基于故障樹分析法的汽車電路故障診斷與排除

安明華

（廣州市交通運輸職業學校， 廣東 廣州 510440）

在學習電路及進行故障分析時，沒能像學習機修那樣拆卸研究。沒有看得見、摸得著的零部件，有的只是像蜘蛛網一樣復雜的線路。對于電路，需要搞清楚電路的基本原理和工作過程，再對故障原因進行合理地歸納，最后利用正確有效可行的診斷方法，就可以找到故障原因。

1 電路的基本原理

明確電路的工作原理是進行故障分析的前提條件。從控制方法來說，可分為直接控制和間接控制電路。如圖1所示，直接控制的簡單電路由1個開關直接控制用電設備工作；如圖2所示，間接控制如常見的接觸器控制電路，操作開關控制接觸器線圈工作，當接觸器開關閉合后，主電路接通，電機才可以工作。但每一個復雜電路都是由若干個簡單電路構成的。下文以豐田卡羅拉ECM的電源電路為例，研究電源電路的工作原理。

圖1 直接控制電路

圖2 間接控制電路

1.1 供電電源介紹

豐田卡羅拉ECM電源邏輯如圖3所示。ECM有兩種電源，即BATT和+B、+B2。BATT為永久電源，在發動機熄火后繼續為ECM供電，使存儲在RAM中的故障碼、自學參數等不會因斷電而遺失。+B和+B2為工作電源，發動機工作時，為ECU提供電源，經內部電源模塊處理向傳感器及CPU供電。

圖3 ECM電源邏輯簡圖

1.2 工作過程分析

ECM的電源電路如圖4所示，下面分析工作過程。

圖4 ECM的電源電路

1） 閉合點火開關，IG2繼電器線圈得電。電流回路為：蓄電池—熔斷絲（FL-MAIN、AM2）—點火開關—IG2繼電器線圈—搭鐵。IG2線圈通電，繼電器主觸點閉合。

2） IG2繼電器閉合后，ECM-IGSW端子獲得約12V的電壓。電流回路為：蓄電池—熔斷絲（FL-MAIN、IG2）—IG2繼電器主觸點—熔斷絲（IGN）—ECM-IGSW端子。

3） ECM收到IGSW信號后，從MREL端子輸出約12V電壓，向EFI-MAIN繼電器供電。電流回路為：ECM-MREL—EFI-MAIN繼電器線圈—搭鐵。EFI-MAIN繼電器線圈通電，繼電器主觸點閉合。

4） EFI-MAIN繼電器閉合后，蓄電池經熔斷絲、繼電器開關向+B、+B2供電。電流回路為：蓄電池—熔斷絲（FLMAIN、EFI-MAIN）—EFI-MAIN繼電器主觸點—熔斷絲（1號EFI）—ECM（+B、+B2）端子。

整個過程只需要操作點火開關，其它過程由電路自動控制來實現。以上4個過程，前者為后者的前提條件，即前面的條件不滿足，后續控制將中斷無法實現。

2 基于故障現象進行分析

2.1 故障現象認識

故障現象是指電氣設備工作時，維修人員者不借助儀器和設備，依靠人體的五官感知到的有別于正常工作情況的異常表現，如不工作、高溫、異味、異響、指示燈異常、報警燈點亮等[2]。

卡羅拉1ZR-FE發動機ECM的電源電路正常時，接通點火開關，可以看到以下幾個現象：①儀表上的發動機故障指示燈常亮；②發動機風扇不轉；③在發動機啟動后，ECM進行電控系統自檢，當系統正常時，發動機故障指示燈會熄滅。若不符合以上現象，則說明ECM或電控系統存在故障，對應關系見表1。

表1 故障現象與結論

2.2 故障樹分析

故障樹分析法（FTA） 是建立在對系統的結構和原理清晰認知的基礎上，研究故障的傳遞方式和故障事件之間的因果關系[1]。

故障樹是自上而下的，由故障現象開始分析，根據嚴格的邏輯關系，逐級分析產生故障的必要充分直接原因。故障樹有序羅列出導致故障的所有可能原因和原因組合。由此，可以發現系統的薄弱環節，預估導致故障的原因發生的概率，指導故障診斷、改進使用和維修方案等[1]。

