第三部分  數據分析


　　數據參數分析是診斷電子控制系統故障的重要方法之一。數據參數是控制電腦對所控制的系統正運行的控制狀態(tài)的數量表現形式。數據參數分析是運用各種測試手段對控制系統的各類(lèi)相關(guān)數據參數進(jìn)行綜合分析的過(guò)程。數據參數分析在測量結果顯示方式上可分為數值顯示和波形顯示兩種方式，在測量手段上又可以分為電腦通訊式測量和電路在線(xiàn)式測量以及元件模擬式測量三種。
　　一、顯示方式
　　數值顯示是對控制電腦串行數據參數的數字表示方式，它對開(kāi)關(guān)量(或稱(chēng)為數字量或非連續性)參數可以精確地描述出狀態(tài)的變化，但是對模擬量參數特別是高速變化的模擬量因串行輸出的原因，只能間斷地反映出某個(gè)數據參數值的變化，特別是當串行數據較多而刷新速率較慢時(shí)。波形顯示是對數據參數的連續性圖形表示方式，它對開(kāi)關(guān)量和模擬量參數都可以精確描述，特別是對高速變化的模擬量可以準確形象地描述變化過(guò)程的全貌，有利于捕捉突變的信號變化(故障)。
　　二、測量手段
　　數據參數的測量手段是獲取數據值的具體途徑，常見(jiàn)的方式有電腦通訊式、電路在線(xiàn)測量式和元件模擬式三種。
　　(一)電腦通訊式
　　電腦通訊方式是通過(guò)控制系統在診斷插座中的數據通訊線(xiàn)將控制電腦的實(shí)時(shí)數據參數以串行的方式傳送給診斷儀。之所以稱(chēng)其為數據流是因為數據的傳輸是像隊伍排隊一樣一個(gè)一個(gè)通過(guò)通訊線(xiàn)流向診斷儀。在數據流中包括故障碼的信息、控制電腦的實(shí)時(shí)運行參數、控制電腦與診斷儀之間的相互控制指令。診斷儀在接受到這些信號數據后，按照預定的通訊協(xié)議將其顯示為相應的文字和數碼，以使維修人員觀(guān)察系統現在的運行狀態(tài)并分析這些內容，發(fā)現其中不合理或不正確的信息，進(jìn)行故障的診斷。電腦診斷儀有兩種，一種稱(chēng)為掃描儀(scan tool)，另一種稱(chēng)為專(zhuān)用診斷儀。
　　1．掃描儀(SCANTOOL)
　　掃描儀的主要功能有：控制電腦版本的識別、故障碼讀取和清除、動(dòng)態(tài)數據參數顯示、傳感器和部分執行器的功能測試與調整、某些特殊參數的設定、維修資料及故障診斷提示及路試記錄等。掃描儀可測試的車(chē)型較多，適應范圍也較寬，因此被稱(chēng)為通用型儀器，但它與專(zhuān)用診斷儀相比，無(wú)法完成某些特殊功能。這也是大多數通用儀器的不足之處。
　　2．專(zhuān)用診斷儀
　　專(zhuān)用診斷儀是汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家的專(zhuān)業(yè)測試儀，它除了具備掃描儀的各種功能外，還有參數修改、數據設定、防盜密碼設定、更改等各種特殊功能。專(zhuān)用診斷儀是各汽車(chē)廠(chǎng)家自行或委托設計的專(zhuān)業(yè)測試儀器，它只適用于本廠(chǎng)家生產(chǎn)的車(chē)型。
　　掃描儀和診斷儀的動(dòng)態(tài)數據的顯示功能不僅可以對控制系統的運行參數(最多可達上百種參數)進(jìn)行數據分析，還可以觀(guān)察電腦的動(dòng)態(tài)控制過(guò)程，因此它具有從電腦內部分析控制過(guò)程的診斷功能。它是我們進(jìn)行數據分析的主要手段。
　　(二)在線(xiàn)測量方式
　　電路在線(xiàn)式測量是通過(guò)對控制電腦電路的在線(xiàn)檢測(主要指電腦的外部連接電路)，將控制電腦各輸入、輸出端的電信號直接傳送給電路分析儀的測量方式。電路分析儀器有兩種，一種是汽車(chē)萬(wàn)用表，另一種是汽車(chē)示波器。
