基于故障树分析法的汽车电路故障诊断与排除

安明华

（广州市交通运输职业学校， 广东 广州 510440）

在学习电路及进行故障分析时，没能像学习机修那样拆卸研究。没有看得见、摸得着的零部件，有的只是像蜘蛛网一样复杂的线路。对于电路，需要搞清楚电路的基本原理和工作过程，再对故障原因进行合理地归纳，最后利用正确有效可行的诊断方法，就可以找到故障原因。

1 电路的基本原理

明确电路的工作原理是进行故障分析的前提条件。从控制方法来说，可分为直接控制和间接控制电路。如图1所示，直接控制的简单电路由1个开关直接控制用电设备工作；如图2所示，间接控制如常见的接触器控制电路，操作开关控制接触器线圈工作，当接触器开关闭合后，主电路接通，电机才可以工作。但每一个复杂电路都是由若干个简单电路构成的。下文以丰田卡罗拉ECM的电源电路为例，研究电源电路的工作原理。

图1 直接控制电路

图2 间接控制电路

1.1 供电电源介绍

丰田卡罗拉ECM电源逻辑如图3所示。ECM有两种电源，即BATT和+B、+B2。BATT为永久电源，在发动机熄火后继续为ECM供电，使存储在RAM中的故障码、自学参数等不会因断电而遗失。+B和+B2为工作电源，发动机工作时，为ECU提供电源，经内部电源模块处理向传感器及CPU供电。

图3 ECM电源逻辑简图

1.2 工作过程分析

ECM的电源电路如图4所示，下面分析工作过程。

图4 ECM的电源电路

1） 闭合点火开关，IG2继电器线圈得电。电流回路为：蓄电池—熔断丝（FL-MAIN、AM2）—点火开关—IG2继电器线圈—搭铁。IG2线圈通电，继电器主触点闭合。

2） IG2继电器闭合后，ECM-IGSW端子获得约12V的电压。电流回路为：蓄电池—熔断丝（FL-MAIN、IG2）—IG2继电器主触点—熔断丝（IGN）—ECM-IGSW端子。

3） ECM收到IGSW信号后，从MREL端子输出约12V电压，向EFI-MAIN继电器供电。电流回路为：ECM-MREL—EFI-MAIN继电器线圈—搭铁。EFI-MAIN继电器线圈通电，继电器主触点闭合。

4） EFI-MAIN继电器闭合后，蓄电池经熔断丝、继电器开关向+B、+B2供电。电流回路为：蓄电池—熔断丝（FLMAIN、EFI-MAIN）—EFI-MAIN继电器主触点—熔断丝（1号EFI）—ECM（+B、+B2）端子。

整个过程只需要操作点火开关，其它过程由电路自动控制来实现。以上4个过程，前者为后者的前提条件，即前面的条件不满足，后续控制将中断无法实现。

2 基于故障现象进行分析

2.1 故障现象认识

故障现象是指电气设备工作时，维修人员者不借助仪器和设备，依靠人体的五官感知到的有别于正常工作情况的异常表现，如不工作、高温、异味、异响、指示灯异常、报警灯点亮等[2]。

卡罗拉1ZR-FE发动机ECM的电源电路正常时，接通点火开关，可以看到以下几个现象：①仪表上的发动机故障指示灯常亮；②发动机风扇不转；③在发动机启动后，ECM进行电控系统自检，当系统正常时，发动机故障指示灯会熄灭。若不符合以上现象，则说明ECM或电控系统存在故障，对应关系见表1。

表1 故障现象与结论

2.2 故障树分析

故障树分析法（FTA） 是建立在对系统的结构和原理清晰认知的基础上，研究故障的传递方式和故障事件之间的因果关系[1]。

故障树是自上而下的，由故障现象开始分析，根据严格的逻辑关系，逐级分析产生故障的必要充分直接原因。故障树有序罗列出导致故障的所有可能原因和原因组合。由此，可以发现系统的薄弱环节，预估导致故障的原因发生的概率，指导故障诊断、改进使用和维修方案等[1]。

建立故障树是故障树分析的关键，也是进行故障树分析的前提条件[1]。分析ECM的电源电路，导致ECM工作异常的直接原因有供电异常、ECM搭铁线故障或者ECM故障，导致供电异常的原因有熔断丝、EFI主继电器、线束及蓄电池故障。依次逐级分析可以追查出最底层的最细的故障原因，最后绘制出ECM+B供电异常的故障树，如图5所示。

图5 卡罗拉ECM供电异常的故障树

图6为ECM检测流程，由+B供电异常出发，本着操作容易、自上而下的原则，通过测线路电压或者线束断路检测，逐步把故障范围缩小到某一个元件或一段线路。

图6 ECM检测流程

ECM主要是靠IG2继电器、ECM及EFI-MAIN主继电器实现的3级控制。ECM无法直接判断其好坏，只能通过排除，即当ECM外围线路、元件无故障时，可通过替换ECM判断其技术状况。

对于继电器的检测，先检测元件是否正常，再检测电源电路、控制及输出电路、搭铁线路。EFI-MAIN主继电器是由ECM进行控制，而IG2继电器是由点火开关控制。

3 借助合理的诊断进行故障诊断

通过故障树分析后，故障可能集中在某一个支路或元件。可以借助仪表，如万用表或试灯进行故障的排查。下面介绍几种排除方法。

3.1 使用万用表排除线路故障

1） 对于电源电路，可测量电压判断线路是否存在故障点。以+B供电主电路为例，接通点火开关，在A40-2处电压为0V，在1号EFI熔断丝下游电压为0V，而在1号EFI熔断丝上游电压为12V，则说明熔断丝损坏或端子松动。逆着电流的流向，逐个测试点进行测试，在电压发生突变的2个测试点之间就存在断路或线路接触不良的故障。

2） 对于未带电的线路，可端对端测量导线的电阻值判断是否存在故障。若阻值大于1Ω，可认为有接触不良的现象；若阻值无穷大，则为断路故障[2]。

3.2 使用跨接线检测电路故障

当电路中有控制开关、熔断丝或线束断路情况时，可以使用跨接线（带熔断丝） 替代原线路工作从而判断线路是否存在断路故障。若跨接后故障消除，进一步缩小跨接的范围，最终跨接的某一控制元件或线路即为线路断路故障所在。

另外跨接线也可以快速判断有继电器控制电路的故障范围，若跨接继电器主触点后，故障消除，故障就在控制电路；若跨接后，故障没有消除，首先应该排查主电路存在的故障。

3.3 利用试灯进行电源电路排查

无源试灯的使用方法与测电压的方法一样，只是通过试灯的亮灭来反映电压的有无，该方法更加直观快捷。但对于电路虚接，造成的试灯光亮减弱，有时会被维修技师所忽略。

4 故障排除

当通过分析测量判断是某个元件或导线存在故障后，需要进行故障点验证和排除。

1） 元件损坏。若发现有元件自然损坏，通过换件修复。但对于熔断丝的熔断，还需要对线路进行断路测试，找出线路中存在的断路故障，否则更换熔断丝后还会发生熔断现象。

2） 线路故障。若通过检查某线路断路，或存在插接器损坏、接触不良等现象，就需要更换相关线束。

5 总结

汽车电路尤其是电控系统比较复杂，必须要建立在理解电路原理的基础上，理清导致故障的原因的逻辑关系，利用科学的方法进行合理有序地检测诊断，就可以找到线路的故障所在。本文在案例和故障树方法融合的基础上进行典型电路故障分析研究，为汽车电路的诊断提供了一种基本方法。