汽车波形分析-完整版
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电控汽车波形分析——电子信号分析
交流(AC)信号
• 在汽车发动机微机控制系统 中产生交流(AC)信号的传感 器和装置有:车速传感器 (VSS)磁脉冲式曲轴位置 (CKP)和凸轮轴位置(CMP)传 感器、从模拟进气歧管绝对 压力传感器(MAP)信号得到的 发动机真空平衡波形和爆震 传感器（KS）等。
频率调制信号
• 在汽车发动机微机控制系统中产生可变 频率信号的传感器和装置有:数字式空气 流量传感器、数字式进气歧管绝对压力 传感器、光电式车速传感器(VSS)、霍尔 式车速传感器(VSS)、光电式凸轮轴位置 (CMP)和曲轴位置(CKP)传感器、霍尔式 凸轮轴位置(CKP)和曲轴位置(CKP)传感 器等。
• 如果一个传感器、执行器或电控单元产生了不正 确判定尺度的电子信号，则该信号电路就可能遭 到“通讯中断”的损失，对外的表现就是发动机工 作不正常、车辆行驶能力降低或排放超标等故障 ，在一些情况下还会产生故障代码(DTC)。
• 在汽车发动机ECU和其他智能电子设备中 用来通信的串行数字信号是最复杂的信 号，它是包含在汽车电子信号中的最复 杂的“电子句子”，在实际检测过程中， 多数情况下要用专门的微机五要素”
• 直流、交流、频率调制、脉宽调制和串 行数据信号也称为电子信号的“五要素 ”。
• “五要素”可以看成是发动机微机控制 系统中各个传感器、控制电控单元和其 他设备之间相互通讯的基本语言，正是 “五要素”中各自不同的特点，构成了 用于不同通讯的信号。
电子信号的判定依据
• 任何一个汽车发动机微机控制系统电子 信号都应该具有幅值、频率、形状、脉 宽和阵列等5个可以度量的参数指标。因 此从“五要素”信号中得到只有5种判定 特征的信息类型是非常重要的，因为发 动机ECU需要通过分辨这些特征来识别各 个传感器提供的各种信息，并依据这些 特征来发出各种命令，指挥不同的执行 器动作。这就是电控控系统电子信号的5 种判定依据。
汽车点火系统波形分析
汽车点火系统波形分析现代汽车使用了大量的电子操纵系统,以往常规的检测方式已无法习惯现代汽车的要求。
特别是在直接点火系统的检查中,常规的断缸测试已经无法精确推断系统是否正常,而示波器由于其具有实时性、不间断性、直观性,越来越得到广泛的应用。
由于点火次级波形受到各类不一致的发动机、燃油系统与点火条件的影响,因此示波器能够有效地检测出发动机机械部件与燃油系统部件与点火系统部件的故障。
而且一个波形的不一致部分还能够分别指明在汽缸中的哪个部件或者哪个系统有故障。
点火次级单缸波形测试要紧用途有:1.分析单缸的点火闭合角(点火线圈充电时间分析);2.分析点火线圈与次级高压电路性能(燃烧线或者点火击穿电压分析);3.检查单缸混合气空燃比是否正常(燃烧线分析);4.分析电容性能(白金或者点火系统分析);5.查出造成汽缸断火的原因(燃烧线分析,如污染或者破裂的火花塞)。
分电器点火次级标准波形如图1所示。
通过观察该波形,能够得到击穿电压、燃烧电压、燃烧时间与点火闭合角等信息。
由于点火次级波形受到发动机、燃油系统与点火条件的影响,因此它对检测发动机机械部分与燃油系统部件及点火系统有关部件的故障非常有用。
同时每个点火波形的不一致部分还能分别说明其相应汽缸点火系统的相应部件与系统的故障。
对应于每一部分,能够通过参照波形图的指示点及观看波形特定段相应的变化来判定。
