波形分析法在汽车电气故障诊断中的应用研究

罗斌，詹永富

(四川交通职业技术学院，四川成都 611130)

0 引言

随着汽车技术的发展，尤其是汽车智能化和网络化发展为汽车的安全性、操控性、经济性、舒适性等带来了极大地提高，同时对汽车电气故障诊断的能力要求也带来了新的挑战。大多数汽车修理厂在汽车电气系统故障诊断时，主要使用万用表测量电压、电阻、电流的形式进行故障分析判断，虽能很好地解决大部分问题，但对某些特定故障的排除效率依旧不高，或较难发现故障的原因。本文作者针对此情况，通过几个汽车电气故障诊断案例的分析，展现示波器波形分析法在汽车电气故障诊断方面的优势。

1 波形分析法在汽车电气故障诊断中的应用

1.1 汽车偶发性起动不正常故障诊断中的应用

某带自动起停功能汽车由于出现偶发性起动不了的情况，前期曾到厂维修过该故障，当时进行了蓄电池性能检测、休眠漏电检测，均未发现故障，蓄电池略有亏电，电量充足后，反复多次起动试验未复现故障，交车时，提示客户关注故障是否重现和发生故障时的情况。两周后客户又报相同故障，再次返厂检查。

鉴于重复发生故障，因此要慎重找到故障原因并排除才能交车给客户。再次进行了蓄电池性能测试和休眠漏电的检测，和上次相同，蓄电池性能完好，车辆无漏电现象；进行起动电流测试判断是否起动机供电回路阻值异常，导致起动电流偏小引起起动困难(特别是蓄电池略有亏电时)，使用专用测试仪通过感应电流钳测量出起动电流为180～220 A，与同类型车辆对比基本相同，未能查到故障原因。

经反复试验，多数时间可以正常起动，但偶尔会出现几次无法正常起动的情况。进行了几次蓄电池充满电和放电较多(略微亏电，正常车辆应该不影响起动)的起动试验，发现放电较多时，不能起动的现象更频繁。

进一步采用波形法进行起动电压和电流的波形测量，发现有波形异常，波形如图1所示，图1(a)是蓄电池电量充足时的正常波形，图1(b)是蓄电池电量不充足时的故障波形。由图1可知，故障波形中有电流中断的情况发生，而且电池电量越不充足，中断次数越多。

图1 起动机起动电压和电流波形

故障原因分析及车辆故障排除：根据波形分析，结合车辆起动系统起动机的结构和工作原理，怀疑是起动机保持线圈异常。汽车起动机结构如图2所示[1]。

图2 汽车起动机结构

从车上将起动机拆下后，测试发现保持线圈电阻值为2.3 Ω，远大于实测的同类型车辆的1.0 Ω。如果蓄电池电压不足时，在汽车起动过程中，起动电流很大，万用表测量平均电流约200 A，蓄电池电压会有下降，随着蓄电池电压的下降，保持线圈的电流过小，保持线圈产生的电磁力无法保证起动机内部的电磁开关的接触片与30和C端子接合导通，供电线路断路起动电流为0，而断电后，起动机大电流消失，蓄电池电压提升，重新让电磁开关接通，如此反复。因此在蓄电池电量比较充足时，起动电流波形断点较少或消失(正常波形)的情况下车辆能正常起动，而蓄电池电量不充足时，电流波形断点较多导致起动力矩不足无法起动车辆。更换新订购的起动机后故障排除，车辆恢复正常。文中通过波形分析，较好地分析出了故障的成因，提高了故障诊断的效率，是对万用表故障诊断方法的一个重要补充。

1.2 汽车电机控制电路故障诊断中的应用

某带行李箱盖自动关闭功能的车辆，因后备箱盖能自动打开，无法自动关闭，只能手动关闭后备箱盖。

车辆后备箱盖自动关闭控制电路如图3所示，后备箱盖自动关闭控制模块内部的ECU通过Lin-Bus信号线接收到车身主控模块的指令后，控制模块内部的电机转动，实现后备箱盖的自动关闭。

