正确理解汽车自诊断系统
有些维修人员在使用汽车电控系统检测设备时碰到以下情况：读出多个故障码、故障灯亮却无故障码、有故障却没有产生相应故障码、有故障码却查不出相应故障时，往往会感到困惑和无从下手，进而开始抱怨检测设备的质量或者性能有问题。实际上，维修人员只有在对汽车电控系统的原理、自诊断系统的原理、汽车电控系统诊断设备的原理有透彻的理解后，才能有效地使用仪器。
正确理解汽车自诊断系统
摘要 该文简要介绍了汽车电控系统检测设备的使用原理、汽车自我诊断系统的原理及特点，以及汽车自诊断系统对故障的确认的值域判定法、时域判定法、功能判定法、逻辑判定法四种方法；重点介绍汽车故障自诊断系统异常诊断产生原因及其故障排除实例，最后介绍依靠自诊断系统排除故障的有关技巧和注意事项。
关键词テ车 自诊断系统 原理 应用 故障排除
1 汽车自诊断系统的原理
1.1 汽车控制系统异常情况
汽车控制系统在正常工作时，电控单元ECU的输入和输出信号都是在一个规定的范围内运行，当控制电路的信号出现异常时，ECU中的诊断系统就判定该电路信号出现故障。电路的异常情况分为3种：
第一种是电路的信号超出规定范围。例如：冷却液温度传感器(CTS)在正常工作时，其输出电压在0.1V～4.8V内，如超出这一范围，诊断系统则判定为故障信号；
第二种是电控单元ECU在一段时间内接收不到传感器的信号或接收到的信号在一段时间内不变，诊断 系统也会判定为故障信号。例如：氧传感器在正常工作时，其输入电压应在0.1V～0.9V内，波动不少于8次／10秒；
第三种是电控单元ECU中的诊断系统偶然发现一次不正常的输入信号时，不会诊断为故障信号，只有不正常的输入信号多次出现或持续一定时间，才会判定为故障信号。例如：转速信号(Ne)是一个脉冲信号，发动机转速在100r／min以上时，丢失几个信号，ECU不会判定为故障。ァ
1.2 汽车自诊断系统对故障的确认方法
1.2.1 值域判定法
当电控单元接收到的输入信号超出规定的数值范围时，自诊断系统就确认该输入信号出现故障。例如：某车水温传感器设计在正常使用温度范围-30—120℃(或范围更大些)内，输出电压为0．30—4．70V，所以当电控单元检测出信号电压小于0．15V或大于4．85v时就判定水温传感器信号系统发生短路或断路故障。
1.2.2 时域判定法
当电控单元检测时发现某一输入信号在一定的时间内没有发生变化或变化没有达到预先规定的次数时，自诊断系统就确定该信号出现故障。例如：氧传感器在发动机达到正常工作温度，控制系统进入闭环后，电控单元检测不到氧传感器的输出信号超过一定时间或者氧传感器信号在0．45V上下的情况已超过一定时间，自诊断系统就判定氧传感器信号系统出现故障。
1.2.3 功能判定法
当电控单元给执行器发出动作指令后，检测相应传感器的输出参数发生变化，若传感器输出信号没有按照程序规定的参数变化，就确认执行器或电路出现故障。例如：一般汽车EGR系统装有EGR阀高度传感器，用以检测EGR阀是否正常工作。但有的汽车并没设置EGR阀高度传感器，当电控单元发出开启EGR阀命令后，通过检测进气压力传感器MAP输出信号是否有相应变化，也可以确定EGR阀有无动作，若没有变化，则确认EGR阀及电路有故障。
1.2.4 逻辑判定法
电控单元对两个具有相互联系的传感器进行数据比较，当发现两个传感器信号之间的逻辑关系违反设定条件时，就断定其一定有故障。例如：电控单元检测到发动机转速大于某个转速时，节气门位置传感器输出信号小于某个值，则判定节气门位置传感器出现故障。