一、分电器点火次级波形分析1.充磁开始:点火线圈在开始充电时,应保持相对一致的波形下降沿,这说明各缸闭合角相同而且点火正时准确。
2.点火线:观察击穿电压高度的一致性,假如击穿电压太高(甚至超过了示波器的显示屏),说明在点火次级电压电路中电阻值过高(如断路或者损坏的火花塞、高压线或者是火花塞间隙过大);假如击穿电压太低,说明点火次级电路电阻低于正常值(污浊与破裂的火花塞或者漏电的高压线等)。
3.跳火或者燃烧电压;跳火或者燃烧电压的相应一致性,它说明火花塞工作各缸空燃比正常与否。
汽车波形分析[1]
![汽车波形分析[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/24341e06fd0a79563d1e72b0.png)
忽视。如果氧传感器 现了故障，将导致空燃比失调，燃油经济性变差，动力性和加速性下降的后果。
氧传感器工作在极端的环境下，它的时效都会慢慢的失去。最终产生不了信号。 氧传感器失效的原因： a. 首要原因是发动机在较浓的混合比下运行时所造成的碳阻 b. 燃油压力过高，喷油嘴损坏，电脑传感器损坏，操作不当， c. 使用年限及行驶里 导致它正常失效; d. 汽油中含铅，冷却液中的硅胶腐蚀。
火花塞
火花线有斜坡 (4 中央高压线电阻失 更换
缸)
效， 分火头失效
击穿电压低，点 次级低阻(高压绝缘 更换高压
火线倾斜
失效)
一缸击穿电压过 火花塞间隙大，压
高
缩比过大，次级开路
汽车波形分析[1]
次级点火波形分析(3)
观察点火电压的最大值，急加速时最大的点火电压不应超过怠速时正常点火电压的1倍，也不应该超过点火线 最高点火电压的75%。如果某缸出现上述情况，加载时就会出现“断火”现象。
1=断电器触点打开时刻 断电器触点打开，初级线圈的脉冲自感电压很大
，产生瞬间电压很快消失。 2=初级峰值电压
b=衰减过程
C=断电器闭合部分 由于触点闭合，电流通过触点直接搭铁，所以电压
信号为零。使用FSA560的单波显示，通过高精度示波 器水平坐标可以测出闭合角。
FSA560
汽车波形分析[1]
次级(secondary)点火波形
2
1
b
火花保持期 衰减过程
c
断电器闭合期
1、断电器触点打开时刻 2、点火峰值:
是点火之前我们所见的最高电压，它的高度受到许多因素影响 例如：火花塞间隙、汽缸压力、混和气浓度、点火系工作情况等。 3、燃烧电压: (0.5—5.0 kV)
氧传感器工作在极端的环境下，它的时效都会慢慢的失去。最终产生不了信号。 氧传感器失效的原因： a. 首要原因是发动机在较浓的混合比下运行时所造成的碳阻 b. 燃油压力过高，喷油嘴损坏，电脑传感器损坏，操作不当， c. 使用年限及行驶里 导致它正常失效; d. 汽油中含铅，冷却液中的硅胶腐蚀。
火花塞
火花线有斜坡 (4 中央高压线电阻失 更换
缸)
效， 分火头失效
击穿电压低，点 次级低阻(高压绝缘 更换高压
火线倾斜
失效)
一缸击穿电压过 火花塞间隙大，压
高
缩比过大，次级开路
汽车波形分析[1]
次级点火波形分析(3)
观察点火电压的最大值，急加速时最大的点火电压不应超过怠速时正常点火电压的1倍，也不应该超过点火线 最高点火电压的75%。如果某缸出现上述情况，加载时就会出现“断火”现象。
1=断电器触点打开时刻 断电器触点打开，初级线圈的脉冲自感电压很大
，产生瞬间电压很快消失。 2=初级峰值电压
b=衰减过程
C=断电器闭合部分 由于触点闭合，电流通过触点直接搭铁，所以电压
