浅析示波器在公交电控系统故障诊断中的应用

论文专业：汽车维修论文题目：浅析示波器在公交车辆电控系统故障诊断中的应用摘要：本文主要阐述了示波器诊断故障的工作原理，以及如何利用示波器采集各种电控元件信号波形的方法；通过分析其信号波形对其性能及故障进行准确的诊断，从而迅速准确的解决各种疑难的电控故障。关键词：示波器、电控元件、传感器、执行器、波形、电控故障现代汽车电子控制系统基本由传感器、电子控制器（ECU）、执行器和控制程序软件等部分组成。借助2008年奥运会和60周年国庆契机，北京公交获得了长足的发展，公交车辆采用了大批先进的汽车电子技术，车辆上的电子元件及电子控制系统日益增加。依维柯、康明斯发动机电子控制系统、艾里逊变速箱、ECAS电子空气悬挂系统、伊卡璐斯、虎伯拉绞接系统、CAN总线等电子技术已经广泛应用于公交车辆上，但电控系统的复杂性及由此产生的电控故障，也给维修人员提出了更多的挑战。单凭维修人员的传统经验或单一解码器诊断已经远远不够，示波器已经成为维修人员在汽车电控故障诊断方面必备的诊断工具。随着公交车辆运行里程数的增加，电控系统故障呈现出不确定性、易发性、复杂性等特点。按照故障程度的大小，可将其分为：硬故障（电子元件结构损坏导致的故障，一般这种故障可用解码器读取数据流及故障码即可诊断出故障原因，通过示波器可发现信号波形与理论值偏差大，易于发现）和软故障（泛指特性的变异，一般幅值小，变化缓慢，故障表现为时有时无，通过解码器读取数据流时，看不出数据的波动，不易找到故障部位）。解码器在诊断硬故障方面具有较高的效率和准确性，而在软故障方面则爱莫能助。汽车示波器则为汽车修理技术人员快速判断汽车电控软故障提供了有力的工具。1示波器诊断故障的原理1．1五种基本类型的电子信号汽车上电子控制系统的电子信号基本类型有五种，有人把这五种基本的汽车电子信号称为“五要素”。“五要素”可以看成是控制系统中各个传感器、执行器、控制电脑和其他设备之间相互通讯的基本语言，就像英语的字母，它们都有不同的“发音”。正是“五要素”各自不同的特点，构成了用于不同通信的目的。当今汽车电子信号的五大基本类型：1.1.1直流（DC）信号在汽车中产生直流（DC）信号的装置有蓄电池、PCM（提供传感器参考电压）以及各种模拟传感器，如：各种温度传感器。1.1.2交流（AC）在汽车中产生交流（AC）信号的装置有：凸轮轴位置传感器、爆震传感器等。1.1.3频率调制信号在汽车中产生可变频率信号的装置有：进气压力传感器、霍尔式凸轮轴位置和曲轴位置传感器等。1.1.4脉宽调制信号在汽车中产生脉宽调制信号的电路或装置有：喷油器、怠速控制马达等。1.1.5串行数据（多路）信号若汽车中具备有自诊断能力和其他串行数据传输能力的控制模块，则串行数据是由动力控制模块（PCM），车身控制模块（BCM）和防滑制动系统（ABS）或其控制模块产生的。1.2汽车电子信号的五种判定依据汽车电子信号的“五要素”——直流、交流、频率调制、脉宽调制和串行数据信号是通过五“判据”，即五种判定尺度来加以识别。根据五要素的判定特征，五种信号可以用五种判定特征加以识别。五个判定依据是：1、幅值：电子信号在一定点上的即时电压；2、频率：电子信号在两个事件或循环之间的时间，一般指每秒的循环数（HZ）；3、形状：电子信号的外形特征；它的曲线、轮廓和上升沿、下降沿等；4、脉冲宽度：电子信号所占的时间或占空比；5、阵列：组成专门信息信号的重复方式。每个“五要素”电子信号都可以用五种判定尺度中的一个或多个特征组成。图1显示五个判定依据与五种类型的相关连带关系。汽车示波器可以采集到电子信号的五种判定依据，采集的信号可以用来判定被测试的电子元器件信号的准确度及其性能好坏。电控系统从损坏状态到被修复状态，在示波器上显示的波形总是在上述五种判定参数上发上剧烈的变化。分析电子元器件信号的五种判定参数变化状况，就能够及时的准确的分析出信号波形是否正常。