　　1．汽車(chē)萬(wàn)用表
　　汽車(chē)萬(wàn)用表是用數字或模擬顯示的方式反映電路中電參數的動(dòng)態(tài)變化的專(zhuān)業(yè)儀器，它能夠對電路上的電參數進(jìn)行間斷式數字顯示，是分析單條電路上電信號數值變化的基本儀表。同時(shí)汽車(chē)萬(wàn)用表還可以對電器元件進(jìn)行單獨測試，通過(guò)元件的靜態(tài)參數測量確定其好壞。汽車(chē)萬(wàn)用表通常只有一個(gè)測量通道。
　　2．汽車(chē)示波器
　　汽車(chē)示波器是用波形顯示的方式表現電路中電參數的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的專(zhuān)業(yè)儀器，它能夠對電路上的電參數進(jìn)行連續式圖形顯示，是分析復雜電路上電信號波形變化的專(zhuān)業(yè)儀器。汽車(chē)示波器通常有兩個(gè)或兩個(gè)以上的測試通道，它可以同時(shí)對多路電信號進(jìn)行同步顯示，具有高速動(dòng)態(tài)分析各信號間相互關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)，通常汽車(chē)示波器設有測試菜單，使用時(shí)無(wú)需像普通示波器那樣做繁瑣的設定，只需點(diǎn)一下要測試的傳感器或執行器的菜單就可以自動(dòng)進(jìn)入測量。電子存儲示波器還具有連續記憶和重放功能，便于捕捉間歇性故障。同時(shí)也可通過(guò)一定的軟件與PC機連接，將采集的數據進(jìn)行存儲、打印、再現。
　　(三)元器件模擬方式
　　元件模擬式測量是通過(guò)信號模擬器替代傳感器向控制電腦輸傳送模擬的傳感器信號，并對控制電腦的響應參數進(jìn)行分析比較的測量方式。信號模擬器有兩種，一種是單路信號模擬器，另一種是同步信號模擬器。
　　1．單路信號模擬器
　　單路信號模擬器是單一通道信號發(fā)生器，它只能輸出一路信號，模擬一個(gè)傳感器的動(dòng)態(tài)變化信號。主要模擬信號有可變電壓信號0～15V，可變交直流頻率信號0～10kHz，可變電阻信號0～200kΩ。單路信號模擬器的功用有兩個(gè)，一個(gè)是用對比式手段去判斷被模擬的傳感器的好壞，另一個(gè)是用可變模擬信號去動(dòng)態(tài)分析電腦控制系統的響應，進(jìn)而分析控制電腦及系統的工作情況。
　　2．同步信號模擬器
　　同步信號模擬器是兩通道以上的信號發(fā)生器，它主要用于產(chǎn)生有相關(guān)邏輯關(guān)系的信號，如曲軸轉角和凸輪軸傳感器同步信號，用于模擬發(fā)動(dòng)機運轉工況，完成在發(fā)動(dòng)機未轉動(dòng)的情況下對控制電腦進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應數據分析的試驗。同步信號模擬器的功用也有兩個(gè)，即用對比方式比較傳感器好壞，以及分析電腦控制系統的響應數據參數。
　三、數據分析方法
　　數據分析方法有以下幾種方法，即數值分析法、時(shí)間分析法、因果分析法、關(guān)聯(lián)分析法、比較分析法等。
　　(一)數值分析法
　　數值分析是對數據的數值變化規律和數值變化范圍的分析。即數值的變化，如轉速、車(chē)速、電腦讀值與實(shí)際值的差異等。
　　在控制系統運行時(shí)，控制模塊將以一定的時(shí)間間隔不斷接收各個(gè)傳感器的輸入信號和向各個(gè)執行器發(fā)出控制指令，對某些執行器的工作狀態(tài)還根據相應傳感器的反饋信號再加以修正。我們可通過(guò)診斷儀器讀取這些信號參數的數值加以分析。
