故障自诊断系统.ppt

4.4 故障自诊断系统 4.1 故障诊断系统的原理 • 自诊断系统的功能是利用电子控制单元 ECU监视电子控制系统各组成部分的工作 情况，发现故障后，自动启动故障运行程 序 • 它不仅保证汽车在有故障的情况下可以继 续行驶，同时还将存储在存储器中的故障 信息（故障码）以一定的方式显示出来， 或以数据流的形式通过汽车上配置的诊断 插座输出，以便于驾驶员和维修人员发现 和排除故障 结构组成 • 主要由自诊断电路（输入信号电路、输出信号控 制电路等）、电控单元ECU组成其中，输入信 号电路、ECU与发动机电子控制系统共用，诊断 的输出接口由发动机警告灯或ABS警告灯与电控 系统检测插座（CHECK CONNECTOR）、故障 诊断插座（TDCL）等组成 工作原理 （1）传感器的故障自诊断 • 水温传感器、节气门位置传感器、进气歧管压力 传感器、进气温度传感器等向ECU输入模拟信号 的传感器，正常情况下，向ECU输入的信号电压 值，都有一定的变化范围通常采用监测其输入 的信号电压值是否在规定的范围内来确定其是否 有故障，若传感器输出的信号电压数值多次偏离 正常工作范围且持续一定时间，ECU便认为该器 件或电路发生了故障，把这一故障以代码的形式 存入内部随机存储器，并同时点亮仪表板上的故 障指示灯。

• 水温传感器正常工作时，其输出信号电压值在 0.1~4.8V范围内变化如果水温传感器输入电压 信号低于0.1V或高于4.8V，ECU监测到电压值超 出规定范围且持续一段时间不消失时，ECU即判 定水温传感器有故障，自动将代表水温传感器故 障的代码存入随机存储器，并点亮故障指示灯 • 氧传感器与空燃比反馈控制系统、爆震控 制系统等控制所依据参数是在不断变化的 ，因此这些信号变化的快慢也反映了传感 器是否存在故障 • 当某传感器的输出信号变化过慢、在一段 时间内不发生变化时、保持高于或低于某 一值超过了一定时间时，ECU将判定该传 感器有故障 • 对偶尔出现的一两次或几次信号数值的偏 离和丢失，ECU则不认为是故障，也不存 入存储器内 • 氧传感器在正常工作时，其输入电压应在 0.1~0.9V内波动不少于8次/10秒如果ECU 在1分钟以上检测不到氧传感器的输出信号 或氧传感器信号在0.1~0. 9V间1分钟以上没 有变化，即判断为氧传感器电路有故障， 并设定相应的故障码 • 发动机以1000r/min的转速运转时，当转速 传感器丢失了3~4个信号脉冲时，ECU不会 判定是转速传感器发生了故障，故障指示 灯不会点亮，相应的故障码也不会存入存 储器内。

只有信号脉冲丢失持续一定的时 间，ECU才认为是故障 • 故障信号的出现不只是与传感器或执行器 本身出现故障有关，而且还与相应的配线 电路故障有关，电子控制系统的各种传感 器和执行器都是如此 • 在ECU判断出某一电路故障时，只是提供 了故障的性质和范围，最后要确定是传感 器、执行器还是相应配线故障，应进一步 检查配线、插头、ECU和相关元器件 • 例如，当水温传感器与ECU之间的导线出现断路 时，+5V电压通过内设电阻R直接送入A/D转换器 ，ECU监测的信号电压会高于4.8V（近5V）， ECU也会判定水温传感器有故障 • 同理，当水温传感器与ECU之间的导线出现搭铁 短路时，输入A/D转换器的信号电压为0V，ECU 监测到信号电压低于0.1V，也会判定水温传感器 有故障 • 当传感器发生故障时，其信号不能作为发动机的 控制参数使用，ECU从程序存储器中调出某一固 定数值作为发动机的应急参数，以维持发动机的 运转 • 例如，发动机水温传感器发生故障时，ECU将启 用代用值固定为80℃；进气温度传感器发生故障 时，可将进气温度设定为22℃ • 或者，ECU另用与其工作性质相关器件的信号参 数值代用。

