现代汽车发动机自诊断系统的探讨毕业论文.docx
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现代汽车发动机自诊断系统的探讨毕业论文
现代汽车发动机自诊断系统的探讨毕业论文
绪论………………………………………………………………………………………5
1汽车自诊断系统简介…………………………………………………………………6
1.1汽车自诊断系统的发展史………………………………………………………6
1.2汽车自诊断系统的发展…………………………………………………………7
2汽车自诊断系统………………………………………………………………………8
2.1车内故障自诊断系统具备的功能………………………………………………8
2.2故障代码的存储方式……………………………………………………………9
2.3故障代码的读取…………………………………………………………………9
2.4车外故障诊断系统………………………………………………………………10
2.5故障诊断仪通信接口OBD-II标准简介………………………………………11
2.6电控发动机自诊断系统…………………………………………………………12
2.6.1诊断系统概述…………………………………………………………………12
2.6.2汽车自诊断系统的工作原理…………………………………………………12
2.6.3诊断系统故障代码的读取……………………………………………………13
3典型车系汽车故障自诊断分析………………………………………………………14
3.1自动变速器自诊断系统分析……………………………………………………14
3.2丰田5A-FE型发动机自诊断系统分析…………………………………………15
结论………………………………………………………………………………………17
谢辞………………………………………………………………………………………18
参考文献…………………………………………………………………………………19
前言
现代汽车电控系统日趋复杂，给汽车维修工作带来了越来越多的困难，对汽车维修技术人员的要求越来越高；电子控制系统的安全容错处理能力，使汽车不致因为电子控制系统自身的突发故障导致汽车失控和不能运行。
针对这种情况，汽车电控系统设计的同时，增加了故障自诊断功能模块。
它能够在汽车运行过程中不断监测电子控制系统各组成部分的工作情况，如有异常，根据特定的算法判断出具体的故障，并以代码的形式存储下来，同时起动相应故障运行模块功能，使有故障的汽车能够被驾驶到修理厂进行维修，维修人员可以利用汽车故障自诊断功能调出故障码，快速对故障进行定位和修复。
因此，从安全性和维修便利的角度来看，汽车电控系统都应配备故障自诊断功能。
1汽车自诊断系统简介
1.1汽车自诊断系统的发展史
故障诊断系统有两种：
一种具有自诊断，装在车上并在车内仪表盘自诊断系统（车内诊断系统）。
另一种是车上具有诊断功能装置，但需要从车外进行测定的车外仪器诊断系统。
并且随着世界的发展，第二种诊断系统越来越展示其优越性，逐渐占据主导地位。
在国外，现代汽车诊断技术主要从50年代末70年代初开始的。
首先出现的是一些专用的检测仪器。
如发动机正时提前测试仪，这些仪器主要对发动机进行检测和检验，只是故障诊断的辅助工具。
1972年在美国旧金山召开的第一次国际汽车安全会议上，汽车诊断标准化是其重要论题。
在这次会议上，德国伏克斯瓦根公司的诊断装置，德国奔驰公司的诊断装置等，由于这类装置或仪器数据存储量小，缺乏对检测数据的综合分析能力，所以很快的带有微处理器（MPC）系统的更为先进的车上检测装置占据了汽车故障诊断的主流。