　　如系統電壓，在發(fā)動(dòng)機未起動(dòng)時(shí)，其值應約為當時(shí)的蓄電池電壓，在起動(dòng)后應約等于該車(chē)充電系統的電壓，若出現不正常的數值，表示充電系統或發(fā)動(dòng)機控制系統可能出現故障(因有些車(chē)型的充電系統是由發(fā)動(dòng)機控制電腦控制的)，有時(shí)甚至是電腦內部的電源部分出現故障。
　　又如在進(jìn)行ABS系統的測試時(shí)，應注意觀(guān)察四輪的輪速信號值(對四輪ABS系統)，在未施加制動(dòng)時(shí)，四輪輪速在正常情況下應基本一致(除非四個(gè)輪在某一時(shí)刻行駛在不同附著(zhù)系數的路面上)，在施加制動(dòng)但AB$功能尚未起作用時(shí)，四輪輪速會(huì )出現不一致，而一旦ABS功能起作用，四輪輪速將趨于一致，否則表示制動(dòng)系統或控制系統可能存在故障。在某些前驅動(dòng)的車(chē)型上，若因半軸外鼠籠損壞更換時(shí)，可能未對新鼠籠上的ABS信號發(fā)生器齒環(huán)的齒數和齒環(huán)直徑進(jìn)行測量，安裝后輪速信號始終錯誤，ABS故障燈將點(diǎn)亮，故障碼提示輪速錯誤，但在觀(guān)察時(shí)又有輪速信號，這時(shí)應注意各個(gè)輪速信號的頻率或電壓，在有些系統中可直接讀到輪速值。
　　對于發(fā)動(dòng)機不能起動(dòng)(起動(dòng)系統正常)的情況，應注意觀(guān)察發(fā)動(dòng)機轉速信號(用診斷儀)，因大多數發(fā)動(dòng)機控制系統在對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行控制時(shí)都必須知道發(fā)動(dòng)機的轉速(取信號的方式各車(chē)型會(huì )不同)，否則將無(wú)法確定發(fā)動(dòng)機是否在轉動(dòng)，當然也無(wú)法計算進(jìn)氣量和進(jìn)行點(diǎn)火及噴油的控制。
　　又如某些車(chē)型冷卻風(fēng)扇的控制不是采用安裝在散熱器上的溫控開(kāi)關(guān)，而是發(fā)動(dòng)機控制電腦接收冷卻液溫度傳感器的電壓信號，判斷冷卻液的溫度變化，當達到規定的溫度點(diǎn)時(shí)，電腦將控制風(fēng)扇繼電器接通，使風(fēng)扇工作。如一輛克萊斯勒汽車(chē)，發(fā)動(dòng)機起動(dòng)時(shí)間不長(cháng)，冷卻風(fēng)扇即工作，此時(shí)憑手感只有40～50℃，有的人因無(wú)法找到真正的故障原因，只得改動(dòng)風(fēng)扇的控制電路，用一個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)人工控制。根據該車(chē)的電路圖，可確定該車(chē)的風(fēng)扇是由電腦控制的，故接上檢測儀，沒(méi)有故障碼存在，但在觀(guān)察數據時(shí)發(fā)現，電腦讀取的冷卻液溫度為115℃。根據該車(chē)的設計，發(fā)動(dòng)機電動(dòng)冷卻風(fēng)扇的工作點(diǎn)為102～105℃，停止點(diǎn)為96～98℃。所以可以判斷電腦對風(fēng)扇的控制電路是正常的，問(wèn)題在于電腦得到的溫度信號是不正確的，這可能是由于冷卻液溫度傳感器、線(xiàn)束接頭或電腦本身有故障。經(jīng)檢查發(fā)現傳感器的阻值不正確，更換后一切正常。有人會(huì )問(wèn)，為什么沒(méi)有故障碼呢?這是因為該車(chē)在故障碼的設定中，只規定了開(kāi)路(讀值一般為-35℃以上)和短路(讀值一般為120℃以上)狀態(tài)，并不能判斷傳感器溫度值是否反映實(shí)際溫度值，當然也就無(wú)法給出故障碼了。從此例中可看出，應注意測量值和實(shí)際值的關(guān)系，對一個(gè)確定的物理量，不論是通過(guò)診斷儀或直接測量得到的值與實(shí)際值應差異不大(因測量手段不同)，否則就可能是測量值有問(wèn)題了。
