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先進(jìn)的電控技術(shù)和自診斷技術(shù)在汽車上的應(yīng)用

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

先進(jìn)的電控技術(shù)和自診斷技術(shù)在汽車上的應(yīng)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(dāng)時(shí)被應(yīng)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(jī)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(dòng)連桿機(jī)構(gòu)來控制的。這種方式后來被改進(jìn)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(gè)系統(tǒng)里基本實(shí)現(xiàn)了全電子控制。它是靠進(jìn)氣歧管壓力傳感器來提供進(jìn)氣壓力信號(hào)，靠霍爾傳感器提供轉(zhuǎn)速信號(hào)給控制單元ECU。ECU通過計(jì)算機(jī)向噴油嘴提供可變的脈沖時(shí)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(jìn)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(jì)來向電腦ECU提供空氣流量信號(hào)的（空氣流量計(jì)可直接產(chǎn)生壓降信號(hào)，不需換算），同時(shí)由車速傳感器提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，電腦整理、計(jì)算這些信號(hào)后向噴油嘴提供可變脈沖時(shí)間，控制噴油量。　　到了八十年代，歐、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(shí)都有自己獨(dú)特的控制方式。但這時(shí)，所有的電噴車生產(chǎn)廠都開始考慮節(jié)氣門負(fù)荷率、水溫、進(jìn)氣溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。開始利用節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器等系列傳感器信號(hào)來修正電腦計(jì)算的噴油脈沖時(shí)間，使發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)性和動(dòng)力性得到了保障�！　≡谶@個(gè)基礎(chǔ)上，各汽車生產(chǎn)廠家開始在汽車上采用自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)（TCU）、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、安全氣囊電控系統(tǒng)（SRS）、巡航控制系統(tǒng)（CC）、制動(dòng)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(jì)算機(jī)進(jìn)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(qiáng)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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(jī)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(huì)支持和倡導(dǎo)，甚至是強(qiáng)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(fù)雜，給汽車維修工作帶來了越來越多的困難，對(duì)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(cuò)處理，汽車不能因?yàn)殡娮涌刂葡到y(tǒng)自身的突發(fā)故障導(dǎo)致汽車失控和不能運(yùn)行。針對(duì)這種情況，汽車電控技術(shù)設(shè)計(jì)人員，在進(jìn)行汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，增加了故障自診斷功能模塊。它能夠在汽車運(yùn)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(chǔ)下來，同時(shí)起動(dòng)相應(yīng)故障運(yùn)行模塊功能，使有故障的汽車能夠被駕駛到修理廠進(jìn)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(duì)故障進(jìn)行定位和修復(fù)。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(yīng)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(chǔ)記憶汽車故障，還能夠?qū)崟r(shí)提供汽車各種運(yùn)行參數(shù)。 2.故障自診斷的基本原理及組成　　當(dāng)今的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)非常復(fù)雜。為了診斷這些系統(tǒng)而使用計(jì)算機(jī)控制以前的方法將耗費(fèi)無盡的時(shí)間。為此，大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)控制都有自診斷能力。進(jìn)入一種自測模式，計(jì)算機(jī)能夠評(píng)定整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的運(yùn)行，包括它本身。如果發(fā)現(xiàn)故障，它們或者被標(biāo)識(shí)成硬故障（按需要），或者間斷性故障。每種類型的故障或錯(cuò)誤都指定一個(gè)保存在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器里的數(shù)字故障代碼�！　∮补收现傅氖亲詼y時(shí)在系統(tǒng)某個(gè)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(gè)故障自測時(shí)并不出現(xiàn)。永久性RAM允許周期性故障存儲(chǔ)起來直到特定數(shù)量的點(diǎn)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(huì)從計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器里被刪除掉�！　