汽车电子设备应用和故障诊断方法探究

曹加峰

(江海职业技术学院 机电汽车学院，江苏 扬州 225127)

0 前言

在新时代技术的支持下，汽车电子产业得到了全面发展，引入汽车制造中的电子设备种类不断增多，精度也越来越高。汽车电子设备的发展与电子技术在汽车上的应用密切相关。汽车驾驶员或汽车维修人员应该掌握汽车电子设备的基本原理和维修方法。

1 汽车电子设备的应用

汽车电子控制系统包含电源系统、启动系统、点火系统、灯光系统、信号系统、仪表系统、辅助设备系统、发动机电子控制系统、底盘电子控制系统、舒适系统等。

汽车电子设备依靠电路工作。电路是电流的通路，由一些电气设备或部件以某种方式根据特定需要组合而成。电路由电源、负载和中间环节(开关、电线等)组成，这些环节被称为电路的“三要素”。

目前，汽车电子技术水平已成为衡量汽车先进水平的重要指标。对于工业化国家生产的车辆，电子设备的成本占车辆总成本的30%～40%。从汽车整体架构角度分析，汽车结构中的电子控制系统包括发动机电子控制系统、车身电子控制系统和底盘电子控制系统。通过发动机电子控制系统可以增加发动机功率、降低油耗、减少排放；通过车身电子控制系统可以控制电动车窗、电子控制门锁、防盗系统、电动座椅等；通过自动变速器控制，可以提高变速器的性能，获得最佳动力，减轻驾驶员的驾驶疲劳感。

2 汽车电子设备的电路特性和故障特征

2.1 电路特性

汽车电子设备的电路特性为低压、直流电源、单线系统、负极接地，具体表现为：① 车辆上有12 V(汽油发动机)和24 V(柴油发动机)2种电源电压；② 电池提供直流电源，电气设备由直流电源供电；③ 车身是导体，大部分电流通过车身传导；④ 负极与车身相连。

2.2 故障特征

由于汽车电子控制系统的复杂性，汽车电子控制系统的故障也非常隐蔽、多样和复杂，维修人员要快速确定故障位置和找出故障原因难度较大。汽车电子设备的故障特征可分为以下几点：

(1) 元器件击穿故障，主要原因是由于过电压引发的击穿，以及过电流产生大量的热引发的击穿。故障发生后会出现短路等现象，而故障产生的击穿一般具备不可修复特点。据调查表明，汽车电子元器件结构内的电容损坏中，85%都是由介质击穿引起的，当电容器发生故障时，容易造成串联电阻烧毁、晶体管击穿等问题。由于汽车电子元器件热稳定性不足，经常会出现击穿故障等热短路现象。如果因为电路故障导致过电压、过电流击穿，一般考虑更换电子元器件。

(2) 部件老化或退化，包括电子元器件结构中的晶体管漏电量提升、绝缘电阻减小、电容器容量下降、电阻改变、继电器触点接触不良，以及可调节电阻无法连续变化等问题，这也是汽车电子故障中非常常见的。当出现触点抖动、匝间短路、绝缘老化及线圈烧毁问题时，都会导致初始电流无法调节。

(3) 汽车电子设备线路故障，具体表现为设备接线不好、接触松动、线路潮湿及元器件腐蚀等，导致电子控制系统绝缘效果不好，这些故障一般和元器件没有直接关联。

3 汽车电子设备故障诊断与维护方法

3.1 故障排除

学习查询是故障诊断第一步，通过查询故障现象可以快速了解故障的性质。重点关注以下几个方面：① 判断是否存在偶发故障、间歇故障、非间歇故障等；② 判断是系统故障还是局部故障；③ 判断是否为渐进性故障还是突发性故障。

3.2 故障原因分析

故障原因分析是对知识储备的检验。长期在一线从事汽车维修工作的技术人员积累了丰富的经验，能够实现快速判断。然而，随着模型数量的不断增加和电子控制系统的日益复杂，新模型的不断涌现要求从业者要坚持学习理论知识，理解控制原理，通过逻辑分析得出假设和结论。根据笔者的日常维护经验，进行了简单归纳，介绍了几种常见的故障诊断方法。

