第二节 用电路在线检测方式获得汽车数据流

一、概述

1.电路在线检测仪器与检测对象

电路在线检测方式是指汽车电子控制系统处在工作状态下，用检测仪器对电子控制单元（ECU）的输入与输出信号进行检测。电路在线检测方式获得的数据流主要有两种，一种是传感器流向ECU的数据流，另一种是ECU输送到执行器的数据流。

专家解读

目前，电路在线检测方式所用检测仪器主要有汽车万用表和汽车示波器。在线检测方式检测的位置主要是ECU的输入（传感器信号与执行器反馈信号输入）端子和输出（控制执行器信号输出）端子；检测的对象是传感器及电路、执行器及电路、ECU的输入与输出电路及ECU本身等；获得信号的形式主要有电压值、电流值、脉冲频率、脉冲幅值、占空比、波形等，在断电状态下，还可检测电阻、电容、温度、通断状态等参数。

2.电路在线检测方法

在线检测ECU输入与输出端信号，目前常用针刺和接线盒两种方法。

针刺法所用检测仪表为尖形探针（图2-9），从ECU插接器导线侧将表笔沿导线插入与端子接触即可测量该端子的电压值、脉冲频率、脉冲幅值、波形、电阻（断电时）等参数。

图2-9 针刺法在线检测

为方便在线检测ECU的输入与输出信号，一些汽车公司开发了适用于本公司车系各电子控制系统检测用的故障检测盒。例如，雪铁龙汽车公司为其轿车电子控制系统配备的故障检测盒（4109-T）如图2-10所示。

4109-T用于检测汽车ECU和连接部件端子的各种电路参数，配有发动机ECU检测连接线束。故障检测盒4109-T的使用方法：断开ECU插接器，将故障检测盒的连接线束（4109T-B）的连接ECU插头与插座分别与ECU插接器的插座（ECU侧）和插头（线束侧）相连，再将连接线束另一端插头连接检测盒，就可使检测盒的各个插孔与ECU的各个端子相连接，通过检测盒上相应的插孔就可直接检测ECU和连接部件的电压、电阻等参数，无须拔开计算机插接器罩盖或断开被测件插接器可直接测量有关的端子，使检测变得方便和快捷。

要检测自动变速器、ABS等其他电子控制系统电路参数，只需连接与之匹配的连接线束即可。

图2-10 检测盒在线检测

1—连接线束（4109T-B） 2—发动机ECU插座 3—检测插孔 4—万用表

二、汽车万用表检测获取汽车数据流

1.汽车万用表的功能与要求

汽车万用表是一种多用途数字仪表，其外形和工作原理与普通数字万用表相似，但增加了汽车专用检测功能档，如闭合角测量档、转速测量档等。

专家解读

汽车万用表除具备普通数字万用表的检测功能外，还具有汽车专用项目测试功能，如占空比、温度、闭合角、转速等。有的汽车万用表还配有一些新颖功能，如自动断电、自动变换量程、模拟条图显示、峰值保持、读数保持（数据锁定）、电池测试（低电压提示）等。