∮性S多種不同方法來確定計(jì)算機(jī)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(wù)公司也生產(chǎn)能夠讀取和記錄經(jīng)過計(jì)算機(jī)的輸入和輸出信號(hào)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�！　≡谶M(jìn)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(dòng)，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(jī)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(hào)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(jì)算機(jī)由于其體積小、成本低、可靠性高等顯著優(yōu)點(diǎn)，在汽車電子控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用；使汽車在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(duì)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(jì)算機(jī)不但可以進(jìn)行測試、控制，而且可以利用軟件程序很方便地進(jìn)行判斷，在進(jìn)行電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，增設(shè)系統(tǒng)故障自診斷功能和故障運(yùn)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(dòng)啟動(dòng)故障運(yùn)行程序，不僅可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(jī)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(yùn)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(gè)方面介紹利用自診斷功能進(jìn)行電控汽車故障診斷的方法。（一）自診斷的原理與故障運(yùn)行　　汽車正常運(yùn)行時(shí)，電子控制單元ECU的輸入、輸出信號(hào)的電壓值都有一定的變化范圍。當(dāng)某一信號(hào)的電壓值超出了這一范圍，并且這一現(xiàn)象在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)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(jī)存儲(chǔ)器（RAM），同時(shí)點(diǎn)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(dāng)某電路產(chǎn)生了故障后，其信號(hào)就不能作為發(fā)動(dòng)機(jī)的控制參數(shù)而使用�！　榱司S持發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，ECU 便從其程序存儲(chǔ)器（ROM）中，調(diào)出某一固定值，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)急參數(shù)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)ECU中的微機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，ECU自動(dòng)啟用后備控制回路對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行簡單控制，使汽車可以開回家或是到附近的汽修廠進(jìn)行修理，這樣的功能就是故障運(yùn)行，又稱“跛行”模式。另一方面，當(dāng)ECU檢測到某一執(zhí)行器出現(xiàn)故障時(shí)，為了安全起見，采取一些安全措施。這種功能叫作故障保險(xiǎn)�！　CU故障診斷是針對(duì)系統(tǒng)中的傳感器、微機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行器而進(jìn)行的。當(dāng)傳感器和微機(jī)發(fā)生故障時(shí)，往往采取故障運(yùn)行方式。而當(dāng)執(zhí)行器發(fā)生故障時(shí)，往往采取故障保險(xiǎn)措施。（二）傳感器的故障自診斷與故障運(yùn)行　　由于傳感器本身就是產(chǎn)生電信號(hào)的，因此，對(duì)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(hào)識(shí)別程序即可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度為-30-120℃。所以，當(dāng)ECU檢測到的電壓信號(hào)超出此范圍量，如果是偶爾一次，ECU的診斷程序不認(rèn)為是故障。但如果不正常信號(hào)持續(xù)一段時(shí)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(jì)時(shí)已經(jīng)約定好的代表水溫傳感器信號(hào)異常故障的數(shù)字碼）的形式存入隨機(jī)存儲(chǔ)器中。同時(shí)，通過檢查發(fā)動(dòng)機(jī)警告燈“CHECK ENGINE”，通知駕駛員和維修人員，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中出現(xiàn)故障。當(dāng)ECU發(fā)現(xiàn)水溫傳感器不正常后，便采用一個(gè)事先設(shè)定的常數(shù)來作為水溫信號(hào)的代用值，使系統(tǒng)工作于運(yùn)行狀態(tài)。（三）微機(jī)系統(tǒng)的故障自診斷與后備回路　　微機(jī)系統(tǒng)如果發(fā)生故障，控制程序就不可能正常運(yùn)行，微機(jī)處于異常工作狀態(tài)。這樣便會(huì)使汽車因發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)故障而無法行駛。為了保證汽車在微機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)仍能繼續(xù)運(yùn)行，在控制系統(tǒng)工程中，設(shè)計(jì)有后備回路（備用集成電路系統(tǒng)）。當(dāng)ECU中微機(jī)發(fā)生故障時(shí)，ECU自動(dòng)調(diào)用后備回路完成控制任務(wù)，進(jìn)入簡易控制運(yùn)行狀態(tài)，用固定的控制信號(hào)，使車輛繼續(xù)行駛。由于該系統(tǒng)只具備維持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的簡單功能而不能代替微機(jī)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(shí)，故障指示燈亮。