当电控单元ECU中的诊断系统检测到故障信号后，便立刻将故障信息以故障代码的形式存储到储存器中，同时点亮故障警告灯，以显示故障信息。电控系统在提高汽车性能的同时，也使汽车的故障诊断变得复杂起来。汽车维修人员通过读故障码，大多数情况下都可以诊断出故障以及故障可能发生的原因和部位。在对汽车维修时，若一味依靠故障码诊断故障，往往会出现判断上的失误造成不必要的损失。故障码仅仅是电控单元（ECU）程式的界定系统是否“正常”的结论，在复杂多变的情况下，电控单元（ECU）不一定能够真正的判明故障所在部位。因此，在对电控汽车进行维修时应综合分析判断，结合汽车自诊断结果、汽车故障的现象来寻找故障部位。
2 汽车故障自诊断系统的异常诊断
汽车故障自诊断系统诊断出的故障码储存在随机储存器（RAM）中，故障码可长期保存，清除故障码需要断开专门的随机储存器连接电路或者直接断开蓄电池。汽车故障自诊断系统纪录和储存错误的故障码，对电控汽车维修带来许多不便。在以下三种情况时，故障码容易出现错误信息。
2.1 汽车运行时故障明显，传感器有故障而自诊断系统没有监测到
汽车电控单元（ECU）对传感器信号进行检测时，只能接受其设定范围之内的传感器非正常信号，从而判别传感器的好坏，记录或不记录故障码，一旦解读故障码后，只要对相应的传感器、导线连接器、导线进行检查，找到并排除短路、断路的故障即可。但是，若因某种原因致使传感器灵敏度下降、反应迟钝、输出特性偏移时（也就是说传感器没有完全失效时）自诊断系统就不能检测出来。尽管汽车确有故障现象表现出来，但是汽车自诊断系统却输出了“系统正常”的代码（故障指示灯不闪烁）。这种情况下维修人员会对检测设备或者汽车产生怀疑。维修人员应该依据汽车的故障征兆进行分析判断，继而对传感器单体进行针对性检测（数据流等），以便找到并排除传感器故障。例如，当发动机转速失速并伴有行驶中发动机怠速不稳，但自诊断系统又没有故障码输出时，首先值得考虑和怀疑的便是空气流量传感器或者进气压力传感器出了故障，因为这两者性能的好坏，直接影响ECU所控制的发动机基本的燃油喷射量。尽管此时没有显示相应的故障码，也应该对它们进行检查。例如，当空气流量壳体产生裂纹漏气时，便会导致空气流量传感器计量不准，使发动机转速失调，而电控单元ECU的自诊断系统并不能检测到这种故障现象，没有故障码输出。
2.2 发动机故障现象相似，ECU监测失误，自诊断系统可能显示错误的故障码
大众汽车的节气门传感器灵敏度下降、反应迟钝等情况导致发动机的空燃比失调与空气流量计灵敏度下降造成空燃比失调的故障现象类似，自诊断系统会显示“节气门传感器”或者“空气流量计”的故障码。对于装有三元催化转换器的电控汽车，一旦使用过含铅汽油，这类故障特性有时较为明显。在汽车进行检测时，经常会发现故障码显示的是“水温传感器断路或短路”故障，而发动机不能提速。显然这些故障与水温传感器的关系不大，在对水温传感器进行测量后并未发现任何故障。但是，当从汽车上拆下三元催化转换器并打开后发现，三元催化转换器内部堵塞严重，因此可以断定发动机故障是由此引起的。因此当自诊断系统出现故障码以后，还应该与发动机的实际故障症状进行分析比较，以得到正确合理的判断，不应该将故障码当作排除故障的唯一依据。
2.3 汽车电控系统维修不当也可能引发错误的故障码
