摘 要:汽车故障诊断技术是汽车电子控制技术的重要组成部分, 在电控系统维修工作中起重要作用。 总结了国外电控汽车故障诊断技术的发展过程, 分析了汽车故障诊断技术的发展现状, 介绍了国际现行诊断技术标准, 并对未来汽车诊断技术的发展趋势进行了展望。
关键词:电子控制装置 ;故障诊断;发展
1 引言
随着新材料，新技术，新工艺在汽车生产，制造过程中的运用，现代汽车的技术性能已变得越来越好，结构也变得越来越复杂。同时，故障诊断的难度也有了相应的增加，人们迫切需要提高系统的可靠性，可维修性和安全性，因而有必要建立一个监控系统来监控整个系统的运行状态，不断检测系统的变化和故障信息，进而采取必要的措施，防止事故的发生( 因此，汽车故障诊断技术得到迅速发展，已成为科技研究的热点之一)。 汽车故障诊断技术是一门综合性的技术，它涉及多门学科，如现代控制理论、信号处理、模式识别、计算机工程、人工智能、电子技术、应用数学，数理统计以及相关的应用学科。
2 国外电控汽车自诊断技术发展历程
2.1 第一阶段(20世纪 70年代 ～ 80年代初)
由于被诊断的电子控制系统的结构简单, 故障种类也很少, 故障码也很简单, 所用的故障诊断仪也较为简单。 它除了可以读取故障码之外, 还可监视汽车的运行状态、清除故障码和获取少量的诊断数据。美国福特公司的 STAR(Self-TestAutomaticReader)它适用于 1978年的 EEC-Ⅰ , 1979年的 EEC-Ⅱ , 1980RH -1984年的 EEC-Ⅲ 发动机控制单元和车身控制单元, 维修人员可以通过它读取 ECU内记录的故障码。当时的“ Scanner”故障诊断议, 可用于 1981年通用公司的电控发动机模块 ECM和 1985年的车身控制模块 BCM的故障诊断, 除了可以读取故障码外, 它还可以显示少量的数据。
2.2 第二阶段(20世纪 80年代末)
为了适应增强的在板诊断系统故障诊断功能, 出现了功能更为强大的故障诊断仪。 故障诊断仪配有探头, 可以检测汽车的电子电路和电子器件, 还可与 ECU的在板诊断系统进行交互式通讯, 从而获取更多的汽车或发动机的运行信息, 并能通过故障诊断仪控制汽车和发动机部件的工作和设定其运行状态。
福特公司的故障诊断仪, 可以诊断 1984年的 EEC-Ⅳ发动机管理系统和 1987年的 GMP4的 ECM。 车上各子控制系统之间通过通讯线连接在一起, 故障诊断议可以通过数据
连接线(AssemblyLineDataLink)与发动机管理系统通讯,检测各系统的故障。
2.3第三阶段(20世纪 80年代末 ～现在)
故障诊断技术向智能化和信息化方向发展是该阶段的特点。 故障诊断仪可直接控制汽车或发动机的部件, 维修手册和诊断手册等被有效地组织成“智能化”的电子文档, 存储于诊断系统内。 维修人员在专家故障诊断系统上, 可以方便地查询所需的资料, 得到检测故障的步骤和排除故障的方法。福特公 司 1985年 的在线汽车 维修信息 系统 OASIS 维修终端通过打印机接口或以 Modem方式与主机连接, 以获取与故障发生相关的维修信息。
通用公司 1986年的汽车维修计算机系统 CAMS也具有相似的功能。维修中心的主机通过串行通讯与在维修点的终端机相连, 相互之间可以交换信息。 此外, 维修点的终端还可向维修中心上载故障信息及维修过程的记录和结果。
3 汽车故障诊断标准
3.1 SAE标准
SAEJ1113 -车辆元件的电磁敏感性测 量程序;SAEJ1850-B类数据通讯网络接口;SAEJ1930-电气 /电子系统诊断 缩 写、条 目 和 定 义;SAE J1962 -诊 断 接 线 器;SAEJ1979-电气 /电子诊断测试模式及方法;SAEJ2012-诊断故障代码推荐格式和信息;SAEJ2201-OBD-Ⅱ检测工具的通用接口;SAEJ2205-扩展诊断协议。
