機(jī)動(dòng)車電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)與維修策略分析

王振宇，欒曉萌，徐顯超

（鞍山金和礦業(yè)有限公司，遼寧 鞍山 114000）

0 引言

機(jī)動(dòng)車已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)的重要交通工具，伴隨著科技的快速進(jìn)步，這些車輛也逐漸從傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨入姎饣南到y(tǒng)。從啟動(dòng)到照明，再到高級(jí)的駕駛輔助系統(tǒng)，電氣組件無處不在，它們確保車輛的高效、安全和舒適駕駛。然而，隨之而來的是這種高度的電氣化也帶來了新的挑戰(zhàn)：電氣故障的可能性增加。為了確保機(jī)動(dòng)車輛的安全和性能，了解其電氣系統(tǒng)的基本工作原理，能夠識(shí)別潛在問題，并采取適當(dāng)?shù)木S修措施是至關(guān)重要的。

1 文獻(xiàn)綜述

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)動(dòng)車越來越依賴于復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，這就要求更加高效和精準(zhǔn)的故障檢測(cè)技術(shù)和維修策略。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究表明，故障診斷技術(shù)正逐漸從傳統(tǒng)的人工診斷轉(zhuǎn)向基于電子控制單元（ECU，Electronic Control Unit）的自動(dòng)診斷系統(tǒng)[1]。例如，OBD（On-Board Diagnostics）系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛狀態(tài)，快速識(shí)別故障源。此外，隨著人工智能技術(shù)的應(yīng)用，基于數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)的故障預(yù)測(cè)和診斷方法也在研究中顯示出較好的應(yīng)用前景。在維修策略方面，由于電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性，專業(yè)的維修人員需要具備更深入的電子知識(shí)和技能。目前，一些研究致力于開發(fā)更為智能化和模塊化的維修工具，以提高維修效率和精度[2]。

在國(guó)外的研究中，特別強(qiáng)調(diào)了通過先進(jìn)技術(shù)提高故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性和維修效率。一方面，許多國(guó)外研究集中于利用大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT，Internet of Things）技術(shù)來優(yōu)化故障檢測(cè)[3]。通過在車輛中集成傳感器和連接技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的運(yùn)行狀態(tài)，并通過數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)潛在的故障點(diǎn)，從而提前進(jìn)行干預(yù)。例如，一些研究利用云計(jì)算和邊緣計(jì)算技術(shù)來處理和分析收集的數(shù)據(jù)，以便更快地識(shí)別問題[4]。另一方面，關(guān)于維修策略，國(guó)外的研究往往關(guān)注于將故障檢測(cè)系統(tǒng)與維修決策系統(tǒng)相結(jié)合，以達(dá)到更高效的維修管理[5]。例如，使用人工智能算法來分析故障數(shù)據(jù)，并推薦最有效的維修方案。

2 機(jī)動(dòng)車電氣系統(tǒng)常見故障

2.1 線路故障

線路故障通常包括斷線、短路和接觸不良等類型，這些問題可能由車輛老化、磨損、環(huán)境因素或者人為操作不當(dāng)引起[6]。斷線通常發(fā)生在電纜彎折或經(jīng)?；顒?dòng)的部位，如車門的折疊區(qū)。此類問題會(huì)導(dǎo)致電流無法通過，進(jìn)而使得特定電氣元件停止工作。短路則是指電路中的電流路徑被意外地縮短，這通常是因?yàn)榻^緣材料的磨損或損壞導(dǎo)致裸露的導(dǎo)線之間產(chǎn)生了接觸，這種情況可能會(huì)導(dǎo)致電流突然增加，從而損壞電氣部件或引發(fā)火災(zāi)[7]。接觸不良是另一種常見的線路問題，可能由腐蝕、污染或松動(dòng)的連接器造成。它會(huì)導(dǎo)致電阻增加，使電氣設(shè)備的性能變得不穩(wěn)定，甚至在某些情況下完全失效。

2.2 傳感器與執(zhí)行器故障

傳感器是現(xiàn)代汽車電氣系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，它們負(fù)責(zé)收集各種操作參數(shù)，如溫度、壓力和位置，然后將這些信息反饋給ECU 進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。執(zhí)行器則接受ECU 的命令，對(duì)汽車的物理機(jī)制如油門、剎車和離合器進(jìn)行控制。傳感器和執(zhí)行器的故障可能會(huì)導(dǎo)致汽車運(yùn)行不正常，例如，速度傳感器故障可能導(dǎo)致速度表讀數(shù)不準(zhǔn)確，氧傳感器故障則可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)效率下降和油耗增加[8]。故障形式多樣，從信號(hào)丟失到輸出異常，都可能是由電氣故障、機(jī)械故障或軟件問題引起的。這些問題可能導(dǎo)致汽車ECU 接收到錯(cuò)誤的信息，從而作出錯(cuò)誤的操作決策，影響車輛的性能和安全性。