为实现某些功能（例如测量温度、转速），汽车万用表通常还配有相应的附件，如热电偶适配器、热电偶探头、电感式拾取器以及AC/DC感应式电流夹钳等。

为满足汽车数据流检测的需要，汽车万用表应具备如下功能：

1）测量交、直流电压。汽车万用表应能测量大于40V的电压值，但量程也不能过大，否则会使测量的精度下降。

2）测量电阻。汽车万用表应能测量1MΩ的电阻，以满足汽车电路电阻测量的需要。

3）测量电流。汽车万用表应能测量大于10A的电流，以满足汽车电路电流测量的需要。

4）记忆最大值和最小值。该功能可用于检查某电路的瞬间故障。

5）模拟条显示。该功能可用于观测连续变化的数据。

6）测量脉冲波形的占空比和点火线圈一次侧电流的闭合角。该功能可用于检测喷油器、怠速稳定控制阀、EGR（废气再循环）电磁阀及点火系统的工作状况。

7）测量转速。该功能用于检测发动机转速。

8）输出脉冲信号。该功能用于检测无分电器点火系统的故障。

9）测量传感器输出的电信号频率。

10）测量二极管的性能。

11）测量大电流。配置电流传感器（霍尔式传感器）后，可检测大电流。

12）测量温度。配置温度传感器后可以检测冷却液温度、尾气温度和进气温度等。

2.汽车万用表示例

现以笛威—9406A数字式汽车专用电表为例，介绍汽车万用表的功能及使用方法。该仪表的面板如图2-11所示。

笛威—9406A数字式汽车专用电表与其他汽车万用表一样，是数字式多用途汽车专用仪表，具有结构紧凑、防振防水，携带方便等特点，满足了汽车在线检测获取数据流的需要。

图2-11 笛威—9406A数字式汽车专用电表

1—液晶显示屏 2—读取最大值 3—锁定当前屏幕数值 4—AC/DC切换 5—电路导通检查 6—电源15min后自动关断 7—正极及温度测试棒插座 8—负极测试棒插座 9—电流正极测试棒插座 10—温度测试棒负极插座 11—防水标记 12—测试电路中平均电压 13—波形斜率正负 14—四行程/二行程/DIS切换键 15—体验仪表内部熔断器

（1）仪表设置的功能

1）检测发电机最大输出电压及最大输出电流（配有感应座或±400A电流夹）。

2）电器微漏电压、电流测量，并具有记忆锁定功能。

3）读取发动机、变速器、ABS、安全气囊等电控系统故障码，取代LED类跨接功能，并以声响计数，以及显示出信号输出端电压值。

4）电路电压降及线路阻抗测试。

5）检测电路中接点接触是否良好，并以微电压降的方式测试线路连接点接触是否良好。

6）温度感应检测，采取完全防水，并合于CAT-Ⅱ图标生产。

7）检测四行程/二行程─直接点火系统发动机转速，可利用感应夹或直接测试。

8）测量控制线圈动作“占空比”，即通电率或断电率（DUTY%）。

9）检测空气流量计、大气压力传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、怠速电动机、车速传感器等器件的性能。

10）电路断路与短路检测、声响指示、低电阻测量。

11）点火系统跳火状况，声响判断及高压线漏电、电晕量检测判断高压线是否劣化。

12）测试中锁定数值及最大数值显示，智能型错误选择档响声显示。

13）发电机动态二极管检测与判断功能，并具有BAD不良字幕显示。

14）交直流电压、电流检测，并且600V安全防尖波电压保护设计。

15）具有动态测试氧传感器信号变动率，电压变动值显示及声响警示（±0.45V判断）。

16）具有检测干扰信号源，检测超强应用功能。

17）自动关机省电功能（APO）。

18）具有精确无比的汽车专用频率（Hz）、千分秒（ms）测试功能，并具有正负（±）触发相位及高位（Hi）、低位（Lo）相位功能。

19）仪表内部有防止电池漏电损坏安全设计。

20）仪表内部熔断器自动检查并以“GOOD”字幕显示良好状态的自诊断功能设计。

（2）仪表使用方法

1）读取故障码。该汽车万用表具有故障码读取功能，具体方法如下：

①将仪表旋钮拨到读取电路脉冲信号位置。

②将正极测试棒（红色+）插入正极插座孔，负极测试棒（黑色-）插入负极插座孔。

③正极测试表笔接信号输出端，负极测试表笔接车身搭铁或蓄电池负极。

④接通点火开关（ON）即可通过声响来读取故障码，例如，1长“嘀”声2短“嘀”声，表示故障码为“12”，此时显示屏显示输出端的电压信号值。

2）频率检测。汽车电子控制系统中，脉冲方式的输入信号和控制信号有很多，例如：涡旋式空气流量传感器、电容式进气压力传感器、各转速传感器、车速传感器等输入脉冲式传感器信号，喷油器、EGR电磁阀、脉冲式怠速控制阀、变速器油压调节电磁阀、步进电动机式怠速控制阀等执行器控制脉冲信号。检测方法与步骤如下：

