汽车电子世界之窗——示波器(图)

风 · 发表于 2007-7-7 23:29:42

乐队正随着指挥手臂的挥动，演奏一首优美动听的乐曲，每一个音符都那么完美无缺。但之后，出了问题：一个刺耳的声音打破了和谐的旋律。是什么问题呢？环顾整个乐队，我试图找出问题所在。但在这么多演奏家和这么多的音符当中，如何才能找出原因呢？<img src="http://www.qcren.cn/article/UploadPic/2007-5/200758132855670.JPG" alt="" />现在让我们从音乐厅回到修理厂。作为维修技术人员，诊断车辆故障时，类似上述的问题我们每天都会遇见。动力控制模块(PCM)正指挥着发动机正常运行，每个缸的工作都井然有序，可是随后出了故障，运转平稳的发动机开始抖起来。是什么原因呢？从许许多多的可能性当中，我们如何找到问题呢？ 我们需要了解汽车的电子控制电路的工作原理。电子在电路中流动，这些电路中有许多逻辑电路或电子元器件用来调节电子的流动，每一个逻辑电路都由一个内部的时钟来定时和调节，这样就使电子以准确的时间间隔在电路中流动。所需的时间间隔是由逻辑电路和微处理器中的操作程序控制的。 微处理器中的程序比较这些定时的电子流动，然后在此基础上再发出指令。这种情况相似于城市道路上行驶的车辆，每辆车都在向一个特定的目的地行进。因为有我们称之为信号灯的这种定时装置的控制，车辆才得以畅通无阻，不出事故。现在将车辆想象为电子，道路为电路，再将交通信号灯想象为电路中控制电子流动的三极管、场效应管或逻辑电路。有一个问题很重要，那就是交通信号灯或逻辑电路要按照正确的时间和顺序进行工作。当交通信号灯工作不正常时，例如在某个十字路口，四个方向的信号灯同时都是绿灯，就会发生撞车事故，从而影响车辆的通行。 当汽车的电子设备和线路出故障时，就需要维修人员去找出确切的故障原因。于是维修人员着手采集所有相关的数据，他需要进入到无声、无形的电子世界中去，这是一个和我们所生活的世界完全不同的世界。电的运动速度非常快，其速度接近光速，每秒可绕地球约7圈半。那么，维修技术人员怎样才能探究高速运动的电子世界呢？答案是：使用示波器。 示波器能显示电路中电子运动的轨迹。其方法是将电压随时间的变化以曲线的方式显示出来，所示电压的大小取决于电路中的电流和电阻。如果维修技术人员在示波器上看到电压随时间变化的情况，就可以判断出电路中到底出了什么问题。 要使示波器发挥出最大的功效，就需将所采集到的波形进行对比。若想确切地诊断出故障原因，就不要花太多精力在最后所出现的故障上。也就是说，你必须要找出是什么东西先出了问题，才会引起最终的故障。 可想而知，要知道故障发生的前因后果，关键是要懂得电路中定时装置的工作原理。下面举几个例子，通过例子我们来看看示波器是如何帮助我们查找故障原因的。<img src="http://www.qcren.cn/article/UploadPic/2007-5/200758132859954.JPG" alt="" />图1第一个例子（见图1），一辆2001款的本田civic，故障现象是间隙性熄火。将示波器连接到PCM的几条线路上。图1中，红色线（通道2）是凸轮轴位置传感器信号，绿色线（通道3）是曲轴位置传感器信号，蓝线（通道4）、白线（通道5）、紫线（通道6）以及桔黄色线（通道7）分别是四个喷油嘴的控制信号。这组波形是示波器在发动机即将熄火时记录下来的。请注意，这时喷油嘴的喷油顺序已经乱了。紫色和桔黄色线显示喷油嘴控制信号都不对了。还有，桔黄色线所代表的那一个喷油嘴相对于其他喷油嘴来说，在同一段时间里已经开启两次了。有一点很重要，这就是红色线所代表的凸轮轴位置信号和绿色线所代表的曲轴位置信号此时并没有问题。既然已经有了这些信息，我们就来分析一下，以便为下一步的故障排除找出线索。 动力控制模块的两个主要的定时信号是凸轮轴位置和曲轴位置的输入信号，这两个信号都正常，没有故障，所以可以确定不是这两个信号导致喷油不正常故障的。一旦喷油嘴喷油时序错乱以及开启次数增加，就说明动力控制模块处于一种复位的状态（译者注：复位是使全部或部分数据处理设备返回至预定的状态，俗称清零）。动力控制模块的复位是内部时钟或定时信号的错乱造成的。内部时钟或定时信号是程序用来计时并在确定的时间内发出工作指令的。当定时信号或逻辑电路的时间信号出问题时，控制发动机主要功能元件的程序就会出错，其结果就是出现行驶性故障。动力控制模块进入复位状态通常有下列几种原因：内部时钟错误、输入定时信号错误、供电或接地电路故障以及干扰信号进入动力控制模块。为了找出复位的原因，需将示波器的探针从被测电路上移开。<img src="http://www.qcren.cn/article/UploadPic/2007-5/20075813291773.JPG" alt="" />图2图2中，黄色、红色、绿色和蓝色的波形线是喷油嘴的控制信号。