在对电控汽车实施维修时，由于维修人员维修不当或者操作失误，也会导致自动变化系统输出错误的故障码。例如，在发动机运转过程中，无意把传感器插头拔下，每拔一次传感器插头，自诊断系统就会记录一次故障码。另外，若在上一次汽车维修时，由于操作不当未能完全清除掉旧的故障码，那么电控单元也同样将原来旧的故障码保存其内，因此在对电控汽车维修时要加以注意，不应造成不必要的人为故障码，给维修工作带来混乱和困难。
对于电控单元诊断仪器的使用仅仅限于读码、清码，忽略了数据流检测这最重要的检测方法。其实对于车辆故障的诊断，有时候出现故障并不一定有故障码的出现，如上所述。这时我们就可以借助数据流分析的方法进行判断。此时则需要维修人员灵活运用汽车专业基础和理论知识。
通过对数据流的分析，会很容易地判断出故障所在部件。
3 汽车故障自诊断系统异常诊断的实例
3.1 第一例：故障现象是桑塔纳2000Gsi或捷达AHP发动机冷车不易着车，起动后怠速不稳，热车后加速不良
3.1.1 故障诊断分析及处理：
热车加速不良，而且提速困难。进行正常保养，更换过火花塞。使用解码器读取故障码有以下故障码：00561—混合气自适应超过自适应界限；00553------空气流量计传感器(G70)。
3.1.2 读取数据流显示如下：
1) 000组中:混合气成份测量值为 109 ， 低于标准值115-141(相当于-0.64ms —— +0.64ms)；
2) 001组 760-800 1.9-2.00 3 8-9.0 ；
3) 002组 760-800 1.9-1.95 4.42 3.1 ；
4) 003组 760-800 13 100 80 ；
5) 005组 790-820 800 0.0-0.8 3.3 ；
6) 006组 800-810 -0.8-0.0 0.8-0.16 10 ；
7) 007组 9% -0.8-0.0 0 1；
8) 023组 0100-0000 82.7 72.2 30.6；
9) 098组 4.4 3.7 怠速 匹配错误
3.1.3 数据流分析如下：
1) 00组中的混合气成份测量值为 109 ， 低于标准值115-141，表示混合比不正常，与控制单元记录的00561故障码相呼应；混合气超过规定数值。
2) 001组中的发动机负荷、节气门角度、点火提前角数值在规定值之内。
3) 002组中的发动机负荷、空气质量计量值在规定值之内。
4) 003组中的电瓶电压、水温、进气温度值在规定值之内。
5) 005组中的怠速控制值、进气空气量值在规定值之内。
6) 006组混合气过量空气系数控制值在规定值之内。
7) 007组中的氧传感器电压在规定值之内。
8) 023组中的状态值表示节气门匹配完成，并且调节正常。
9) 098组数据流显示节气门匹配错误；如果基本设置正常完成，098组第四位数据应是“OK”。这点与023组数据不符合。
3.1.4 汽油机的混合气的制备的分析：
3.1.4.1完全燃烧1㎏汽油大约需要14.6㎏的空气。令这个标准空燃比时的过量空气系数λ=1。稀混合气如(λ=1.1)时吸入的空气比较多；而浓混合气(如λ=0.9)时吸入的空气较少。发动机最大功率和较好的工况处于浓混合气区；而从减小燃油消耗出发，希望发动机在稀混合气区工作。发动机控制器根据节气门开度和发动机转速计算出控制电压信号，此外还需要氧传感器予以精确调控。因此，空量比正常与否，依靠氧传感器的数值来评判。以下工况电控单元依靠节气门信号、空量信号、温度、转速、爆震等信号来实施。
3.1.4.2混合气加浓：作用于冷起动，暖机运转、怠速运转和满负荷工况，分述如下：
a)冷起动：冷起动时，电控单元根据水温指令喷嘴在起动时额外喷射燃油到进气总管以便冷起动。
