第二節 用電路在線檢測方式獲得汽車數據流

一、概述

1.電路在線檢測儀器與檢測對象

電路在線檢測方式是指汽車電子控制系統處在工作狀態下，用檢測儀器對電子控制單元（ECU）的輸入與輸出信號進行檢測。電路在線檢測方式獲得的數據流主要有兩種，一種是傳感器流向ECU的數據流，另一種是ECU輸送到執行器的數據流。

專家解讀

目前，電路在線檢測方式所用檢測儀器主要有汽車萬用表和汽車示波器。在線檢測方式檢測的位置主要是ECU的輸入（傳感器信號與執行器反饋信號輸入）端子和輸出（控制執行器信號輸出）端子；檢測的對象是傳感器及電路、執行器及電路、ECU的輸入與輸出電路及ECU本身等；獲得信號的形式主要有電壓值、電流值、脈沖頻率、脈沖幅值、占空比、波形等，在斷電狀態下，還可檢測電阻、電容、溫度、通斷狀態等參數。

2.電路在線檢測方法

在線檢測ECU輸入與輸出端信號，目前常用針刺和接線盒兩種方法。

針刺法所用檢測儀表為尖形探針（圖2-9），從ECU插接器導線側將表筆沿導線插入與端子接觸即可測量該端子的電壓值、脈沖頻率、脈沖幅值、波形、電阻（斷電時）等參數。

圖2-9 針刺法在線檢測

為方便在線檢測ECU的輸入與輸出信號，一些汽車公司開發了適用于本公司車系各電子控制系統檢測用的故障檢測盒。例如，雪鐵龍汽車公司為其轎車電子控制系統配備的故障檢測盒（4109-T）如圖2-10所示。

4109-T用于檢測汽車ECU和連接部件端子的各種電路參數，配有發動機ECU檢測連接線束。故障檢測盒4109-T的使用方法：斷開ECU插接器，將故障檢測盒的連接線束（4109T-B）的連接ECU插頭與插座分別與ECU插接器的插座（ECU側）和插頭（線束側）相連，再將連接線束另一端插頭連接檢測盒，就可使檢測盒的各個插孔與ECU的各個端子相連接，通過檢測盒上相應的插孔就可直接檢測ECU和連接部件的電壓、電阻等參數，無須拔開計算機插接器罩蓋或斷開被測件插接器可直接測量有關的端子，使檢測變得方便和快捷。

要檢測自動變速器、ABS等其他電子控制系統電路參數，只需連接與之匹配的連接線束即可。

圖2-10 檢測盒在線檢測

1—連接線束（4109T-B） 2—發動機ECU插座 3—檢測插孔 4—萬用表

二、汽車萬用表檢測獲取汽車數據流

1.汽車萬用表的功能與要求

汽車萬用表是一種多用途數字儀表，其外形和工作原理與普通數字萬用表相似，但增加了汽車專用檢測功能檔，如閉合角測量檔、轉速測量檔等。

專家解讀

汽車萬用表除具備普通數字萬用表的檢測功能外，還具有汽車專用項目測試功能，如占空比、溫度、閉合角、轉速等。有的汽車萬用表還配有一些新穎功能，如自動斷電、自動變換量程、模擬條圖顯示、峰值保持、讀數保持（數據鎖定）、電池測試（低電壓提示）等。

