汽车故障原因推测策略案例研究

陈高路

（广州市交通运输职业学校，广东 广州 510440）

1 前言

汽车故障诊断的方法有很多种，如人工直观经验法、仪表设备诊断法、汽车自诊断法、专家系统故障诊断法等。尽管车载自诊断技术、专家系统等技术有了长足的进步，但是由于人工直观经验法维修成本低，具有良好的灵活性和适应性，再加上检测仪器的升级换代，人工直观经验法的使用频率在故障诊断方法中占比30%以上。

人工直观经验法是指维修技师对有故障的系统 （或元件）的构造和工作原理熟知的前提下，根据自身经验，通过原地检视或道路试验，凭感觉、观察及测试工具，采用将某个部位症状放大或暂时消隐的方法，对汽车的故障和现象进行判断。该诊断方法一般包括以下5个步骤。

1）询问客户故障症状，重现故障症状。

2）观察故障现象，判定观察到的症状是否为故障。

3）如果是故障，依据观察到的故障现象推测故障发生的原因。

4）检查可疑部位，找出故障产生原因。

5）分析引起故障的因素，对故障进行正确的维修，避免类似故障再次发生。

2 问题提出

人工直观经验法诊断过程是一个推测、验证，再推测，再验证，逐渐寻找故障真正原因的反复过程。在实际维修中，由于错误片面的推测，导致维修事倍功半，甚至走入死胡同的也比比皆是。比如在面对“多个挡位挂挡困难的变速器故障”时，维修技师如果不能抓住“多挡位挂挡困难”这一重要信息，可能会误以为故障在变速器内部，而忽略离合器分离不彻底这一原因，误入拆检变速器总成的歧途。

因此，准确找出故障的症状，再根据症状推测故障原因是人工直观经验法的关键点。尽管有着“先外后内、先简后繁、先熟后生、先思后行、代码优先”的故障诊断基本原则，但由于故障成因的复杂性，因此通过故障案例研究，实现从个别到一般性经验的得出，有利于丰富人工直观经验法的诊断策略。

3 故障原因推测策略

3.1 结合工作原理分析故障原因

推测故障原因需要高水平的汽车专业知识和技能，有时候需要对出故障的整个系统、甚至整台汽车进行系统分析才能推测出故障原因。尤其是面对不断出现的新技术，如果维修技师对其工作原理不熟悉，将很难对故障原因做出快速、正确的推测。

1）案例1：丰田普锐斯无法加速。

2）故障现象：车主反映，踩油门时车速上不去。接车后发现，车速上升至20 km／h时，防滑故障灯闪烁，汽车无法再提速。尤其是在加大油门时，车速只能保持在10 km／h。此外，仪表内的SRS灯始终点亮。

3）维修过程：维修技师依据试车后的故障现象，初步判断由于车辆的驱动防滑系统误工作，导致该故障。但事实上在车辆行驶时，驱动轮并无滑转，驱动防滑系统为何会工作呢？

丰田普锐斯带有TRC（牵引力控制）和VSC（车辆稳定性控制）系统。当驱动力施加到车轮上时，如果驱动轮打滑，TRC系统电脑将降低发动机 （或驱动电机）的输出，并对驱动轮施加制动力限止打滑，从而提高驱动力。当车辆在转弯时出现车身不稳定状态时，VSC系统电脑将对部分车轮实施制动，同时减少发动机 （或驱动电机）输出，从而稳定车辆的行驶状态。

根据工作原理和故障现象，可以将故障范围锁定在以下几个方面：①前后轮胎尺寸不一致；②与VSC相关的传感器 （如转向角、横摆率等）故障；③线路故障；④制动防滑控制ECU故障；⑤混合动力控制系统故障。

首先检查轮胎，4个轮辋和4个轮胎的尺寸一致。

接着读取故障码，发现只有SRS系统有2个故障码，分别为B1801（引爆管电路开路）、B1811［引爆管 （双级-第二级）电路开路］。从这两个故障码可以看出，方向盘上的安全气囊电路有开路。

