基于故障樹(shù)模式的故障診斷分析研究

摘要：在汽車故障診斷及維修的具體實(shí)踐中，當(dāng)汽車維修技術(shù)人員針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不能開(kāi)啟的故障進(jìn)行檢修的時(shí)候，就必須有相應(yīng)的科學(xué)化方法予以支持，同時(shí)要通過(guò)對(duì)實(shí)際的檢測(cè)結(jié)果以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論性研究。由此，以豐田卡羅拉轎車發(fā)動(dòng)機(jī)為例，全面研究了汽車故障發(fā)生的根源，同時(shí)提供了處理實(shí)際故障的有效辦法，研究結(jié)論對(duì)整體提高汽車維修技術(shù)人員的水平有著一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：豐田車系；故障樹(shù)；故障診斷；診斷方法

中圖分類號(hào)：U472? 收稿日期：2023-03-14

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.06.030

1 案例說(shuō)明

一款豐田卡羅拉轎車，平時(shí)通常被用作實(shí)訓(xùn)的學(xué)生培訓(xùn)駕駛，目前的故障表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)不能開(kāi)啟。在平時(shí)的使用過(guò)程中，由于該車使用的人較多，經(jīng)常出現(xiàn)方向不對(duì)、操作不當(dāng)?shù)那闆r。針對(duì)車輛出現(xiàn)的故障，在進(jìn)行檢查的過(guò)程中需要進(jìn)行更周密的考慮，因?yàn)橛行╁e(cuò)誤的操縱方式對(duì)引擎會(huì)造成一定的傷害，產(chǎn)生的危害也是多種多樣的［1-2］。因此檢查車輛故障的具體流程就是，需要在掌握發(fā)動(dòng)機(jī)艙基本情況的基礎(chǔ)上針對(duì)車輛進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)發(fā)生的不良現(xiàn)象作出處理。當(dāng)故障發(fā)生后，還需要進(jìn)行多次啟動(dòng)，看看是否能恢復(fù)正常，如果不能，就需要采取適當(dāng)?shù)姆椒z查故障，并加以處理。該車發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表1所示。

2 故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

這輛汽車是2008年豐田公司首發(fā)的新卡羅拉系列汽車。實(shí)際出現(xiàn)的狀況是發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)流程中無(wú)法啟動(dòng)。通過(guò)以前的實(shí)際保養(yǎng)技師的工作經(jīng)歷能夠認(rèn)識(shí)到，如果發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部在實(shí)際過(guò)程中出現(xiàn)了許多錯(cuò)誤動(dòng)作，將會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙的線路造成很多不利作用。通過(guò)查詢流程，能夠了解到車輛在使用過(guò)程中已經(jīng)屢次發(fā)生過(guò)不能啟動(dòng)的情況，這也為我們進(jìn)行故障的判斷奠定了一種更加可信的基礎(chǔ)。

2.2 啟動(dòng)系統(tǒng)電路圖的相關(guān)故障分析

豐田車系統(tǒng)啟動(dòng)裝置的主要構(gòu)成包括發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)繼電器、擋位開(kāi)關(guān)（手動(dòng)擋）、分離器開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)絲以及其他電路。在構(gòu)建問(wèn)題樹(shù)前，首先必須對(duì)啟動(dòng)系統(tǒng)不能工作的情況做簡(jiǎn)要研究，必須確定是屬于電磁系統(tǒng)問(wèn)題還是發(fā)動(dòng)機(jī)本身故障。如果啟動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)會(huì)聽(tīng)見(jiàn)有電氣開(kāi)關(guān)吸合的響聲但發(fā)電機(jī)不能工作，就很有可能是起動(dòng)機(jī)本身的問(wèn)題，或是發(fā)電機(jī)自身運(yùn)行壓力過(guò)高引起的。因?yàn)檫@兩種問(wèn)題分屬于在該情況下的兩個(gè)方面，而起動(dòng)機(jī)本身的問(wèn)題也都可看作是該問(wèn)題的最小割集。至于發(fā)電機(jī)運(yùn)行壓力問(wèn)題則必須進(jìn)一步加以研究，由于引起該問(wèn)題的因素不少，包括各種附屬元件軸承磨損、曲軸抱死等，所以必須進(jìn)一步探索，看能否找出導(dǎo)致此問(wèn)題的最小割集。然后，針對(duì)其中某一種方向試圖找出故障原因的最小割集。最后，可以根據(jù)傳統(tǒng)豐田汽車啟動(dòng)模式所對(duì)應(yīng)的發(fā)電路線，寫(xiě)出起動(dòng)機(jī)無(wú)法工作的成因判別樹(shù)。

