仪表系统故障的分析与诊断

仪表系统是向驾驶人实时提供汽车整体运行状态及各系统工作状况的信息显示系统, 是保障行车安全和车辆正常工作的不可缺少的系统之一, 应具有耐用、 耐振动、 显示醒目等特征, 如图 3-1 所示。

一、 仪表系统的功能与组成

1. 仪表系统的功能

如图 3-2 所示, 仪表系统的主要作用是向驾驶人指示车辆的运行状态, 当车辆出现异常状态时提醒驾驶人及时检查或维修。仪表指示形式大体有 3 种:

1) 指针。

2) 指示灯。

3) 信息显示器。

2. 仪表总成

1) 指针式仪表。常见的有发动机转速表、 车速表、 冷却液温度表和燃油表等。

2) 指示灯。常见的有系统故障指示灯、 电器工作状态指示灯等。

3) 信息显示器。显示车辆的燃油消耗信息、 里程信息等。

4) 按键。用于切换显示器显示界面。

5) 控制器。用于接收外部提供的信息以及按键信息, 控制指针式仪表、 指示灯和显示器工作。

二、 仪表系统的工作原理

1. 指针式仪表

指针式仪表按照内部结构和原理的不同分为电磁式和动磁式。

(1) 电磁式仪表

1) 电磁式仪表结构。如图 3-4 所示, 电磁式仪表有两组线圈, 其中 A 线圈匝数比 B 线圈匝数少, 仪表指针由软铁驱动。

2) 电磁式仪表的原理。如图 3-5 所示, 在点火开关关闭时, A 线圈始终通电, B 线圈断电, A 线圈产生的磁场使指针指向最左侧。点火开关打开后, B 线圈产生磁场, 指针的指向取决于两组线圈的磁场强度。当 B 线圈外接可变电阻或模块控制器时, 其内部电流发生变化，进而使磁场强度变化，驱动指针指向变化。

电磁式结构常用于冷却液温度表、 燃 油 表、发动机转速表和车速表。

传统冷却液温度表和燃油表的线圈电流由热敏电阻或可变电阻控制。目前则多以 CAN 网络为基础, 由集成在仪表总成中的控制器进行控制。

发动机转速表和车速表通过接收频率信号来改变线圈磁场强度, 频率越高, B 线圈的磁场强度越高, 指针越偏向右侧。

(2) 动磁式仪表

1) 动磁式仪表的结构。如图 3-6 所示, 两组线圈互相垂直地缠绕在一个矩形塑料架上，塑料套筒轴承和金属轴穿过交叉线圈, 金属轴上装有永磁铁转子, 转子与指针相连。

2) 动磁式仪表的原理。如图 3-7 所示，动磁式仪表的工作原理与电磁式仪表基本相同。

2. 指示灯

如图 3-8 所示, 目前大多车辆都采用二极管式指示灯。指示灯的控制方式分为两大类, 一类是由仪表总成控制, 另一类是由专线控制。依据不同的功能, 指示灯在颜色上有差异, 常用的颜色有红色、 黄色、 绿色和蓝色。

1) 红色: 一般用于指示影响车辆行驶安全性和行驶性能的功能, 如驻车制动指示灯、机油压力指示灯和充电指示灯等。

2) 黄色: 一般用于指示影响车辆行驶性能但不影响行驶安全性的功能, 如发动机排放超标指示灯。

3) 绿色: 一般用于指示车辆的工作状态, 如转向灯开启指示灯、 雾灯开启指示灯等。

4) 蓝色: 一般用于指示前照灯的远光工作状态。

3. 信息显示器

如图 3-9 所示, 信息显示器依据内部结构的不同分为真空荧光管式、 液晶式和二极管式等。它们都通过控制器控制不同字符段的发光件点亮或熄灭来形成图形信息, 如 CN113R 的发动机冷却液温度、 燃油油位和行驶里程等显示信息。

三、 仪表系统信息传输方式

CN113R 和 CN210M 车型都采用 CAN 网络, 其仪表总成中的指针式表、 指示灯和显示器大多由 CAN 网络获取信息, 再由控制器控制。为防止 CAN 网络出现故障导致不能及时向驾驶人指示重要信息, 有些执行元件由传感器、 开关或其他模块以专线方式控制。

1. 仪表与发动机相关的信息传输 ( 图 3-10)

1) 发动机转速表、车速表、冷却液温度指示灯和燃油油位警告灯的信息是由 ECM 通过 CAN 网络发送给仪表总成的。ECM 获取发动机转速信息是通过曲轴位置传感器, 获取车速信息是通过车速传感器, 获取冷却液温度信息是通过与发动机电控系统共用的冷却液温度传感器, 获取燃油油位信息是通过燃油油位传感器。

2) ECM 依据冷却液温度过高的设定值、燃油油位过低的设定值来请求仪表总成点亮或熄灭对应的指示灯。

3) 油耗信息由 ECM 依据喷油脉宽、车辆行驶里程等信息综合计算得出后, 通过 CAN线发送给仪表总成, 仪表总成控制器控制显示器显示相应信息。

4) 发动机排放指示灯由 ECM 通过专线进行控制。

5) 机油压力指示灯、充电指示灯分别由机油压力开关和发电机控制, 与传统车辆的控制方式相同。

2. 仪表与发动机以外相关的信息传输 ( 图 3-11)