从汽车电器及其电路故障后的外部现象和形式出发，通过观察分析电线和电子元器件可能出现的高温、烟雾，甚至电火花和烧焦气味，从而找出故障部位。

直观感受法的原理是通过维修人员自身理论知识与实践经验的灵活运用，诊断出汽车电子设备故障的原因。在实际运用直观感受法时，维修人员应先了解车主反馈的汽车异常情况，发现电子控制系统故障。直观感受法采用汽车现场路试，由维修人员感官评测，直观感受故障类型。其中包括测量、测试、观察、模拟、结构分析、分段排查故障和局部拆解分析等，通过触摸感受汽车电子元器件表面温度是否异常，找出故障点。当汽车电子元器件正常运转时，必须满足正常工作温度标准，如果超出或低于标准值，表明电子元器件存在故障。例如，当启动机无法工作时，如果蓄电池与导线接触不良，接触时会感到热；当启动汽车发动机后，如果发动机产生较大的噪声，维修人员可以结合日常维修经验，判断异常噪声的原因。直观感受法不受特殊设备和场所的限制，具有一定的灵活性。然而，这种检查模式只适用于有经验的员工。从当前的汽车检修技术手段来看，直观感受法的实施也遇到一些困境，导致检测效果并不理想。

仪器检测法使用仪器测试汽车电器和电路的技术状态，可较少零部件的拆卸，根据症状做出科学判断或确定故障，然后检查车辆隐患，从而提高整体检测质量。目前，汽车故障诊断中常用的仪器有示波器和万用表。对于现代汽车中越来越多的电子设备，仪器检测方法具有省时、省力、诊断准确的优点。然而，这种检测方法对维修人员专业性要求较高，也很容易受到人员专业水平不足的影响，例如在利用仪器诊断法进行汽车电子设备故障识别时，如果维修人员的专业知识不足，很难识别各项参数之间的联系，对检测结果影响较大，增加了汽车安全隐患。

对于一些怀疑有故障的电子设备，可以使用相同规格、性能良好的电子设备进行替代，并通过对比车辆的运行情况来查找故障。这是判断故障最有效的方法，但是普通维修企业一般不具备更换条件。

将出现或怀疑有故障的电路连接到测试灯上，观察测试灯的情况，来诊断特定电路的故障状况。例如，测试灯的一端连接到交流发电机的“电枢”端子，另一端接地。如果测试灯不亮，则蓄电池接地(机架上)螺钉和交流发电机的“电枢”端子之间存在断路故障；如果测试灯点亮，则电路正常。

当出现低压电路短路情况，采用螺丝刀或导线对各组件和电路进行短路操作，对仪表指针进行观察，判断出端口中是否存在短路现象，以精准查找故障点位置。如果汽车制动指示灯不亮，当踏踩制动器后，维修人员将制动指示灯开关连接到转向柱中，对制动灯开关状态进行检测。当前的汽车电子设备应重视短路法的运用方式，避免在短路试验中，产生较大的瞬间电流造成设备损坏现象。

当汽车电子控制系统中涉及的故障面积较大，诊断时可以采用零件更换比较法。主要是将系统内的新旧零件的磨损程度及安装方向进行对比，以判断故障位置，分析故障原因。零件更换比较法有助于缩小故障范围，精准确定故障原因。例如，如果高压火花较弱，当维修人员判断电容器故障时，可以通过新的电容器对比进行耐火试验；如果新的电容器产生的火花较强，表示旧的电容器存在故障，否则继续搜索下一个故障点。

通过观察高压火花来判断点火系统的工作状态。当发动机工作不正常或少数气缸不工作时，拆下高压气缸管路的火花冷端，在距火花塞5～7 mm处进行点火试验。如果发动机工作状况改善，则表明气缸工作不正常。

用点火系统的高压电检查某些电气部件是否损坏，称为高压电检查法。例如，检查分火头时，将其平放在气缸盖上，将高压主火线头与分火头孔底部对准并相隔约5 mm，然后打开点火开关，拨动断电触点，检查分火头孔内是否有火花。如果未发生跳火，表明防火分区头绝缘良好；否则，可判定该故障由绝缘层破损，高压电流已击穿高压通道。