1976年美国通用公司推出了世界上第一个点到电子点火控制系统MISAR，其中已具备了自诊断功能，它不但能控制点火系，而且能对发动机冷却水温度，电路内部故障和蓄电池电压信号等进行实时监控，当发生异常情况时报警指示灯亮，MISAR的出现带动了其他各汽车生产商对车上诊断系统的研制。
并且发展的这类系统具有更多的检测和诊断项目，有的已超过50项。
进入20世界80年代以后，车内诊断占多数地位的局面被打破，车外诊断系统有很大发展。
如1986年通用汽车公司推出CAMS，福特公司推出的SBDS系统等，它们可以从随车系统上接受数据。
用自身存储的故障诊断程序进行自动诊断，是具有较高水平的诊断系统，随着汽车电子技术的发展，故障自诊断系统已能对各传感器、执行器和ECU本身进行检测，并能判断和区分故障类型。
以故障代码的形式存储起来，供维修人员用专门的故障代码读取设备读出。
故障自诊断技术不仅应用在发动机电子控制系统中，而且在自动变速器、防抱死制动装置、安全气囊等系统的电脑控制单元中广泛使用、世界各大公司都推广这一技术，并开发出与各自车型配套的故障代码读出设备，这就给用户在汽车运行中及时发现故障和汽车修理时故障的查询带来了极大的方便。
1.2汽车自诊断系统的发展
OBD系统经历了OBD-I（第一代随车诊断系统）和OBD-II（第二代随车诊断系统）、EOBD两个阶段。
OBD-I最早在1991年由美国加州规定使用，功能相对简单，主要是诊断与排放有关的零部件的完美是失效。
OBD-I没有统一的标准，OBD连接器插口、故障代码、通讯协议等形式内容大都不同，给电控汽车的故障诊断和维修带来了诸多不便。
第二阶段OBD-II、EOBD系统则非常复杂。
OBD-II、EOBD除了对排放有关的部件完全失效外，还要对于部件老化、部分失效引起的排放超标进行诊断。
因此。
OBD-II、EOBD才是真正意义上的实现对在用车整个使用寿命范围内的排放性控制。
OBD-II、EOBD使用统一的标准，只要用一台仪器即可对各种车辆进行诊断检测，这给全球汽车维修检测提供了极大的方便。
因为美国和欧洲采用了两种不同的排放法规体系，所以第二代随车诊断系统有OBD-II、EOBD，而采用欧洲排放法规的国家则实施EOBD系统，从根源上来说，美国的OBD-II系统施舍得更早，标准更严格。
美国环保局规定1996年以后的轿车和轻型卡车（载重在6.5t以下）的电控系统都要求配置OBD-II系统。
欧洲则从2000年开始逐步施舍EOBD系统，而对于柴油机发动机轿车要求到2004年必须强制配置EOBD系统。
在我国目前已经颁布的排放法规中欧II标准里尚无OBD得有关规定，但随着欧III标准的实施，EOBD的使用必须提上日程，OBD已成为汽车行业的热门话题。
2汽车自诊断系统
2.1车内故障自诊断系统具备的功能
目的车内故障自诊断系统一般具有如下的功能：
1）检测电子控制系统的工作状态，若发现问题就以故障警告灯的闪烁的方式提醒司机。
2）将检测到的故障以代码的形式储存起来，汽车维修时，可以用一定的方法取出故障代码，方便了故障查询。
3）在某一执行机构发生故障时，自诊断系统及时停止其他执行机构的工作，以确保汽车行驶安全或避免造成部件的损坏。
4）因传感器或控制器及其他电路发生故障，发动机不能工作时，起用备用系统，使发动机能够维持基本的运转，使司机能将汽车顺利开回修理部。
5）向故障诊断读取设备输出汽车实时运行状态数据，接受维修人员通过故障诊断仪向执行机构发出的强制动作命令，清除故障代码等。
2.2故障代码的存储方式
不同厂家生产的汽车，故障代码的存储方式有所不同：
1）存储故障代码的RAM存储器直接与蓄电池项链，代码可长期保存，清除代码必须断开专门的RAM连接电路。
也可用断开蓄电池的方法来清除，但这样可能导致ECU中其他信息也丢失。
2）故障代码存放在EEPROM（电可擦可写存储器）中。
即使断开蓄电池，ECU中其他信息也不会丢失。
清除代码必须通过故障诊断仪向ECU自诊断系统发出消除命令。
2.3故障代码的读取