白色、紫色、桔黄色和棕色的波形线是动力控制模块给独立式点火线圈（COP）控制点火的信号。在这组波形中，喷油嘴的信号与发动机点火信号同步，这一点是关键。但是，从这组波形中还是可以看出故障的原因的。请注意黄色线，在靠右边的位置有一个负的尖峰脉冲信号。 为了正确地分析这一尖峰脉冲信号，需将示波器设置为双通道显示模式，这样就可以使波形叠加起来，从而能更容易地看出波形信号之间的相互关系（见图3）。现在，可以清楚地看出白色线（通道5）与黄色线（通道1）上的尖锋脉冲信号是对齐的。白色的方波信号的下降沿是控制线圈点火的信号。<img src="http://www.qcren.cn/article/UploadPic/2007-5/20075813295308.JPG" alt="" />图3这辆本田civic的故障是点火线圈的初级绕组和次级绕组之间有碳痕。当火花塞电极间的电阻大于碳痕的电阻时，电子就会走捷径，也就是说从初级绕组的碳痕流过。由于点火线圈的初级绕组与供电电路以及控制电路相连，所以，次级绕组中产生的感应高压电可以从动力控制模块的集成电路中找到回路。进入动力控制模块的高压电会影响处理器中内部时钟的工作，其结果是打乱喷油嘴的喷油顺序和喷油时间，从而造成行驶性故障。 请注意：负的尖锋脉冲信号只在一个喷油嘴的控制电路中出现，当点火线圈的初级绕组和次级绕组间有碳痕时，这个问题很常见。这种负的尖锋脉冲信号通常都出现在喷油嘴的波形信号中。点火线圈是负极放电，因为其绕线方法是使火花塞的中心电极为负极，侧电极为正极。原因是绝缘的中心电极可以保持很高的工作温度，这样的高温容易使电子在火花塞电极间离子化。 在查看波形中杂波或尖锋脉冲时，通常要将所测得的波形信号叠加或者用带状图（或叫曲线图）的方式显示信号，这样就可以与其他波形信号进行实时对比，从而找出故障原因。示波器在触发模式下显示不出尖锋脉冲信号。请注意图3中的尖锋脉冲信号是在喷油脉冲信号结束后出现的。波形信号中出现负的尖锋脉冲信号大多是点火线圈有问题时造成的。这辆本田civic就是一个点火线圈有问题，换了点火线圈后故障就排除了。<img src="http://www.qcren.cn/article/UploadPic/2007-5/20075813298861.JPG" alt="" />图4第二个例子（见图4）是一个1996款的别克Regal，其故障为间歇性行驶故障。这辆车的3800型发动机在车辆行驶时会熄火，过后又能发动。图4中的动力控制模块的数据是在发动机即将熄火时采集的。黄色线是电子点火正时（EST）控制信号，红色线是正时旁通控制信号，绿色、蓝色、白色、紫色、桔黄色以及棕色的波形线都是喷油嘴的控制信号。这组波形显示：喷油嘴起初工作正常，接着就出了问题，而且喷油脉宽增大了。这就表明动力控制模块进入了复位模式。究竟是什么原因导致动力控制模块进入复位状态的？这一点很重要。<img src="http://www.qcren.cn/article/UploadPic/2007-5/200758132910834.JPG" alt="" />图5将这组波形设置为叠加的模式，就可以看出它们之间的相互关系（见图5）。将故障发生前的波形放大，请注意旁通控制信号（红色线）先出问题，然后是电子点火正时控制（黄色线）出问题。这种顺序表明该故障是由动力控制模块内部故障引起的，或者是由供电电路或接地电路的故障引起的。假如电子点火正时控制电路先于旁通控制电路出故障，就说明是传感器出了问题。要判定动力控制模块进入复位状态的原因，就需将示波器的探针连接到动力控制模块的供电电路或接地电路上，并将发生故障时的波形记录下来。如果供电和接地电路上没有干扰信号或尖锋脉冲信号，则故障的原因是动力控制模块坏了。如果供电和接地电路上有干扰信号或尖锋脉冲信号，那么就需将出问题的电路修复。这辆1996款的别克Regal故障发生时供电和接地电路都没有问题，换一个动力控制模块问题就解决了。<img src="http://www.qcren.cn/article/UploadPic/2007-5/200758132912922.JPG" alt="" />图6第三个例子是一辆1995款的volvo850（图6），故障现象是间歇性启动不着。启动不着时，如果点火开关开着，点火线圈还会不时地烧掉，点火线圈烧掉后车就无法启动了。这辆volvo850是被拖进厂的，换了模块和点火线圈后，车就开走了。想不到没过多久，车又被拖回来了，由于模块没有关闭点火线圈的驱动电路，点火线圈正在熔化。这是由于电流始终流过点火线圈，导致点火线圈过热而熔化。 为了找出故障原因，将示波器连接到发动机控制系统的几条线路上。图中，黄色的波形线是点火模块的供电信号，绿色线是点火模块的接地信号，蓝色线是点火线圈的控制信号，桔黄色线是喷油嘴的控制信号。这组波形是在打马达时采集的。 请注意，在4.1s之前（图的底部）所有的波形上都有很强的干扰信号；图的右侧，即过了4.1s后的波形上就没有干扰信号了；4.1s之处是马达的驱动齿分开并停转之时。