信号为零。使用FSA560的单波显示，通过高精度示波 器水平坐标可以测出闭合角。
FSA560
汽车波形分析[1]
次级(secondary)点火波形
2
1
b
火花保持期 衰减过程
c
断电器闭合期
1、断电器触点打开时刻 2、点火峰值:
是点火之前我们所见的最高电压，它的高度受到许多因素影响 例如：火花塞间隙、汽缸压力、混和气浓度、点火系工作情况等。 3、燃烧电压: (0.5—5.0 kV)
波形分析
• 这是由于在电脑中损坏的喷油驱动 器不能命令脉冲宽度达到正确的判 定性尺度，所以汽车行驶时浓度过 大，由此可知本车的喷油器和电脑 都是坏的。我们先更换旧喷油器， 用新的喷油器启动，以防我们损坏 新的电脑。（如果先换电脑的话， 短路的旧喷油器仍可能会造成电脑 重新损坏）图25显示更换喷油器后 喷油器的波形。
• 这种型号的汽车，同通用汽车公司 的节气门喷射系统，都用的是“峰 值保持型”喷油驱动器。参考本刊 有关喷油驱动器波形分析的相关章 节，一个正常的峰值保持型节气门 体喷射系统的喷油器波形应有两个 尖峰，在55～80V之间（见图26）， 而汽车的喷油器波形只有一个尖峰， 约25V高。为什么？
• 我们知道喷油器的峰值高度或幅值 与喷油器内电阻成正比，由此可见， 如果尖峰过低则肯定是喷油器线圈 的部分被短路了，用数字万用表检 查电阻显示为1.4Ω ,虽然规定为 1.4～2.2Ω ，本喷油器电阻在规定 的范围内，但从波形上分析及可以 判断它是坏的。同时请大家也记住： 对于各种不同的喷油器电阻值判断 并不能作为唯一的判定依据。
故障码分析
• 故障码45(即排气浓)是在控制 电脑存储器中存储的唯一故障 码，显然这是由于汽车在任何 转ห้องสมุดไป่ตู้下都不能控制燃油混合比 造成的，于是检查喷油器的脉 冲宽度。
峰值保持型喷油器错误波形
• 大家知道如果喷油器喷射脉冲 宽度短则说明燃油反馈控制系 统正常，如果喷油器喷射脉冲 宽度不变或者长，则说明燃油 反馈控制系统不正常。但这次， 喷油器的脉冲宽度不是我们要 考查的最重要的波形参数，如 上图，喷油器尖峰幅值才是较 重要的。
发动机电子控制系统
波形分析
朱军汽车实验室
电压控制型喷油器波形
单点喷射喷油器
喷油器电流波形
电控汽车波形分析——氧传感器波形分析
• 1.点火系统本身有故障(如火花塞、高压线、 分电器盖、分火头和点火线圈一次侧绕组的损 坏等)。
• 2.混合气过浓(空燃比约为13)或过稀(空燃比 约为17)。
• 3.发动机的机械故障(如气门烧损、活塞环 断裂或磨损、凸轮磨损和气门卡住等)引起 气缸压力过低。
• 4.1个气缸或几个气缸有真空泄漏故障。(真 空泄漏会造成混合气过稀。)
• 杂波信号的幅度越大，各个燃烧过程中氧气量的 差别越大。
• 在加速方式下，能够与碳氢化合物(HC)相对 应的氧传感器杂波（波形的峰值毛刺）是一 种非常重要的信息，因为它表示发动机在加 大负荷的情况下出现了断火现象。
• 杂波还说明由于进入三效催化转化器的尾气 中的氧含量升高而造成NOx的增加，因为在浓 氧环境(稀混合气条件)下三效催化转化器中 的NOx无法减少。
• 因此，在检测前应将氧传感器充分预热(即让发 动机在2 500 r/min下运转2 min～3 min)。
• 如果发动机仅怠速运转5 s，就可能有1个或 多个参数不合格，而这个不合格并不说明 氧传感器是坏的，只是测试条件没有满足 的缘故。
• 多数损坏的氧传感器都可以从其信号电压 波形上明显地分辨出来。
发动机起动后的氧传感器输 出的信号电压波形
