現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)自診斷系統(tǒng)探討

1、天 津 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院?？飘厴I(yè)論文題目：現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)自診斷系統(tǒng)探討完成期限：2016年1月8日 至 2016年4月20日學(xué)習(xí)中心：嘉興專業(yè)名稱：電氣自動(dòng)化技術(shù)學(xué)生姓名：姚建良學(xué)生學(xué)號(hào)：132092433075指導(dǎo)教師：郭永芳天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文第1章 自診斷系統(tǒng)的概述 在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，電子控制單元（ECU）都具設(shè)有自診斷系統(tǒng)，對(duì)控制系統(tǒng)各部分的工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)ECU檢測(cè)到來自傳感器或輸送給執(zhí)行元件的故障信號(hào)時(shí)，立即點(diǎn)亮儀表盤上的故障指示燈，以提示駕駛員發(fā)動(dòng)機(jī)有故障；同時(shí)，系統(tǒng)將故障信息以設(shè)定的數(shù)碼（故障碼）形式儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中，以便幫助維修人員確定故障類型和范圍

2、。對(duì)車輛進(jìn)行維修時(shí)，維修人員可通過特定的操作程序（有些需借助專用設(shè)備）調(diào)取故障碼。故障排除后，必須通過特定的操作程序清除故障碼，以免與新的故障信息混雜，給故障診斷帶來困難。 第2章 自診斷系統(tǒng)的功能現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)中，一般都設(shè)有故障自診斷系統(tǒng)。故障自診斷系統(tǒng)主要由ECU中的部分軟件和“故障指示燈”等組成，不需要專門的傳感器。電控系統(tǒng)工作時(shí)，自診斷系統(tǒng)對(duì)電控系統(tǒng)各種輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并運(yùn)用程序進(jìn)行推理、判斷，將結(jié)果迅速反饋到主控系統(tǒng)，改變控制狀態(tài)；此外，還根據(jù)自診斷結(jié)果控制“故障指示燈”工作。故障自診斷系統(tǒng)的功能主要包括：（一）.發(fā)現(xiàn)故障輸入到微處理器的電平信號(hào)，在正常狀態(tài)下有一定的范

3、圍，如果此范圍以外的的信號(hào)被輸入時(shí)，ECU就會(huì)診斷出該信號(hào)系統(tǒng)處于異常狀態(tài)下。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫信號(hào)系統(tǒng)規(guī)定在正常狀態(tài)時(shí)，傳感器的電壓為0.08-4.8V(-50-+139攝氏度)，超出這一范圍即被診斷為異常。但自診斷系統(tǒng)對(duì)所設(shè)故障碼以外的故障無能為力，特別是機(jī)械裝置、真空裝置等，自診斷系統(tǒng)無法對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)這些裝置的故障還應(yīng)采取傳統(tǒng)的檢測(cè)診斷方法。如果微機(jī)本身發(fā)生故能障則由設(shè)有緊急監(jiān)控定時(shí)器(WDT)的時(shí)限電路加以監(jiān)控；如果出現(xiàn)程序異常，則定期進(jìn)行的時(shí)限電路的再設(shè)置停止工作，以便采用微機(jī)再設(shè)置的故障檢測(cè)方法。 （二）.故障分類 當(dāng)微機(jī)工作正常時(shí)，通過診斷用程序檢測(cè)輸入信號(hào)的異常情況，再根

4、據(jù)檢測(cè)結(jié)果分為不導(dǎo)致將被障礙的輕度故障、引起功能下降的故障以及重大故障等。并且將故障按重要性分類，預(yù)先編輯在程序中當(dāng)微機(jī)本身發(fā)生故障時(shí)，則通過WDT進(jìn)行重大故障分類。 （三）.故障報(bào)警 一般通過設(shè)置在儀表板上報(bào)警燈的閃亮來向車主報(bào)警。在裝有顯示器 的汽車上，也有直接用文字來顯示報(bào)警內(nèi)容的。 （四）.故障存儲(chǔ) 當(dāng)檢測(cè)故障時(shí)，在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)故障部位的代碼，一般情況下，即使點(diǎn)火開關(guān)處于斷開位置，微機(jī)和存儲(chǔ)部分的電源也保持接通狀態(tài)而不致使存儲(chǔ)的內(nèi)容丟失。只有在斷開蓄電池電源或拔掉保險(xiǎn)絲時(shí)，由于切斷了微機(jī)的電源，存儲(chǔ)器內(nèi)的故障代碼才會(huì)被自動(dòng)消除。 （五）.故障處理在汽車運(yùn)行過程中如果發(fā)生故障，為了不妨礙

