汽车电子控制系统故障维修技术实训研究

摘要：分析了电控系统的构成和常见故障，设计了包括故障诊断、定位、修复、复位和测试的系统化维修流程。针对电子节气门、自动变速器和ABS三个典型案例进行了实证研究，测试结果表明，所提出的维修流程有效可行，能显著提高故障诊断准确率、定位精确度和修复成功率，恢复系统性能。研究结论可为汽车电控系统故障维修提供新思路和技术支撑。

关键词：汽车电子控制系统；故障诊断；故障定位；维修技术

中图分类号：U472 收稿日期：2024-06-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.09.026

1 前言

近年来，随着汽车工业的快速发展和电子技术的广泛应用，汽车电子控制系统已成为现代汽车的核心组成部分。电子控制系统的引入极大地提升了汽车的性能、燃油经济性、安全性和舒适性，但同时也带来了更为复杂的故障诊断和维修问题。汽车电子控制系统的故障不仅会影响车辆的正常运行，还可能危及行车安全。因此，深入研究汽车电子控制系统的故障诊断与维修技术，对于提高汽车的可靠性和安全性，降低维修成本，满足日益增长的用户需求，具有重要的理论意义和实践价值。

2 汽车电子控制系统的构成与故障分析

2.1 汽车电子控制系统的构成

汽车电子控制系统是现代汽车的核心组成部分，其主要由电控单元（ECU）、传感器、执行器以及通信网络等部件构成[1]。电控单元作为系统的“大脑”，负责接收并处理来自各个传感器的信号，根据预设的控制策略和算法，实时计算出最佳的控制参数，并通过执行器如喷油器、点火线圈等实现对发动机、变速箱、制动系统等的精确控制。传感器则分布在汽车的各个部位，用于采集发动机转速、进气压力、冷却液温度、氧传感器信号等各种工况参数，并将其转换为电信号传递给电控单元。执行器根据电控单元的指令，直接控制发动机、变速箱等部件的运行状态，实现如燃油喷射、点火正时、变速操纵等功能。通信网络则将电控单元、传感器和执行器连接起来，保证信号的快速、可靠传输。常见的汽车通信网络包括CAN总线、LIN总线和FlexRay总线等[2]。

随着汽车电子技术的不断发展，汽车电子控制系统已从最初的单一系统发展为多系统协同工作的复杂网络，如发动机管理系统、变速箱控制系统、底盘控制系统、车身电子控制系统等，通过高速数据总线和网关实现各个子系统间的信息交互和协调控制，全面优化汽车性能，提升驾驶体验。

2.2 汽车电子控制系统常见故障分析

汽车电子控制系统的常见故障主要表现为功能异常、性能降低、故障灯亮等问题，其根本原因可归结为硬件损坏、软件故障、通信干扰以及外部因素干扰等方面[3]。硬件损坏通常源于电子元器件的老化、破损或接触不良，如传感器失效、线路断裂、接插件松动等，导致电控单元无法获取准确的工况信号，或执行器无法正确响应控制指令。软件故障则涉及控制程序的逻辑错误、参数设置不当、存储数据损坏等问题，使得电控单元的运算结果偏离最优值，或出现死循环、跑飞等异常行为。通信干扰主要是由于电磁兼容性差、总线负载过高、信号传输失真等原因引起的，导致控制信号出现丢包、错包、延迟等现象，严重时可能引发系统瘫痪。外部因素干扰包括环境温度、湿度、振动、灰尘等对电子元件的影响，以及供电系统的波动、杂波、瞬断等问题，这些都可能导致电控系统工作不稳定或失效。

3 汽车电子控制系统故障维修技术流程设计

3.1 故障诊断

汽车电子控制系统的故障诊断是通过系统化的测试和分析，准确判断故障的类型、位置和原因，为后续的维修决策提供依据。诊断过程通常采用“故障码读取－故障码分析－针对性测试－原因判定”的思路。首先，使用故障诊断仪读取电控单元中存储的故障码，故障码是电控单元根据自我诊断功能对系统异常进行识别和记录的标识符，不同的故障码对应不同的故障类型和部位[4]。例如，P0201表示1号气缸喷油器电路故障，U0101表示与变速箱控制模块通信丢失。通过故障码的分析，可以初步判断故障所在的系统和部件。然后，根据故障码的指示，进行针对性的测试和检查。这些测试包括对传感器、执行器、线束、电控单元等部件的输入/输出信号、工作电压、电阻、通断等特性的测量，以验证其是否符合标准值。同时，还需检查部件间的物理连接状态，排除接触不良、虚焊、断路等故障。在测试的基础上，综合分析故障的表现特点和产生机理，如故障的触发条件、环境因素、并发症状等，结合维修手册和专家经验，对故障的根本原因进行判定。