①仪表旋钮拨至“Hz”档位置。

②正极测试棒接入仪表正极，负极测试棒接仪表搭铁。

③正极测试表笔连接信号端或控制端，负极测试表笔接车身搭铁或蓄电池负极。

④如果读不到数值，选择触发相位（Hi或Lo）即可。

⑤读出信号频率数值后，就可根据维修手册中相关的标准参数，判断所测信号正常与否。

3）占空比信号控制执行器检测。汽车电子控制系统中，脉冲式变速器油压控制电磁阀、脉冲式变矩器锁止控制电磁阀、转动式怠速控制电磁阀等多种执行器由占空比信号（频率固定、脉宽可变的控制信号）进行控制。占空比信号的检测方法与步骤如下：

①将仪表旋钮拨至“DUTY%”位置。

②正极测试棒插入正极插座孔，负极测试棒插入负极插座孔。

③将负极测试表笔触车身搭铁或蓄电池负极。

④正极测试表笔连接需测试信号端，即可检测信号占空比（执行器动作的百分比值）。如果无数值显示，调整相位为低位Lo或高位Hi位置。

正极测试表笔连接的端子与检测内容见表2-6。不同车系，测得的动作百分比值会有所不同，被测信号正常与否关键是要看工况变化时所测值有无变化。

表2-6 正极表笔连接的端子所检测的参数

4）执行元件动作（ON/OFF）时间检测。检测喷油器的喷油时间，ECU根据发动机的工况与状态控制喷油器的喷油时间，正常值应在0.6～3.0ms（小负荷—大负荷）范围。检测方法与步骤如下：

①将仪表旋钮拨至“20ms”位置。

②正极测试棒插入正极插座孔，负极测试棒插入负极插座孔。

③正极测试表笔接喷油器12V电源端，负极测试表笔接喷油器控制（负极）端。

④起动发动机，并维持怠速工况至正常温度，然后使发动机转速升至3000r/min，观察并记录该喷油器的喷油器时间。然后再测其他喷油器，通过分析比较可判断喷油器是否损坏。

⑤将仪器旋钮拨至“Hz”档位，显示值应为9～15Hz（仪器旋钮拨至“Hz”档位时，应调整相位至Hi和Lo）。

5）氧传感器电压信号检测。检测方法与步骤如下：

①起动发动机，并使发动机怠速运转直到正常工作温度。

②正极测试表笔接氧传感器信号输出端，负极测试表笔搭铁。

③将仪表旋钮拨至“2V”位置。氧传感器电压信号应在0.1～0.9V之间变化。

④在怠速时如果氧传感器信号电压的平均值未在0.4～0.6V之间，表示混合气有过浓或过稀现象。

⑤将发动机转速加速至3000r/min以上，然后回复到怠速状态，观察氧传感器的信号电压变化情况。最大值不应超过1.2V，最小值不应低于0V。

6）检测发电机二极管是否正常。方法与检测步骤如下：

①将仪表旋钮拨至漏电率位置。

②按下AC/DC切换键，使直流电转换为交流电。

③正极测试棒连接仪表正极插座孔，负极测试棒连接仪表负极插座孔。

④正极测试表笔接蓄电池正极，负极测试表笔接车身搭铁或蓄电池负极。

⑤起动发动机，并将转速加速至2000r/min，然后观察显示屏数值。此时数值变动不应超过0.5V，并出现“GOOD”字样。

三、示波器检测获取汽车数据流

注意

汽车示波器检测数据的表示方式是波形，可反映电子控制器输入与输出信号的动态变化过程。通过对示波器显示的波形分析，可获得被测对象性能参数和故障信息。

1.汽车示波器的特点

汽车示波器采样速率不高，通常不会超过20MS/s，但已足以满足汽车电路数据流检测的需要。汽车示波器通常设有两个或两个以上的测试通道，同时对多路电信号进行同步显示，具有高速动态分析各信号间相互关系的优点。

汽车示波器通常设有测试菜单，使用时无需像普通示波器那样繁琐地设定，只需点一下要测试的传感器或执行器的菜单就可以自动进入测量。电子存储示波器还具有连续记忆和重放功能，便于捕捉间歇性故障。同时也可以通过一定的软件与PC机连接，将采集的数据进行存储、打印、再现。