• 由图可以看出发动机起动后氧传感器输出的 信号电压先逐渐升高到450 mV，然后进入升 高和下降(混合气变浓和变稀)的循环(右侧 图形)，后者表示燃油反馈控制系统进入了 闭环状态。
• 当然，只有当氧传感器在无故障的时候氧传 感器的信号电压波形才能反映燃油反馈控制 系统的状况；
电控汽车波形分析
——氧传感器波形分析
基本概念
• ①上流动系统(Upstream System)
• 上流动系统是指位于氧传感器前的，包括传 感器、执行器和发动机ECU的发动机各系统(包括 辅助系统)，即在氧传感器之前的影响尾气的所 有机械部件和电子部件，例如：进气系统、废气 再循环系统和发动机电子控制系统等。
• 2.混合气过浓(空燃比约为13)或过稀(空燃比 约为17)。
• 3.发动机的机械故障(如气门烧损、活塞环 断裂或磨损、凸轮磨损和气门卡住等)引起 气缸压力过低。
• 4.1个气缸或几个气缸有真空泄漏故障。(真 空泄漏会造成混合气过稀。)
• 杂波信号的幅度越大，各个燃烧过程中氧气量的 差别越大。
• 在加速方式下，能够与碳氢化合物(HC)相对 应的氧传感器杂波（波形的峰值毛刺）是一 种非常重要的信息，因为它表示发动机在加 大负荷的情况下出现了断火现象。
• 杂波还说明由于进入三效催化转化器的尾气 中的氧含量升高而造成NOx的增加，因为在浓 氧环境(稀混合气条件)下三效催化转化器中 的NOx无法减少。
• 因此，在检测前应将氧传感器充分预热(即让发 动机在2 500 r/min下运转2 min～3 min)。
• 如果发动机仅怠速运转5 s，就可能有1个或 多个参数不合格，而这个不合格并不说明 氧传感器是坏的，只是测试条件没有满足 的缘故。
• 多数损坏的氧传感器都可以从其信号电压 波形上明显地分辨出来。
发动机起动后的氧传感器输 出的信号电压波形
• 由图可以看出发动机起动后氧传感器输出的 信号电压先逐渐升高到450 mV，然后进入升 高和下降(混合气变浓和变稀)的循环(右侧 图形)，后者表示燃油反馈控制系统进入了 闭环状态。
• 当然，只有当氧传感器在无故障的时候氧传 感器的信号电压波形才能反映燃油反馈控制 系统的状况；
电控汽车波形分析
——氧传感器波形分析
基本概念
• ①上流动系统(Upstream System)
• 上流动系统是指位于氧传感器前的，包括传 感器、执行器和发动机ECU的发动机各系统(包括 辅助系统)，即在氧传感器之前的影响尾气的所 有机械部件和电子部件，例如：进气系统、废气 再循环系统和发动机电子控制系统等。
汽车波形分析
氧化钛式（TiO2）
Us 按线数分为 两线型（非加热型）
三线型（加热型）
0V
氧传感器工作在极端的环境下，它的时效都会慢慢的失去。最终产生不了信号。 氧传感器失效的原因： a. 首要原因是发动机在较浓的混合比下运行时所造成的碳阻塞; b. 燃油压力过高，喷油嘴损坏，电脑传
感器损坏，操作不当， c. 使用年限及行驶里程导致它正常失效; d. 汽油中含铅，冷却液中的硅胶腐蚀。
⊙空气流量计(MAF) 空气流量计
信号电压
U
Gasstoß
空气流量计(MAF) 波形
空气流量计的分类： 按结构原理： 翼板式、热丝式、卡门涡旋式、及电位计式。 按信号类型： 数字式、摸拟式。
空气流量计的重要性
因为控制电脑依据这个信号来计算发动机负荷，点火正时，排气再循环控制及发动机怠速 控制和其它参数，不良的空气流量计会造成喘振和怠速不良，以及发动机性能和排放问题
3、燃烧电压过低 ? 4、燃烧时间短 ?