5、正常行駛，由微機(jī)進(jìn)行調(diào)控，利用預(yù)編程序中的代用值(標(biāo)準(zhǔn)值)進(jìn)行計(jì)算以保持基本的行駛性能，待停車后再由車主或維修人員進(jìn)行相應(yīng)的檢修。隨著汽車技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的功能大大地提高了，更快更準(zhǔn)確地找出故障所在。對(duì)于該系統(tǒng)在不同的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上，只是或多或少地被采用，普及性在以后必將會(huì)日益地增加。 第3章 自診斷系統(tǒng)的工作原理 電控發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，ECU不斷收到各種傳感器輸入的信號(hào)，也不斷向執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出指令信號(hào)，自診斷系統(tǒng)就是根據(jù)這些信號(hào)來判斷有無故障的。主要分為傳感器故障自診斷原理和執(zhí)行元件故障自診斷原理兩種。（一）.傳感器故障自診斷原理傳感器是向ECU輸送信號(hào)的電控系統(tǒng)元件，不需專

6、門的線路，自診斷系統(tǒng)即可對(duì)各種傳感器進(jìn)行故障自診斷。若某傳感器輸入ECU的信號(hào)超出正常范圍，或在一定時(shí)間內(nèi)ECU收不到該傳感器信號(hào)，或該傳感器輸入ECU的信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化，自診斷系統(tǒng)均判定為“故障信號(hào)”。若故障信號(hào)持續(xù)出現(xiàn)超過一定時(shí)間或多次出現(xiàn)，自診斷系統(tǒng)即判定有故障，并將此故障以故障碼的形式輸入ECU的存儲(chǔ)器中，同時(shí)接通故障指示燈電路警告駕駛員。此外，自診斷系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)故障性質(zhì)，自動(dòng)啟動(dòng)失效保護(hù)系統(tǒng)或應(yīng)急備用系統(tǒng)等。而它只能根據(jù)傳感器輸入信號(hào)來判定有無故障，但不能確定故障的具體部位。（二）.執(zhí)行元件故障自診斷原理電控執(zhí)行元件一般只接收ECU的執(zhí)令信號(hào)，所以在沒有反饋信號(hào)的開環(huán)控制系

7、統(tǒng)中，執(zhí)行元件或其電路是否有故障，自診斷系統(tǒng)只能根據(jù)ECU輸出的執(zhí)令信號(hào)來判斷，其自診斷原理與傳感器類似。帶有反饋信號(hào)的閉環(huán)控制系統(tǒng)（如點(diǎn)火控制系統(tǒng)、爆燃控制系統(tǒng)等）工作時(shí)，自診斷系統(tǒng)還可根據(jù)反饋信號(hào)判別故障。這些系統(tǒng)出現(xiàn)故障，有些會(huì)導(dǎo)致電控系統(tǒng)停止工作。我們從其故障方面，逐步分析，會(huì)使問題更加明朗。主要有以下幾種： 1.當(dāng)某一電路出現(xiàn)超出規(guī)定范圍的信號(hào)時(shí)，故障診斷系統(tǒng)就判定該電路信號(hào)出現(xiàn)故障。如水溫傳感器正常時(shí)其輸出電壓信號(hào)在0.1-4.8V范圍內(nèi)變化。若冷卻水溫度傳感器輸出電壓低于0.1V（相當(dāng)于水溫高于139度）或高于4.8V（相當(dāng)于水溫低于-50度）時(shí)，ECU即判定為故障信號(hào)，存入存儲(chǔ)

8、器。 2.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)ECU在一段時(shí)間里收不到某一傳感器的輸入信號(hào)或輸入信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化，ECU亦判定為故障信號(hào)。如發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU在一分鐘以上檢測(cè)不到氧傳感器信號(hào)在0.3-0.6V間1分鐘以上沒有變化，即判定為氧傳感器電路有故障。 3.發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作中，如果偶然出現(xiàn)一次不正常信號(hào)，ECU診斷系統(tǒng)不會(huì)判斷為故障。只有當(dāng)不正常信號(hào)持續(xù)一定時(shí)間或多次出現(xiàn)時(shí)，ECU才將其判定為故障，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1000r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速信號(hào)（Ne信號(hào)）丟失了3-4脈沖信號(hào)，ECU不會(huì)判定為Ne信號(hào)故障，同時(shí)，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燈也不會(huì)點(diǎn)亮，Ne信號(hào)的故障也不會(huì)存入ECU內(nèi)。 要注意的是，