建立故障樹是故障樹分析的關鍵，也是進行故障樹分析的前提條件[1]。分析ECM的電源電路，導致ECM工作異常的直接原因有供電異常、ECM搭鐵線故障或者ECM故障，導致供電異常的原因有熔斷絲、EFI主繼電器、線束及蓄電池故障。依次逐級分析可以追查出最底層的最細的故障原因，最后繪制出ECM+B供電異常的故障樹，如圖5所示。

圖5 卡羅拉ECM供電異常的故障樹

圖6為ECM檢測流程，由+B供電異常出發，本著操作容易、自上而下的原則，通過測線路電壓或者線束斷路檢測，逐步把故障范圍縮小到某一個元件或一段線路。

圖6 ECM檢測流程

ECM主要是靠IG2繼電器、ECM及EFI-MAIN主繼電器實現的3級控制。ECM無法直接判斷其好壞，只能通過排除，即當ECM外圍線路、元件無故障時，可通過替換ECM判斷其技術狀況。

對于繼電器的檢測，先檢測元件是否正常，再檢測電源電路、控制及輸出電路、搭鐵線路。EFI-MAIN主繼電器是由ECM進行控制，而IG2繼電器是由點火開關控制。

3 借助合理的診斷進行故障診斷

通過故障樹分析后，故障可能集中在某一個支路或元件。可以借助儀表，如萬用表或試燈進行故障的排查。下面介紹幾種排除方法。

3.1 使用萬用表排除線路故障

1） 對于電源電路，可測量電壓判斷線路是否存在故障點。以+B供電主電路為例，接通點火開關，在A40-2處電壓為0V，在1號EFI熔斷絲下游電壓為0V，而在1號EFI熔斷絲上游電壓為12V，則說明熔斷絲損壞或端子松動。逆著電流的流向，逐個測試點進行測試，在電壓發生突變的2個測試點之間就存在斷路或線路接觸不良的故障。

2） 對于未帶電的線路，可端對端測量導線的電阻值判斷是否存在故障。若阻值大于1Ω，可認為有接觸不良的現象；若阻值無窮大，則為斷路故障[2]。

3.2 使用跨接線檢測電路故障

當電路中有控制開關、熔斷絲或線束斷路情況時，可以使用跨接線（帶熔斷絲） 替代原線路工作從而判斷線路是否存在斷路故障。若跨接后故障消除，進一步縮小跨接的范圍，最終跨接的某一控制元件或線路即為線路斷路故障所在。

另外跨接線也可以快速判斷有繼電器控制電路的故障范圍，若跨接繼電器主觸點后，故障消除，故障就在控制電路；若跨接后，故障沒有消除，首先應該排查主電路存在的故障。

3.3 利用試燈進行電源電路排查

無源試燈的使用方法與測電壓的方法一樣，只是通過試燈的亮滅來反映電壓的有無，該方法更加直觀快捷。但對于電路虛接，造成的試燈光亮減弱，有時會被維修技師所忽略。

4 故障排除

當通過分析測量判斷是某個元件或導線存在故障后，需要進行故障點驗證和排除。

1） 元件損壞。若發現有元件自然損壞，通過換件修復。但對于熔斷絲的熔斷，還需要對線路進行斷路測試，找出線路中存在的斷路故障，否則更換熔斷絲后還會發生熔斷現象。

2） 線路故障。若通過檢查某線路斷路，或存在插接器損壞、接觸不良等現象，就需要更換相關線束。

5 總結

汽車電路尤其是電控系統比較復雜，必須要建立在理解電路原理的基礎上，理清導致故障的原因的邏輯關系，利用科學的方法進行合理有序地檢測診斷，就可以找到線路的故障所在。本文在案例和故障樹方法融合的基礎上進行典型電路故障分析研究，為汽車電路的診斷提供了一種基本方法。