎn)向柱中，對制動燈開關(guān)狀態(tài)進行檢測。當(dāng)前的汽車電子設(shè)備應(yīng)重視短路法的運用方式，避免在短路試驗中，產(chǎn)生較大的瞬間電流造成設(shè)備損壞現(xiàn)象。

當(dāng)汽車電子控制系統(tǒng)中涉及的故障面積較大，診斷時可以采用零件更換比較法。主要是將系統(tǒng)內(nèi)的新舊零件的磨損程度及安裝方向進行對比，以判斷故障位置，分析故障原因。零件更換比較法有助于縮小故障范圍，精準(zhǔn)確定故障原因。例如，如果高壓火花較弱，當(dāng)維修人員判斷電容器故障時，可以通過新的電容器對比進行耐火試驗；如果新的電容器產(chǎn)生的火花較強，表示舊的電容器存在故障，否則繼續(xù)搜索下一個故障點。

通過觀察高壓火花來判斷點火系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動機工作不正常或少數(shù)氣缸不工作時，拆下高壓氣缸管路的火花冷端，在距火花塞5～7 mm處進行點火試驗。如果發(fā)動機工作狀況改善，則表明氣缸工作不正常。

用點火系統(tǒng)的高壓電檢查某些電氣部件是否損壞，稱為高壓電檢查法。例如，檢查分火頭時，將其平放在氣缸蓋上，將高壓主火線頭與分火頭孔底部對準(zhǔn)并相隔約5 mm，然后打開點火開關(guān)，撥動斷電觸點，檢查分火頭孔內(nèi)是否有火花。如果未發(fā)生跳火，表明防火分區(qū)頭絕緣良好；否則，可判定該故障由絕緣層破損，高壓電流已擊穿高壓通道。

3.3 需要注意的故障誤判

① 車主的描述與故障不一致；② 同行業(yè)人員或維修師傅指導(dǎo)錯誤；③ 維修時間緊，思路不正確，故障排除不仔細(xì)，導(dǎo)致檢查結(jié)果錯誤；④ 對部件的作用和檢測方法沒有很好的了解，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確判斷故障點；⑤ 過于依賴經(jīng)驗，得出某一部件不會受損的結(jié)論；⑥ 隨機拆裝造成新的故障，掩蓋了舊故障；⑦ 診斷儀器和測量儀器失去了準(zhǔn)確性，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不正確和判斷錯誤；⑧ 用于更換的備件質(zhì)量或型號有缺陷。

4 汽車故障診斷方法的應(yīng)用研究

4.1 傳統(tǒng)汽車故障診斷方法的應(yīng)用

汽車故障診斷方法的應(yīng)用是汽車檢測、維修的重要組成部分。傳統(tǒng)的汽車故障診斷方法主要有人工經(jīng)驗故障診斷方法、儀表設(shè)備故障診斷方法。這些方法對維修人員的素質(zhì)和經(jīng)驗都有很高的要求，要求汽車檢測和維修人員具有多年的汽車診斷和維修經(jīng)驗，對汽車結(jié)構(gòu)有較高的認(rèn)識，充分了解汽車工作原理。目前，許多汽車維修企業(yè)仍使用傳統(tǒng)的汽車故障診斷方法。雖然人工經(jīng)驗故障診斷方法具有靈活性的特點，不受設(shè)備和場所的限制，但是要求維修人員具有較豐富的工作經(jīng)驗和較高的技術(shù)水平，否則很難診斷汽車故障。然而，隨著汽車故障診斷維修人員的缺乏，該汽車故障診斷方法已無法適應(yīng)時代的發(fā)展。培養(yǎng)高素質(zhì)、技能型的汽車故障診斷人才需要消耗大量的物力和人力等資源，這無疑限制了現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展。因此迫切需要找到一種實用、準(zhǔn)確、高效的汽車故障診斷方法。

4.2 新一代汽車故障診斷方法的應(yīng)用

新一代汽車故障診斷方法主要基于現(xiàn)代新技術(shù)和人工智能的發(fā)展。這些新技術(shù)在現(xiàn)代汽車故障診斷中的應(yīng)用，極大地提高了汽車故障診斷的效率，對準(zhǔn)確定位汽車故障區(qū)域和部件起到了重要作用。人工智能的應(yīng)用提高了汽車故障診斷的及時性和準(zhǔn)確性。智能汽車故障診斷是汽車維修技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。將各種汽車故障識別方法與信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能相結(jié)合，開發(fā)了具有人工智能識別的汽車故障診斷系統(tǒng)，并培養(yǎng)了相應(yīng)的能夠使用人工智能系統(tǒng)的故障診斷人才，使汽車故障診斷更加簡單、快速、易于操作。改變現(xiàn)代汽車故障診斷人才匱乏的現(xiàn)狀，讓人工智能代替高級維修人員，并通過編程將傳統(tǒng)高級維修人員的維修經(jīng)驗寫入系統(tǒng)，使人工智能系統(tǒng)更加準(zhǔn)確有效。隨著人們對人工智能認(rèn)識的提高和汽車故障診斷系統(tǒng)研發(fā)的逐步成熟，人工智能作為汽車故障診斷的重要方向?qū)⒂兄鴱V闊的應(yīng)用前景。

5 汽車故障診斷的發(fā)展趨勢

根據(jù)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)和人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀，智能汽車故障診斷方法將是未來汽車故障診斷的發(fā)展趨勢。未來的汽車故障診斷將從基于經(jīng)驗的故障診斷發(fā)展到利用人工智能進行故障診斷，現(xiàn)有維修人員的經(jīng)驗將通過網(wǎng)絡(luò)、代碼等導(dǎo)入系統(tǒng)，專業(yè)人員的短缺將大大緩解；從故障診斷技術(shù)本身來看，新信息與新技術(shù)相結(jié)合，例如利用車載計算機診斷汽車故障，將其與汽車的發(fā)動機和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接，可以快速診斷并找出問題。當(dāng)然，最重要的是未來汽車的制造水平將繼續(xù)提高，汽車故障的頻率將大大降低，汽車故障診斷將繼續(xù)朝著人工智能的方向發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的汽車故障診斷系統(tǒng)將逐步形成。

6 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車生產(chǎn)中使用的電子設(shè)備越來越多，汽車電子產(chǎn)品中容易發(fā)生的故障類型也逐漸增多。因此，在處理汽車電子故障的過程中，應(yīng)注意故障診斷方法的選擇。只有掌握汽車電子故障的基本診斷和維修方法及策略，才能快速地確定故障位置，提高維修效率和質(zhì)量。現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展增加了故障診斷的方法。然而，現(xiàn)代故障診斷方法和傳統(tǒng)故障診斷方法各有優(yōu)缺點。因此，需要根據(jù)具體情況采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行檢測，這對汽車維修具有重要意義，也能促進汽車行業(yè)的不斷發(fā)展。