9、ECU判斷出的故障，只能提供故障的性質(zhì)和范圍，如水溫傳感器與ECU間配線斷路時(shí)，水溫傳感器輸出電壓信號(hào)就會(huì)高于4.8V（正常為0.1-4.8V）。這時(shí)ECU判定和輸出的故障信號(hào)為水溫傳感器發(fā)生故障。最后確定是傳感器、執(zhí)行器或相應(yīng)配線的故障，還應(yīng)進(jìn)一步檢查確定。 第4章 故障信息的顯示方式ECU故障自診斷系統(tǒng)檢測(cè)到故障信號(hào)經(jīng)判斷為故障后，即將故障信息以故障碼的形式存儲(chǔ)到ECU存儲(chǔ)器中。通過一定操作程序?qū)⒐收洗a或故障資料按特定的方式顯示出來。不同車型故障信息的顯示方式也不同。主要有以下幾種： （一）.由檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燈閃爍故障碼。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常無故障時(shí)，接通點(diǎn)火開關(guān)至“ON”位置，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燈點(diǎn)亮

10、。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后轉(zhuǎn)速高于500r/min時(shí)此燈應(yīng)熄滅。否則為有故障發(fā)生，用專用跨接線跨接診斷座或通過其他操作可將故障碼以檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燈的一定閃爍方式顯示出來。故障排除后，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燈在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于500r/min時(shí)熄滅。（二）.用故障顯示燈跨接診斷座上故障診斷輸出端子，或跨接專用檢測(cè)儀器，如百分率表，閉角表，電腦檢測(cè)儀等直接讀取故障碼或故障信息資料。（三）.由主電腦ECU殼體側(cè)面顯示故障碼。（四）.由儀表盤上顯示屏直接顯示故障碼、信息資料及數(shù)據(jù)。 第5章 故障信息的清除故障排除后，故障信息仍儲(chǔ)存在ECU中不能隨故障的排除而自動(dòng)清除，必須通過特定的操作程序。不同車型清除方法也略有不同，一般清除方法

11、是將保險(xiǎn)盒中的“EFI”保險(xiǎn)絲拔下數(shù)秒鐘以上，但也有例外。 第6章 電控系統(tǒng)故障自診斷基本程序電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障后，進(jìn)行故障診斷的基本程序：（一）.向車主調(diào)查 向車主了解故障發(fā)生的時(shí)間、現(xiàn)象、故障發(fā)生前后的情況、近期檢修情況等非常必要，盡管有些車主的描述不夠清楚，但對(duì)車主提供的信息認(rèn)真分析，對(duì)迅速診斷故障都會(huì)有或多或少的幫助。（二）.外部檢查外部檢查的目的是排除一般性的故障成因，避免走彎路；外部檢查的主要內(nèi)容包括：檢查各真空軟管是否損壞、是否連接錯(cuò)誤、是否堵塞，檢查各線束插接器是否連接可靠，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)有無明顯的漏油、漏氣或外部損傷現(xiàn)象等。（三）.調(diào)取故障碼 如果“故障碼指示燈”點(diǎn)亮，按

12、規(guī)定程序調(diào)取故障碼，該調(diào)取故障碼的基本方法可分為兩種：一是使用隨車自診斷系統(tǒng)調(diào)取，二是使用故障診斷儀調(diào)取。 1.利用隨車自診斷系統(tǒng)調(diào)取故障碼此種方法投資少，應(yīng)用比較廣泛，但必須知道被檢車輛的維修資料，如調(diào)取故障碼的操作程序和故障碼含義等，否則無法進(jìn)行故障診斷和檢修。2.使用故障診斷儀調(diào)取故障碼對(duì)于故障診斷儀的使用，必須專用的故障診斷座和統(tǒng)一的故障代碼。 第7章 發(fā)動(dòng)機(jī)自診斷系統(tǒng)應(yīng)用分析 根據(jù)具體情況，進(jìn)行故障碼調(diào)取，以豐田5AFE型發(fā)動(dòng)機(jī)為例。 （一）.調(diào)取故障碼故障碼的調(diào)取方式分為普通狀態(tài)和試驗(yàn)狀態(tài)兩種。1.采用普通方式調(diào)取故障碼時(shí)，將點(diǎn)火開關(guān)打開，但不起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，用專用跨接線短接故障診斷座