3.2 ISO标准
汽车故障诊断标准的发展经历了由各自为政到逐渐统一的过程, 到 20世纪 90年代才逐渐形成了世界汽车工业界广泛认同的标准。 当前公认的标准是 OBD-Ⅱ , 其含意是第 2代的在板诊断标 准。 1994年美国汽 车工程师协会(SAE)在第 1代车载诊断标准的基础上, 统一了故障代码和软硬件结构, 制订了第 2代在板诊断标准 OBD-Ⅱ , 它更侧重于与排放控制相关的诊断。 由于 SAE在世界各大汽车公司所接受, 成为世界汽车工业的标准。 OBD-Ⅱ标准包括以下内容.ISO7637 -道路车辆 -环境与连接的电磁干扰;ISO9141-2:1994(E)-道路车辆 -诊断系统 -CARB内部数字信息交流要求。
3.3 其他标准
美国加州代码规定, 13号主题, 1968.1部分———故障和诊断系统要求;美国环保局 40CFR第 86部分 -新型机动车和机动车发动机空气污染控制车载诊断系统规定要求。
4 汽车故障诊断技术
4.1 万用表诊断
汽车故障一般分为持续性故障和间歇性故障，万用表诊断主要针对持续性故障，比如电路的断路、短路、电子元件的损坏等) 万用表有指针式和数字式，汽车故障诊断多采用输入阻抗高、对电子元件影响小、 能有效防止因瞬间过电压而烧坏的数字式万用表) 在车型不断更新、车型繁多的情况下，用万用表检测技术参数法是最有效的方法) 只需根据已知资料的经验数据，就可以快速而又准确地诊断故障，这是用万用表检测技术参数法的最大优点)
4.2 汽车示波器
汽车示波器的诞生为汽车修理技术人员快速判断汽车电子设备故障提供了有力的工具， 用普通的示波器去测试电子设备时， 最大的困难是设定示波器即调整示波器的各个按钮，使显示的波形更为清楚和分析波形的形状，汽车示波器将汽车电子设备的测试设定变得非常简单， 只要象点菜单一样选择要测试的内容， 无需任何设定和调整就可以直接观察波形了， 这是因为汽车示波器是专门为汽车维修人员设计的示波器，它的设定调整是全自动的，使用汽车示波器，就像使用一台照相机一样方便)
4.3 专业综合诊断
专业综合诊断以将单项, 分散的检测设备联线建站为特征，使诊断工作成为汽车维修工作中一项新的专门任务) 诊断工作是依靠仪表和设备在不解体或不拆卸零件的情况下，得到一系列准确数据，并与规定的标准技术参数相比较，以确定汽车零部件是否需要维修或更换。由于许多相关法令或条例的制订，促进了有关方面对汽车专业综合诊断的深入研究。
4.4 利用故障代码诊断故障
随着汽车电子技术的应用和发展，汽车电控系统日趋复杂" 传统的诊断方法和诊断设备无论是精确度和使用方便性，还是对汽车技术发展的适应性，均不能满足用户的需要" 为了提高故障诊断技术，不断完善诊断理论和方法，必须广泛应用各学科的最新发展成果，并且借助于数学工具和计算机" 目前应用的主要方法有 现代汽车电控系统的电脑 具备故障自诊断功能" 通过故障代码向维修人员提供故障信息，只要不拆蓄电池，电控系统出现的持续性故障将一直记忆在 ECU里，维修人员可按特定的方法提取故障代码" 提取 ECU故障代码的方法有两种，一种是人工读码，就是将发动机熄火，把故障检测插座内特定的两个插座用一根导线短接后 ，通过观察仪表板上的故障指示灯的闪烁频率和次数来读取故障代码，但读取的正确率受人为因素影响，一般在没有专业检测仪情况下运用" 现在电控汽车多采用另一种方法，即用专业检测仪读码" 先将选好的相关车型的软件测试卡插到检测仪器上，连接各插头，并将装好的检测仪器接到车上专用的故障检测插座上。根据检测仪器提供的操作程序进行操作，从而读取故障代码。各汽车制造厂都为自己生产的各种型号，汽车设计了专用的解码仪。 但为了方便维修人员操作，目前汽车制造厂广泛采用统一的诊断模式和接口，使用通用的解码仪就可以读码了。