干扰的信号非常强烈，以至于影响到动力控制模块内部时钟的工作，从而造成信号不同步，动力控制模块给点火模块的控制信号使点火线圈的驱动电路在高电位时锁住。其结果是模块中的三极管一直保持在导通状态下，电流持续流过点火线圈，造成线圈过热并熔化。换一个马达后这个故障就排除了。<img src="http://www.qcren.cn/article/UploadPic/2007-5/200758132915605.JPG" alt="" />图7第四个例子（图7）是一辆1998款的旁蒂克Bonneville车，发动机排量为3.8升。这辆车的故障现象是行驶时发动机间歇性熄火。将示波器连接到点火模块的线路上，得到图7的显示。其中黄线是转速输出信号，红线是电子点火正时控制信号（EST），绿线是点火模块给动力控制模块的18X输入信号，蓝线是点火模块给动力控制模块的凸轮轴位置输出信号，白线是凸轮轴位置传感器给点火模块的输入信号，紫线是曲轴位置传感器给点火模块的18X输入信号，桔黄色线是曲轴位置传感器给点火模块的3X输入信号。棕色线是点火旁通控制信号。 为了弄清这个故障，所有波形都需要进行分析。转速输入信号（黄线）有问题，它没有被拉到低电位，从左边第3个方波起信号距离低电位有2V的差值。这个问题在几个连续的脉冲信号中都存在。如果信号不能下降到其总辐值的10%，或者不能上升到其总辐值的90%，那么动力控制模块将无法判断电路变化的状态。 由于转速信号是一个动力控制模块的输入信号，这个信号不能被拉到低电位将会影响动力控制模块的输出，也就是影响电子点火正时控制信号（红色线）。注意，转速信号刚刚无法进入低电位状态后，电子点火正时控制信号就保持在高电位状态，直到转速信号能够下降到距离低电位误差不到10%的范围内，这时电子点火正时控制信号就从高电位（5V）状态进入低电位状态（0）。 在这期间出了几个点火周期的断火，这是由于电子点火正时的控制信号没有循环。电子点火正时的控制原理是控制信号的上升沿出现时，电子点火正时控制电路使点火线圈的驱动电路导通，电流流过点火线圈的初级绕组。点火线圈充电饱和后，电子点火正时控制信号的下降沿出现时，点火线圈的驱动电路关闭，初级绕组中的磁场穿越次绕组并消失。<img src="http://www.qcren.cn/article/UploadPic/2007-5/200758132917446.JPG" alt="" />图8将示波器设置为双通道显示模式，这样就可以使转速信号和电子点火正时控制信号叠加（见图8）。现在，就很容易看清出问题的信号相互之间的对应关系，这两个信号都是点火模块的输出信号。由于电子电路设计上的原因，如果点火模块的输出信号线路相互短路，就会出现2V的电压信号。要弄清楚是哪两根信号输出线短路在一起，就需把两个一同变化的波形信号进行对比。在这个例子中，凸轮轴位置输出信号线与转速信号线相互间歇性地短路，这就使得电子点火正时信号不改变状态。故障排除的方法是修复线束。 由此可以看出，示波器是汽车维修技术人员观察电子世界的窗口。透过这扇窗可以看见许多东西，这些东西对快速准确地维修车辆很有帮助。 本文只是使用示波器的几个例子，这么好的设备还有很多用途。线路中只要有电压存在，示波器就可以派上用场。一旦使用示波器，它就可以使你明白许多有关电学和电子学方面的东西。示波器能使你快速地了解电子电路的工作状态。更重要的是，当电子电路出问题时，它能使你找出问题的根源所在。

liu1333732 · 发表于 2012-5-21 15:11:01

这么好的东东怎么就没人回复多好的东西呀学修车的兄弟们现在我建议你们把机电本科教程里的电工学上下册——电工技术和电子技术作一个慨括学习计算部分不作要求大家应该还是应付得来的

qing · 发表于 2012-5-21 16:27:38

精灵王你用的是什么型号的示波仪

一蕲汽修 · 发表于 2012-7-25 14:17:18

图片都是XXX看不到

zlong1974 · 发表于 2012-8-5 20:59:49

yueyue2001 · 发表于 2012-8-30 17:20:33

顶楼主楼主观点不错
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匿名 *发表于 2014-10-23 23:00:39* · 发表于 2014-10-23 23:00:39

不错的资料，值得学习，汽车电子前途无量呀

英特 · 发表于 2015-1-14 15:57:58

电子技术是无穷无尽啊

2079737312 · 发表于 2015-1-23 09:54:20

可惜看不到波形

汪洋101 · 发表于 2016-11-15 10:45:26

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