　　(二)時(shí)間分析法
　　時(shí)間分析是對數據變化的頻率和變化周期的分析。
　　電腦在分析某些數據參數時(shí)，不僅要考慮傳感器的數值，而且要判斷其響應的速率，以獲得最佳的控制效果。如氧傳感器的信號，不僅要求有信號電壓和電壓的變化，而且信號電壓的變化頻率在一定時(shí)間內要超過(guò)一定的次數(如某些車(chē)要求大于6～10次／10s)，當小于此值時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生故障碼，表示氧傳感器響應過(guò)慢。有了故障碼的故障是比較好解決的。但當次數并未超過(guò)限定值，而又已經(jīng)反應遲緩時(shí)，并不會(huì )產(chǎn)生故障碼。此時(shí)如仔細體會(huì )，可能會(huì )感到一些故障癥狀。我們應接上儀器觀(guān)察氧傳感器的數據(包括信號電壓和在0.45V上下的變化狀態(tài)以判斷傳感器的好壞)。比如奧迪車(chē)，當氧傳感器的響應遲緩時(shí)，往往在1600～1800r／min之間出現轉速自動(dòng)波動(dòng)(加速踏板不動(dòng))約100～200r／min，甚至影響加速性。這往往是由于氧傳感器響應遲緩，導致空燃比變化過(guò)大，造成轉速的波動(dòng)。還有對采用OBD—Ⅱ系統的車(chē)，催化轉化器前后氧傳感器的信號變化頻率是不一樣的。通常后氧傳感器的信號變化頻率至少應低于前氧傳感器的一半，否則可能催化轉化器的轉化效率已減低了。
　　又如奧迪車(chē)的機油壓力警報系統采用高低壓報警。其規定在怠速時(shí)，當低壓傳感器(通常安裝在缸蓋后側)處的壓力小于30kPa時(shí)要報警，而在(2000±50)r／min時(shí)，主油道壓力(傳感器安裝在機濾處)低于180kPa時(shí)高壓要報警。有一個(gè)車(chē)卻在怠速時(shí)，高壓報警。經(jīng)檢查是轉速信號錯誤。更換點(diǎn)火模塊后，系統正常。因為報警控制系統是從點(diǎn)火模塊處獲得轉速信號的，當在怠速時(shí)，實(shí)際轉速為(800±50)r／min，而報警系統得到的轉速信號卻已接近2000r／min，可這時(shí)的機油壓力不會(huì )達到180kPa以上，自然會(huì )報警了。
　　(三)因果分析法
　　因果分析是對相互聯(lián)系的數據間響應情況和相應速度的分析。
　　在各個(gè)系統的控制中，許多參數之間是有因果關(guān)系的。如電腦得到一個(gè)輸入，肯定要根據此輸入給出下一個(gè)輸出。在認為某個(gè)過(guò)程有問(wèn)題時(shí)，可以將這些參數連貫起來(lái)觀(guān)察，以判斷故障出現在何處。
　　如在自動(dòng)空調系統中，通常當按下空調選擇開(kāi)關(guān)后，該開(kāi)關(guān)并不是直接接通空調壓縮機離合器，而是該開(kāi)關(guān)信號作為空調請求或空調選擇信號被傳送給發(fā)動(dòng)機控制電腦，發(fā)動(dòng)機電腦接收到此信號后，檢查是否已滿(mǎn)足設定的條件，若滿(mǎn)足，就會(huì )向壓縮機繼電器發(fā)出控制指令，接通繼電器，使壓縮機工作。所以當空調不工作時(shí)，可觀(guān)察在按下空調開(kāi)關(guān)后，空調請求(選擇)、空調允許、空調繼電器等參數的狀態(tài)變化，以判斷故障點(diǎn)。