2.3 ECU 故障

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）作為車輛電氣系統(tǒng)的大腦，對(duì)車輛的性能有著直接的影響。它根據(jù)來自車輛各種傳感器的信息調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。ECU 故障可能由軟件故障或硬件損壞引起，軟件問題可能包括錯(cuò)誤的編程、數(shù)據(jù)損壞或者病毒攻擊。硬件問題則可能是由于電路板上的元件老化、過熱或者物理損傷導(dǎo)致。ECU 的故障可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)，運(yùn)行不穩(wěn)，功率下降或者燃油效率降低。由于ECU 的復(fù)雜性，診斷和修復(fù)這些問題通常需要專業(yè)的技術(shù)和設(shè)備。

2.4 電源系統(tǒng)故障

電源系統(tǒng)是任何機(jī)動(dòng)車電氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括蓄電池、發(fā)電機(jī)及其管理系統(tǒng)。蓄電池的老化是一個(gè)自然且不可避免的過程，老化的電池會(huì)喪失其充電保持能力，導(dǎo)致啟動(dòng)困難或者電氣系統(tǒng)性能下降。發(fā)電機(jī)作為充電系統(tǒng)的核心，其效率的降低通常是由于軸承磨損、電刷磨損或者電壓調(diào)節(jié)器故障引起的。除了這些機(jī)械性損壞，電源系統(tǒng)的故障也可能是由電子控制單元的問題導(dǎo)致的，比如控制電池充電的軟件可能發(fā)生故障。電源系統(tǒng)的任何故障都會(huì)嚴(yán)重影響車輛的可靠性和功能，例如燈光、無線電以及其他重要的安全特性，如ABS 和氣囊系統(tǒng)。

3 故障檢測(cè)方法

3.1 傳統(tǒng)檢測(cè)方法

傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法在機(jī)動(dòng)車電氣系統(tǒng)維修中有著長(zhǎng)久的歷史，這些方法以其直接和基礎(chǔ)的特性，仍然在今日的維修作業(yè)中占有一席之地。視覺檢查是最初級(jí)也是最直接的診斷方式，它依賴于技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)組件的外觀進(jìn)行仔細(xì)的觀察，以便尋找損壞、磨損或腐蝕的跡象。多用電表的使用則允許技術(shù)人員測(cè)量電壓、電流和電阻，從而確定電路是否正常。例如，一個(gè)正常工作狀態(tài)的蓄電池應(yīng)該能夠維持大約12.6 V的靜態(tài)電壓，而發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電壓不應(yīng)下降到9.6 V以下，具體見表1。

傳統(tǒng)檢測(cè)方法雖然有其局限性，但在一些場(chǎng)合，這種方法由于簡(jiǎn)便、直接、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，仍舊不可或缺。

3.2 現(xiàn)代診斷技術(shù)

3.2.1 OBD 系統(tǒng)

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代車輛普遍配備了車載自診斷系統(tǒng)（OBD），這是一個(gè)復(fù)雜的電腦系統(tǒng)，可以與車輛的各種傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛狀態(tài)，并在檢測(cè)到故障時(shí)記錄故障代碼（DTC）Diagnostic Trouble Code。利用專業(yè)的診斷工具，技術(shù)人員可以快速讀取這些故障代碼，并進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.2.2 數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)

數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用，使得車輛故障診斷步入了一個(gè)新紀(jì)元。通過收集和分析大量的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠識(shí)別出故障模式，并預(yù)測(cè)未來潛在的故障。例如，通過分析數(shù)千輛汽車的電池電壓數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可能識(shí)別出電池性能下降的早期跡象，具體見表2。