b)暖机运转：冷起动以后，为了暖机必须供给浓混合气。暖机阀调节装置随温度、时间变化改变控制压力。在相等的空气流量的条件下控制压力的降低使阀片有较大的行程并获得适当的加浓混合气。
c)怠速：电控单元使节气门中的阀片发生微小偏转。通过这个微小的偏转产生一个怠速所需怠速供给的空气流量。
d)满负荷：为了在满负荷时使发动机输出最大功率，电控单元根据节气门传感器信号、转速信号来发出加浓信号使混合气变浓。
3.1.5 理想工况分析：
以上工况的主要参考信号是：转速、空量计、爆震信号。转速信号提供喷油和点火的基本参考参数，爆震信号修正点火信号。假设发动机缸压完全没有问题，空量计提供的喷油量正确（达到理论空燃比），转速信号提供的点火提前角度没有问题并且点火能量能够及时点燃可燃混合气；理论上说可燃混合气可以完全燃烧，氧传感器检测到的废气中氧含量为零。
3.1.6 异常工况分析：
假设空气供给异常、燃油供给异常、点火供给异常，不能充分燃烧，氧传感器检测到的废气中氧含量超标。电控单元根据氧传感器检测信号调整供油量，如果减少的或者增加的供油量仍不能使发动机中可燃混合气充分燃烧，电控单元依靠氧传感器信号力图从氧含量的变化中获取信息，参于混合气的再次调节，但混合气调节超过自适应值，太高或太低。MAF值比较大，ECU根据此信号值调节A/F值，其无法调节到理想A/F值，故产生调整到极限值的故障码。应检查点火系和换MAF。只有对电控单元的原理深刻理解和分析，才可得出正确的诊断结论。
3.1.7 故障排除：
检查电瓶的启动电压，水温感应器；有问题更换后清码在作一个基设定。再检测空气流量计和更换氧传感器。起动发动机，保持怠速运转状态。007显示组，观察氧传感器G39反馈信号电压，该信号电压能够在0．1V—1．0V之间波动，但变化频率很慢。进行油压测试，怠速状态油压表显示为0．25MPa。加油门时油压表指针在0．28-0．30MPa之间摆动。关闭点火开关10min后，燃油系统保持压力为0．16MPa。油压值均符合标准，可以判定燃油泵工作性能良好，油压调节器正常。
1）清洗燃油系统、节气门体后进行基本设置，但仍不见成效。
2）检查并清洗空气流量计，更换氧传感器后故障依旧。
3）检查点火系统，发现l、4缸火花塞火花较弱。考虑到此车1、4缸共用同一点火线圈，更换点火线圈N152后，故障彻底排除。
3.1.8 排除结果：
由此得知：点火模块工作不良造成1、4缸点火能量不足，导致混合气燃烧状况变差是该故障的根本原因。造成类似故障的元件还有： 油压、空气流量计、节气门位置传感器、氧传感器。因此，要正确理解汽车自诊断系统，就应该正确理解诊断系统的设置条件：
3.1.8.1从最初简单的对输出、输入部件线路电压监测，如当监测电压在短路状态时的低电位，在断路状态时的高电位以及线路电压的突变超过自诊断系统内部设定的电压门限值时，自诊断系统根据监测电压所对应的线路端口及故障症状对应原先设定在只读存储器ROM中的代码序号设定相应的故障码。早期自诊断系统只能识别或者说是设置少量的故障码，而且故障码的内容也仅限于线路的开路、短路，信号的丢失、不全，工作执行元件电流的异常变化之类。
3.1.8.2由于控制精度的要求以及各个监测诊断系统诊断要求的不同，故障码的内容再也不仅仅局限于电压过高、电压过低或者信号不存在等简单的表述了，新出现了燃油配平系统长期过浓、MAP性能下降、EGR系统位置偏差等等粗看让人一时难以看懂的故障码。而且这些故障的设置往往随监测系统的特殊要求有其特定的条件。在调取故障诊断代码之后，仔细翻阅维修手册，查找到相应的故障信息、故障设置条件、故障设置后采取策略显得非常重要。