不同的车型，读取方式也不相同：
1）有的汽车仪表盘上装有故障警告灯，用导线将显示电路接通后，通过指示灯的闪亮频率来显示故障代码。
2）有些汽车用电压表指针摆动来显示故障代码。
将代码输出驱动电路接通后，用万用表的直流电压挡检测故障检查接线柱和插孔上的电压，看电压表指针的摆动来读出故障代码。
3）配有故障诊断仪接口的汽车，可使用配套的诊断仪直接显示或打印故障代码。
有的一起还能显示故障的区域，检查的方法，检测的标准数据等。
关于诊断仪的功能和使用，下面将详细介绍。
2.4车外故障诊断系统（故障诊断仪）
汽车故障诊断仪是和车内故障诊断系统配套使用的。
从本质上看，它相当于自诊断系统的终端设备，起到人机交互的功能，随着微电子当偏激技术的发展，故障诊断仪能完成的功能越来越丰富，现归纳如下：
1）显示故障代码，同时显示发生故障的部位、检查的方法，检测的标准数据等，并打印上述信息。
2）清除故障代码。
3）汽车运行实时状态数据的显示，维修人员可对标准数据，通过分析数据偏离标准数据的方向和大小找出故障的原因。
4）向ECU发出执行器强制动作的命令，以查看执行器是否正常。
5）临时修改ECU内部数据，改变ECU的控制策略用于测试发动机。
6）存储汽车运行的状态数据和故障信息，向个人计算机或故障诊断专家系统输出。
目前，国内外厂家都竞相开发出各种故障诊断仪，下面简单介绍。
首先，以德国BOSCH公司为主开发与Motronic系统配套的诊断仪V.A.G1551-1552，可以读出系统的故障代码和消除故障代码，还具有显示发动机的一些工作参数等功能。
另外BOSCH公司还推出一款称为“KTScardretrofit”的基于计算机系统的诊断工具包，供专业人士使用，它的特点是功能更强大，容易升级。
深圳威宁达仪器有限公司开发出“KINTEC金德PC98”汽车故障快速诊断系统。
它的特点是充分运用PC平台结构的优势，在普通个人电脑上插上内置式卡或外置式接口卡，并配上基于Windows软件，可以人工读取故障代码，以数字或图形的方式显示数据流，便于相关数据相互比较。
2.5故障诊断仪通信接口OBD-II标准简介
1994年以来汽车诊断系统称为OBD-II型诊断系统，它是由各个整车制造厂或仪器制造商各自开发的，诊断接口和通信方式各不相同，不能互相通用。
以诊断插座为例，福特车系有7针、25针，奔驰车系有圆形9针、38针、长方形16针等，这种各自为政的局面不仅给维修工作带来了麻烦，而且也增加了维修成本和人员培训费用，反过来也影响了产品在全球范围的销售。
自1987年起，美国加州大气资源局（CARB）规定车载故障自诊断系统必须能够对汽车的排气系部件进行检测。
1994年CARB颁布了更为严格的废气排放控制法规，规定与排气相关的部件必须与被称为万能扫描工具的故障诊断仪进行通信。
同时，美国环境厅（EPA）也采取相应措施在全美推广使用。
在CARB的要求下，美国汽车工程学会（SAE）进一步推进了与故障诊断仪相关的标准化工作，形成了诊断仪接口的OBD-II统一标准，各汽车制造厂家依照OBD-II统一标准，提供统一的诊断模式和统一的诊断插座，只要通过一台仪器即可对各种车辆进行诊断检测。
诊断插座统一为16针插座，并统一安装于驾驶室仪表盘下方。
2.6电控发动机自诊断系统
由于在汽车上电控的汽油喷射系统与点火系统趋于复杂化与完善化，新型的发动机管理系统中都设有故障内诊断系统，车用电脑中自诊断程序能经常地检测一些输入与输出的信息，其结果有些还要与存储器中得永久数据相比较，以确认它们是否工作在预定的正常工作范围内。
自诊断系统能及时地指示汽车及发动机电控系统的故障所在。
2.6.1诊断系统概述
在发动机控制系统中，电子控制单元（ECU）都具设有自诊断系统，对控制系统各部分的工作情况进行监测。