為實現某些功能（例如測量溫度、轉速），汽車萬用表通常還配有相應的附件，如熱電偶適配器、熱電偶探頭、電感式拾取器以及AC/DC感應式電流夾鉗等。

為滿足汽車數據流檢測的需要，汽車萬用表應具備如下功能：

1）測量交、直流電壓。汽車萬用表應能測量大于40V的電壓值，但量程也不能過大，否則會使測量的精度下降。

2）測量電阻。汽車萬用表應能測量1MΩ的電阻，以滿足汽車電路電阻測量的需要。

3）測量電流。汽車萬用表應能測量大于10A的電流，以滿足汽車電路電流測量的需要。

4）記憶最大值和最小值。該功能可用于檢查某電路的瞬間故障。

5）模擬條顯示。該功能可用于觀測連續變化的數據。

6）測量脈沖波形的占空比和點火線圈一次側電流的閉合角。該功能可用于檢測噴油器、怠速穩定控制閥、EGR（廢氣再循環）電磁閥及點火系統的工作狀況。

7）測量轉速。該功能用于檢測發動機轉速。

8）輸出脈沖信號。該功能用于檢測無分電器點火系統的故障。

9）測量傳感器輸出的電信號頻率。

10）測量二極管的性能。

11）測量大電流。配置電流傳感器（霍爾式傳感器）后，可檢測大電流。

12）測量溫度。配置溫度傳感器后可以檢測冷卻液溫度、尾氣溫度和進氣溫度等。

2.汽車萬用表示例

現以笛威—9406A數字式汽車專用電表為例，介紹汽車萬用表的功能及使用方法。該儀表的面板如圖2-11所示。

笛威—9406A數字式汽車專用電表與其他汽車萬用表一樣，是數字式多用途汽車專用儀表，具有結構緊湊、防振防水，攜帶方便等特點，滿足了汽車在線檢測獲取數據流的需要。

圖2-11 笛威—9406A數字式汽車專用電表

1—液晶顯示屏 2—讀取最大值 3—鎖定當前屏幕數值 4—AC/DC切換 5—電路導通檢查 6—電源15min后自動關斷 7—正極及溫度測試棒插座 8—負極測試棒插座 9—電流正極測試棒插座 10—溫度測試棒負極插座 11—防水標記 12—測試電路中平均電壓 13—波形斜率正負 14—四行程/二行程/DIS切換鍵 15—體驗儀表內部熔斷器

（1）儀表設置的功能

1）檢測發電機最大輸出電壓及最大輸出電流（配有感應座或±400A電流夾）。

2）電器微漏電壓、電流測量，并具有記憶鎖定功能。

3）讀取發動機、變速器、ABS、安全氣囊等電控系統故障碼，取代LED類跨接功能，并以聲響計數，以及顯示出信號輸出端電壓值。

4）電路電壓降及線路阻抗測試。

5）檢測電路中接點接觸是否良好，并以微電壓降的方式測試線路連接點接觸是否良好。

6）溫度感應檢測，采取完全防水，并合于CAT-Ⅱ圖標生產。

7）檢測四行程/二行程─直接點火系統發動機轉速，可利用感應夾或直接測試。

8）測量控制線圈動作“占空比”，即通電率或斷電率（DUTY%）。

9）檢測空氣流量計、大氣壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、怠速電動機、車速傳感器等器件的性能。

10）電路斷路與短路檢測、聲響指示、低電阻測量。

11）點火系統跳火狀況，聲響判斷及高壓線漏電、電暈量檢測判斷高壓線是否劣化。

12）測試中鎖定數值及最大數值顯示，智能型錯誤選擇檔響聲顯示。

13）發電機動態二極管檢測與判斷功能，并具有BAD不良字幕顯示。

14）交直流電壓、電流檢測，并且600V安全防尖波電壓保護設計。

15）具有動態測試氧傳感器信號變動率，電壓變動值顯示及聲響警示（±0.45V判斷）。

16）具有檢測干擾信號源，檢測超強應用功能。

17）自動關機省電功能（APO）。

18）具有精確無比的汽車專用頻率（Hz）、千分秒（ms）測試功能，并具有正負（±）觸發相位及高位（Hi）、低位（Lo）相位功能。

19）儀表內部有防止電池漏電損壞安全設計。

20）儀表內部熔斷器自動檢查并以“GOOD”字幕顯示良好狀態的自診斷功能設計。

（2）儀表使用方法

1）讀取故障碼。該汽車萬用表具有故障碼讀取功能，具體方法如下：

①將儀表旋鈕撥到讀取電路脈沖信號位置。

②將正極測試棒（紅色+）插入正極插座孔，負極測試棒（黑色-）插入負極插座孔。

③正極測試表筆接信號輸出端，負極測試表筆接車身搭鐵或蓄電池負極。

④接通點火開關（ON）即可通過聲響來讀取故障碼，例如，1長“嘀”聲2短“嘀”聲，表示故障碼為“12”，此時顯示屏顯示輸出端的電壓信號值。

2）頻率檢測。汽車電子控制系統中，脈沖方式的輸入信號和控制信號有很多，例如：渦旋式空氣流量傳感器、電容式進氣壓力傳感器、各轉速傳感器、車速傳感器等輸入脈沖式傳感器信號，噴油器、EGR電磁閥、脈沖式怠速控制閥、變速器油壓調節電磁閥、步進電動機式怠速控制閥等執行器控制脈沖信號。檢測方法與步驟如下：

