第三節 元器件模擬方式獲取汽車數據流

一、概述

元器件模擬式測量是用信號模擬器替代傳感器，產生相關的信號并輸入控制電腦，通過對電子控制器（ECU）的響應參數進行測量和分析比較，以獲取實測對象正常與否。

1.元器件模擬的測量環境與檢測對象

通常在如下情況需要采用元器件模擬方式獲取汽車數據流：

1）被控對象因故障而不工作時。被測的電子控制系統因故障不工作，但又需要獲取相關動態數據流時，就需要用模擬傳感器信號的方法。例如，發動機因故障不能起動的情況下，要檢測噴油器噴油電壓波形或點火控制信號時，就需要將發動機轉速與曲軸位置傳感器等相關的模擬信號輸入控制電腦來完成檢測。

2）檢測環境使電子控制系統不能工作時。在一些檢測環境下，電子控制系統不能工作，但又需要檢測其動態響應參數時，也需要通過模擬傳感器信號的方式來模擬電子控制系統的工作狀態。例如，在車輛停駛狀態下檢測防抱死制動系統（ABS）執行器的動態響應參數時，就需要通過模擬傳感器信號的方式來模擬汽車制動環境。

3）傳感器性能不良或損壞時。與電子控制系統動態檢測參數相關的傳感器損壞，但又需要進行與該傳感器信號相關的動態檢測時，就需要通過元器件模擬器來輸入傳感器的模擬信號。例如，氧傳感器信號不良的情況下，需要檢測燃油噴射閉環控制是否正常，就需要通過模擬電路在發動機ECU的氧傳感器的信號輸入端子施加高電平（0.8～1.0V）模擬混合氣過濃狀態，輸入低電平（0.0～0.3V）來模擬混合氣過稀狀態。

4）需要模擬發動機特定工作狀態時。工作中的發動機狀態不能人為地簡單控制，但需要檢測發動機特定工作狀態下的動態響應參數時，也要用到元器件模擬方法。例如，用模擬器產生爆燃傳感器信號，以檢測點火控制動態響應情況。

2.元器件模擬方式與測量儀器

1）元器件模擬信號的方式。元器件模擬有單路信號模擬和同步信號模擬兩種。單路信號模擬只輸出一個傳感器模擬信號，同步信號模擬則是同時輸出兩個或兩個以上的傳感器模擬信號。

2）元器件模擬器的電路形式。元器件模擬器有模擬電路和數字電路兩種。模擬電路信號發生器用晶體管、集成電路、電阻、電容等電子元器件組成的振蕩電路產生各種波形、不同頻率的脈沖信號；數字電路信號發生器用單片機作信號發生器的硬件，通過編程實現各種波形、不同頻率的脈沖信號。

3）元器件模擬器的結構形式。有專用的信號發生器用作元器件模擬信號源，一些專用汽車故障診斷儀具有模擬測試功能，其內部設置了傳感器信號模擬功能電路，可以向被測汽車ECU輸出所需的單路或多路模擬信號。

4）元器件模擬方式數據流檢測儀器。元器件模擬方式獲取汽車數據流可以采用專用或通用汽車故障診斷儀，也可以采用汽車萬用表或汽車示波器。

二、單路信號模擬器

單路信號模擬器只有一個通道，在元器件模擬檢測過程中信號發生器只能輸出一路信號，模擬一個傳感器的動態變化信號。

單路信號模擬器可模擬節氣門位置傳感器、壓敏電阻式進氣壓力傳感器、各種熱敏電阻式溫度傳感器等傳感器的信號，輸出的是連續可變的電壓信號（圖2-23）。為了能模擬此類傳感器不同的狀態，信號模擬器輸出的可變信號電壓范圍通常為0～15V。

單路信號模擬器也可模擬車速傳感器、渦旋式空氣流量傳感器等產生脈沖信號的傳感器，通常要求單路信號模擬器能輸出不同的波形和頻率，信號頻率范圍通常為0～10Hz（圖2-24）。

圖2-23 連續變化信號模擬電路示意圖

圖2-24 脈沖信號模擬電路示意圖

注意

單路信號模擬器應用于只需模擬單個傳感器信號的數據流檢測。通過檢測與該傳感器信號相關的被測對象狀態數據流，可分析該傳感器及其信號處理電路是否正常；通過檢測與該傳感器信號相關的控制系統輸出響應數據流，可分析控制系統的工作情況，分析與判斷控制系統工作不正常的可能故障原因或故障的具體部位。

三、同步信號模擬器

同步信號模擬器具有兩個以上的通道，可以同時模擬兩個及兩個以上的傳感器信號。同步信號模擬器用于需要有兩個或兩個以上傳感器信號輸入的檢測環境。例如，發動機轉速與曲軸位置這兩個脈沖信號為同步信號，控制器需要根據這兩個同步信號來計算發動機的轉速、判斷曲軸的位置、確定點火和噴油時間。這兩個信號就需要用同步信號模擬器輸出的兩個同步電壓脈沖來模擬。發動機轉速與曲軸位置傳感器信號模擬一例，如圖2-25所示。

圖2-25 發動機轉速與曲軸位置傳感器模擬信號

G—曲軸位置模擬信號 Ne—發動機轉速模擬信號

注意

用同步信號模擬器模擬傳感器信號，通過檢測與傳感器信號相關的被測對象狀態數據流，也可用對比方式比較傳感器品質的好壞；檢測控制系統輸出響應數據流，通過分析電子控制系統的響應數據參數，可判斷控制系統的工作狀態，分析可能的故障原因或可能的故障部位。