图3 后备箱盖自动关闭控制电路图

使用万用表测量30供电线与31搭铁线之间电压为12.37 V，属于正常现象，测量Lin-Bus信号波形正常，ECU和电机都集成在控制模块内，无法单独测量。因此怀疑模块故障，更换模块，更换后故障依旧，未能排除。考虑到电机是一个大电流负载(大约8 A),检查供电是否正常应该在电机工作时进行测量，再次进行测量，电压11.20 V略有下降，技术资料上模块的工作电压范围是9～16 V[2]，电压在正常工作范围，不影响整个控制模块工作，未能找到故障原因。因为Lin-Bus信号波形正常，只能从供电、搭铁上查原因，尝试用示波器进行供电波形测量，看是否有干扰等，发现了供电波形的异常，波形如图4所示。

图4 后备箱盖控制模块供电波形

从图4波形中可知，万用表测量的平均电压值在9～16 V正常工作电压范围内，但示波器波形中能明显地反映出实际工作过程中出现了间歇性的电压低于9 V的情况。因此可以分析出故障原因是由于30供电端线路有接触电阻故障，在模块内ECU控制电机工作时，电机工作时有8 A左右的大电流，造成供电电压低于9 V,ECU停止工作，电机断电，供电电压恢复正常，ECU又可以工作，重新控制电机进入工作状态，电压马上又出现低于9 V,如此反复，出现了图4的异常供电波形。以此为依据，最终查到保险丝前端线路有损伤，通过更换线束排除了故障。

通过该故障的诊断分析反映出，万用表测量是平均值与示波器波形测量瞬时值在故障分析中的差异。波形分析法能更全面地反映故障现象，可以准确判断出故障的真正原因。

1.3 汽车Lin-Bus总线故障诊断中的应用

某带车窗自动升降功能的车辆出现右前车门车窗玻璃无法升降的情况。车窗升降控制电路如图5所示，该图仅为Lin-Bus总线的部分模块连接图。该车仅右前车门车窗玻璃无法升降，其余车门均正常。通过诊断仪进行车辆故障检测，报右前车门车窗升降器无法通信故障。测量右前车门车窗升降器供电12.21 V，供电正常，测量Lin-Bus总线波形，发现有异常。波形如图6所示。

图5 车窗升降控制电路

图6 Lin-Bus总线波形

图6(a)为Lin-Bus总线正常波形[3]，图6(b)为Lin-Bus总线异常波形。实车测量的右前门车窗升降器Lin-Bus波形如图6(b)所示。在整个总线通信波形中，大部分时间的波形均正常，少部分时间段出现低电平电压被抬高到10 V左右，远高于Lin-Bus总线的低电平范围，导致这部分的数据通信不正常。进一步实验，将右前车门车窗升降器插头断开，不再有故障波形出现，确认故障出在右前车门车窗升降器。从故障波形特征分析，故障原因是低电平被抬高了，应该是供电线路的搭铁端异常导致，实测车窗升降器插头上的搭铁线，电压、电阻值均正常，因此故障应该是车窗升降器模块内部搭铁端电阻过大导致低电平抬高，造成通信数据低电平不正常导致无法通信。更换车窗升降器模块后故障排除，车辆功能恢复正常。

结合此故障波形进一步延伸，如果异常波形特征是，低电平正常，而高电平电压过低，那么故障查找方向就应该是电源供电端不正常导致。从该故障案例的排除，得出波形分析法可以为快速发现故障原因提供帮助。

2 结束语

通过3个不同电气故障案例的诊断与分析，充分展示了波形分析法在汽车电气故障诊断中的优势。随着汽车技术的发展，要想成为一位优秀的汽车电气故障诊断技术人员，在熟练应用万用表进行汽车电气故障诊断的基础上，还应进一步掌握示波器波形分析法的应用，这可以帮助大家准确分析故障原因，提高汽车电气故障诊断的效率。