①儀表旋鈕撥至“Hz”檔位置。

②正極測試棒接入儀表正極，負極測試棒接儀表搭鐵。

③正極測試表筆連接信號端或控制端，負極測試表筆接車身搭鐵或蓄電池負極。

④如果讀不到數值，選擇觸發相位（Hi或Lo）即可。

⑤讀出信號頻率數值后，就可根據維修手冊中相關的標準參數，判斷所測信號正常與否。

3）占空比信號控制執行器檢測。汽車電子控制系統中，脈沖式變速器油壓控制電磁閥、脈沖式變矩器鎖止控制電磁閥、轉動式怠速控制電磁閥等多種執行器由占空比信號（頻率固定、脈寬可變的控制信號）進行控制。占空比信號的檢測方法與步驟如下：

①將儀表旋鈕撥至“DUTY%”位置。

②正極測試棒插入正極插座孔，負極測試棒插入負極插座孔。

③將負極測試表筆觸車身搭鐵或蓄電池負極。

④正極測試表筆連接需測試信號端，即可檢測信號占空比（執行器動作的百分比值）。如果無數值顯示，調整相位為低位Lo或高位Hi位置。

正極測試表筆連接的端子與檢測內容見表2-6。不同車系，測得的動作百分比值會有所不同，被測信號正常與否關鍵是要看工況變化時所測值有無變化。

表2-6 正極表筆連接的端子所檢測的參數

4）執行元件動作（ON/OFF）時間檢測。檢測噴油器的噴油時間，ECU根據發動機的工況與狀態控制噴油器的噴油時間，正常值應在0.6～3.0ms（小負荷—大負荷）范圍。檢測方法與步驟如下：

①將儀表旋鈕撥至“20ms”位置。

②正極測試棒插入正極插座孔，負極測試棒插入負極插座孔。

③正極測試表筆接噴油器12V電源端，負極測試表筆接噴油器控制（負極）端。

④起動發動機，并維持怠速工況至正常溫度，然后使發動機轉速升至3000r/min，觀察并記錄該噴油器的噴油器時間。然后再測其他噴油器，通過分析比較可判斷噴油器是否損壞。

⑤將儀器旋鈕撥至“Hz”檔位，顯示值應為9～15Hz（儀器旋鈕撥至“Hz”檔位時，應調整相位至Hi和Lo）。

5）氧傳感器電壓信號檢測。檢測方法與步驟如下：

①起動發動機，并使發動機怠速運轉直到正常工作溫度。

②正極測試表筆接氧傳感器信號輸出端，負極測試表筆搭鐵。

③將儀表旋鈕撥至“2V”位置。氧傳感器電壓信號應在0.1～0.9V之間變化。

④在怠速時如果氧傳感器信號電壓的平均值未在0.4～0.6V之間，表示混合氣有過濃或過稀現象。

⑤將發動機轉速加速至3000r/min以上，然后回復到怠速狀態，觀察氧傳感器的信號電壓變化情況。最大值不應超過1.2V，最小值不應低于0V。

6）檢測發電機二極管是否正常。方法與檢測步驟如下：

①將儀表旋鈕撥至漏電率位置。

②按下AC/DC切換鍵，使直流電轉換為交流電。

③正極測試棒連接儀表正極插座孔，負極測試棒連接儀表負極插座孔。

④正極測試表筆接蓄電池正極，負極測試表筆接車身搭鐵或蓄電池負極。

⑤起動發動機，并將轉速加速至2000r/min，然后觀察顯示屏數值。此時數值變動不應超過0.5V，并出現“GOOD”字樣。

三、示波器檢測獲取汽車數據流

注意

汽車示波器檢測數據的表示方式是波形，可反映電子控制器輸入與輸出信號的動態變化過程。通過對示波器顯示的波形分析，可獲得被測對象性能參數和故障信息。

1.汽車示波器的特點

汽車示波器采樣速率不高，通常不會超過20MS/s，但已足以滿足汽車電路數據流檢測的需要。汽車示波器通常設有兩個或兩個以上的測試通道，同時對多路電信號進行同步顯示，具有高速動態分析各信號間相互關系的優點。

汽車示波器通常設有測試菜單，使用時無需像普通示波器那樣繁瑣地設定，只需點一下要測試的傳感器或執行器的菜單就可以自動進入測量。電子存儲示波器還具有連續記憶和重放功能，便于捕捉間歇性故障。同時也可以通過一定的軟件與PC機連接，將采集的數據進行存儲、打印、再現。

