何志軍，凌家勇，何浩，晉蕾

（奇瑞汽車股份有限公司試驗(yàn)與整車技術(shù)工程院，安徽蕪湖 241009）

車速表信號來源于車速里程傳感器，車速里程傳感器是汽車上檢測車速以及里程信號的一個(gè)傳感器，其基本原理是通過變速箱主動(dòng)齒輪與車速里程傳感器的從動(dòng)齒輪嚙合，使里程傳感器的從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過霍耳元器件產(chǎn)生方波信號，而該方波信號的頻率與里程傳感器從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。車速里程傳感器信號輸出是否正常，直接影響車速表指針是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過售后市場得到的數(shù)據(jù)可知，與車速表指針相關(guān)的故障信息，例如指針抖動(dòng)、指示不準(zhǔn)等故障現(xiàn)象，幾乎都與車速里程傳感器輸出信號是否正常有關(guān)。

文中介紹的案例——車速表指針抖動(dòng)故障，就屬于上面描述故障現(xiàn)象的一種。

1 故障現(xiàn)象概述

某車型已行駛1 700 km，出現(xiàn)車速表指針抖動(dòng)現(xiàn)象，抖動(dòng)幅度比較大，除抖動(dòng)現(xiàn)象隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或車速增加其抖動(dòng)幅度加大之外，無其他明顯規(guī)律性。

為了避免測試和診斷的反復(fù)，在進(jìn)入更細(xì)致的測試和診斷前，進(jìn)行了以下目測檢查［1］:

（1）檢查車速里程傳感器和組合儀表的接插件是否接觸良好，是否出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

（2）檢查車速里程傳感器組合儀表之間的線束是否有磨損、斷開、短路現(xiàn)象。

（3）線束間的連接器是否松動(dòng)或斷開。

（4）檢查傳感器和組合儀表是否有明顯的損傷。

經(jīng)過上述的目測檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常，需要對該故障進(jìn)行進(jìn)一步的測試和診斷排查。

2 車速里程傳感器的工作原理

為了進(jìn)一步對故障進(jìn)行細(xì)致的診斷及測試排查，首先簡單介紹車速里程傳感器的工作原理。車速里程傳感器通常安裝于變速箱差速器上，用來采集汽車的里程信號，目前汽車市場上開發(fā)的電子車速里程傳感器按照結(jié)構(gòu)主要分成接觸式 （有齒輪）和非接觸式 （無齒輪）兩種。接觸式電子車速里程傳感器的工作原理是通過變速箱主動(dòng)齒輪 （也叫里程齒輪）與里程傳感器的從動(dòng)齒輪嚙合使里程傳感器的從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過里程傳感器里面多極磁鋼的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的交替變化的磁場，里程傳感器內(nèi)部的霍爾元件電路通過霍爾效應(yīng)產(chǎn)生幅值，占空比不變，只有頻率發(fā)生變化的方波信號，而該方波信號的頻率與里程傳感器從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。通過檢測方波信號的頻率便可以檢測到里程傳感器從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，從而檢測到變速箱差速器輸出的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而檢測到車速的輪速。非接觸式電子車速里程傳感器沒有從動(dòng)齒輪，它與接觸式里程傳感器采用多級磁鋼不一樣，它是由一個(gè)永磁磁鋼提供靜態(tài)磁場，而由軟磁性材料制作的齒輪 （或齒環(huán)）在旋轉(zhuǎn)時(shí)對靜態(tài)磁場產(chǎn)生擾動(dòng)，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的擾動(dòng)磁場。等于一個(gè)直流信號上疊加了一個(gè)交流信號。里程傳感器要檢測其交流信號的分量，判斷出齒輪的位置。內(nèi)部電路包括從外界輸入的直流電壓，霍爾元件，給外界輸出的車速信號三個(gè)部分組成。內(nèi)部電路的作用是產(chǎn)生準(zhǔn)確和穩(wěn)定的信號。

車速里程傳感器與外部電路連接方式如圖1所示:圖1中的R為上拉電阻，R=10（1±10%）kΩ，功率為1/4 W。

對于里程傳感器的參數(shù)計(jì)算主要是確定里程傳感器輸出信號的參數(shù)。目前行業(yè)內(nèi)里程傳感器信號已基本統(tǒng)一為傳感器從動(dòng)齒輪每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生4個(gè)脈沖信號，輸出信號參數(shù)如圖2所示。

3 故障范圍的分析和判斷

造成此故障現(xiàn)象的原因很多，根據(jù)其工作原理及自身所掌握的知識判斷，原因主要有以下兩個(gè)方面［2］:

（1）組合儀表方面:組合儀表本身是否工作正常;接收到的信號是否正常;組合儀表接地搭鐵是否正常;信號傳輸過程中是否受到干擾，例如傳輸線路本身存在干擾;火花塞型號與本車型不符可能會產(chǎn)生較大干擾信號，發(fā)電機(jī)電力輸出線和磁力反饋線也會產(chǎn)生較大的干擾信號。