汽车示波器为汽车检修技术人员获取汽车数据流，快速判断汽车电子设备故障提供了有力的工具。使用普通示波器最大的困难是示波器的设定（即调整示波器的各个按钮，使显示的波形更为清楚）和波形分析。而汽车专用示波器的设定和调整是全自动的，汽车示波器使用方法非常简单，只要像点菜单一样，选择要测试的内容，无需任何设定和调整就可以直接观察波形。

2.汽车示波器示例

以OTC VISION2型汽车示波器为例，介绍汽车专用示波器的构成、功能及使用方法。

（1）汽车示波器的组成 OTC VISION2型汽车示波器的组成如图2-12所示，诊断模块1、测试主机2、存储卡3、外接电源线4、热启动开关5、主电源开关6、串行接口7、外部电源接口8、测试电缆9等组成，各组成部分的功能如下：

图2-12 OTC VISION2型示波器的组成

1—诊断模块 2—测试主机 3—存储卡 4—外接电源线 5—热启动开关 6—主电源开关 7—串行接口 8—外部电源接口 9—测试电缆

1）诊断模块。诊断模块用于对被测信号的预处理，使之成为测试主机能够识读的数字信号。该型号示波器配备了两种诊断模块，一种是示波器诊断模块，在波形检测时使用；另一种是发动机测试模块，在需要对发动机进行测试时，需换用该模块。

2）测试主机。它是仪器的主体部分，包括电路板、显示器、键盘。显示器除了显示检测结果（数据和波形）外，还显示人机对话界面、操作菜单等。键盘用于测试功能选择和测试过程的操控。

3）存储卡。存储卡用于储存仪器工作所需的数据和控制程序，工作时可为主机提供内存。存储卡可以升级，通过更新存储卡数据和程序的方式，可实现仪器适用范围的扩大及使用功能的提升。存储卡安装在主机底部的卡槽内，通常是在升级时才需要将其拔出。

4）外接电源线。该仪器使用12V直流电源，可通过车载蓄电池供电，也可用12V的A/C充电器作为电源。

5）热启动开关。当仪器在工作时出现死机现象时，可以通过热启动开关来重新启动仪器。

6）主电源开关。当需要使用仪器时，通过主电源开关使仪器与电源连接。

7）串行接口。该接口用于连接打印机、控制单元或废气分析仪等。

8）外部电源接口。示波器内装有可充电电池，当电池电力不足时，可通过该接口连接充电器，对电池进行充电。

9）测试电缆线。测试电缆线一端连接诊断模块的数据接口，另一端是测试探头。OTC VISION2型示波器备有4根测试电缆，分别为黄、蓝、红和绿4种颜色。还有一根呈黑色的搭铁电缆线，如图2-13所示。电缆线有专用和通用的两种，在进行不同的测试项目时，可通过更换专用的电缆线来适配。

（2）汽车示波器的功能 汽车示波器的基本功能是被测信号的波形显示，除此之外，通常还设有其他功能，以使示波器成为多用途测试仪器。

图2-13 OTC VISION2型示波器测试电缆连接

1—示波器/万用表模组 2—主机 3—示波器通道接口 4—鳄鱼夹

1）汽车示波器的基本功能。汽车示波器的基本功能就是模拟信号和数字信号的波形测试，采用多通道可同时显示多个波形，便于故障分析判断。

图2-14所示的是四通道波形显示一例，它同时显示了两个喷油器波形，一个点火正时波形和一个参考信号波形。

当需要对测试的波形进行分析时，可通过相关的功能键操作，对测试波形进行锁定和储存，以方便通过测试波形进行故障分析。示波器内的存储器储存了传感器、执行器的标准波形数据库，操纵功能键可调出相关的标准波形，通过测试波形与标准波形的比较，可分析与判断检测对象故障与否。

2）汽车示波器的附加功能。附加功能包括万用表功能和发动机性能测试功能。万用表功能可以直接测量和显示检测对象的电压或电阻等参数，这给使用示波器的检测者提供了方便。示波器配备了几种附加的测试探头，将这些测试探头连接被测对象，并启用仪器测试功能后，就可以测试发动机的转速、起动电流、发电机的电压等参数。

