汽车数据流分析揭秘，故障定位更精准

汽车专用诊断仪通常具有检测和清除故障码、读取数据流、冻结数据帧、系统动态监视器、执行元件动作测试等功能。数据流是控制电脑与传感器和执行器交流的数据参数通过诊断接口由专用诊断仪读出的数据。

通过诊断仪读取发动机运行时的动态数据来诊断系统故障是继故障码分析之后的另一个重要的故障分析方法。正如前面所述，燃油喷射发动机系统的ECU对于某些故障是不进行记忆存储的。比如，冷却液温度传感器信号失真，既没有断路，也没有短路，只是信号电压反映的不是真实的冷却液温度，ECU的自诊断功能就不会认为是故障。再如，氧传感器反馈信号失真使尾气超标，空气流量计由于进气太脏导致实际进气量与空气流量计所检测到的进气量差异大等，都可能不被ECU所记录。在这种情况下，阅读控制单元数据成为解决问题的关键。通过阅读控制单元数据，能够了解各传感器输送到ECU的信号值与ECU对某些执行器的输出值。通过与真实值的比较，才能找出确切的故障部位。不光是针对无故障存储的ECU，即使对于有故障码输出的ECU，阅读控制单元的数据也是至关重要的。它是维修人员寻找故障原因，判断故障部位的重要依据。

（1）专用诊断仪显示的主要串行数据参数

1）系统电压。蓄电池和充电系统必须提供一个经过连续调节的12～14V的电压。更重要的是，PCM必须接收到此电压。大多数串行数据流提供了PCM获得的系统电压值。为了正常工作，此电压必须在PCM和系统部件的正常工作范围内。

2）发动机转速。发动机转速信号是PCM最重要的一个信号。没有这个信号，PCM就不能了解发动机是否在运转。转速信号能告诉PCM发动机是在起动、怠速、加速、减速，还是在常速运转。转速信号会影响PCM对点火、燃油和变速器的全面控制。

3）进气量。所有的传送串行数据的燃油控制系统，都具有一些反映进气测量方法的迹象。进气量测量的方法可以是速度密度法（进气歧管绝对压力和发动机转速）、空气体积流量（如叶片式空气流量计）或质量流量法（如采用热线式、热膜式空气流量计直接测量空气质量）。数据值可以是电压、频率，或空气流量（g/s）。大多数控制系统将进气量测量值作为PCM计算发动机相对负荷的起始点。这些参数主要是作为燃油控制和点火控制的主控信号。有的发动机既有空气流量计又有进气歧管绝对压力传感器，在正常情况下以空气流量计检测控制为主，当ECU检测到空气流量计失效时则采用速度密度法控制方式，两者配合可相互检测，并便于ECU利用逻辑判定法判断某些故障如进气歧管漏气、空气流量计后方漏气等故障，有的还可利用进气歧管绝对压力传感器判断EGR是否工作等。

4）节气门位置。因为在发动机加速、减速、常速以及怠速工况时，PCM都要改变空燃比，因此节气门位置传感器（TPS）信号对燃油控制系统有较直接的影响。而且它也是自动变速器变速控制的主控信号之一。以开启角度、百分比开度或信号电压表示。

5）温度参数。发动机冷却液温度、进气温度和自动变速器油温度均会对燃油、点火和排放系统的工作以及变速器控制产生影响。

6）氧传感器。排气氧传感器（O₂S）的信号是PCM用来控制空燃比的反馈信号，也是PCM用来确定开环或闭环控制的主要信号。氧传感器测出废气中有过多的氧存在时，说明混合气过稀，PCM便以略微加浓混合气作为反应。当氧传感器测量出废气中的氧含量低于正常值时，表明混合气过浓，PCM将做出反应，使混合气略微变稀。

7）控制环路状态（开环还是闭环）。这是表明燃油控制状态的一个PCM内部参数。

8）长期和短期燃油修正值。许多燃油喷射系统提供一些数据参数，这些数据参数能指示出控制系统在稀或浓的方向上对燃油混合气进行修正的长期趋势或短期作用。短期校正表示电脑对混合气浓度变化立即做出反应的校正过程；而长期校正值则表示发动机电脑对所控制的混合气浓度的长期校正的程度，它取决于燃油短期修正值在一定时间内的变化情况。若电脑发现燃油短期修正值在一段时间内一直太大，就会增大燃油长期修正值，这表明电脑在一段时间内一直按增加喷油脉宽来控制发动机的工作。OBD-Ⅱ车载诊断标准要求这些值以百分数的形式给出。

9）车速。车速影响变速器控制、点火正时、燃油计量和几个排放控制子系统。它还是某些防抱死制动（ABS）和巡航控制的输入信号。

10）怠速控制值。发动机转速信号反映实际怠速转速。大多数系统也提供这样的数据：所希望的怠速转速、怠速空气控制（IAC）阀或节气门电磁阀和电动机的工作数据。这个数据项以占空比的百分数或怠速控制步进电动机步数等形式出现。