（2）車速里程傳感器方面:車速里程傳感器本身輸出信號是否正常;電源輸入是否正常;接地搭鐵是否正常。

4 故障排查過程分析

4.1 對組合儀表方面進(jìn)行排查

4.1.1 檢查組合儀表本身是否工作正常

組合儀表指針抖動(dòng)，首先想到可能是組合儀表本身的問題，于是將組合儀表從車上拆下，將組合儀表在臺架上測試，對組合儀表進(jìn)行掃頻測試 （車速表信號來源為里程傳感器輸出的頻率信號），組合儀表車速表指針運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)跳動(dòng)和卡滯現(xiàn)象;對組合儀表進(jìn)行定頻測試，組合儀表車速表指針指示準(zhǔn)確，當(dāng)輸入信號發(fā)生變化時(shí)，車速表指針能夠在1 s內(nèi)指示到新的狀態(tài)。組合儀表如圖3所示。

由此可以看出，組合儀表本身功能正常，組合儀表車速表指針擺動(dòng)故障與組合儀表本身沒有關(guān)系。

4.1.2 檢查組合儀表接收到的信號是否正常

首先，我們用示波器檢測組合儀表27#引腳 （此引腳為車速信號輸入引腳，下同）信號，不管是發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)還是不啟動(dòng)，測出的波形都是非常雜亂，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間波形如圖4所示，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間且車子處于靜止?fàn)顟B(tài)波形如圖5所示，車子行駛時(shí)波形如圖6所示，從車子行駛時(shí)的波形可以看出，波形上存在大量雜波。

由此可知，組合儀表接收到的信號就不正常，并可推斷可能是由于信號傳輸過程中受到較大干擾或信號源異常導(dǎo)致此故障現(xiàn)象。

4.1.3 排查干擾信號——線路干擾

我們將27#引腳信號線和傳感器地線均加上磁環(huán)，意在借助磁環(huán)濾去雜波，但加上磁環(huán)后，波形仍然非常雜亂，故障仍沒有排除。

另外，我們注意到一個(gè)現(xiàn)象，只要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，不管車子是處于靜止?fàn)顟B(tài)還是處于正常行駛狀態(tài)，車速表指針擺動(dòng)的幅度隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增大，且其他用電器處于不工作狀態(tài)。由此推斷，干擾雜波可能來自發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大干擾信號的主要有火花塞，發(fā)電機(jī)電力輸出線及磁力反饋線等。

4.1.4 排查干擾信號——發(fā)電機(jī)

第一步將發(fā)電機(jī)的磁力反饋線切斷，這樣可以切斷發(fā)電機(jī)輸送到儀表的反饋信號。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，檢查車速表指針，但是不管是車子處于靜止還是正常行駛狀態(tài)，車速表指針仍然抖動(dòng)，故障仍然沒有排除。

第二步將發(fā)電機(jī)的電力輸出線切斷。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)指針，當(dāng)車子處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，車速表指針位于0刻度處且沒有出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí)，示波器檢測的輸出信號也非常平穩(wěn)，沒有雜波 （圖7）。但是，當(dāng)車子處于正常行駛狀態(tài)時(shí)，車速表指針仍然抖動(dòng)，故障仍沒有完全排除。

4.1.5 排查干擾信號——火花塞

火花塞的型號與發(fā)動(dòng)機(jī)不匹配也很有可能產(chǎn)生比較大的干擾信號，我們將這一款發(fā)動(dòng)機(jī)型號匹配的全新的火花塞更換上（圖8）。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，檢查車速表指針，不管車子是處于靜止?fàn)顟B(tài)還是正常行駛狀態(tài)，車速表指針仍然擺動(dòng)，故障仍沒有排除。

由以上推斷，干擾信號來源可以基本排除發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。來自組合儀表方面原因還有可能是組合儀表接地異常。

4.1.6 排查組合儀表接地

將組合儀表的地直接接到車身上，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，檢查車速表指針，不管車子是處于靜止?fàn)顟B(tài)還是正常行駛狀態(tài)，車速表指針仍然抖動(dòng)，故障沒有排除;可能是由于車速表信號比較弱，使用車身地，不足以給信號提供穩(wěn)定的回路，于是將組合儀表的地直接接到蓄電池負(fù)極上，但是結(jié)果與上次一樣，故障仍然沒有排除。

4.2 排查車速里程傳感器

4.2.1 更換車速里程傳感器

將經(jīng)過臺架檢測功能正常的同型號的車速里程傳感器替換原故障車上的里程傳感器。更換里程傳感器后，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，檢查儀表車速表指針，車速表指針依然抖動(dòng)，由此可以推斷故障與車速里程傳感器本身沒有關(guān)系。