傳統(tǒng)的車輛啟動(dòng)裝置控制電路與現(xiàn)代ECU控制系統(tǒng)完全不一樣。它的控制系統(tǒng)不再是直接開(kāi)關(guān)式的模塊，而是需要通過(guò)計(jì)算機(jī)根據(jù)擋位信息、剎車信號(hào)和啟動(dòng)信息共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，三者缺一不可。同時(shí)，傳統(tǒng)轎車啟動(dòng)控制系統(tǒng)的點(diǎn)火開(kāi)關(guān)和擋位信號(hào)是點(diǎn)觸式開(kāi)關(guān)模式，控制原理比較簡(jiǎn)單?，F(xiàn)代轎車的控制系統(tǒng)邏輯上不僅是根據(jù)某一條信息就可以判斷整個(gè)汽車啟動(dòng)控制系統(tǒng)的正常工作與否，而且還必須確定各信號(hào)源的正確性無(wú)誤，這才是可以順利啟動(dòng)汽車的前提。

2.3 故障分析基礎(chǔ)上建立故障診斷樹(shù)

在構(gòu)建故障診斷樹(shù)時(shí)，要知道發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的要求，如蓄電池極限電壓等，而關(guān)于計(jì)算機(jī)控制起動(dòng)系統(tǒng)的故障樹(shù)及其最大割集的分類，要從多種視角去考察問(wèn)題，而不要單純地從直觀的視角去剖析故障樹(shù)的最小割集［3-4］。

故障樹(shù)是指一般車型的故障樹(shù)分析示意圖，從圖1中可知，布置在整個(gè)故障樹(shù)最下端的事故原因便是整個(gè)故障樹(shù)的最小割集，最重要割集包括動(dòng)力電池、點(diǎn)燃控制器、保險(xiǎn)絲、繼電器開(kāi)關(guān)、擋位控制器、軸承等。因此在研究具體問(wèn)題時(shí)必須根據(jù)事故判別的一般原理，力圖達(dá)到先簡(jiǎn)單后復(fù)雜的順序，即首先查動(dòng)力電池、熔斷器以及相應(yīng)繼電器開(kāi)關(guān)，然后再查擋位控制器和電阻控制器，最后才查軸承系統(tǒng)的抱死原因，只有如此才會(huì)大大縮短檢修的時(shí)間。

針對(duì)使用雙繼電器的計(jì)算機(jī)控制起動(dòng)系統(tǒng)其故障樹(shù)的最小割集，在起動(dòng)機(jī)本身和各類軸承系統(tǒng)的作用原理是一樣的，主要區(qū)別就是增加了觸發(fā)雙繼電器的啟動(dòng)信息和剎車信號(hào)。除此之外，針對(duì)這些功能類似的系統(tǒng)，還要從多種方面去考察導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)的重要故障因素，作為控制信息的重要來(lái)源，一個(gè)微小控制部件的供電或是搭鐵的問(wèn)題，也會(huì)對(duì)這些信息的傳遞造成干擾，從而對(duì)起動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾，所以在此處不再介紹計(jì)算機(jī)控制起動(dòng)系統(tǒng)的故障樹(shù)及其最小割集。