3.3 需要注意的故障误判

① 车主的描述与故障不一致；② 同行业人员或维修师傅指导错误；③ 维修时间紧，思路不正确，故障排除不仔细，导致检查结果错误；④ 对部件的作用和检测方法没有很好的了解，导致无法准确判断故障点；⑤ 过于依赖经验，得出某一部件不会受损的结论；⑥ 随机拆装造成新的故障，掩盖了旧故障；⑦ 诊断仪器和测量仪器失去了准确性，导致测量数据不正确和判断错误；⑧ 用于更换的备件质量或型号有缺陷。

4 汽车故障诊断方法的应用研究

4.1 传统汽车故障诊断方法的应用

汽车故障诊断方法的应用是汽车检测、维修的重要组成部分。传统的汽车故障诊断方法主要有人工经验故障诊断方法、仪表设备故障诊断方法。这些方法对维修人员的素质和经验都有很高的要求，要求汽车检测和维修人员具有多年的汽车诊断和维修经验，对汽车结构有较高的认识，充分了解汽车工作原理。目前，许多汽车维修企业仍使用传统的汽车故障诊断方法。虽然人工经验故障诊断方法具有灵活性的特点，不受设备和场所的限制，但是要求维修人员具有较丰富的工作经验和较高的技术水平，否则很难诊断汽车故障。然而，随着汽车故障诊断维修人员的缺乏，该汽车故障诊断方法已无法适应时代的发展。培养高素质、技能型的汽车故障诊断人才需要消耗大量的物力和人力等资源，这无疑限制了现代汽车故障诊断技术的发展。因此迫切需要找到一种实用、准确、高效的汽车故障诊断方法。

4.2 新一代汽车故障诊断方法的应用

新一代汽车故障诊断方法主要基于现代新技术和人工智能的发展。这些新技术在现代汽车故障诊断中的应用，极大地提高了汽车故障诊断的效率，对准确定位汽车故障区域和部件起到了重要作用。人工智能的应用提高了汽车故障诊断的及时性和准确性。智能汽车故障诊断是汽车维修技术发展的重要趋势。将各种汽车故障识别方法与信息技术、网络技术和人工智能相结合，开发了具有人工智能识别的汽车故障诊断系统，并培养了相应的能够使用人工智能系统的故障诊断人才，使汽车故障诊断更加简单、快速、易于操作。改变现代汽车故障诊断人才匮乏的现状，让人工智能代替高级维修人员，并通过编程将传统高级维修人员的维修经验写入系统，使人工智能系统更加准确有效。随着人们对人工智能认识的提高和汽车故障诊断系统研发的逐步成熟，人工智能作为汽车故障诊断的重要方向将有着广阔的应用前景。

5 汽车故障诊断的发展趋势

根据当前科学技术和人工智能的发展现状，智能汽车故障诊断方法将是未来汽车故障诊断的发展趋势。未来的汽车故障诊断将从基于经验的故障诊断发展到利用人工智能进行故障诊断，现有维修人员的经验将通过网络、代码等导入系统，专业人员的短缺将大大缓解；从故障诊断技术本身来看，新信息与新技术相结合，例如利用车载计算机诊断汽车故障，将其与汽车的发动机和转向系统连接，可以快速诊断并找出问题。当然，最重要的是未来汽车的制造水平将继续提高，汽车故障的频率将大大降低，汽车故障诊断将继续朝着人工智能的方向发展，基于网络的汽车故障诊断系统将逐步形成。

6 结语

随着科学技术的发展，汽车生产中使用的电子设备越来越多，汽车电子产品中容易发生的故障类型也逐渐增多。因此，在处理汽车电子故障的过程中，应注意故障诊断方法的选择。只有掌握汽车电子故障的基本诊断和维修方法及策略，才能快速地确定故障位置，提高维修效率和质量。现代技术的发展增加了故障诊断的方法。然而，现代故障诊断方法和传统故障诊断方法各有优缺点。因此，需要根据具体情况采取适当的方法进行检测，这对汽车维修具有重要意义，也能促进汽车行业的不断发展。