依据判断，进一步检查喇叭。发现喇叭按钮失灵，且方向盘上的其它功能按钮均失灵。可以推测，方向盘内的螺旋电缆可能断裂。那么螺旋电缆的断路与本故障又会有什么关联呢？

进一步读取VSC系统数据流，发现转向角传感器的数值为1150度，左右打方向时，该数值不会变化。接着检查螺旋电缆，发现螺旋电缆开路，且无法初始化转向角传感器。

4）维修结果：更换螺旋电缆和转向角传感器，初始化传感器后，故障排除。

5）案例反思：那么螺旋电缆的断裂，怎么会造成汽车无法加速呢？

实际上，从“转向角传感器的数值始终在1150度”这一数据可以看出，转向角传感器始终向VSC电脑传递车辆以最大转向角向左转的信号，系统电脑由此判定车辆正在转弯。车辆转向时，外侧轮的转速应比内侧的转速要快。但事实上，车辆实际处于直线行驶状态，其左右轮的转速相等。这样一来，ECU就会误判此时车轮有打滑现象，车身在转弯时处于不稳定状态。系统电脑将实施制动，减少发动机 （驱动电机）输出来稳定车辆，从而限制了车辆加速。

从案例1中可以看出，维修技师如果对TRC系统和VSC系统的工作原理不熟悉，很难将故障现象与这两个系统有问题关联起来。并且，就算最后误打误撞更换了喇叭螺旋电缆，也未必能弄清楚故障产生的真正原因。

3.2 全面细致地重现和观察故障现象

验证和重现故障现象是故障诊断的第一步。维修技师先通过问诊调查故障发生的时间、地点、频次等因素，然后对故障系统的工作情况进行仔细观察，如功能是部分失效还是完全失效，外观是否有损坏，工作温度是否正常，是否有异响，是否有异味等。结合观察到的故障现象，再根据汽车的构造和原理，深人思考和具体分析可能产生故障的部位。当故障现象不明显，或者观察不到时，维修技师还应通过施加振动、加热和 （或）致冷、淋水、施加电负荷等方法再现或者放大故障显现。

1）案例2：丰田卡罗拉左后车窗偶发性不能升降。

2）故障现象：车主反映，有时无法用主控开关控制左后门电动车窗的升降。

3）维修过程：维修技师依据车主的反馈信息，对左后门的电动车窗进行了升降功能测试。当左前门处于关闭状态时，左后门车窗玻璃升降正常。当完全打开左前车门时，左前门的主控开关不能控制左后车窗玻璃的升降。这时，再尝试用左后门的车窗开关控制玻璃升降时，发现左后的玻璃能升不能降。

技师依据观测到的故障现象，对照电路图 （图1）进行分析。发现电动车窗主控开关I3的12脚和左后分开关K1的5脚有断路时，将出现主控开关无法形成回路，不能控制左后车窗电机。此时，左后的分开关位于上升挡位时，可以形成回路，玻璃可以上升，分开关位于下降挡位时，电路处于断路状态，玻璃不可以下降。进一步查看电路图，发现连接器IE1位于驾驶室内的左侧脚踢板，连接器I3位于左前门主控开关处。联系“车门关闭时无故障，打开时出现故障”这一故障现象，推测故障可能是由于车门打开过程中，I3连接器与IE1连接器之间的线束被拉断造成的。

技师依据分析结果，测量主控开关I3的12脚和连接器IE1的8脚之间的线束电阻。当车门处于完全关闭状态时，电阻值低于1 Ω，线路处于通路状态，逐步打开车门，当车门打开至一半状态时，电阻值为无穷大，线路处于断路状态。

4）故障排除：更换I3的12脚和IE1的8脚之间的导线，故障消失。

图1 丰田卡罗拉电动车窗电路图

5）案例反思：看似一个奇怪的偶发性故障，维修技师通过对电动车窗进行充分的功能检查，仔细观察故障现象，并依据现象进行分析推测，在不用万用表检查的情况下就精确地推测出故障部位，后续的电阻测量，只是验证预判断是否正确。

3.3 合理利用检测设备，凸显故障现象

随着汽车诊断设备的发展，利用检测设备对汽车的结构参数、技术状态 (如间隙、尺寸、形状、相关位置的变动、真空度、压力、油耗和功率等）、曲线和波形等进行检测，放大故障现象，进一步方便维修技师充分观察故障现象。典型的诊断设备有万用表、示波器和诊断电脑等。尤其是利用诊断电脑读取故障码、动态数据流、冻结帧，已成为汽车故障诊断的必要过程。数据流可以捕捉汽车故障状态下系统运行过程中的异常信号数据，常用于辅助诊断偶发性故障、传感器特性变异故障、无故障代码故障等。