1) ABS 故障指示灯和 EBD 故障指示灯由 EBCM 模块通过 CAN 网络向仪表总成发出工作状态请求信息。

2) EPS 故障指示灯由 EPS 模块通过 CAN 网络向仪表总成发出工作状态请求信息。

3) SDM 故障指示灯由 SDM 模块通过 CAN 网络向仪表总成发出工作状态请求信息。

4) 左右转向灯、 前后雾灯、 前照灯、 车门门边开关将请求信号直接传输给 BCM, BCM再通过 CAN 网络向仪表总成发出工作状态请求信息。

5) BCM 通过专线直接将小灯开启或关闭的信息发送给仪表总成。

6) 驻车制动开关和制动液液位开关并联后, 直接控制驻车制动指示灯。

四、 仪表系统的故障诊断

仪表系统常见的故障有仪表信息不显示和不准确两大类。下面以 CN113R 车门打开指示灯不亮和燃油油位指示不准确为例, 讲解故障诊断方法。

1. 车门打开指示灯不亮

(1) 故障分析

如图 3-12 所示, 车门门边开关将信号 传 送 给 BCM, BCM 再 通 过 CAN线将信号发送给仪表总成, 控制器指令车门打开指示灯熄灭或点亮。导致车门打开指示灯工作异常的原因有:

1) 车门门边开关及其电路故障。电路开路、 短路或虚接, 或开关本身故障, 可通过测量电压或电阻的方法来判断。也可通过诊断仪读取 BCM 车门门边开关状态数据来判断信号电路是否正常。

2) BCM 故障。

3) 仪表总成故障。可通过诊断仪特殊功能指令来判断是否为仪表总成故障。

4) CAN 线故障。如果 CAN 线出现开路、 短路等故障导致网络通信异常, 则可通过诊断仪的通信情况来判断。 网络异常会导致很多故障, 且可能更为严重, 因此 CAN 线故障导致车门打开指示灯不亮的可能性较小。

(2) 故障诊断

1) 如图 3-13 所示, 可借助诊断仪进行快速判断。选择仪表系统, 进入 “ 特殊功能” ,选择 “ 指示灯控制” 数据项。

2) 分别选择两项操作, 观察车门打开指示灯的状态, 如图 3-14 所示。

3) 如果车门打开指示灯不能正常工作, 则是仪表总成故障, 需更换仪表总成。

4) 如果车门打开指示灯能 正 常 工 作, 则 可 能 是 BCM 或 车 门 门 边 开 关 及 其 电 路 故 障,需执行下一步操作。

5) 如图 3-15 所示, 用诊断仪进入 BCM, 查看数据流中四个车门状态的数据项。如果数据状态与车门实际状态一致, 则可能是 BCM 故障, 需更换 BCM 进行尝试。如果数据状态与车门实际状态不一致, 则需执行下一步操作。

6) 利用万用表测量电阻或电压判断车门门边开关及其电路是否存在故障。

2. 燃油油位指示不准确

(1) 故障分析

如图 3-16 所示, 燃油油位传感器将信号传送给 ECM, ECM 再通过 CAN 线将信号发送给仪表总成, 控制器指令燃油油位显示器显示燃油量。导致燃油油位指示不准确的原因有:

1) 燃油油位传感器到 ECM 的电路故障。需检查电路是否存在开路、 虚接、 对搭铁或电源短路的故障。

2) 燃油油位传感器故障。燃油油位传感器因触点脏污, 或断格、变形导致电阻不能随油位变化而准确变化。这类故障只能通过更换油 位 传 感 器的方法来解决。

3) 固定燃油油位传感器的支架或燃油箱内异常导致燃油油位传感器卡滞。这类故障只能通过拆解来检查。

4) ECM 故障。ECM 内部故障导致燃油油位传感器电路出现开路、 虚接或短路的故障,或 ECM 内部不能将燃油油位的电压信号通过 CAN 网络发送给仪表总成。ECM 内部故障只能通过整体更换模块的方式来解决。

5) 仪表总成故障。仪表总成电路异常, 或执行器元件老化、 虚接等。这类故障只能通过更换仪表总成的方法来解决。

(2) 故障诊断

可借助诊断仪来快速判断。查看 ECM 数据流中 “ 仪表显示数据” 项, 观察 “ 油位” 数据, 如图 3-17 所示。

1) 如果诊断仪显示的燃油量与仪表指示不一致, 而与燃油箱内实际燃油量一致, 则说明可能是仪表总成故障, 需更换。

2) 如果诊断仪显示的燃油量与仪表指示一致, 而与燃油箱内实际燃油量不一致, 则说明可能是传感器电路、 传感器自身或传感器安装问题, 也可能是 ECM 故障, 需执行下一步操作。

3) 在 ECM 插接器处测量燃油油位传感器侧的阻值, 如果测量值与燃油箱实际油量一致, 则可能是 ECM 故障。如果不一致, 则需执行下一步操作。

4) 利用万用表测量电压或电阻来判断燃油油位传感器及其电路是否存在问题。如果未发现问题, 则需进一步检查传感器支架或燃油箱内是否有干涉现象。

以上内容摘自《汽车车身电气系统诊断与维修》

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