当ECU检测到来自传感器或输送给执行元件的故障信号时，立即点亮仪表盘上的“CHECKENGINE”灯（俗称故障指示灯），以提示驾驶员发动机有故障；同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在存储器中，以便帮助维修人员确定故障类型和范围。
对车辆进行维修时，维修人员可通过特定的操作程序（有些需借助专用设备）调取故障码。
故障排除后，必须通过特定的操作程序清除故障码，以免与新的故障信息混杂，给故障诊断带来困难。
2.6.2汽车自诊断系统的工作原理
电控发动机工作时，ECU不断收到各种传感器输入的信号，也不断向执行机构输出指令信号，自诊断系统就是根据这些信号来判断有无故障的。
主要分为传感器故障自诊断原理和执行元件故障自诊断原理两种。
1）传感器自诊断故障原理：
传感器是向ECU输送信号的电控系统元件，不需专门的线路，自诊断系统即可对各种传感器进行故障自诊断。
若某传感器输入ECU的信号超出正常范围，或在一定时间内ECU收不到该传感器信号，或该传感器输入ECU的信号在一定时间内不发生变化，自诊断系统均判定为“故障信号”。
若故障信号持续出现超过一定时间或多次出现，自诊断系统即判定有故障，并将此故障以故障码的形式输入ECU的存储器中，同时接通故障指示灯电路警告驾驶员。
此外，自诊断系统还会根据故障性质，自动启动失效保护系统或应急备用系统等。
而它只能根据传感器输入信号来判定有无故障，但不能确定故障的具体部位。
2）执行元件自诊断故障原理：
电控执行元件一般只接收ECU的执行命令信号，所以在没有反馈信号的开环控制系统中，执行元件或其电路是否有故障，自诊断系统只能根据ECU输出的执行命令信号来判断，其自诊断原理与传感器类似。
带有反馈信号的闭环控制系统（如点火控制系统、爆燃控制系统等）工作时，自诊断系统还可根据反馈信号判别故障。
这些系统出现故障，有些会导致电控系统停止工作。
2.6.3诊断系统故障代码的读取
汽车电脑内部都设有一个故障自诊断电路，它能在发动机运行过程中不断监测控制系统内部的工作情况，及时检查出系统中大部分的故障，并将故障以代码的形式存储在电脑内。
只要保持蓄电池的供电，这些故障码就会一直保持在存储器中。
因汽车制造厂的不同，随车诊断系统OBD-II的故障代码的读取方法也不相同。
1）利用仪表板上发动机故障警告灯的闪亮规律读取：
在读取故障代码之前，发动机应处于规定的初始状态。
读取方法为点火开关置于ON位置，不起动发动机，用一根导线连接故障检测插座或故障诊断插座（TDCL）的TE1和E1插孔。
根据发动机故障警告灯的闪烁规律来读取故障代码。
2）利用故障检测插座上输出地电脉冲读取：
点火开关关闭，发动机熄火。
打开发动机故障检测插座罩盖，用一根导线将TE1与E1插孔相连接。
将万用表置于直流电压档（量程为25V左右），让正极测笔接故障检测孔上的W插孔（代码输出）,负极测笔接地。
打开点火开关，不起动发动机。
输出插孔W输出一串脉冲信号，观察并记录故障码。
3）利用故障显示发光二极管的闪亮规律读取：
确认电脑上的故障自诊断开关已接逆时针方向转动到头。
点火开关置于ON位置，不起动发动机。
按顺时针方向将故障自诊断开关转动到头。
起动发动机之后，即可根据红、绿两色发光二极管的闪亮次数与规律来读取故障代码。
3典型车系汽车自诊断故障自诊断分析
3.1自动变速器自诊断系统分析
下面我们以三菱F4AC1自动变速器为例：
1）自诊接头：
三菱汽车系列有3种自诊接头：
12孔、16孔诊断插座或2种同时采用。
目前，三菱汽车上全部采用的是16孔的OBD-II型标准型诊断插座，它位于方向盘侧的仪表盘下地熔丝盒旁。
2）故障代码读取方法：
①对于12孔诊断插座，可利用发光二极管LED灯或电压表来读取故障代码:
在12孔诊断插座的第6号端子及第12号端子之间跨接1个330Ω的电阻及一个发光二极管LED灯，点火开关置于ON，LED灯就会闪烁，通过读取闪烁次数来记录故障代码。