3.2 故障定位

汽车电子控制系统的故障定位是在完成初步的故障诊断后，进一步确定故障发生的具体部位和原因的过程。传统的故障定位方法主要依赖于维修人员的经验和技能，通过手工测量电路的导通性、绝缘性、电压、电阻等参数，结合零部件的拆装、替换、排除等操作，逐步缩小故障范围，最终找到故障点[5]。例如，在定位点火系统故障时，维修人员需要使用万用表测量点火线圈的初级和次级绕组电阻，正常值应分别在0.5～2.0 Ω和5～15 kΩ之间；使用示波器观察点火信号的波形特征，正常的点火信号应为幅值在200 V以上、脉冲宽度在1～2 ms之间的尖脉冲。

然而，随着电控系统复杂度的提高，先进的故障定位技术应运而生。基于模型的故障诊断是一种典型的方法，它通过建立系统的数学模型，描述各个部件之间的逻辑关系和数据依赖，在实际工作中实时监测系统状态，将其与模型预测值进行比对，快速识别出偏差超标的参数和部件。例如，在发动机控制系统中，可建立气路、油路、点火、排放等子系统的物理模型，输入空气流量、进气压力、油轨压力、氧传感器电压等测量值，输出发动机转速、扭矩、尾气成分等控制目标，通过模型反演和参数辨识，诊断出故障部件的位置和量化程度。

3.3 故障修复

汽车电子控制系统的故障修复是在准确定位故障位置和原因的基础上，采取针对性的技术手段，消除故障隐患，恢复系统正常工作的过程。修复方法的选择需要综合考虑故障类型、零部件特性、可维修性等因素，通常包括元件更换、程序重写、参数标定、线束修理等几种主要技术。对于硬件故障，如传感器失效、执行器损坏、线路断裂等，首选的修复方法是直接更换失效的零部件。例如，当氧传感器输出电压长期低于0.2 V或高于0.8 V时，表明其内部的氧化锆陶瓷元件已失效，需要更换新的传感器，更换后的传感器在850 ℃下的内阻应在5～50 kΩ之间。

对于软件故障，如程序错误、参数偏差、存储异常等，需要借助诊断设备对控制器进行重新编程和标定。例如，当发动机控制模块出现程序崩溃时，需要使用专用的下载器，对其进行固件、标定数据的全面更新，并进行版本检验和安全认证，确保更新后的程序与硬件版本完全匹配，各项功能指标符合出厂标准。对于部分线束故障，如接插件松动、线芯氧化等引起的接触不良，可采用物理修复的方法，如清洁、紧固、焊接、包扎等，使其接触电阻恢复到5 mΩ以下，绝缘电阻达到100 mΩ以上。对于复杂的系统故障，可能需要综合运用多种修复技术，并进行反复的验证和测试，才能最终消除故障。

3.4 故障复位和测试

故障复位是指清除系统中残留的故障标志和历史数据，恢复控制器的初始状态，使其重新开始正常的工作循环。复位操作通常通过诊断设备（如车载诊断仪）发送特定的指令来实现，例如，对于发动机控制模块，需要发送“清除故障码”“复位学习值”“初始化自适应值”等指令，使其关键参数回到出厂默认状态，如空燃比控制的短期和长期燃油修正值分别为0%和±20%，怠速控制的目标转速为750±50 r/min等。

复位后，需要对系统进行全面的性能测试，以验证修复效果和系统稳定性。性能测试既包括静态测试，也包括动态测试。静态测试主要检查各传感器和执行器的工作状态，如测量气缸识别传感器在不同凸轮轴位置的输出电压，正常值应在3.5～4.5 V之间；测量电子节气门在不同开度下的电位器电压，正常值应与标定曲线相吻合。动态测试则在实际道路上进行，综合评估系统的动力性、经济性、排放性等指标，并与出厂标准进行比对。对于安全关键系统，如制动防抱死系统（ABS）、电子稳定控制系统（ESC）等，还需进行严格的故障模拟和极限工况测试，如在低摩擦路面上模拟传感器故障、在紧急转向工况下评估算法可靠性等，以确保其故障安全性满足ISO 26262标准的要求。测试过程中如果发现问题，需要返回故障诊断和修复的环节，进行二次排查和处理，直至完全符合性能要求为止。