5、燃烧时间过长 ?
a. 高压线或火花塞短路; b. 火花塞电极间隙小; c. 火花塞积碳过多。
a. 高压电阻过大或开路; b. 火花塞电极间隙过大; c. 分火头与分电器盖间 过大; d. 混气过稀。 点火线圈可以产生35kV左右的电压，正常的点火只需4-17kv的电压，多余 的能量用来延长燃烧时间。如果储备电压不足或消耗在其它方面（如高压 线电阻过大），燃烧时间减少，混合气不完全燃烧，发动机工作不良。
0.0-1.0 kV
0.0-1.0 ms
高压线开路后端
高压线开路（有缺火现象）
5.0-15.0 kV 0.0-2.0 kV
1.0-5.0 kV 0.0-2.0 kV
0.8-2.4 ms 0.0-1.0 ms
Us 按线数分为 两线型（非加热型）
三线型（加热型）
0V
氧传感器工作在极端的环境下，它的时效都会慢慢的失去。最终产生不了信号。 氧传感器失效的原因： a. 首要原因是发动机在较浓的混合比下运行时所造成的碳阻塞; b. 燃油压力过高，喷油嘴损坏，电脑传
感器损坏，操作不当， c. 使用年限及行驶里程导致它正常失效; d. 汽油中含铅，冷却液中的硅胶腐蚀。
⊙空气流量计(MAF) 空气流量计
信号电压
U
Gasstoß
空气流量计(MAF) 波形
空气流量计的分类： 按结构原理： 翼板式、热丝式、卡门涡旋式、及电位计式。 按信号类型： 数字式、摸拟式。
空气流量计的重要性
因为控制电脑依据这个信号来计算发动机负荷，点火正时，排气再循环控制及发动机怠速 控制和其它参数，不良的空气流量计会造成喘振和怠速不良，以及发动机性能和排放问题
3、燃烧电压过低 ? 4、燃烧时间短 ?
5、燃烧时间过长 ?
a. 高压线或火花塞短路; b. 火花塞电极间隙小; c. 火花塞积碳过多。
a. 高压电阻过大或开路; b. 火花塞电极间隙过大; c. 分火头与分电器盖间 过大; d. 混气过稀。 点火线圈可以产生35kV左右的电压，正常的点火只需4-17kv的电压，多余 的能量用来延长燃烧时间。如果储备电压不足或消耗在其它方面（如高压 线电阻过大），燃烧时间减少，混合气不完全燃烧，发动机工作不良。
0.0-1.0 kV
0.0-1.0 ms
高压线开路后端
高压线开路（有缺火现象）
5.0-15.0 kV 0.0-2.0 kV
1.0-5.0 kV 0.0-2.0 kV
0.8-2.4 ms 0.0-1.0 ms
汽车电子信号与基本波形分析
自动变速器控制
自动变速器控制单元根据车速、发动 机转速和节气门位置等信号来控制换 挡时刻和液力变矩器的锁止离合器。
通过分析自动变速器控制信号的波形， 可以诊断变速器故障和评估换挡平顺 性。例如，如果换挡时间过长或过短， 可以通过调整控制参数来优化换挡性 能。
防抱死制动系统（ABS）
ABS通过轮速传感器检测车轮转速，当检测到车轮抱死时，控制制动器进行减压 和保压，以保持车轮滚动而不抱死。
汽车电子信号与基本波形 分析
• 引言 • 汽车电子信号种类 • 基本波形分析 • 汽车电子信号的应用 • 波形分析在汽车故障诊断中的应用 • 未来发展趋势与挑战
01
引言
主题简介
汽车电子信号
指在汽车电子控制系统中的各种信号 ，包括传感器信号、执行器信号、控 制器信号等。
基本波形分析
通过对汽车电子信号的基本波形进行 分析，可以了解信号的特性、变化规 律和异常情况，从而对汽车电子控制 系统进行故障诊断和性能优化。
故障诊断案例分析
案例一
一辆奥迪A6轿车在行驶过程中出现加速无力、发动机抖动等症状，通过示波器检测发现点火线圈上的电压波形异 常，更换点火线圈后故障排除。
案例二