图2-14 四通道波形显示

（3）汽车示波器键盘功能与使用方法 OTC VI-SION2型示波器的键盘如图2-15所示，各键盘功能与使用方法见表2-7。

表2-7 OTC VISION2型示波器各键盘功能与使用方法

3.汽车示波器检测示例

（1）检测周期性脉冲信号　 对于呈周期性变化的脉冲信号，示波器通过显示其波形，可获得被测信号的幅值、脉宽、频率、相位、占空比、形状等相关信息。根据所测得的脉冲信号，可分析与判断被测对象的性能状态。

1）检测周期信号的幅值。根据示波器所显示波形的幅值获取被测对象的状态信息。例如，检测磁感应式转速与曲轴传感器的电压波形（图2-16），根据电压波形的幅值分析其性能好坏。正常情况下，在发动机起动转速下的波形幅值一般不低于0.5V，随发动机转速的升高电压幅值应随之增大。

2）检测周期信号的脉宽。图2-17所示的是用示波器从喷油器控制端测得的电压脉冲，根据该电压波形脉宽可获得喷油器的喷油时间信息。

3）检测脉冲信号的频率。从示波器显示的周期信号电压波形中，可获得周期参数，周期的倒数即为信号的频率。涡旋式空气流量传感器、各转速传感器等均以信号的频率高低来反映空气流量的大小和转速的高低。

图2-15 OTC VISION2型示波器的键盘

图2-16 磁感应式传感器信号电压波形

图2-17 喷油器工作电压波形

4）检测周期信号的相位。有些检测需要从示波器显示的电压波形中获取相位信息。例如，通过检测点火线圈控制端的点火电压脉冲，并与曲轴位置传感器的信号电压脉冲进行比较，就可获取当前的点火提前角参数。

5）检测周期信号的占空比。汽车电子控制系统中，转动式怠速控制电磁阀、变速器油压调节电磁阀、变矩器锁止电磁阀、脉动式怠速控制阀等均通过占空比信号对其进行控制（图2-18）。因此，检测这些执行器及电子控制器的工作情况，可用示波器检测相应的控制信号电压波形，通过周期信号的脉宽与周期比即可得到所需的占空比参数（图2-19）。

图2-18 周期信号电压波形

T—周期 f—频率

图2-19 从显示波形中获得占空比参数

（2）检测非周期变化信号 非周期变化波形有两种类型，一种是呈非周期变化的脉冲信号，例如，氧传感器和爆燃传感器的信号电压就属于非周期变化的脉冲信号；另一种是在被测对象的某个工作状态改变时产生的信号电压波形，该电压波形反映了被测参数的瞬间变化过程，例如，进气管压力传感器和节气门位置传感器在加、减速时的信号电压波形。

1）检测非周期变化的脉冲信号。检测爆燃传感器信号端子的电压波形（图2-20），可根据电压波形的幅值与频率获得发动机是否产生爆燃的信息。

2）检测瞬间变化的信号。驾驶人在突然踩下加速踏板时，压敏电阻式进气压力传感器正常的信号电压波形如图2-21所示。根据所测信号电压波形与标准电压波形比较，即可准确判断传感器及电路是否有故障。

图2-20 爆燃传感器信号电压波形

图2-21 加减速时进气压力传感器信号波形

专家解读

例如，信号电压波形出现了断点和杂波，说明传感器内部电路或连接线路有接触不良之处；又如，在加速和减速时传感器信号波形始终为一直线，或信号电压过高或过低，则说明传感器电源、传感器本身或传感器真空管等有异常。

（3）检测稳定或变化缓慢信号 对于在一段时间内不变或变化缓慢的ECU输入或输出信号，示波器检测到的是一条水平直线。从水平直线波形的高度可获得被测信号的电压值，从直线波形有无缺损和杂波则可诊断被测对象及电路是否有故障。

图2-22所示的是发动机冷却液温度传感器电压波形，可以看到有杂波出现，说明传感器搭铁不良或传感器线路连接点有接触不良之处。

当发动机温度变化时，水平直线波的高度应该有相应的改变。否则，说明传感器性能不良。

图2-22 发动机冷却液温度传感器电压波形