11）喷油脉宽。即喷油器每次喷油时的喷射时间。

12）点火提前角。反映点火正时，一般显示实际的点火提前角。

13）开关信号状态。开关信号状态主要有空调请求开关状态、变速器档位开关状态、动力转向压力开关状态、制动开关状态、起动信号等。

14）继电器状态。继电器状态主要有空调压缩机电磁离合器继电器状态、燃油泵继电器状态、风扇控制继电器状态等。

15）活性炭罐清污电磁阀。显示ECU指令的燃油蒸发控制（EVAP）清污电磁阀的开关状态或占空比负载循环。

16）废气再循环控制。反映废气再循环控制的状态，各系统不同，主要有EGR控制真空电磁阀、EGR电磁阀、EGR位置传感器等，以占空比的百分数或电压等形式出现。

所有的OBD-Ⅱ系统必须将含有16个数据项目的一个列表传送给诊断仪。基本的OBD-Ⅱ数据参数有氧传感器电压、开环或闭环指示符、发动机转速和温度、大气压力和进气歧管压力、短期和长期燃油校正、进气温度、点火提前角、发动机负荷和车速。

除了对诊断条件和MIL显示加以规定和标准化之外，OBD-Ⅱ要求采用标准的通信接口和数据通信用的语言、标准的故障码及标准术语。“冻结数据帧（freeze frame data）”和“检查维护（IM）备用状态指示灯（inspection maintenance readiness indicators）”就是标准诊断信息的两个例子。

冻结数据帧是最初检测到故障的那一时刻存储在PCM内的数据。冻结数据帧包括发动机转速和负荷、燃油控制状态、点火正时和升温状态等参数。冻结数据帧是在第一次检测到故障时被存储的，但是如果检测到的故障是燃油系统故障和缺火故障，那么以前存储的故障信息将被替换掉。为了帮助技师修理汽车，可用诊断工具读取冻结数据帧。

OBD-Ⅱ检查维修（IM）准备指示灯可表明所有的OBD-Ⅱ监视器是否都已工作完毕。

（2）数据分析方法 数据分析方法有数值分析法、时间分析法、因果分析法、关联分析法、比较分析法等。

1）数值分析法。数值分析是对数据的数值变化规律和数值变化范围的分析，即数值的变化，如转速、车速、电脑读值与实际值的差异等。(www.xing528.com)

在控制系统运行时，控制模块将以一定的时间间隔不断接收各个传感器的输入信号和向各个执行器发出控制指令，对某些执行器的工作状态还根据相应传感器的反馈信号再加以修正。维修人员可通过诊断仪器读取这些信号参数的数值加以分析。

如系统电压，在发动机未起动时，其值应约为当时的蓄电池电压，在起动后应约等于该车充电系统的电压。若出现不正常的数值，就表示充电系统或发动机控制系统可能出现故障（因有些车型的充电系统是由发动机控制电脑控制的），有时甚至是电脑内部的电源部分出现故障。

对于发动机不能起动（起动系统正常）的情况，应注意观察发动机转速信号（用诊断仪），因大多数发动机控制系统在对发动机进行控制时都必须知道发动机的转速（取信号的方式各车型会不同），否则将无法确定发动机是否在转动，当然也无法计算进气量和进行点火及喷油的控制。

从PCM传给诊断仪的每项数据都有特定值，即汽车维修手册中给出的信号范围。维修技师必须了解这些数值范围，并将它们与诊断仪目前的读数进行比较，以便识别出系统故障。别忘了有些信号还需要在发动机不同的工况下观察其动态变化来判断其好坏。

用诊断仪读数来判别短路和断路是最容易的事。对电阻型传感器来说，诊断仪显示的读数为5.0V和接近5.0V的参考电压（大多数这样的传感器均靠这样的电压来工作），那么就表明到PCM的传感器电路断路。

诊断仪动态数据可以是PCM输入和输出信号的数据，也可能是由PCM处理后的数值。在某些系统中，一个传感器发生故障将导致PCM忽视来自该故障传感器的信号，而是根据它自己的存储器内存储的备用值进行工作。在这种情况下，PCM传送给诊断仪的是此备用值而不是故障传感器的信号。如某些车的氧传感器线路断路，诊断仪上显示的氧传感器信号电压为0.45V。如果诊断仪的任何一个读数与特定的故障或症状都没有关系，维修技师应直接用电压表、电阻表、示波器、频率计数器和其他的检测设备对系统进行检测。

