第一节 汽车检测与故障诊断的基本内涵
一、汽车检测与故障诊断
汽车检测是指确定汽车技术状况或工作能力的检查；故障诊断是指为确定汽车技术状况或查明汽车故障部位、原因所进行的检查、分析和判断的过程。
汽车检测与故障诊断常简称为汽车检测诊断。现代汽车的检测诊断是以先进的检测技术为基础，以科学的检测方法为手段，以准确的诊断为目的，通过对汽车性能参数或工作能力的检测，依靠人工智能科学地确定汽车的技术状态，识别、判断故障，甚至预测故障，可为汽车继续运行或进厂维修提供可靠的依据。
现代汽车的检测诊断与传统的人工检查、经验诊断有原则上的不同，它是借助科学技术的新成就，利用必要的仪器、设备，在满足整车不解体（或仅卸下个别小件）条件下进行检测，从而确定汽车技术状况、工作能力或故障部位的。它具有科学、高效、省力、准确的特点。
随着汽车技术的飞速发展，高新技术的广泛运用以及汽车电子化程度的不断提高，汽车检测诊断所侧重的内容、涉及的范围、利用的设备以及采取的方法均会发生很大变化。从目前应用的情况看，现代汽车的检测诊断方法，已贯穿于汽车运用、汽车维护、汽车修理以及交通安全和环境保护等各个领域，并起着越来越重要的作用。可以说，现代汽车的检测诊断是提高维修效率、监督维修质量的重要措施，是实施汽车维修制度的重要保证，是确保行车安全的重要手段。
二、汽车检测系统
现代汽车的不解体检测及诊断需要依赖汽车检测系统来完成，汽车检测系统可以是一台检测仪器或设备，也可以是多台检测仪器或设备的组合。
1.检测系统的基本组成
汽车检测系统一般由传感器、变换及测量装置、记录及显示装置、数据处理装置等组成，有时还包括试验激发装置，如图1-1所示。它能将汽车的被测物理量（参数）经检测、放大、变换、显示记录或处理等转变为检测者需要的信息。
图1-1 检测系统的基本组成
（1）传感器 传感器处于检测系统的输入端，是检测系统的信号获取装置。传感器的作用是将被测物理量（参数）转换成电信号。现代汽车检测参数大多是非电量，检测时其非电量参数信息经过传感器输出则转变为电信号。
传感器实际上是人的感觉器官的延伸，扩展了人的信息功能，使人们可以探索那些无法用感官直接检测的汽车内部故障信息。
根据被测参数的不同，传感器可分为力传感器、速度传感器、加速度传感器、声压传感器和温度传感器等。
（2）变换及测量装置 变换及测量装置的作用是把传感器送来的电信号变换成具有一定功率的电压或电流信号，以便推动下一级的记录和显示装置。这类装置常包括电桥电路、调制电路、解调电路、阻抗匹配电路、放大电路、运算电路等，在检测系统里是比较复杂的部分。
（3）记录及显示装置 记录及显示装置的作用是把变换及测量装置送来的电压或电流信号不失真地记录和显示出来，以供检测者观测和分析。通常使用仪表指示所检测的数值，用示波器显示检测波形。为了在被测信号消失之后，仍然可以重新观察或再现，需要使用记录仪或存储器，将检测的信号记录或存储下来。记录和显示的方式一般有模拟和数字两种，前者是记录一条或一组曲线，后者是记录一组数字或代码。
（4）数据处理装置 数据处理装置用来对检测所得的结果进行分析、运算、处理，如对大量数据的数理统计分析，曲线的拟合，动态测试结果的频谱分析、幅值谱分析或能量谱分析等。
（5）试验激发装置 试验激发装置是用来模拟某种条件把被测系统中的某种信息激发出来，以便检测。实际测试中，要最大限度地激发所需信息，并以较明显的信息形式表现出来，用最敏捷、最合理的方法取得最有用、表现性最强的有关信息。如谐振式汽车悬架装置检测台，就需用激振器来模拟车轮及悬架的振动，并将其作用在车轮及悬架上，把悬架系统产生的振动幅度、振动频率、应力变化等信息激发出来，以便检测后对汽车悬架在振动中的状态及特性进行研究分析。