4.2.2 檢查車速里程傳感器輸出端信號［3］

將里程傳感器本來的信號輸出線切斷，另外引出一根信號線，將另外引出的信號線直接接到組合儀表的27#引腳上。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)車子處于正常行駛狀態(tài)時(shí)。車速表指針依然抖動(dòng)，用示波器測出的波形如圖9所示，由圖9可知，信號干擾主要來自方波的低電平。

由此可知，里程傳感器信號輸出端存在干擾信號，但是里程傳感器在臺架上測試，其輸出波形是穩(wěn)定的，所以干擾信號并不是來自信號線。那么干擾信號很可能來自電源線或是車載蓄電池。以下排查電源線和車載蓄電池對里程傳感器的信號的干擾。

4.2.3 排查車速里程傳感器電源線和車載蓄電池

將里程傳感器實(shí)車匹配的接插件拔下，接上一個(gè)新的接插件，在這個(gè)新的接插件上引出3根線，分別是電源正、負(fù)極線和信號線。

先將電源正負(fù)極接到額外提供的蓄電池上，信號線接到組合儀表的27#引腳上，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，讓車子處于正常行駛狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)車速表指針運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，用示波器測出的方波波形也很穩(wěn)定，沒有任何的雜波 （圖10），故障得以排除;另外將電源正負(fù)極接到車載蓄電池上，故障也得以排除。

也就是說，車載蓄電池沒有產(chǎn)生干擾信號，那么干擾信號基本就可以斷定來自蓄電池到車速里程傳感器的這段線束上，為明確我們的推斷，用示波器直接檢測里程傳感器接插件的正、負(fù)極引腳，測出里程傳感器的電壓波形如圖11所示，由圖11可以看出，電壓值正常為12.6 V，但連接到里程傳感器上的電源線上存在大量的干擾信號。由此，可以確定干擾信號確實(shí)來自電源線，但是這個(gè)干擾信號到底是來自電源正極還是負(fù)極，需要進(jìn)行進(jìn)一步的排查。

4.2.4 排查電源正極還是電源負(fù)極產(chǎn)生的干擾信號

首先排查電源正極，將里程傳感器的正極直接接到蓄電池正極上，將里程傳感器的負(fù)極接到里程傳感器接插件的負(fù)極上，信號線直接接到組合儀表27#引腳上，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，不管是車子靜止?fàn)顟B(tài)還是處于正常行駛狀態(tài)，車速表指針依然抖動(dòng)，故障沒有排除，也就是說干擾信號不是來自電源正極。

接著排查電源負(fù)極，將里程傳感器的負(fù)極直接接到蓄電池負(fù)極上，將里程傳感器的正極接到里程傳感器接插件的正極上，信號線直接接到組合儀表27#引腳上，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，不管是車子處于靜止?fàn)顟B(tài)還是正常行駛狀態(tài)，車速表指針都沒有出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí)用示波器測出信號波形如圖12所示［4］。

由以上可以推斷出，干擾信號來源于里程傳感器的電源負(fù)極，即干擾信號來源于里程傳感器的搭鐵。

4.2.5 排查里程傳感器搭鐵

依照整車線束原理圖，找到了搭鐵點(diǎn)位置 （如圖13所示），發(fā)現(xiàn)里程傳感器的搭鐵與ECU的搭鐵共用，并且兩個(gè)搭鐵均出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，將搭鐵緊固后，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)不管是車子處于靜止?fàn)顟B(tài)還是處于行駛狀態(tài)，車速表的指針均沒有出現(xiàn)異常抖動(dòng)現(xiàn)象。即故障得以排除。

5 故障排查總結(jié)

車速里程傳感器的搭鐵不牢靠，可能是由于生產(chǎn)線安裝時(shí)力矩不夠?qū)е隆Ｒ虼?，搭鐵是否連接牢靠很重要，看起來是接觸了，但實(shí)際上并沒有連接牢靠，稍有松動(dòng)就會對傳感器的電壓輸出產(chǎn)生雜波，進(jìn)而導(dǎo)致車速表指針出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。

因此，故障的根源就是車速里程傳感器的搭鐵緊固不到位。

通過這次故障排查，說明故障產(chǎn)生的原因往往是多方面的，在排查汽車故障時(shí)，首先要了解其產(chǎn)生的原因和規(guī)律，其次采取先易后難，先簡后繁的順序，先目測檢查，再診斷、測試排查，逐步檢查分析，最有效排除故障的根源。

【1】王運(yùn)朋.豐田汽車維修手冊［M］.廣州:廣東科技出版社，1997.

【2】王遂雙.電子控制系統(tǒng)的原理與檢修［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1995.

【3】李俊松，宋仲康.汽車車速傳感器測試系統(tǒng)的開發(fā)［J］.汽車電器，2002（2）:12－15.

【4】王旭東.汽車電子控制與應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.