波形分析在汽车故障诊断中的应用探究

吕怡秋

（宁夏工商职业技术学院 机械工程系，宁夏 银川 750000）

波形分析在汽车故障诊断中的应用探究

吕怡秋

（宁夏工商职业技术学院 机械工程系，宁夏 银川 750000）

随着电子技术在汽车应用地不断深入，车辆故障原因也变得更为复杂化，单一的汽车故障诊断方法已无法满足电子化程度越来越高的车辆电控系统的要求。将波形分析应用于汽车故障诊断中，可通过对比分析电子信号参数提高故障诊断的速度与精确度。与单一使用传统故障诊断方法相比较，结合波形分析方法获取工况信息的途径更为直接，具有较高的实时性，因而诊断过程更加快速、诊断结果更为准确，尤其对在较短时间内发生的偶发性、间歇性故障。

波形分析；故障诊断；点火系统；喷油器故障

近年来，随着汽车电子技术不断向综合化、智能化方向的发展，传统单一的诊断方法已无法适应复杂化的车辆故障。通过读取故障码或数据流方式进行故障诊断虽然操作较为便利，但存在一定缺陷，如对偶发性或间歇性故障无法读取故障码、数据流信息不直观，不利于故障判断。受内存影响，目前绝大多数自诊断系统与常见的解码器所能诊断的故障项目无法适应于逐步广泛应用的汽车电控系统，且传统故障诊断多针对连续性或多发性故障具有一定的局限性。而采用波形分析结合的方式，不仅可以全过程实时获取电子元器件的电信号值，而且可以通过读取波形与标准波形的对比快速判断故障点，进而检测出车辆故障信息，在一定程度上提高了故障诊断的精确度与诊断效率。文章以点火系统、喷油器为例，说明了波形分析在汽车故障诊断中的应用。

1 波形分析原理

在绝大多数情况下使用示波器（或带有示波功能的解码器）进行故障诊断的原理是通过读取电信号（包括电压或电流信号）随工作时间实时变化的曲线图，对整个汽车电气系统运行工况进行分析，从而确定某电器元件或某部分电路是否存在故障。在汽车运行过程中，电控元件或部分电路状态若发生异常突变，那么其信号波形在其特征参数（幅值、频率、占空比或外形特征）方面必然发生一处或多处相应的变化。

针对疑似故障的元器件或电路，可通过示波器观测记录被检测信号特征参数（如幅值、频率、占空比、外形特征等），与标准波形相对比，判断该检测信号异常与否，进而排查出故障原因。因此，波形分析常应用对点火系统、传感器、执行器、电气、CAN总线等故障诊断。

2 波形分析汽车故障诊断中应用举例

（1）点火系统故障分析。作为汽车工作的重要组成部分之一，点火系统工作状态直接影响了汽车心脏——发动机的工作性能，严重时会导致发动机无法正常启动，影响车辆的正常运行。借助自诊断系统或解码器对点火系统进行诊断时具有一定的局限性，尤其是针对火花塞故障的监测。

火花塞在点火系统工作过程中主要负责引入高压电、产生点燃混合气体的电火花，属于车辆易损件，其工作状态直接影响了点火系统的性能，容易引发发动机怠速不稳定或加油过程受阻塞等异常现象。受积炭、污浊或烧蚀等原因的影响，火花塞间隙在使用过程中会发生变化，当间隙过大时无法击穿间隙产生电火花，当间隙过小时又会导致电火花能量不足，易造成上述车辆怠速不稳、发动机功率不足等现象。但无论是自诊断系统或是解码器，都无法针对火花塞，尤其是火花塞间隙状态做出有效的诊断。通常想要得知火花塞间隙正常与否就要拆卸相应部件，利用塞尺对火花塞间隙进行测量，此类检测方法工作量较大。这时就可以通过对点火波形的读取来进行诊断，从波形的特征信息中提取异常参数，从细微处获取汽车运行工况，确定点火系统故障点。