2.现代汽车检测系统
现代汽车检测系统普遍采用计算机辅助测试，利用计算机来控制、分析、处理、存储、显示检测信号，已实现了检测控制智能化、数据处理自动化、结果显示实时化。典型的检测系统有汽车底盘测功机、发动机综合性能分析仪、制动试验台、车速表试验台、侧滑试验台、前照灯检测仪、废气与烟度检测仪、车轮平衡检测仪等。下面举两例说明。
（1）汽车底盘测功检测系统 图1-2是汽车底盘测功机的检测控制原理图。该系统主要用来检测汽车驱动轮输出功率、驱动力，它集信号激发、检测、处理、显示、控制于一体。检测时，将被测汽车驱动轮置于测功机台架上，模拟路面驱动行驶工况，激发出被测的车速v、驱动力F等信号，然后分别通过测力、测速传感器测出，再经过信号预处理电路进行信号放大、A/D转换，并送入计算机。此时计算机一方面采集被测信号v、F并进行分析和处理；另一方面按计算机控制程序的要求，输出控制信号经D/A转换后给加载控制器，去控制加载装置，实现模拟载荷的适时调节，以满足检测的需要；同时，计算机将分析和处理的结果输出至外围设备：LED点阵屏、显示器和打印机，从而显示汽车驱动力、驱动轮输出功率等检测参数。另外，根据检测的需要，计算机还会控制继电器，去控制附加装置按需工作。
图1-2 汽车底盘测功机检测控制系统
（2）发动机综合性能检测系统 发动机综合性能检测仪是现代汽车检测系统中功能最多、检测项目最广的检测系统。它主要由信号提取装置、前端处理器和计算机采控与显示系统等组成，如图1-3所示。信号提取装置主要由各类夹持器、探针、传感器和连接电缆等组成；信号提取装置的作用是拾取发动机的有关参数信息，并将该信息（电量或非电量）转化为系统容易传输或处理的电信号；鉴于被测点的机械结构和参数性质不同，信号提取装置必须具有多种形式以适应不同的测试部位。前端处理器也称为信号预处理系统，它包括部分采集信号的预处理和信号转接；前端处理器的作用是把各种传感器输出的发动机有关参数的信号，经衰减、滤波、放大、整形，并转换成标准的数字信号送入中央处理器，即对采集来的信号进行预处理，并把所有脉冲信号和数字信号直接输入CPU的高速输入端。计算机采控与显示系统主要包括主机、显示器、键盘和打印机等部件；计算机采控与显示系统的作用是承担测试过程的数据采集、分析、处理、显示和打印等工作；现代发动机综合性能检测仪，其显示装置一般采用彩色CRT显示器或液晶LCD显示器，采用多级菜单操作，能适时显示被测发动机的动态参数和波形。
图1-3 发动机综合性能检测仪外形图
3.汽车检测系统的基本要求
汽车检测系统是要检测出被测对象中人们所需要的某些特征参数信号，不管中间经过多少环节的变换，必须不失真地从信源点把所需信息通过其载体信号传输到输出端。为此，对检测系统具有如下基本要求。
（1）能有效地检测被测量 检测系统首先应保证能有效地检测规定项目中所涉及的所有被测量，满足检测所必须的功能要求。因此，检测系统应具有适当的灵敏度和足够的分辨率。
灵敏度是指输出信号变化量与输入信号变化量的比值，它反映了检测系统对输入量变化的敏感程度，其值越大，表示系统越灵敏，检测微弱变化信号的能力越强。但灵敏度越高，其系统的示值稳定性越差且检测范围越窄，故灵敏度的选择应适当。
分辨率是指检测系统能测量到最小输入量变化的能力，即能引起输出量发生变化的最小输入变化量。当系统具有足够分辨率时，就能有效地检测微弱变化的被测量。