13、上的“TE1”與“E1”端子，儀表盤上的故障指示燈即閃爍輸出故障碼。2. 采用試驗(yàn)方式調(diào)取故障碼，首先關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，用專用跨接線短接故障診斷座上的“TE2”與“E1”端子；然后再打開點(diǎn)火開關(guān)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并以不低于10km/h的車速進(jìn)行路試；路試后，再用另一根專用短接線將診斷座上的“TE1”與“E1”端子短接，儀表盤上的故障指示燈閃爍輸出故障碼。若無故障碼儲(chǔ)存，故障指示燈等間隔地閃爍，其中亮、熄的時(shí)間為0.25s，輸出的是正常碼。若有故障碼儲(chǔ)存，故障指示燈將不斷地閃爍循環(huán)顯示所有的故障碼，每一循環(huán)依數(shù)值小的故障碼在前、數(shù)值大的故障碼在后的順序顯示，直到拆下診斷座上的專用短接線為止；豐田車系故障

14、碼為兩位數(shù)，故障指示燈閃亮與熄滅的時(shí)間均為0.5s，閃亮的次數(shù)代表故障碼數(shù)值，一個(gè)故障碼的十位與個(gè)位之間有1.5s熄滅的間隔，兩個(gè)代碼之間有2.5s熄滅的間隔，每一循環(huán)重復(fù)顯示之間有4.0s熄滅的間隔。例如，有14和32兩個(gè)故障碼，輸出波形如下圖1.1所示。（二）.清除故障碼當(dāng)故障被排除后，應(yīng)將ECU中存儲(chǔ)的故障碼清除，方法有兩種：一是關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，從熔絲盒中拔下EFI熔絲（20A）10s以上；二是將蓄電池負(fù)極電纜拆開10s以上，但此種方法同時(shí)使時(shí)鐘、音響等有用的存儲(chǔ)信息丟失。備用系統(tǒng) 應(yīng)急備用系統(tǒng)功能是當(dāng)控制系統(tǒng)電腦發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)啟用備用系統(tǒng)（備用集成電路），按設(shè)定的信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入強(qiáng)制

15、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以防車輛停駛在路途中。應(yīng)急備用系統(tǒng)只能維持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本功能，但不能保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能。隨著汽車技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)必將日益完善起來。結(jié) 論現(xiàn)代汽車的技術(shù)性能已變得越來越好，結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜，同時(shí)，故障診斷的難度也有了相應(yīng)的增加，人們迫切需要提高系統(tǒng)的可靠性、可維修性和安全性，因而有必要建立一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，不斷檢測(cè)系統(tǒng)的變化和故障信息，進(jìn)而采取必要的措施，防止事故的發(fā)生。因此，汽車故障診斷技術(shù)得到迅速發(fā)展，已成為科技研究的熱點(diǎn)之一。汽車故障診斷技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它涉及多門學(xué)科，如現(xiàn)代控制理論、信號(hào)處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)工程、人工智能、電子

16、技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)以及相關(guān)的應(yīng)用學(xué)科。近年來，一些新的科學(xué)分支的出現(xiàn)和發(fā)展及其在設(shè)備故障診斷中的成功應(yīng)用，為汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展開拓了新的途徑。如基于信號(hào)處理的小波分析法、基于人工智能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法；分形幾何在汽車故障診斷中的應(yīng)用等。隨著計(jì)算機(jī)、電子、汽車等高新技術(shù)的發(fā)展，汽車故障診斷技術(shù)發(fā)展會(huì)非常迅速，將朝著網(wǎng)絡(luò)化、多功能化、智能化和專家系統(tǒng)化發(fā)展的方向邁進(jìn)，以微機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)組織并綜合集成各種專用分析儀器，資源共享?，F(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)的研究和生產(chǎn)應(yīng)用，今后必將得到更加深入和迅速的發(fā)展，在生產(chǎn)力發(fā)展中發(fā)揮更大作用。致 謝歷時(shí)將近一個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了許多的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師郭永芳  老師，他對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有