4.5 汽车故障诊断的专家系统
专家系统EP是依据具备某一专业领域特长的人类专家的知识与经验，在计算机内建立的基于这些知识的信息系统，它能以人类专家的知识水平完成专门领域的任务" 由于汽车故障主要表现在发动机、盘机械传动、电器电路三大部分，而每一部分的故障又具有多层次结构的特点"因此可建立三个数据库：1） 发动机故障诊断数据库2）底盘机械传动故障诊断数据库电路3）电气故障三种类型故障诊断数据库，而每个数据库中又包括若干个相互关联的数据表。 在数据表中存储每种汽车故障表现症状#故障发生机理#故障发生原因，故障发生的部位，故障排出与维修处理方法等字段，在数据表与数据表之间，数据字段与数据字段之间建立一对一或一对多的层次树结构，使整个维修知识库成为有机整体"采用专家系统技术解决汽车故障诊断问题，国内外都有开发应用的实例，如 ESET系统，这种用于汽车发动机故障诊断的专家系统，按其流程图可得系统的九条功能"该系统为实用型，除作为有效的诊断工具外，还可作为辅助教学系统以培训修理工。再如，美国军方开发的，发动机故障诊断系统，这是一种车辆诊断与维修的知识库专家系统，它利用建立在知识库上的故障树诊断方法，应用于野战军用车辆上，该系统可使维修效率增加。 采用专家系统是解决汽车故障诊断与车辆维护修理等问题有效的途径"
5 电控汽车诊断技术未来发展趋势
5.1 应用汽车局部网
随着汽车电子技术的飞速发展, 各种功能的汽车电子控制系统装车的数量不断增多, 控制功能也变得越来越复杂,相应的诊断技术也会进一步发展。采用汽车局部网 (VAN/CAN)对各子系统模块进行管理的技术将会得到推广应用。 为了适应这一发展, 要求各子系统模块提高智能化的程度, 具有相应的在线自诊断功能, 由专用的诊断模块对各子系统进行监控, 提供故障信息和发生故障的部位。 外部诊断设备可以通过汽车局部网, 直接对各子系统故障进行诊断和测试。
5.2 增强在板诊断系统对汽车运行状态的监视功能
采用大容量的存储器, 实时记录车辆运行的状态 (各种传感器及执行器的工作状态), 记录故障发生前后的各种运行参数的数值, 以便维修时用于分析故障发生的原因。
5.3 提高在板故障诊断系统对突发性故障的处理能力
预测突发性故障的发生, 并采取应急措施, 更改控制逻辑或给出固定数值替代出错的传感器输出信号, 使汽车仍能正常运转。
5.4 加强维修点与其维修中心之间故障诊断信息资源的交流与共享
维修点利用网络与汽车生产厂或售后维修中心之间通讯, 共享维修诊断资源。 维修中心拥有高级的故障诊断专家系统, 维修站只需一些简单的计算机终端或更为简单的手持式诊断仪就可工作。 这样既增强了维修点的故障诊断能力,又可降低维修成本。
5.5 加强诊断技术的研究
将一些新技术用于汽车故障诊断。 例如, 规则系统或专家系统的知识数据库;神经网络和扰动分析模式识别技术及动态模型技术等。 增强故障诊断专家系统的功能, 提高诊断故障的能力和准确性。
汽车在板诊断技术是汽车电子技术的重要组成部分, 国外经过近 30年的发展, 已经达到了很高水平, 形成了较为完善的体系。 我国为提高自身的汽车电子技术水平, 必须对在板诊断技术进行深入研究, 研制出适应我国电控汽车故障的诊断设备, 并对诊断技术的未来发展进行实质性探索。
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