（2）足够的检测精度 检测系统所检测的各种被测量应该准确可靠，即应有足够的检测精度。检测系统的精度与检测装置的复杂程度和价格直接相关，通常精度高的检测装置，其结构较复杂，价格较昂贵。因此正确选择检测装置的原则是，在满足检测要求的前提下，不要片面地追求高精度。那么，如何才能有效地保证检测精度呢？工程实践表明，检测装置的精度比检测所要求的精度高一个精度等级，就可以很好地满足上面所述的检测装置的选用原则。
我国相关标准规定，测试仪器的精度等级共有7级，分别是0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0级。它们是满量程绝对误差的百分数，如某转速计的量程为6000r/min，精度等级为0.5，则该转速计在满量程范围内可能产生的最大绝对误差为6000r/min×0.5%=30r/min。
注意：
仪器的精度是指满量程范围内可能产生的最大误差（引用误差），但这并不等于在每次测量中都会出现那么大的误差。
（3）良好的动态特性 汽车检测往往是一种动态检测，因此其检测性能需要用动态特性加以描述。动态特性是指输入量随时间变化时，输出随输入变化的规律。若系统具有良好的动态特性，则整个检测过程其传输信号就不会失真，因此，检测时可以用系统的输出（响应）信号来正确地估计输入信号（被测信号），从而提取和辨识信号中的有用信息。
当然，一项复杂的汽车检测工作，往往需要将多种不同功能的仪器组合起来才能完成其检测任务，因此需要合理地组建汽车检测系统，应充分注意传感器的接入对测试系统动态特性的影响，及仪器设备级联所带来的负载效应，以保证检测系统具有良好的动态特性。
三、汽车检测分类
汽车检测的目的，是为了确定在用车辆的技术状况是否正常或有无故障。若按汽车检测目的分类，则汽车检测可分为如下四类。
1.综合性能检测
综合性能检测是指对汽车实行定期和不定期综合性能方面的检测，如对汽车动力性、安全性、燃油经济性、使用可靠性、排气污染物、噪声，以及整车装备状态与完整性、防雨密封性等多种技术性能的检测，其目的是在汽车不解体情况下，确定运输车辆的技术状况和工作能力，评定车辆的技术等级，确保运输车辆具有良好的动力性、经济性、安全性、可靠性等使用性能和减少对环境的污染程度，以创造更大的经济效益和社会效益。
提示：汽车技术状况等级评定时必须采用综合性能检测。
2.安全环保性能检测
安全环保性能检测是指对汽车实行定期和不定期的安全运行和环保性能检测，如对汽车制动、侧滑、灯光、排放、噪声、车速表的检测，其目的是建立安全和公害的监控体系，强化汽车的安全管理，确保汽车具有符合要求的外观、良好的安全性能和规定范围内的环境污染程度，使汽车能在安全、高效和低污染下运行。
提示：汽车年检时常用安全环保性能检测。
3.汽车故障检测
汽车故障检测是指对故障汽车的检测，其目的是在不解体（或仅卸下个别小件）情况下，查出汽车故障的确切部位和产生的原因，从而确定故障的排除方法，提高故障的排除效率，使汽车尽快恢复正常。
4.汽车维修检测
汽车维修检测包括汽车维护检测和汽车修理检测两类。
汽车维护检测是指汽车二级维护检测，它分为二级维护前检测和二级维护竣工检测。二级维护前检测在汽车维修企业进行，其检测目的是诊断二级维护汽车的故障或实际技术状况，从而确定二级维护附加作业；二级维护竣工检测在汽车检测站进行，检测站根据二级维护竣工检测项目和检测标准检测送检汽车，其目的是监控汽车的二级维护质量，竣工检测合格的车辆方可出厂，否则应返回维修企业重新进行二级维护，直至达到二级维护竣工检测合格为止。