1）案例3：丰田锐志多个故障指示灯点亮。

2）故障现象：车主反映发动机故障灯、ABS和VSC灯点亮。

3）维修过程：维修技师起动发动机，发现发动机故障指示灯、ABS和车辆稳定控制系统 (VSC）故障指示灯始终点亮，用诊断电脑读取故障码为P0172［系统状态过浓 (1列）］和P0175［系统状态过浓 （2列）］。依据故障码可以初步锁定故障原因为：

喷油器泄漏、空气流量计 （MAF）故障、水温传感器（ETC）故障、点火系统故障、燃油压力不正常、排气系统漏气、空燃比 （A／F）传感器电路断路或短路、空燃比传感器故障、空燃比传感器加热器故障以及发动机电脑 （ECM）故障。

清除故障码后试车，发现加油无力，行驶几公里后故障灯再次点亮。进一步检查燃油压力，发动机怠速时燃油压力为310 kPa（标准值为301～347 kPa），正常。分别检查排气管、喷油器、火花塞，均正常。

更换空气流量计，重新试车，故障依旧。读取怠速状态下的数据流见表1。

表1 锐志燃油修正系数数据流

依据表1数据，计算出反馈补偿系数为1.44（反馈补偿系数=短期燃油修正系数+长期燃油修正系数+1），说明系统已严重偏浓。左右两侧的补偿系数基本一致，而两个空燃比传感器同时出故障的可能性不大，因此可以判断空燃比传感器正常。

表1所示，空气流量 （MAF）的动态数据为4.84 g／s，此时的空气流量相当于发动机转速为1 150 r／min时的进气量，高于怠速时的正常数值2.5～3.1 g／s。发动机电脑给出的喷油量信号高于实际需求量，从而导致混合气过浓。空燃比传感器不断发出过浓信号，修正喷油量。当燃油修正值超过最大修正阈值时，故障指示灯点亮，储存系统状态过浓的故障码。

从数据流的分析可以看出，故障原因仍然是空气流量计信号不正常导致的。由于空气流量计已更换过，进一步检查线路。

如图2所示，用万用表测量发动机ECM的D5连接器27脚（VG）与空气流量计3脚 （信号输出）间导通。装复D5连接器，再测量空气流量计的2脚 （搭铁）端子与车身搭铁间的电阻值为1.3 Ω，用手拉动此导线ECM侧的连接器时，出现搭铁电阻忽大忽小的变化。仔细检查，发现D5连接器的26脚有松动，造成接触电阻。这样相当于在空气流量计中串联了一个额外电阻，提高了空气流量计的输出电压，最终导致ECM产生进气量大的误判。

图2 空气流量计电路图

4）维修结果：修复D5的26脚，重新试车。怠速时的MAF降为3.0 g／s，长短效燃油修正系数恢复到±5%之内，故障排除。

5）案例反思：本案例是一个典型的空燃比缺陷导致的发动机故障。造成这类故障的原因范围比较广，维修技师需要对各个系统进行全面的观察和分析，才能正确地推测出故障原因。案例中，维修技师先后借用了燃油压力表、诊断电脑、万用电表来检测，尤其是对与故障相关的数据流进行了分析和比较，凸显了故障现象，抓住空气流量值不正确这一现象，判断空气流量计线路有问题，一举解决故障。

值得注意的是，将故障系统运行工况相关的数据流与标准参考数据对比 （数据可以通过新车采集），是利用数据流判断故障的常用方法。

3.4 巧用共用元件、线路缩小故障范围

故障诊断过程，实质上是一个不断缩小故障范围的过程。对于多系统群死群伤的故障现象，其故障原因往往是由共用元件、共用线路有故障导致的，比如共同电源、共同搭铁等。这样可以迅速缩小故障范围，降低排查难度。而面对单个系统相对独立的故障现象时，可以将故障系统中与其它正常系统相关联的元件、线路排除在外，从而缩小故障范围。

1）案例4：丰田锐志仪表多个故障灯亮。

2）故障现象：车主反映，车辆起动时，偶尔会出现ABS灯、SRS灯、PS灯、驻车制动灯同时点亮，方向无助力，转速表不稳的现象。故障灯点亮后，车速为30-40 km／h，发动机偶尔会熄火。并且，早上冷车起动时容易发生该故障。