汽車示波器為汽車檢修技術人員獲取汽車數據流，快速判斷汽車電子設備故障提供了有力的工具。使用普通示波器最大的困難是示波器的設定（即調整示波器的各個按鈕，使顯示的波形更為清楚）和波形分析。而汽車專用示波器的設定和調整是全自動的，汽車示波器使用方法非常簡單，只要像點菜單一樣，選擇要測試的內容，無需任何設定和調整就可以直接觀察波形。

2.汽車示波器示例

以OTC VISION2型汽車示波器為例，介紹汽車專用示波器的構成、功能及使用方法。

（1）汽車示波器的組成 OTC VISION2型汽車示波器的組成如圖2-12所示，診斷模塊1、測試主機2、存儲卡3、外接電源線4、熱啟動開關5、主電源開關6、串行接口7、外部電源接口8、測試電纜9等組成，各組成部分的功能如下：

圖2-12 OTC VISION2型示波器的組成

1—診斷模塊 2—測試主機 3—存儲卡 4—外接電源線 5—熱啟動開關 6—主電源開關 7—串行接口 8—外部電源接口 9—測試電纜

1）診斷模塊。診斷模塊用于對被測信號的預處理，使之成為測試主機能夠識讀的數字信號。該型號示波器配備了兩種診斷模塊，一種是示波器診斷模塊，在波形檢測時使用；另一種是發動機測試模塊，在需要對發動機進行測試時，需換用該模塊。

2）測試主機。它是儀器的主體部分，包括電路板、顯示器、鍵盤。顯示器除了顯示檢測結果（數據和波形）外，還顯示人機對話界面、操作菜單等。鍵盤用于測試功能選擇和測試過程的操控。

3）存儲卡。存儲卡用于儲存儀器工作所需的數據和控制程序，工作時可為主機提供內存。存儲卡可以升級，通過更新存儲卡數據和程序的方式，可實現儀器適用范圍的擴大及使用功能的提升。存儲卡安裝在主機底部的卡槽內，通常是在升級時才需要將其拔出。

4）外接電源線。該儀器使用12V直流電源，可通過車載蓄電池供電，也可用12V的A/C充電器作為電源。

5）熱啟動開關。當儀器在工作時出現死機現象時，可以通過熱啟動開關來重新啟動儀器。

6）主電源開關。當需要使用儀器時，通過主電源開關使儀器與電源連接。

7）串行接口。該接口用于連接打印機、控制單元或廢氣分析儀等。

8）外部電源接口。示波器內裝有可充電電池，當電池電力不足時，可通過該接口連接充電器，對電池進行充電。

9）測試電纜線。測試電纜線一端連接診斷模塊的數據接口，另一端是測試探頭。OTC VISION2型示波器備有4根測試電纜，分別為黃、藍、紅和綠4種顏色。還有一根呈黑色的搭鐵電纜線，如圖2-13所示。電纜線有專用和通用的兩種，在進行不同的測試項目時，可通過更換專用的電纜線來適配。

（2）汽車示波器的功能 汽車示波器的基本功能是被測信號的波形顯示，除此之外，通常還設有其他功能，以使示波器成為多用途測試儀器。

圖2-13 OTC VISION2型示波器測試電纜連接

1—示波器/萬用表模組 2—主機 3—示波器通道接口 4—鱷魚夾

1）汽車示波器的基本功能。汽車示波器的基本功能就是模擬信號和數字信號的波形測試，采用多通道可同時顯示多個波形，便于故障分析判斷。

圖2-14所示的是四通道波形顯示一例，它同時顯示了兩個噴油器波形，一個點火正時波形和一個參考信號波形。

當需要對測試的波形進行分析時，可通過相關的功能鍵操作，對測試波形進行鎖定和儲存，以方便通過測試波形進行故障分析。示波器內的存儲器儲存了傳感器、執行器的標準波形數據庫，操縱功能鍵可調出相關的標準波形，通過測試波形與標準波形的比較，可分析與判斷檢測對象故障與否。

2）汽車示波器的附加功能。附加功能包括萬用表功能和發動機性能測試功能。萬用表功能可以直接測量和顯示檢測對象的電壓或電阻等參數，這給使用示波器的檢測者提供了方便。示波器配備了幾種附加的測試探頭，將這些測試探頭連接被測對象，并啟用儀器測試功能后，就可以測試發動機的轉速、起動電流、發電機的電壓等參數。