2.4 故障診斷流程

在測(cè)試無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題上，必須根據(jù)實(shí)際工況的一般測(cè)試方法來(lái)進(jìn)行診斷（圖2）。例如，當(dāng)起動(dòng)機(jī)在打火的瞬間若監(jiān)測(cè)到接地端有8 V以上電流而起動(dòng)機(jī)沒(méi)有任何反應(yīng)時(shí)，則在理論上還需要對(duì)起動(dòng)機(jī)的內(nèi)部電子元器件開(kāi)展下一次測(cè)試。不過(guò)在實(shí)踐中已經(jīng)無(wú)法再對(duì)它開(kāi)展下一次測(cè)試，故障點(diǎn)測(cè)試到此之后，再替換起動(dòng)機(jī)，但是如若進(jìn)一步檢查起動(dòng)機(jī)的內(nèi)部零件時(shí)，所需要的費(fèi)用和成本將會(huì)遠(yuǎn)比動(dòng)機(jī)本身的價(jià)值高，甚至有時(shí)候連起動(dòng)機(jī)的內(nèi)部零件都很難購(gòu)買到［5-6］。車輛上的許多零件都是這樣的，如發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)等零件，這不僅減少了保養(yǎng)時(shí)間，對(duì)故障本身的檢查也減少了很多困難。

如當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器打至起動(dòng)擋時(shí)起驅(qū)動(dòng)力的轉(zhuǎn)速有聲音（吸合開(kāi)關(guān)能夠彈出齒圈），但是發(fā)電機(jī)卻不能運(yùn)行時(shí)，其故障診斷過(guò)程就和上述全部有所不同，這時(shí)我們所需要考慮的并非是驅(qū)動(dòng)力本身的問(wèn)題，而是檢查發(fā)電機(jī)本體或有關(guān)電機(jī)部分軸承類型是否卡死。這種情況通常極少出現(xiàn)，所以在這里也就不會(huì)納入驅(qū)動(dòng)力的故障分類中，不過(guò)在實(shí)際檢修中如上述的問(wèn)題都已檢測(cè)過(guò)了，那么這一類情況也就更應(yīng)該引起重視。

針對(duì)由電腦控制的汽車起動(dòng)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)的問(wèn)題，檢測(cè)思路主要是以故障編碼優(yōu)先，并根據(jù)汽車啟動(dòng)系統(tǒng)線路的走向以及邏輯來(lái)進(jìn)行檢查（圖3）。而對(duì)于不能讀出故障編碼或是不能進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電腦的，就需要考慮其是由于驅(qū)動(dòng)線路問(wèn)題所造成的，還是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)電腦的供電問(wèn)題造成的，而一旦發(fā)現(xiàn)是因?yàn)楣╇妴?wèn)題導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)電腦不能被啟動(dòng)，則要檢測(cè)起動(dòng)單元與車載供電的單元，這就縮小了問(wèn)題的范圍［7-8］。

在事故樹(shù)基底上形成的故障診斷過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是逐一地提供假說(shuō)和檢驗(yàn)假設(shè)的過(guò)程，特別是對(duì)末端事故的檢驗(yàn)，因此它本身便是引起事故的最小割集。問(wèn)題樹(shù)只有故障產(chǎn)生的根源，而不能真正解決的問(wèn)題，而故障判定過(guò)程才是真正解決的具體措施，在問(wèn)題判斷過(guò)程中，需要著重考察實(shí)際中發(fā)生頻率較大的底端情況，這對(duì)處理實(shí)際中出現(xiàn)的各種維修現(xiàn)象大有益處。

3 回顧思考

3.1 火花塞為什么會(huì)出現(xiàn)“淹死”現(xiàn)象

本次故障的首要原因是火花塞頭受潮，所以必須考慮火花塞會(huì)在何種狀況下出現(xiàn)受潮。只要發(fā)現(xiàn)是氣門的問(wèn)題，就要做好相應(yīng)的維修操作，使問(wèn)題得以有效的消除。