例如，进气流量传感器损坏后，ECU 则用节气门位置传感器的信号参数值来代用 • 对于执行器（如喷油器、点火器、怠速控 制阀等等）故障，有的能被ECU检测出来 ，有的则不能检测，依车型的控制软件设 计而异 （2）电控单元ECU的故障自诊断 • 电控单元ECU内设有监控回路，用以监视ECU是 否按正常的控制程序工作 • 在多数的ECU内备设有备用控制回路（应急回路 ）当备用控制回路收到监控回路的异常信号后 ，即刻启动备用电路，以简单的控制程序进行控 制，从而保持汽车仍能维持一定的运行能力因 此，这种故障运行功能又称为“缓慢回家”功能 • 由于ECU启用故障运行方式是按固定的参数值来 维持发动机的运转，只具备维持发动机运转的基 本功能而不能代替电子控制单元的全部工作所 以，备用控制回路不能使发动机工作在最佳状态 ，故障运行方式的又称为“跛行”模式 （3）执行器的故障自诊断 • 在发动机运转时，电控系统按照发动机的 工况，不断地向执行器发出各种指令当 执行器发生故障时，为了安全起见，ECU 往往采用断油、断电等安全保险措施，为 此，在控制系统中又专门设计了故障保险 系统 • 故障自诊断系统只能对电控系统元器件的损坏， 以及电路中导线的断路和短路的“硬”性故障进行 诊断，而无法确定其性能好坏。

例如，当水温传 感器输出信号电压在正常范围，而由于水温传感 器性能不佳、产生的信号电压不能准确反映水温 时，采用上述诊断电路ECU是无法识别的 • 故障自诊断系统不能对发动机所有发生故障的部 位进行诊断发动机机械故障、堵塞、渗漏、点 火正时错乱等，ECU则不能进行故障自诊断，只 能间接地诊断与之有关的器件可能有故障 故障信息的显示 • 通过故障指示灯显示：用发动机的图样表 示和配有CHECK ENGINE或SERVICE ENGINE文字说明的仪表灯当读取故障码 时，可通过故障指示灯的闪烁规律来显示 故障的代码这是目前最常见的故障码显 示方式 • 用发光二极管（LED）显示：LED一般装 在ECU盒的侧面，其指示故障的方式有所 不同 • 数字显示：故障码直接以数字的形式显示 在汽车组合仪表的信息显示屏上（一般在 温度显示屏 • 外接仪表显示 4.4.2 第二代故障自诊断系统（ OBD-Ⅱ） • OBD是On Board Diagnostic的缩写， 即随车故障诊断系统 • OBD系统的设计初衷是为了监测排气 管废气排放质量，在排放系统有故障 时提示车主注意，使维修技术人员快 速的找到故障来源，减少汽车废气对 大气污染。

后来，逐步发展成为用于 进行电控系统故障诊断 OBD简介 • 从1980年开始，各汽车制造厂开始在其生 产的车辆上，配备了随车诊断系统到了 1985年，美国加州大气资源局（CARB）开 始制定法规，要求各汽车制造厂在加州销 售的车辆，必须装置OBD系统，这些车辆 配备的OBD系统，称为第一代随车诊断系 统（OBD-Ⅰ） OBD系统必须符合下列规定: • 仪表板上必须有“故障警告灯”（MIL） ，以提醒驾驶员注意该车辆系统已发生 故障（通常是与废气排放控制有关的系 统）； • 系统必须有记录及传输有关废气排放控 制系统故障码的功能； • 电器元件监控必须包含氧传感器、废气 再循环控制系统和燃油蒸汽控制系统 OBD-Ⅰ的缺陷 • OBD-Ⅰ规格不够严谨，它遗漏了触媒转换器的效 率监测，以及燃油蒸汽系统的泄漏侦测，再加上 OBD-Ⅰ的监测灵敏度不高，一旦发觉车辆有故障 再进厂维修时，实际上已排放了大量的有害气体 • 各汽车制造公司自定故障自诊断系统的故障代码 和软硬件结构、通讯方式等标准，因而，诊断座 、故障码、数据流、读取故障码的方法不但随制 造公司不同而异，而且即使同一制造公司，车型 不同或生产年代不同，其故障自诊断系统也不同 。