②对于16孔的OBD-II型标准型诊断插座，可利用万用表、发光二极管LED灯以及发动机故障灯（CHECKENGINE）来读取故障代码。
若仪表面盘上有发动机故障灯，可将诊断插座6号端子用跨接线直接短路搭铁，点火开关置于ON，发动机故障灯即可闪烁出故障代码。
若无发动机故障灯，则可用万用表来读取故障代码。
此时万用表的红笔（+）接到诊断插座第6号端子，黑笔（-）接到第4号、5号端子或直接搭铁。
利用表针的摆动次数来读取故障代码。
也可在诊断插座的第6号端子与第4号端子之间串接一个330Ω的电阻及一个发光二极管LED灯，点火开关置于ON，LED灯即会闪烁显示故障代码。
3.2丰田5A-FE型发动机自诊断系统分析
故障码的读取方式分为普通状态和实验状态两种:
1）采用普通方式调取故障码时，将点火开关打开，但不起动发动机，用专用跨接线短接故障诊断座上的TE1与E1端子，仪表盘上的故障指示灯“CHECKENGINE”即闪烁输出故障码。
2）采用试验方式调取故障码，首先关闭点火开关，用专用跨接线短接故障诊断座上的TE2与E1端子；然后再打开点火开关，起动发动机，进行路试；路试后，再用另一根专用短接线将诊断座上的TE1与E1端子短接，仪表盘上的故障指示灯“CHECKENGINE”即闪烁输出故障码。
若无故障码储存，“CHECKENGINE”灯等间隔地闪烁，其中亮、熄的时间为0.25s，输出的是正常码。
若有故障码储存，“CHECKENGINE”灯将不断地闪烁循环显示所有的故障码，每一循环依数值小的故障码在前、数值大的故障码在后的顺序显示，直到拆下诊断座上的专用短接线为止；丰田车系故障码为两位数，“CHECKENGINE”灯闪亮与熄灭的时间均为0.5s，闪亮的次数代表故障码数值，一个故障码的十位与个位之间有1.5s熄灭的间隔，两个代码之间有2.5s熄灭的间隔，每一循环重复显示之间有4.0s熄灭的间隔。
结论
本文是结合国内外其他微型汽车发动机厂商及自诊断生产厂商目前的发展形势，通过理论研究成果和预研实践完成的。
OBD是一个非常复杂的自诊断系统，用于检测影响汽车车身零部件和系统的故障。
目前，国产汽车发动机电子系统基本是直接采用国外成熟产品，国内对OBD领域的研究尚处于起步阶段。
由于发动机诊断技术的逐渐成熟，OBD将会被提到一个非常重要的地位。
尽管OBD系统还存在某些方面的局限性，但它才是目前真正意义上对在用车整个使用寿命范围内系统的控制。
致谢
本论文是在朱颖老师的悉心指导下完成的，朱颖老师渊博的知识、敬业的精神以及对学生认真负责的态度使我成功完成论文的过程中受益匪浅，论文的很多地方都渗透着朱颖老师的智慧和莫大的帮助，忠心感谢朱颖老师在任何时候都能对我提出的问题闹心的回答和帮助。
在临近毕业之际，我还要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培。
不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。
同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。
我还要感谢同组的各位同学以及我的各位室友，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！
参考文献
[1]南金瑞.刘波澜《汽车单片机及车载总线技术》.北京：
北京理工大学出版社，2005。
[2]周卫星.《汽车文化》.北京：
人民交通出版社，2005。
[3]吴喜骊.《汽车发动机电控技术》.上海：
同济大学出版社，2010。
[4]德国Bosch公司.《汽车工程手册》.2000。
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