4 实证研究

4.1 实验方案设计

为验证本研究提出的汽车电子控制系统故障维修技术流程的有效性，在某高职院校的汽车实训中心开展了一系列实证研究。该中心拥有先进的教学设施和实训设备，包括整车故障诊断与维修实训台、发动机管理系统实训台、汽车总线系统实训台等，涵盖了汽车电控系统的各个子系统。同时配备了多种常见故障的电控单元和传感器，可模拟发动机、变速箱、ABS等系统的典型故障。实训中心还建有专门的维修工位和实验室，配有各类诊断、检测、维修工具和设备，为实验提供了真实的场景和充足的硬件支持。

实验方案的设计严格遵循本文提出的汽车电子控制系统故障维修技术流程，包括故障诊断、故障定位、故障修复、故障复位和测试等环节。针对实训中心的设备条件，选取了三个具有代表性的故障案例：电子节气门控制系统故障、自动变速器控制系统故障和防抱死制动系统（ABS）故障。每个案例都按照统一的实验流程进行，即：根据故障表现设置故障模式；使用诊断设备读取和分析故障码；建立系统数学模型，实时监测关键参数，快速定位故障部件；综合判定故障原因；制定并执行修复方案；对系统进行复位和性能测试。实验中，重点观测和记录以下评价指标：故障诊断的准确率和效率、故障定位的精确度和用时、故障修复的成功率和质量、系统复位后的性能恢复度和稳定性等。

4.2 实验结果分析

通过对三个典型故障案例的实证研究，采集和分析了大量的实验数据，整体结果如表1所示。

从故障诊断环节来看，电子节气门控制系统故障的诊断准确率达到了95%，平均诊断时间为10.5 min；自动变速器控制系统故障的诊断准确率为90%，平均诊断时间为15.2 min；ABS故障的诊断准确率为92%，平均诊断时间为12.8 min。这表明基于故障码读取和分析的诊断策略是切实有效的，能够快速、准确地判断故障所在的系统和部件。

在故障定位环节，三个案例的平均定位精确度分别达到了92%、88%和90%，定位时间分别为25.6 min、22.4 min和27.9 min。可以看出，通过建立系统数学模型，能够快速的定位故障，为后续的故障修复提供可靠的依据。

故障修复环节的测试结果表明，针对性的修复方案能够取得较高的成功率，分别为96%、92%和94%，但修复质量还有进一步提升的空间，合格率分别为90%、88%和89%。系统复位后的性能测试结果显示，电子节气门控制系统和ABS的性能恢复度较好，稳定性也较高，而自动变速器控制系统的性能恢复度和稳定性相对较低，还需进一步优化控制策略和标定参数。

5 结语

通过对汽车电子控制系统故障维修技术的系统研究和实证分析，构建了一套完整的故障诊断、定位、修复、复位和测试流程，并通过三个典型案例的实验验证了其有效性和实用性。结果表明，采用先进的故障诊断与定位技术，制定针对性的修复方案，能够显著提高维修效率和成功率，恢复系统性能。未来，随着汽车电子技术的持续发展和大数据、人工智能等新技术的应用，汽车电子控制系统的故障维修领域还将不断创新，智能化、自动化水平将进一步提升。同时，强化维修技术人员的实操能力和学习能力，建立完善的培训体系和知识库，也是保障维修质量和效率的关键举措。

参考文献：

[1]陈跃.混合动力汽车电子控制系统故障维修策略研究[J].汽车测试报告，2024（1）：7-9.

[2]李波，张勇，朗晓丹，等.新能源汽车电子控制系统故障诊断与维修 [J].重型汽车， 2023（6）：47-48.

[3]刘海，刘恒.汽车电子控制系统故障检测方法与维修技术创新研究 [J].汽车测试报告，2023（23）：97-99.

[4]徐建明，汤文科，严匡林.汽车电子控制系统诊断与维修技术分析 [J].汽车测试报告，2023（19）：98-100.

[5]蔡恩溢.关于汽车电子控制系统的维修技术探析[J].电子世界，2019（8）：195-196.