圖2-14 四通道波形顯示

（3）汽車示波器鍵盤功能與使用方法 OTC VI-SION2型示波器的鍵盤如圖2-15所示，各鍵盤功能與使用方法見表2-7。

表2-7 OTC VISION2型示波器各鍵盤功能與使用方法

3.汽車示波器檢測示例

（1）檢測周期性脈沖信號　 對于呈周期性變化的脈沖信號，示波器通過顯示其波形，可獲得被測信號的幅值、脈寬、頻率、相位、占空比、形狀等相關信息。根據所測得的脈沖信號，可分析與判斷被測對象的性能狀態。

1）檢測周期信號的幅值。根據示波器所顯示波形的幅值獲取被測對象的狀態信息。例如，檢測磁感應式轉速與曲軸傳感器的電壓波形（圖2-16），根據電壓波形的幅值分析其性能好壞。正常情況下，在發動機起動轉速下的波形幅值一般不低于0.5V，隨發動機轉速的升高電壓幅值應隨之增大。

2）檢測周期信號的脈寬。圖2-17所示的是用示波器從噴油器控制端測得的電壓脈沖，根據該電壓波形脈寬可獲得噴油器的噴油時間信息。

3）檢測脈沖信號的頻率。從示波器顯示的周期信號電壓波形中，可獲得周期參數，周期的倒數即為信號的頻率。渦旋式空氣流量傳感器、各轉速傳感器等均以信號的頻率高低來反映空氣流量的大小和轉速的高低。

圖2-15 OTC VISION2型示波器的鍵盤

圖2-16 磁感應式傳感器信號電壓波形

圖2-17 噴油器工作電壓波形

4）檢測周期信號的相位。有些檢測需要從示波器顯示的電壓波形中獲取相位信息。例如，通過檢測點火線圈控制端的點火電壓脈沖，并與曲軸位置傳感器的信號電壓脈沖進行比較，就可獲取當前的點火提前角參數。

5）檢測周期信號的占空比。汽車電子控制系統中，轉動式怠速控制電磁閥、變速器油壓調節電磁閥、變矩器鎖止電磁閥、脈動式怠速控制閥等均通過占空比信號對其進行控制（圖2-18）。因此，檢測這些執行器及電子控制器的工作情況，可用示波器檢測相應的控制信號電壓波形，通過周期信號的脈寬與周期比即可得到所需的占空比參數（圖2-19）。

圖2-18 周期信號電壓波形

T—周期 f—頻率

圖2-19 從顯示波形中獲得占空比參數

（2）檢測非周期變化信號 非周期變化波形有兩種類型，一種是呈非周期變化的脈沖信號，例如，氧傳感器和爆燃傳感器的信號電壓就屬于非周期變化的脈沖信號；另一種是在被測對象的某個工作狀態改變時產生的信號電壓波形，該電壓波形反映了被測參數的瞬間變化過程，例如，進氣管壓力傳感器和節氣門位置傳感器在加、減速時的信號電壓波形。

1）檢測非周期變化的脈沖信號。檢測爆燃傳感器信號端子的電壓波形（圖2-20），可根據電壓波形的幅值與頻率獲得發動機是否產生爆燃的信息。

2）檢測瞬間變化的信號。駕駛人在突然踩下加速踏板時，壓敏電阻式進氣壓力傳感器正常的信號電壓波形如圖2-21所示。根據所測信號電壓波形與標準電壓波形比較，即可準確判斷傳感器及電路是否有故障。

圖2-20 爆燃傳感器信號電壓波形

圖2-21 加減速時進氣壓力傳感器信號波形

專家解讀

例如，信號電壓波形出現了斷點和雜波，說明傳感器內部電路或連接線路有接觸不良之處；又如，在加速和減速時傳感器信號波形始終為一直線，或信號電壓過高或過低，則說明傳感器電源、傳感器本身或傳感器真空管等有異常。

（3）檢測穩定或變化緩慢信號 對于在一段時間內不變或變化緩慢的ECU輸入或輸出信號，示波器檢測到的是一條水平直線。從水平直線波形的高度可獲得被測信號的電壓值，從直線波形有無缺損和雜波則可診斷被測對象及電路是否有故障。

圖2-22所示的是發動機冷卻液溫度傳感器電壓波形，可以看到有雜波出現，說明傳感器搭鐵不良或傳感器線路連接點有接觸不良之處。

當發動機溫度變化時，水平直線波的高度應該有相應的改變。否則，說明傳感器性能不良。

圖2-22 發動機冷卻液溫度傳感器電壓波形