通过波形分析可进一步检查出电控系统中传感器、执行器、控制电脑以及电路各部分的故障，也可以用来验证修理工作完成后的工作是否正常。2、示波器在电控故障诊断中的应用2.1故障现象BK6111CNGZ2车型发动机（装配依维柯燃气发动机）故障灯亮，怠速不稳，发动机无力，挂档走车，发动机熄火。通过依维柯专用解码器PT-01读取故障码，故障码有：1、6缸点火线圈故障。2.2故障原因分析①、1、6缸点火线圈工作失效；②点火线圈线路故障；③ECU控制1、6缸点火线圈电路故障；④曲轴转速传感器或凸轮轴位置传感器工作失效；⑤进气压力传感器工作失效；⑥怠速开关失效；⑦共轨压力传感器工作失效。2.3波形采集与分析通过常规数据流分析处理后，上述故障依然存在，此时应借助示波器对相关电子元件电子信号进行采集并加以分析。2.3.1、波形采集方法将示波器探针与传感器信号输出端相接，鳄鱼夹搭铁，启动发动机，怠速运转,而后加速或按照行驶性能发生故障的需要驾驶等,获得波形。本故障应采集点火电源波形、曲轴转速信号波形、凸轮轴信号波形、怠速开关脉冲信号。2、波形分析点火电源波形分析：点火电源波形在汽车行驶时，波形有一向下突起的波峰（接近16V电压）如下图1；而曲轴转速信号有一明显的峰值突变，一个周期后，又出现同样现象，如下图2。图2：发动机熄火时检测到的电火电源波形4、点火电源波形分析：正常的点火电源波形应该是一条稳定的直线信号，电压值应该稳定在24V左右。通过该波形可发现，在挂档走车时，点火电源电压有一向下突起的波峰，造成发动机ECU点火电源供电不足，此时发动机ECU不能正常工作，造成发动机灭车。根据此波形，检查点火电源电路，包括点火开关、点火继电器及ECU点火信号之间线束，发现点火开关与点火继电器之间的线束阻值偏大，超出汽车线束规定的范围内，造成汽车大功率用电时，不能承受较大电流，造成发动机ECU暂时性断电，更换该段线束，启动发动机挂档走车，故障想象消失，发动机突突及故障码依然存在。5、曲轴转速信号波形分析：磁脉冲式曲轴及凸轮轴位置传感器信号波形典型的磁脉冲式转速传感器波形依维柯燃气发动机曲轴转速传感器是电磁式，其信号为正弦信号，峰值电压与转速成正比，怠速时峰值电压一般为17V左右。且在相同转速下，其峰值电压应相差不大。但该车经示波器检测到的波形如下，在一个周期内有一个明显的峰值变化，峰值变化大大超过了标准的峰值电压值。这种现象往往是由于发动机信号触发轮与转速传感器之间的间隙发生了突变或某个信号齿轮间存在异物，经过检查发现曲轴传感器外观无损坏也无污物，检查信号盘时，信号盘两宽齿附件信号轮变形，造成曲轴转速传感器与该处距离太近，从而引起信号的突变，造成1、6缸上止点正时信号与ECU设置的程序不符，ECU通过自诊断程序，判定1、6缸工作不正常。更换信号盘后，故障解决。图2：发动机怠速时，检测到的曲轴转速信号波形四、小结总之，随着汽车技术的不断发展，先进的电子技术在公交车辆上得到越来越广泛的运用。公交车辆故障诊断方法也将变得多样化，单独依靠一种诊断手段进行故障诊断，将会给我们带来许多局限性，除了借助各种专用的解码器外，示波器将越来越广泛的运用到电子控制系统故障诊断。电子系统的增加，造成电子信号相互干扰增多，利用示波器进行各种电子信号分析，既可以排除杂波干扰，还能准确判断故障点，提高故障诊断的准确率。在疑难故障及软故障方面，示波器的作用更不能忽视，解码器提供的数据流往往不能准确的反映软故障发生时各种参数，但是通过示波器缺可以监视到这些疑难故障潜在的故障点。要充分发挥示波器的作用，必须具备高素质的维修人员，其对电控系统及传感器、执行器相关工作原理、技术参数都应有充分的了解。参考文献［1］张西振.发动机电控技术［M］机械工业出版社,2004［2］(美)B.霍莱姆比克.汽车电气与电子系统.徐鸣,译.［M］机械工业出版社,1998［3］舒华,姚国平.汽车电子控制技术［M］人名交通出版社,2004［4］朱军.电子控制发动机电路波形分析［M］机械工业出版社