　　又如現在許多車(chē)上都裝有EGR(廢氣再循環(huán))系統，該排放裝置的作用主要是降低NOX(氮氧化物)。通常電腦是根據反饋傳感器(如EGR溫度傳感器、EGR位置傳感器、DFPE傳感器或其他傳感器等)來(lái)判斷EGR閥的工作狀態(tài)。當有EGR系統未工作的故障碼出現時(shí)，我們應首先在相應工況下觀(guān)察電腦對EGR控制電磁閥的輸出指令和反饋傳感器的值，若無(wú)控制輸出，可能工況條件不滿(mǎn)足或電腦有故障。若反饋值沒(méi)有變化，則可能是傳感器、線(xiàn)路或EGR閥(包括廢氣通道)有問(wèn)題。此時(shí)可直接在EGR閥上施加一定的真空(發(fā)動(dòng)機在怠速時(shí))，若發(fā)動(dòng)機出現明顯抖動(dòng)或熄火，則說(shuō)明EGR閥本身和廢氣通道無(wú)問(wèn)題，故障可能在傳感器、線(xiàn)路或電腦上，應檢查找電路。若無(wú)明顯抖動(dòng)，則可能是EGR閥或廢氣通道有問(wèn)題，屬于常規機械故障。
　　(四)關(guān)聯(lián)分析法
　　關(guān)聯(lián)分析是對互為關(guān)聯(lián)的數據間存在的比例關(guān)系和對應關(guān)系的分析(指幾個(gè)參數之間的邏輯關(guān)系)。
　　電腦有時(shí)對故障的判斷是根據幾個(gè)相關(guān)傳感器信號的比較，當發(fā)現它們之間的關(guān)系不合理時(shí)，會(huì )給出一個(gè)或幾個(gè)故障碼，或指出某個(gè)信號不合理。此時(shí)一定不要輕易地斷定是該傳感器不良，而要根據它們之間的相互關(guān)系作進(jìn)一步的檢測，以得到正確的結論。
　　如韓國大宇某些車(chē)有時(shí)會(huì )給出節氣門(mén)位置傳感器信號不正確，但不論用什么方法檢查，該傳感器和其設定值都無(wú)問(wèn)題。而若你能認真地觀(guān)察轉速信號(用儀器或示波器)，就會(huì )發(fā)現轉速信號不正確，更換分電器中的轉速傳感器后，故障排除。故障原因是電腦在接收到此時(shí)不正確的轉速信號后，并不能判斷出轉速信號是否正確(因無(wú)比較量)，而是比較此時(shí)的節氣門(mén)位置傳感器信號，認為其信號與接收到的錯誤轉速信號不相符，故給出節氣門(mén)位置傳感器的故障碼。
　　又如一輛捷達車(chē)，在檢查時(shí)給出空氣流量計信號不合理，若簡(jiǎn)單地更換空氣流量計就可能導致錯誤的修理。此時(shí)應想一想，為什么沒(méi)給出空氣流量計開(kāi)路或短路(與地或B+)的故障，而是指出不合理呢？那么這個(gè)不合理是相對于哪幾個(gè)傳感器信號而言呢?實(shí)際上電腦是根據發(fā)動(dòng)機轉速、節氣門(mén)位置信號與空氣流量計信號的比較來(lái)確定的。在進(jìn)一步的檢查中發(fā)現節氣門(mén)位置傳感器的最大和最小學(xué)習值與規定值不符，且無(wú)法正確完成基本設定(始終輸出錯誤信號)，故基本確定是節氣門(mén)位置傳感器故障。更換節氣門(mén)體總成并進(jìn)行基本設定后，故障排除。
　　(五)比較分析法
　　比較分析是對相同車(chē)種及系統在相同條件下的相同數據組進(jìn)行的對比分析。
　　在很多時(shí)候，我們沒(méi)有足夠的技術(shù)資料和詳盡的標準數據，無(wú)法很準確地斷定某個(gè)器件的好壞。此時(shí)可與同類(lèi)車(chē)型或同類(lèi)系統的數據加以比較。當然在修理中，很多人會(huì )使用替換實(shí)驗進(jìn)行判斷，這也是一種簡(jiǎn)單的方法，但在進(jìn)行時(shí)，注意應首先做一定的基本診斷，在基本確定．故障趨勢后，再替換被懷疑有問(wèn)題的器件，不可一上來(lái)就換這換那，其結果可能是換了所有的器件，仍未發(fā)現問(wèn)題。再一個(gè)要注意的是用于替換的器件一定要確認是良好的，而不一定是新的，因新的未必是良好的。這是做替換實(shí)驗的基本準則。