汽车修理检测主要是指汽车大修检测，它分为修理前、修理中、修理后检测。修理前的检测，目的是找出汽车技术状况与标准值相差的程度，从而确定汽车是否需要大修或应采取何种技术措施，以实现视情修理；修理中的检测是局部检测、过程检测，目的是进行质量监控，有时还可确诊故障的具体部位和原因，从而提高修理质量及修理效率；修理后的检测在汽车检测站进行，检测站根据汽车大修质量竣工标准检测送检汽车，目的是检验汽车的使用性能是否得到恢复，以确保修理质量。
提示：在汽车使用过程中，为了解在用汽车的技术状况，应对汽车进行适当的检测，每次检测的时机应根据最佳检测诊断周期而定，也可与汽车的正常维护、修理周期以及汽车年检相互配合。
四、汽车故障诊断基本方法
为了正确地诊断故障，必须运用现代检测手段（包括外观、气味、振动、声响、感觉、仪器等）、现代科学技术和丰富的实践经验进行综合分析和判断。从完成故障诊断过程的方式来看，现代汽车故障诊断的基本方法有如下几种。
1.人工经验诊断法
人工经验诊断法是指利用人工观察、经验检查、推理分析、逻辑判断进行故障诊断的方法。诊断时，诊断人员凭借丰富的实践经验和一定的理论知识，利用简单工具，在不解体汽车或局部解体情况下，根据汽车在工作中表现出来的外部异常状况，通过眼看、手摸、耳听等手段，边检查、边试验、边分析，从而确定汽车故障部位和原因以及汽车的技术状况。人工经验诊断法一般不需专用仪器设备，可随时随地应用。
提示：人工经验诊断法对诊断人员的经验依赖性强，要求诊断人员有较高的技术水平，并存在诊断速度慢、准确性差及不能进行定量分析等缺点。
2.仪器分析诊断法
仪器分析诊断法是指汽车在不解体情况下，利用各种专用仪器和设备获取汽车的各种数据，并根据这些数据来进行故障诊断的方法。诊断时，利用现代检测设施对汽车、总成或机构进行测试，并通过对诊断参数测试值、变化特性曲线、波形等的分析判断，定量确定汽车技术状况或确诊汽车故障部位和原因。采用微机控制的仪器设备能自动分析、判断、存储并打印诊断结果。
提示：仪器分析诊断法具有诊断速度快、准确性高、定量分析能力强的优势，但其检测诊断的投资较大，成本较高。
3.自诊断法
自诊断法是指利用汽车电控单元（ECU）的自诊断功能进行故障诊断的方法。自诊断功能就是利用监测电路来检测传感器、执行器以及微处理器的各种实际参数，并将其与存储器中的标准数据进行比较，从而判定系统是否存在故障。当判定系统存在故障时，电控单元将故障信息以故障码的形式存入存储器，并控制警告灯向驾驶人发出警告信号。自诊断法，需要通过一定的操作方式，把汽车电控系统中电控单元的故障码提取出来，然后通过查阅相应的“故障码表”来确定故障的部位和原因。
提示：自诊断法快捷、准确，可随车适时诊断，但它只适应于汽车电子控制系统。
在实际检测诊断工作中，上述三种方法并不相互孤立，而是相辅相成的。人工经验诊断法是故障诊断的基础，它在汽车诊断的任何时期均具有十分重要的实用价值，即使汽车专家诊断系统，它也是把人脑的分析、判断通过计算机语言转化成电脑的分析判断。仪器分析诊断法是在人工经验诊断基础上发展起来的诊断方法，它在汽车故障诊断中所占的比例日益增大，使用现代仪器设备诊断是汽车检测诊断技术发展的必然趋势。自诊断法，对汽车电子控制系统十分有效，在精准确定故障范围和部位方面，是其他方法无可比拟的，随着计算机控制技术的发展和在汽车上的广泛应用，自诊断法将会显示出更多的优势，发挥出更大的作用。