笔者以现代瑞纳车型为例，借助KT600型解码器专用示波器初级点火单杠模式，通过改变单缸火花塞间隙值来依次读取相应点火系统波形，以此研究火花塞间隙对点火波形的影响，从而为通过波形分析点火系统故障提供理论依据。试验中选取的火花塞间隙依次为 2.0mm、1.6mm、1.1mm、0.9mm、0.6mm、0.3mm、0.1mm以及无间隙状态，发动机工况良好，以800r/min转速平稳运转，通过波形读取发现，随着火花塞间隙的改变，点火波形峰值及衰减震荡频率会各有不同，例如，当火花塞间隙过大时在波形上可体现为峰值电压过高。除此之外，次级波形也可反映车辆工况，例如，可从单缸次级点火波形的闭合段振荡波形中反映出次级绕组是否存在断路或短路现象；波形中所读取的击穿电压的高低可反映出次级电路中是否存在火花塞间隙异常、混合气体过稀等现象。

（2）喷油器故障分析。在电控发动机系统中，喷油器按ECU脉冲信号将定量的燃油以相应的压力射入进气管道。在此过程中，喷油时间直接影响了喷油量，而从喷油器波形中可直观的读取出喷油时间，换言之，可从喷油波形的脉冲宽度大小判断喷油量的多少，若读取波形无脉冲宽度为一条直线，则喷油器没有执行喷油过程。除此之外，高低电平电压值异常可反映线路接触不良或存在短路现象；其峰值电压则反映了喷油器线圈匝数的多少，这会随车辆使用的喷油器类型的不同而不同，一般在30～100V之间，若测得电压峰值不在此范围之内可检测喷油器线圈正常与否。

某现代轿车行驶过程发现怠速不稳，经诊断仪诊断后故障码显示正常，此时可以通过检测该缸喷油器波形来判断该故障原因。经观测，该车某缸喷油器波形在喷油脉冲前的电压段有较大幅度波动，影响了喷油器的工作性能，可根据该波形判断原因发现该缸喷油器电路接触不良，故障排除。

3 结语

通过上述实例可以看出，运用波形分析法是一种较为直观的汽车故障诊断方法，可实时获取被测量电器元件的特征信号值。该方法尤其针对无法读取故障码的车辆异常现象，深入研究各电器元件电压或电流波形对系统故障的监测与排除意义重大。除上述案例外，波形分析法可广泛应用于各传感器与执行器故障诊断之中，可通过示波器观测氧传感器信号电压波形对燃油反馈系统故障做出诊断，帮助维修人员检测发动机功率不足、怠速不稳定、尾气异常等故障现象的原因；可通过读取转速传感器信号电压波动特征来判断元器件线路是否发生异常等等，同时该方法还可应用于车载网络系统的故障诊断之中。

在实际工作过程中运用该方法需要注意两点，一是在读取波形时要注意测量端与触发源信号的选取，这两者都有可能对所测波形造成影响，干扰测量结果；二是要注意标准波形的选取。由于不同生产厂家的电子产品特性各有不同（尤其是点火系统），导致其标准工作波形特点各有不同，在实际工作过程中，应当结合工件实际来进行分析。

［1］鲁植雄，刘弈贯.汽车电喷发动机波形分析图解［M］.南京:凤凰出版传媒集团，2006.

［2］王东.赛豹汽车电控系统波形分析及故障诊断［D］.长春：吉林大学，2006.

［3］汪文忠.汽车发动机点火故障诊断方法分析［J］.轻型汽车技术，2016，（3）：71-72.

［4］彭桂枝.电喷发动机喷油器波形分析及其故障诊断实例［J］.民营科技，2014，（10）.

Application of W aveform Analysis in Automobile Fault Diagnosis

LV Yi-qiu
（Department of Mechanical Engineering，Ningxia Polytechnic and Technical College，Yinchuan，Ningxia 750000，China）

With the deepening of the application of electronic technology in automobile，the reason of vehicle failure has become more complicated，and the single vehicle fault diagnosis method can not meet the requirements of electronic control system with increasing electronic degree.The application of waveform analysis in vehicle fault diagnosis can improve the speed and accuracyof fault diagnosis by comparing and analyzing the electronic signal parameters.Compared with the traditional method of using the traditional fault diagnosis method，the method of obtaining the condition information is more direct and is real-time，so the diagnosis processismore rapid and thediagnosis resultismoreaccurate，especially for theoccasional，intermittentfailure in shorttime.

waveform analysis；fault diagnosis；ignition system；injector failure

U472

A

2095-980X（2017）06-0043-01

2016-05-14

本文系宁夏工商职业技术学院科研项目：波形分析在汽车故障诊断中的应用与研究（项目编号：GS2015-14）的阶段性研究成果，项目负责人：吕怡秋。

吕怡秋（1988－），女，山东潍坊人，硕士研究生，助教，主要研究方向：机械制造。