　　如有一輛切諾基，客戶(hù)反映該車(chē)在時(shí)速100km左右時(shí)，有后坐和闖車(chē)的感覺(jué)。經(jīng)初步檢查，未發(fā)現明顯故障(也無(wú)故障碼)。為重現此故障癥狀，在底盤(pán)測功機上模擬路試。同時(shí)接上電腦檢測儀和點(diǎn)火示波器。當癥狀出現時(shí)，發(fā)現次級的點(diǎn)火擊穿電壓明顯高于其他同類(lèi)車(chē)(此車(chē)該電壓約20kV以上，正常的約6～10kV)。并且癥狀不僅在車(chē)速100km／h時(shí)有，而是只要發(fā)動(dòng)機轉速在2600～2800r／min左右就十分明顯，且此時(shí)的尾氣中HC排放明顯增高并波動(dòng)。初步診斷為由于次級點(diǎn)火擊穿電壓過(guò)高造成失火而致。而影響擊穿電壓的因素主要有火花塞的間隙、高壓線(xiàn)的阻值、分火頭與分電器蓋電極間的間隙、混合氣過(guò)稀、氣缸壓縮比等原因。在進(jìn)一步的檢查中仍未發(fā)現明顯故障點(diǎn)。只是感覺(jué)分火頭的位置稍提前了一點(diǎn)，但在靜態(tài)狀態(tài)下，其指向還基本對著(zhù)一缸點(diǎn)火位置。我們考慮到這是靜態(tài)，又是在一缸上止點(diǎn)，即點(diǎn)火這時(shí)已經(jīng)完成了，那么在動(dòng)態(tài)，又在發(fā)動(dòng)機轉速2600r／min以上時(shí)，實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間還有較大提前，這時(shí)分火頭與分電器蓋相對電極間的間隙會(huì )更大，從而導致上述故障癥狀的出現。拆下分電器檢查，發(fā)現分電器從動(dòng)小齒輪與分電器軸的相對位置發(fā)生改變(銷(xiāo)子變形)，修復后，故障消除。這里有人會(huì )問(wèn)，為什么在怠速和低轉速低負荷下沒(méi)癥狀呢?這主要是在低轉速下，點(diǎn)火提前角不大，因而分火頭與分電器蓋的間隙也未變得過(guò)大，且發(fā)動(dòng)機此時(shí)的負荷較小，工質(zhì)的密度(壓縮后)對點(diǎn)火擊穿電壓的影響還不夠大而已。
　四、數據分析的一般步驟
　　1．有故障碼時(shí)
　　在進(jìn)行故障碼分析并確認有故障碼存在時(shí)，可以直接找出與該故障碼相關(guān)的各組數據進(jìn)行分析，并根據故障碼設定的條件分析故障碼產(chǎn)生的原因，進(jìn)而對數據的數值及波形進(jìn)行分析，找出故障點(diǎn)。
　　2．無(wú)故障碼時(shí)
　　故障碼分析后確認無(wú)故障碼存在時(shí)，從故障現象人手，根據控制系統的工作原理和結構，推斷相關(guān)數據參數，再用數據分析的方法對相關(guān)數據參數進(jìn)行觀(guān)察和全面分析。
　　在進(jìn)行數據分析時(shí)，常常需要知道所修車(chē)系統的基本原理和結構、基本的控制參數及其在不同工況條件下的正確讀值，并經(jīng)過(guò)認真的分析，才有可能得出準確的判斷。
　　本書(shū)提出了綜合診斷技術(shù)的概念，但在這里只講了其中兩部分內容，即故障碼的分析和數據分析，另外三部分(點(diǎn)火分析、尾氣分析和壓力及真空波形的分析)因已在其他書(shū)中對其作過(guò)較詳細的論述，這里就不再重復了。