3.2 第二例：故障现象是桑塔纳2000Gsi或捷达AHP发动机怠速不稳、加速时冒黑烟。
3.2.1 故障诊断：
1） 读故障码：00561混合气自适应超限和00522水温传感器断路/对正极短路；传感器断路/对地短路。记下故障码后清码，重新读码，只有“00522”水温传感器。经查水温传感器为0Ω，更换后发现故障照旧。至此，故障码作用已尽。
2）不读数据流诊断方法：怠速不稳，清洗节气门体后重做基本设置；冒黑烟，查油压，正常。清洗喷油器，换汽油滤清器。再次发动，发现仍冒黑烟，但怠速已变平稳。由于还冒烟，就更换氧传感器，但无效。检查火花塞与高压线，高压线正常，火花塞间隙较大且发黑。更换火花塞，试车故障现象减弱，但加速时仍冒黑烟。怀疑ECU损坏；或是点火线圈损坏，气门正时不当，或是空气流量计损坏。本着从简到繁、从不换件到换件的程序，检查配气正时，良好；更换点火线圈，无效；更换空气流量计后，故障消除。
3）读数据流诊断方法（以桑塔纳2000GSi为例）：
对于排气管冒黑烟且怠速不稳的发动机，可读01、02组和07组的数据流。
a) 从07组读到：混合气λ控制-23%（正常是-10%～10%），λ传感器电压0.6V～0.8V(正常是0.1v～1.0V)。这说明混合气确实过浓，已远远超过了λ控制的能力。
b) 从02组读到：发动机负荷2.8ms (正常是0～2.5ms); 发动机循环喷射流量为5.8g/s (正常为2.0～4.0g/s)。
c) 从01组读到节气门开度角为4°～5°（正常是0°～5°），虽未超限，也偏大。
3.2.2故障排除：
怠速时，由于节气门位于怠速位置，ECU又力求按怠速来调节发动机转速，所以λ控制超限。而进气流量过大，ECU认为是发动机负荷大，又不会减少喷油量（即喷射持续时间），导致怠速忽高忽低。由于怠速喷油量大，加速时喷油量就更大，导致排气管冒黑烟。清洗节气门体、更换空气流量计后故障消除。读数据流，作了定量分析，可以有目的地去检测更换有关元件。使用读数据流的方法换了火花塞和点火线圈，减少了故障诊断时间，省工省料。
4 自诊断系统与跛行系统
汽车正常运行时，电控单元ECU的输入、输出信号的电压值都有一定的变化范围。当某一信号的电压值超出了这一范围，并且这一现象在一段时间内不会消失，ECU便判断为这一部分出现故障。ECU把这一故障以代码的形式存入内部随机存储器（RAM），同时点亮故障检查灯。当某电路产生了故障后，其信号就不能作为发动机的控制参数而使用。
为了维持发动机的运转，ECU 便从其程序存储器（ROM）中，调出某一固定值，作为发动机的应急参数，保证发动机可以继续运转。当ECU中的电控单元出现故障时，ECU自动启用后备控制回路对发动机进行简单控制，使汽车可以开回家或是到附近的汽修厂进行修理，这样的功能就是故障运行，又称“跛行”模式。另一方面，当ECU检测到某一执行器出现故障时，为了安全起见，采取一些安全措施。这种功能叫作故障保险。
ECU故障诊断是针对系统中的传感器、电控单元和执行器进行的。当传感器和电控单元发生故障时，往往采取故障运行方式；而当执行器发生故障时，往往采取故障保险措施。
4.1 传感器的故障自诊断与故障运行