一辆本田雅阁轿车在行驶过程中出现排放超标、发动机故障灯亮起等症状，通过示波器检测发现氧传感器输出波 形异常，更换氧传感器DAS）的发展
总结词
随着自动驾驶技术的不断进步，高级驾驶辅助系统（ADAS）在汽车中的应用越来越广 泛，为汽车的安全性和舒适性提供了有力保障。
详细描述
ADAS通过集成多种传感器和算法，实现了对车辆周围环境的实时感知和判断，从而为 驾驶员提供预警、控制和协助驾驶等功能。随着图像识别、雷达和激光雷达等技术的进
毕业论文汽车信号波形分析
• 4.如果在波形检测设备上显示传感器电源电压 处显示一条直线，则应：检查传感器接地电路 的完整性;确认相关的零件(分电器、曲轴和凸 轮轴等)都在转动;如果传感器的电源和接地良 好，波形检测设备显示在传感器供给电源电压 处一条直线，则很可能是传感器损坏。 19
• 5.如果有脉冲信号存在，应确认从一个脉 冲到另一个脉冲的幅度、频率和形状等 判定性依据。
连接波形测试设备,起动发动机,怠速运转,而后加速或按 照行驶性能发生故障的需要驾驶等,获得波形, 典型的霍尔 式曲轴位置传感器信号波形如图所示。
霍尔式曲轴位置传感器信号波形 16
波形分析
霍尔式曲轴位 置传感器信号 波形的分析如 图所示。
霍尔式曲轴位置传感器 信号波形的分析
17
• 1.波形频率应与发动机转速相对应，当同步 脉冲出现时占空比才改变，能使占空比改变 的唯一理由是不同宽度的转子叶片经过传感 器。除此之外脉冲之间的任何其他变化都意 味着故障。
改变的唯一理由，是触发轮上的齿轮数缺少或特殊齿经
过传感器，任何其他改变脉冲间隔时间的波形出现都可
能意味着传感器有故障。
12
• 7.如果发动机异响和行驶性能故障与波形的异常 有关，则说明故障是由该传感器故障造成的。
• 8.不同类型的传感器的波形峰值电压和形状并不 相同。
• 由于线圈是传感器的核心部分，所以故障往往与 温度关系密切，大多数情况是波形峰值变小或变 形，同时出现发动机失速、断火或熄火。
• 使用木槌敲击传感器附近的发动机气缸体以 使传感器产生信号。
• 在敲击发动机体之后，紧接着在波形测试设 备上应显示有一振动，敲击越重，振动幅度 就越大。
32
如图所示， 爆震传感器 的信号波形 从一个脉冲 至下一个脉 冲的峰值电 压会有些变 化。
• 5.如果有脉冲信号存在，应确认从一个脉 冲到另一个脉冲的幅度、频率和形状等 判定性依据。
连接波形测试设备,起动发动机,怠速运转,而后加速或按 照行驶性能发生故障的需要驾驶等,获得波形, 典型的霍尔 式曲轴位置传感器信号波形如图所示。
霍尔式曲轴位置传感器信号波形 16
波形分析
霍尔式曲轴位 置传感器信号 波形的分析如 图所示。
霍尔式曲轴位置传感器 信号波形的分析
17
• 1.波形频率应与发动机转速相对应，当同步 脉冲出现时占空比才改变，能使占空比改变 的唯一理由是不同宽度的转子叶片经过传感 器。除此之外脉冲之间的任何其他变化都意 味着故障。
改变的唯一理由，是触发轮上的齿轮数缺少或特殊齿经
过传感器，任何其他改变脉冲间隔时间的波形出现都可
能意味着传感器有故障。
12
• 7.如果发动机异响和行驶性能故障与波形的异常 有关，则说明故障是由该传感器故障造成的。
• 8.不同类型的传感器的波形峰值电压和形状并不 相同。
• 由于线圈是传感器的核心部分，所以故障往往与 温度关系密切，大多数情况是波形峰值变小或变 形，同时出现发动机失速、断火或熄火。
• 使用木槌敲击传感器附近的发动机气缸体以 使传感器产生信号。
• 在敲击发动机体之后，紧接着在波形测试设 备上应显示有一振动，敲击越重，振动幅度 就越大。
32
如图所示， 爆震传感器 的信号波形 从一个脉冲 至下一个脉 冲的峰值电 压会有些变 化。