3）维修过程：读取故障码，共发现ABS／VSC／TRC系统、EMPS系统、空调系统、组合仪表、主车身等5个系统13个故障码 （表2），这些故障码均为失去通信故障码，具有CAN系统链路故障的典型特点。此外，诊断电脑与车辆通信正常，可以判定CAN通信线路无短路。由此，初步推测故障原因为“CAN通信线路有间接性断路或多个系统故障”。

表2 故障系统检出故障码统计表

从故障概率的角度判断，多个系统同时出现故障的可能性非常小，最有可能是这些系统共用的某个零部件出现问题，如共用电源、共用线束连接器等。

根据系统图 （图3）和电路图，查找与各故障系统相关联的部件如表3所示。

图3 锐志V1总线CAN系统示意图

从表3中发现，K87（2号接线连接器）是所有故障系统都必须经过的一个点，由此，可以基本锁定故障是由K87造成的。

4）维修结果：清除故障码，起动发动机。用手晃动K87线束，观察仪表，发现仪表内转速表随着晃动有波动。当将线束拨到一个特定位置时，转速表指向0位，ABS灯，PS灯、安全气囊灯、驻车制动灯点亮，空调不制冷。重新读取故障码，故障码重现。确定故障是K87线束端子松动引起。

5）案例反思：在检修故障的过程中，维修技师依据5个系统同时失效这一故障现象，初步判定为CAN系统链路故障，然后再分别找出导致各个系统失效的部件，对比分析，找到K87是各系统均会涉及的共同部件，从而缩小故障范围，避免盲目拆装维修，最终快速地找出故障点，排除故障。

表3 故障关联连接器一览表

3.5 关注车辆历史维修记录或改装记录，避免诊断盲点

错误的维修方法，不恰当的改装，由于不是汽车运行过程中自然形成的故障，其产生的故障后果，常常难以用合理的汽车理论知识来解释，从而具有极强的隐蔽性和欺骗性。所以，在汽车故障诊断过程中，陷入迷茫时，别忘了看看车辆是否有过改装，或者不良维修记录。

1）案例5：丰田卡罗拉轻踩油门异响。

2）故障现象：客户反映车辆行驶过程中，轻轻加油时发动机前方有“嘘、嘘”异响，在安静的环境下尤为明显。试车时发现，车辆在原地加油至1 500～2 000 r／min时，车辆前方会发出这种响声，且响声会随发动机的转速变化。

3）维修过程：维修技师依据故障现象，初步推测为发动机异响，但是用听诊器却听不到响声。依据以往维修经验，拆除发动机皮带，故障现象消失，判定为发动机附件异响，如：发电机异响、水泵异响、空调压缩机异响等。

全面检查相关附件，并未发现有何异常，进一步检查皮带，也未发现问题。由于响声类似发电机发电量不足的声音，于是检查发电机的输出电流和电压，均正常。但在检查过程中发现，响声会随发电电流的波动而变化。将发电机的插头拔掉时，故障消失。由此可以判断，异响会随发电电流的波动而变化。

那么，哪些响声会随着发电电流的波动而改变呢？此时，注意到车辆改装了导航系统。于是关闭导航，异响消失。进一步检查，发现导航主机外壳离开车身时，响声消失。

4）维修结果：用绝缘胶布将固定螺丝缠绕，使主机外壳与车身处于绝缘状态，重新安装导航主机，故障排除。

5）案例反思：由于异响随发动机的转速变化而变化，且拆掉传动皮带后异响消失，导致误认为发动机异响，走入歧途。在观察到车辆加装了导航系统后，重点围绕加装的系统进行检查，发现加装的导航主机对电流变化的抗干扰能力较弱，当发电机的发电量变化时，导航的喇叭就发出“嘘、嘘”的异响，最终找到故障原因。

4 总结

在面对疑难故障时，由于模型复杂、影响因子多，现在的专家诊断系统还难以胜任，诊断技师仍主要依靠人工直观经验法来诊断。人工直观经验法是以工作经验和科学思维相结合为基础的，而个案分析可简化模型，有利于诊断技术研究。同时，基于案例研究的故障原因推测策略易于一线维修技师理解，便于推广。随着人工智能技术在汽车故障诊断技术中的引入，依托故障案例分析建立专家诊断系统具有现实意义。