微機(jī)工作是否正常是由被稱為監(jiān)視回路的電路進(jìn)行監(jiān)視的。監(jiān)視電路中安裝有獨(dú)立于微機(jī)系統(tǒng)之外的計(jì)數(shù)器。微機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由微機(jī)的運(yùn)行程序?qū)τ?jì)數(shù)器定時(shí)進(jìn)行清零處理。這樣，監(jiān)視電路中計(jì)數(shù)器的數(shù)值是永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)溢出現(xiàn)象的。當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行現(xiàn)象時(shí)，微機(jī)不能對(duì)這個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)清零，致使此監(jiān)視計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出現(xiàn)象。監(jiān)視計(jì)數(shù)器溢出時(shí)輸出的電平由低電平變?yōu)楦唠娖剑ù溯敵鲆话銥橛?jì)數(shù)器的進(jìn)位標(biāo)志。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到其最大值時(shí)，再增加一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器便出現(xiàn)溢出。此時(shí)，計(jì)數(shù)器的溢出端的電平將由低電平變?yōu)楦唠娖�；同時(shí)，將計(jì)數(shù)器清零）。計(jì)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(dòng)信號(hào)和怠速觸點(diǎn)閉合狀態(tài)，以恒定的噴油持續(xù)時(shí)間和點(diǎn)火提前角對(duì)噴油器和點(diǎn)火器進(jìn)行控制。（四）執(zhí)行器的故障診斷和故障保險(xiǎn) 　　汽車電子控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器是決定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行和汽車行駛安全的主要器件，當(dāng)執(zhí)行器發(fā)生故障時(shí)，往往會(huì)對(duì)汽車的行駛造成一定的影響。因此，對(duì)于執(zhí)行器故障的處理方法通常是：當(dāng)確認(rèn)為執(zhí)行器故障時(shí)，由ECU根據(jù)故障的嚴(yán)重程度采取相應(yīng)的安全措施的實(shí)施，在控制系統(tǒng)中，又專門設(shè)計(jì)了故障保險(xiǎn)系統(tǒng)�！　∮捎贓CU對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行的是控制操作，控制信號(hào)是輸出信號(hào)。因此，要想對(duì)各執(zhí)行器的工作情況進(jìn)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(gè)控制信號(hào)，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(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中，對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行故障診斷的典型部件是點(diǎn)火器。正常情況下，當(dāng)ECU對(duì)點(diǎn)火器進(jìn)行控制時(shí)，點(diǎn)火器每進(jìn)行一次點(diǎn)火，便由點(diǎn)火器內(nèi)的點(diǎn)火確認(rèn)電路將點(diǎn)火執(zhí)行情況以電信號(hào)的形式反饋給ECU。當(dāng)點(diǎn)火線路或點(diǎn)火器出現(xiàn)故障時(shí)，ECU發(fā)出點(diǎn)火控制命令后，得不到反饋信號(hào)；此時(shí)ECU便認(rèn)為點(diǎn)火器已經(jīng)不能正常工作。由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，如果點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)生故障，便會(huì)使未燃燒的混合氣進(jìn)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(huì)大大超過允許值。同時(shí)，未燃燒的混合氣在排氣管內(nèi)集聚過多，還會(huì)引起排氣系統(tǒng)的爆炸。為此，采用故障保險(xiǎn)系統(tǒng)，當(dāng)ECU接收不到點(diǎn)火確認(rèn)信號(hào)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(diǎn) 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(jìn)氣壓力+轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)噴油量, 2,計(jì)算機(jī)電噴系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)任意情況下的理想空燃比調(diào)節(jié),利用節(jié)氣門負(fù)荷(位置)\發(fā)動(dòng)機(jī)水溫\進(jìn)氣溫度對(duì)噴油進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償. 3,現(xiàn)代汽車不僅僅是利用電噴發(fā)動(dòng)機(jī)(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(jìn)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(jì)算機(jī)進(jìn)行輸入輸出數(shù)據(jù)的定時(shí)掃描,如果發(fā)現(xiàn)有異常則變?yōu)楣收洗a存儲(chǔ)起來,同時(shí)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(jìn)行監(jiān)控,如果發(fā)現(xiàn)有故障看門狗電路會(huì)溢出,這時(shí),系統(tǒng)切換到簡易控制系統(tǒng)來控制汽車,同時(shí)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)執(zhí)行顯示輸出.

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