2）时间分析法。时间分析是对数据变化的频率和变化周期的分析。

电脑在分析某些数据参数时，不仅要考虑传感器的数值，而且要判断其响应的速率，以获得最佳的控制效果。如氧传感器的信号，不仅要求有信号电压和电压的变化，而且信号电压的变化频率在一定时间内要超过一定的次数（如某些车要求大于6～10次/10s），当小于此值时，就会产生故障码，表示氧传感器响应过慢。有故障码的故障是比较好解决的。但当次数并未超过限定值，而又已经反应迟缓时，并不会产生故障码。此时如仔细体会，可能会感到一些故障症状。我们应接上仪器观察氧传感器的数据（包括信号电压和在0.45V上下的变化状态以判断传感器的好坏）。比如，奥迪车，当氧传感器的响应迟缓时，往往在1600～1800r/min之间出现转速自动波动（加速踏板不动）100～200r/min，甚至影响加速性。这往往是由于氧传感器响应迟缓，导致空燃比变化过大，造成转速的波动。对采用OBD-Ⅱ系统的车，三元催化转化器前后氧传感器的信号变化频率是不一样的。通常后氧传感器的信号变化频率至少应低于前氧传感器的一半，否则可能三元催化转化器的转化效率已减低了。

3）因果分析法。因果分析是对相互联系的数据间响应情况和响应速度的分析。

在各个系统的控制中，许多参数之间是有因果关系的。如电脑得到一个输入，肯定要根据此输入给出下一个输出。在认为某个过程有问题时，可以将这些参数连贯起来观察，以判断故障出现在何处。

如在自动空调系统中，通常当按下空调选择开关后，该开关并不是直接接通空调压缩机离合器，而是该开关信号作为空调请求或空调选择信号被传送给发动机控制电脑。发动机电脑接收到此信号后，检查是否已满足设定的条件，若满足，就会向压缩机继电器发出控制指令，接通继电器，使压缩机工作。所以当空调不工作时，可观察在按下空调开关后，空调请求（选择）、空调允许、空调继电器等参数的状态变化，以判断故障点。

4）关联分析法。关联分析是对互为关联的数据间存在的比例关系和对应关系的分析（指几个参数之间的逻辑关系）。

有时电脑对故障的判断是根据几个相关传感器信号的比较，当发现它们之间的关系不合理时，会给出一个或几个故障码，或指出某个信号不合理。此时一定不要轻易地断定该传感器不良，而要根据它们之间的相互关系进行进一步的检测，以得到正确的结论。

5）比较分析法。比较分析是对相同车种及系统在相同条件下的相同数据组进行的对比分析。

在很多时候，维修人员没有足够的技术资料和详尽的标准数据，无法很准确地断定某个器件的好坏。此时可与同类车型或同类系统的数据进行比较。当然在修理中，很多人会使用替换实验进行判断，这也是一种简单的方法。但在进行时，注意应首先做一定的基本诊断，在基本确定故障趋势后，再替换被怀疑有问题的器件，不可一上来就换这换那，其结果可能是换了所有的器件，仍未发现问题。要注意的是用于替换的器件一定要确认是良好的，而不一定是新的，这是做替换实验的基本准则。

（3）数据分析的一般步骤

1）有故障码时。在进行故障码分析并确认有故障码存在时，可以直接找出与该故障码相关的各组数据进行分析，并根据故障码设定的条件分析故障码产生的原因，进而对数据的数值及波形进行分析，找出故障点。

2）无故障码时

①读取相关数据参数。故障码分析后确认无故障码存在时，从故障现象入手，根据控制系统的工作原理和结构，推断相关数据参数，再用数据分析的方法对相关数据参数进行观察和全面分析。

②用直接测量的方法鉴定诊断仪数据并验证精度。用直接测量的方法验证诊断仪数据的精度，一般要求进行几个试验来确定校正误差。用一个红外温度测量工具，在安装冷却液温度传感器的位置检查气缸盖温度，同时观察诊断仪上的传感器测量读数。两个读数之间的偏差过大，就意味着冷却液温度传感器失调。对进气歧管绝对压力传感器也可以做类似的测试：用手持式真空泵给传感器加真空，用数字式万用表测量传感器信号电压。在不同的真空度情况下测取电压读数，与标准比较，便可确定传感器校准正确与否。进行这种测试对消除运行故障的误诊断和不必要的部件更换是很重要的。

③运用多种数据分析方法分析故障产生的原因。可先运用数值分析法分析，对相关数据进行动态检测。再结合其他分析方法观察数据，进行逻辑推理和判断，找出导致数据不正常的某个或多个原因。在进行数据分析时，常常需要知道所修车辆系统的基本原理和结构、基本的控制参数及其在不同工况条件下的正确读值，并同时运用多种数据分析方法，经过认真的分析，才有可能得出准确的判断。

④区分燃油系统和进气系统的电气/电子故障与机械故障。如经分析存在多个可能原因时，可逐个检查排除，并注意区分燃油系统和进气系统的电气/电子故障与机械故障。一些机械故障也会影响燃油控制并会引起串行数据读数和电子控制系统工作出现异常。如真空泄漏便是这种机械故障的最常见例子。过多的空气经过泄漏处进入进气系统会带来一些问题。过少的气体流经排气管也将引发排气系统的故障。排气不畅也是一种机械故障，它会影响歧管压力、燃油喷射脉冲宽度和氧传感器信号。

⑤进一步检测、排除故障，并试车验证故障是否排除。