由于引擎在真正的啟動(dòng)過(guò)程中是不會(huì)踩踏油門，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)的實(shí)際控制系統(tǒng)來(lái)完成處理，所以在汽車啟動(dòng)的過(guò)程中，前進(jìn)氣量對(duì)啟動(dòng)的作用是很小的。再者，所有汽車引擎起步的噴油量都是由電腦系統(tǒng)控制的，這樣就不能干擾汽車引擎實(shí)際啟動(dòng)狀態(tài)。

在對(duì)這個(gè)情況進(jìn)行處理的過(guò)程中可以看到水溫傳感器的位置都是正確的，所以電腦中的其他部分也沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)誤，由此可知，汽水混合液的溫度都是非常合理的，導(dǎo)致這一情況的根源就只剩下一個(gè)火花塞?？梢耘袛啵欢ㄊ怯捎诠?jié)氣門的打開(kāi)而產(chǎn)生了不好的啟動(dòng)，從而導(dǎo)致進(jìn)空氣不夠，進(jìn)而造成了在總的情況中都沒(méi)有達(dá)到正常啟動(dòng)時(shí)所要求的功率。這個(gè)問(wèn)題是由不明因素引起的，于是人們一般會(huì)做出反復(fù)的努力，這種反復(fù)的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致有機(jī)廢氣在汽缸中的含量上升，也使火花塞的工作負(fù)荷產(chǎn)生相應(yīng)的上升，導(dǎo)致火花塞發(fā)生頭部潮濕而受淹的狀況。

3.2 沒(méi)有讀到節(jié)氣門故障碼和相關(guān)異常數(shù)據(jù)的原因

在修理過(guò)程中，通過(guò)多次咨詢實(shí)訓(xùn)車的用戶，了解到當(dāng)車輛無(wú)法啟動(dòng)的情況，只要碰觸到了節(jié)流閥的相應(yīng)傳感器位置就可以成功啟動(dòng)，這樣就猜想出可能是節(jié)氣門開(kāi)度在間歇性工作中造成了事故的發(fā)生。于是又對(duì)節(jié)流閥展開(kāi)了反復(fù)的檢測(cè)，在讀出事故碼的同時(shí)，由于在完成事故再現(xiàn)時(shí)采取的是整體的解決方法來(lái)達(dá)到最好的恢復(fù)度，從而導(dǎo)致在開(kāi)始測(cè)試這一事故幾乎不發(fā)生，從而未準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)當(dāng)前事故，也就沒(méi)能夠及時(shí)讀到相關(guān)的異常信息。

4 結(jié)語(yǔ)

汽車無(wú)法啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，主要是由于以下兩個(gè)情況所造成的：a.起動(dòng)機(jī)無(wú)法工作，也就無(wú)法帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；b.起動(dòng)機(jī)中與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的裝置出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)引擎產(chǎn)生了干擾，雖然起動(dòng)機(jī)仍然可以正常工作，可是無(wú)法帶動(dòng)引擎進(jìn)行操作，也就無(wú)法完成了車輛的正常啟動(dòng)。本文所討論的豐田發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生問(wèn)題，主要原因?yàn)閷?duì)應(yīng)的裝置出現(xiàn)了問(wèn)題，在前期工作中因?yàn)闄z測(cè)問(wèn)題出現(xiàn)的因素過(guò)于明了，所以對(duì)于問(wèn)題處理方面進(jìn)行了多次的測(cè)試檢查。在運(yùn)用譯碼機(jī)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試的過(guò)程中，斷路故障已經(jīng)被有效地解決，但是關(guān)于產(chǎn)生了異常的數(shù)據(jù)信息卻并沒(méi)有全部掌握。采用正確高效的故障檢查方法可以將問(wèn)題發(fā)生的部位和根源加以確定，最后針對(duì)問(wèn)題加以消除。

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作者簡(jiǎn)介：

李燕燕，女，1995年生，助理工程師，研究方向?yàn)槠嚈z測(cè)與維修。