4 維修策略

4.1 基于故障代碼的維修

維修策略的第一步通常涉及根據(jù)車輛的自診斷系統(tǒng)（OBD），讀取的故障代碼來進(jìn)行維修。OBD 系統(tǒng)提供的故障代碼（DTCs）允許維修技師快速定位問題的來源。例如，如果一個(gè)故障代碼指示了一個(gè)特定傳感器的電路故障，技師會(huì)首先檢查該傳感器及其相關(guān)連線和連接器。這包括使用多用途電表進(jìn)行電壓、電阻和必要時(shí)的電流測(cè)試。如果這些測(cè)試表明電路完好，那么進(jìn)一步的診斷可能包括測(cè)試傳感器本身或更換它來驗(yàn)證是否解決了問題。高級(jí)的診斷工具，如示波器，也可能用來檢查傳感器輸出的波形，以確認(rèn)其性能。

4.2 預(yù)測(cè)性維護(hù)

預(yù)測(cè)性維護(hù)是一種更為先進(jìn)的維修策略，它利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)預(yù)測(cè)潛在故障，從而在故障發(fā)生前進(jìn)行維修。這種方法依賴于大量的歷史數(shù)據(jù)和復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法，來建立故障預(yù)測(cè)模型。通過對(duì)歷史維修記錄、車輛使用情況和實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的深入分析，可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致故障的模式和條件。如圖1 所示，一個(gè)基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的電池性能衰退模型可以通過分析電池啟動(dòng)電壓和充電后電壓隨時(shí)間的變化趨勢(shì)來預(yù)測(cè)電池的健康狀況。在圖1中，可以看到啟動(dòng)電壓（三角符號(hào)）隨著時(shí)間的推移有波動(dòng)，但整體呈下降趨勢(shì)；平均靜態(tài)電壓（圓形符號(hào)）相對(duì)穩(wěn)定；充電后電壓（直線）起伏較大，表明電池性能隨時(shí)間有所波動(dòng)，伴隨有下降跡象。

圖1 電池電壓隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖

4.3 信號(hào)分析與故障定位

信號(hào)分析在現(xiàn)代車輛故障定位中起著至關(guān)重要的作用。利用高級(jí)診斷工具，如示波器和專用的電氣測(cè)試設(shè)備，技師能夠?qū)收喜考碾姎庑盘?hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉和分析。這些信號(hào)的分析能夠揭示微妙的電氣問題，如短路、開路、電阻增高或電容減少，這些問題可能不會(huì)立即產(chǎn)生一個(gè)故障代碼。通過精確的波形分析，技師可以不僅定位故障部件，還能理解故障的本質(zhì),如圖2 所示。圖2 表明，在正常條件下的尖銳高壓峰值及其快速下降，而異常波形則顯示了高壓峰值持續(xù)時(shí)間異常延長(zhǎng)，這是線圈內(nèi)部斷裂或絕緣問題的明顯跡象。

圖2 點(diǎn)火圈異常工作狀態(tài)波形圖

4.4 標(biāo)準(zhǔn)化維修流程

標(biāo)準(zhǔn)化維修流程是實(shí)現(xiàn)高效和高質(zhì)量維修工作的基石。這一策略涉及創(chuàng)建詳細(xì)的維修協(xié)議和工作流程，以確保所有的維修工作都按照相同的高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。這些流程通常包括標(biāo)準(zhǔn)操作程序（SOPs）、故障排除流程圖和維修指南。例如，對(duì)于更換剎車系統(tǒng)組件的工作，維修指南會(huì)提供詳細(xì)的步驟，包括安全檢查、拆卸舊部件、安裝新部件、系統(tǒng)充氣和性能測(cè)試。通過這種方式，技師可以確保每一步都按照制造商的規(guī)定執(zhí)行，從而減少錯(cuò)誤和遺漏，提高服務(wù)的質(zhì)量和車輛的安全性。

5 結(jié)語

對(duì)于現(xiàn)代機(jī)動(dòng)車，電氣系統(tǒng)無疑已成為其最核心的部分。對(duì)于機(jī)動(dòng)車電氣系統(tǒng)的維護(hù)不僅僅是簡(jiǎn)單地檢查和更換部件，它需要深入的診斷、選擇合適的維修策略、使用優(yōu)質(zhì)零件以及為維修技術(shù)人員提供持續(xù)的培訓(xùn)。機(jī)動(dòng)車的持續(xù)創(chuàng)新和技術(shù)的快速發(fā)展要求我們不斷更新知識(shí)和技能。最終，對(duì)于車主、維修人員和制造商而言，一個(gè)健康、高效和安全的電氣系統(tǒng)將確保車輛的最佳性能，同時(shí)也是對(duì)消費(fèi)者的最大承諾。