由于传感器本身就是产生电信号的，因此，对传感器的故障诊断不需要专门的线路，而只需要在软件中编制传感器输入信号识别程序即可实现对传感器的故障诊断。水温传感器的正常输入电压值为0.3-4.7V，对应的发动机冷却水温度为-30℃-120℃。所以，当ECU检测到的电压信号超出此范围，如果是偶尔一次，ECU的诊断程序不认为是故障。但如果不正常信号持续一段时间，则诊断程序即判定冷却水温传感器或其电路存在故障。ECU将此情况以代码（此代码为设计时已经约定好的代表水温传感器信号异常故障的数字码）的形式存入随机存储器中。同时，通过检查故障警告灯，通知驾驶员和维修人员发动机电控系统中出现故障。当ECU发现水温传感器不正常后，便采用一个事先设定的常数来作为水温信号的代用值，使系统处于运行状态。
4.2 电控单元的故障自诊断与后备回路
电控单元如果发生故障，控制程序就不可能正常运行，电控单元处于异常工作状态。这样便会使汽车因发动机控制系统故障而无法行驶。为了保证汽车在电控单元出现故障时仍能继续运行，在控制系统工程中，设计有后备回路（备用集成电路系统）。当ECU的电控单元发生故障时，ECU自动调用后备回路完成控制任务，进入简易控制运行状态，用固定的控制信号，使车辆继续行驶。由于该系统只具备维持发动机运转的简单功能而不能代替电控单元的全部工作，所以此后备回路的工作又称为“跛行”模式。采用备用系统工作时，故障指示灯亮。电控单元工作是否正常是由被称为监视回路的电路进行监视的。监视电路中安装有独立于电控单元之外的计数器。电控单元正常运行时，由电控单元的运行程序对计数器定时进行清零处理。这样，监视电路中计数器的数值是永远不会出现溢出现象的。当电控单元出现不正常运行现象时，电控单元不能对这个计数器进行定时清零，致使此监视计数器发生溢出现象。监视计数器溢出时输出的电平由低电平变为高电平（此输出一般为计数器的进位标志。当计数器达到其最大值时，再增加一个计数脉冲，计数器便出现溢出现象。此时，计数器的溢出端的电平将由低电平变为高电平；同时，将计数器清零）。计数器输出电平的这一变化，将直接触发备用回路。备用回路只按照起动信号和怠速触点闭合状态，以恒定的喷油持续时间和点火提前角对喷油器和点火器进行控制。
4.3 执行器的故障诊断和故障保险
汽车电子控制系统中，执行器是决定发动机运行和汽车行驶安全的主要器件，当执行器发生故障时，往往会对汽车的行驶造成一定的影响。因此，对于执行器故障的处理方法通常是：当确认为执行器故障时，由ECU根据故障的严重程度采取相应的安全措施的实施，在控制系统中，又专门设计了故障保险系统。
由于ECU对执行器进行的是控制操作，控制信号是输出信号。因此，要想对各执行器的工作情况进行诊断，一般要增设故障诊断电路，即ECU向执行器发出一个控制信号，执行器要有一条专用回路来向ECU反馈其执行情况。发动机电子控制系统中，对执行器进行故障诊断的典型部件是点火器。正常情况下，当ECU对点火器进行控制时，点火器每进行一次点火，便由点火器内的点火确认电路将点火执行情况以电信号的形式反馈给ECU。当点火线路或点火器出现故障时，ECU发出点火控制命令后，得不到反馈信号；此时ECU便认为点火器已经不能正常工作。由于发动机工作时，如果点火系统发生故障，便会使未燃烧的混合气进入排气装置和排气管道。排气净化装置中的催化剂温度就会大大超过允许值。同时，未燃烧的混合气在排气管内聚集过多，还会引起排气系统的爆炸。为此，采用故障保险系统，当ECU接收不到点火确认信号后，立即切断燃油喷射系统电源，停止燃油的喷射。
总之，使用汽车电控系统诊断仪，维修人员可以快速、方便、准确地定位故障，从而顺利地排除故障。但是仪器的功能再强大，产生的功效如何还是要靠维修人员的能动性。