• 20世纪90年代初期，美国汽车工程师学会 （SAE）提出了在全球的汽车制造厂生产的 汽车上采用统一的故障自诊断系统的倡议 ，并在第一代随车诊断标准基础上，制定 了故障自诊断系统的工作方式、诊断插座 、故障代码、数据流等软硬件的统一标准 采用这一标准的故障自诊断系统采用相 同标准的诊断接口、相同的故障码以及共 同的资料传输标准，被称为第二代随车故 障自诊断系统（OBD-Ⅱ） OBD-Ⅱ必须具备下列功能: • 侦测废气排放控制系统的元件是否“衰 老”或损坏； • 必须有警示驾驶员应该进行废气控制 系统的保养与检修的功能； • 使用标准化的故障码，并且可以用通 用的仪器读取或清除故障码 • 美国加州大气资源局规定，所有1996年在 加州销售的小型车辆必须配备OBD-Ⅱ系统 ，从1997年起，所有的小型卡车也要配备 OBD-Ⅱ系统 • OBD-Ⅱ系统规格在1997年也被美国环保局 采纳为联邦标准，并在1998年正式生效 • 由于美国的市场经济地位，OBD-Ⅱ标准相 对具有权威性，到日前为止世界上各大汽 车生产厂基本上全而采用了此标准 • 采用统一形状的16端子诊断座，并安 装在驾驶室仪表板下方； • 采用统一的故障代号及含义； • 具有数据传输与分析功能； • 具有行车记录功能； • 具有由仪器直接清除故障码功能。

OBD-Ⅱ的特点 （1）具有统一的16端子诊断插座 • OBD-Ⅱ标准规定，各种车型的OBD-Ⅱ应具 有统一尺寸和16端子的诊断插座，OBD-Ⅱ 标准对诊断插座中的各个端子也作了相应的 规定，该诊断插座应位于汽车的客舱内并置 于驾驶座上的人伸手可及之处 • 在16个端子中，其中7个是标准定义的信号端子，其 余9个由生产厂家自行设定，大部分的系统只用7个 端子中的5个具体定义好的端子，第7号和第15号端 子是ISO1994-2标准传送资料的，而第2和第10号脚 是SAEJ-1850标准 OBD-II 诊断座 端子编号 • 1-生产厂家自行设定； • 2-SAEJ-1850数据传输 ，BUS+； • 3-生产厂家自行设定； • 4-车身搭铁； • 5-信号搭铁； • 6-生产厂家自行设定； • 7-ISO9141数据传输K ； • 8-生产厂家自行设定； • 9-生产厂家自行设定； • 10-SAEJ-1850数据传输 ，BUS-； • 11-生产厂家自行设定； • 12-生产厂家自行设定； • 13-生产厂家自行设定； • 14-生产厂家自行设定； • 15-ISO9141数据传输L ； • 16-蓄电池正极。

（2）具有统一的故障代号及含义 • 用微机检测仪读取的OBD-Ⅱ故障代码由4部分组 成，共5个字母和数字 • 第一部分为一个英文字母，是检测系统的代码P 代表动力系统（发动机、自动变速器）；B代表 车身；C代表底盘；U未定义，待SAE另行发布 • 第二部分为一个数字，表示诊断代码类型，0表示 美国汽车工程师学会（SAE）定义的（通用）诊 断代码；1表示汽车生产厂家自定义的（扩展）诊 断代码；2、3 这两个数字SAE未定义 • 第三部分为一个数字，是SAE定义的故障代码 • 第四部分为两个数字的组合，是制造厂的原故障 代码 通用故障码与扩展故障码 • 扩展故障码较通用故障码提供的故障信息 更为具体些，诊断的针对性更强些用于 表示通用型故障码未涵盖的故障及ABS、 ASR等发动机管理系统之外的故障，数据 流也是如此 • 通用型故障码及数据流用符合OBD-Ⅱ的通 用型故障诊断仪即可读取，而扩展型要用 厂家专用的故障诊断仪才能读出 （3）具有数据资料传输与分析功能（DLC） • OBD-Ⅱ数据资料传输有两个标准，ISO-Ⅱ 为欧洲统一标准，用7、15号端子SAE是 美国统一标准，主要是一些故障自诊断系 统使用通讯的标准、故障测试模式标准及 故障代码标准，用2、10号端子。

• 利用OBD-Ⅱ的DLC功能，能够了解该车型 各控制系统的有关资料 自诊断测试内容 • 读取故障。