第一章 认识汽车数据流

第一节 汽车数据流概述

一、汽车数据流的基本概念

1.什么是汽车数据流

近年来，“汽车数据流”这个名词在汽车维修行业逐渐盛行起来，但很多人对“汽车数据流”究竟表示什么还不是很清楚。如果了解“汽车数据流”的概念是从何而来的，就会对“汽车数据流”有比较清晰的认识。汽车数据流原是用来表示通过汽车故障诊断仪，从汽车ECU的诊断接口读取的数据。这些数据包括汽车电子控制器（ECU）从传感器信号及开关信号中获取的汽车工况与状态识别参数，以及ECU为实现设定的控制目标而向执行器输出的控制参数。由于数据的传输就像排队一样，一个一个通过数据线流向诊断仪，因而称其为“汽车数据流”。

由此可见，汽车数据流就是指汽车ECU用来判别被控对象工况与状态的数据，以及汽车ECU用来控制被控对象工况与状态的控制数据。汽车数据流分析则是根据所获取数据流的具体数值和形态，分析与判断汽车电子控制系统及相关系统或部件的工作状态、故障与否等信息。

如今，“汽车数据流”的概念已逐渐被更多的人所熟悉，而通过汽车数据流分析诊断故障，已经在现代汽车维修中得到了广泛的运用，并发挥着越来越重要的作用。

2.汽车数据流的表现形式

在汽车运行过程中，汽车数据流随时间和工况而变化。汽车数据流除了在进行故障检修时，由诊断接口“流向”故障诊断仪外，在汽车电子控制系统工作过程中，其传感器、控制器及执行器之间，也时刻进行着数据的交流（信号传递）。汽车数据流的交流方式如图1-1所示。

（1）汽车ECU内部的数据流

ECU内部数据流是指ECU内部微处理器与输入电路和输出电路之间的数据传递。在汽车电子控制系统的检测与故障诊断过程中，通过汽车故障诊断仪从汽车诊断接口获取的，就是ECU内部的数据。数据信息的表达形式为二进制代码。这些数据不能直接识读，需要汽车故障诊断仪内部的信号处理电路进行译码或数模转换后，以十进制数值、文字及波形等方式才能被人们识读。

（2）汽车ECU外部数据流

ECU外部数据流是指从ECU的输入端输入的信号（如传感器与开关信号、执行器的反馈信号），以及从ECU的输出端输出的控制信号（如各控制系统执行器的控制信号、指示灯/警告灯控制信号）。汽车ECU外部数据流需要通过万用表和示波器等检测工具，从传感器、控制器或执行器的连接端子才能检测到，数据表现形式也有多种。

1）连续变化的模拟信号。以与被测参量一一对应的电压参量为数据值。例如，节气门位置传感器、各种温度传感器、量板式空气流量传感器、电位计式转向盘转矩传感器等，向控制器传送的信号都是以信号电压值表示当时的节气门位置、温度、进气的流量、转向盘的转矩等参数。

2）脉冲电压的幅值。以脉冲电压的幅值反映数据值。例如，电感式转向盘转矩传感器向控制器传送的就是此类信号。

3）脉冲电压的频率。以脉冲电压的频率反映数据值。例如，发动机转速传感器、车轮转速传感器、车速传感器、卡门涡旋式空气流量传感器等，向控制器传送的脉冲信号均属此类信号。

4）脉冲电压的占空比。占空比脉冲电压是一种脉冲频率固定，以脉宽的变化来表示数据值变化的信号（图1-2）。在汽车电子控制系统中，此类数据流也较多。例如，电子控制器向怠速控制电磁阀、变速器油压调节电磁阀、变矩器锁止电磁阀等输出的控制信号均为占空比脉冲信号。

5）高低电平。以电压的高低表示数据值，在汽车电子控制系统中，此类信号也有很多。例如，节气门位置传感器中的怠速开关、自动变速器的档位开关、制动系统中的制动灯开关等，均由各自的开关向电子控制器提供开关信号，而电子控制器向继电器、指示灯、开关式电磁阀、电动机等输出的，也是开关信号。

6）故障码。汽车电子控制系统故障自诊断过程中所获得的故障码，是反映汽车电子控制系统故障的数据流。当汽车电子控制系统的部件和线路出现故障时，自诊断系统就以二进制代码的形式，在指定的RAM中储存故障信息。在故障检修时，可通过扫描仪、汽车故障诊断仪或人工的方法读取故障信息。

7）其他形式。在汽车电子控制系统中，除了上述数据表达方式外，还有其他形式的信号。例如，氧传感器以输出接近1V的信号电压表示混合气过浓，以0.2V以下的信号电压表示混合气过稀；爆燃传感器则是以特定的脉冲电压波形（非共振型）或电压峰值（共振型）来反映发动机是否发生了爆燃；曲轴位置传感器及凸轮轴位置传感器输出的脉冲信号表示的是曲轴或凸轮轴的转角数据。

二、汽车数据流在汽车电子控制系统中的作用

综上所述，汽车数据流主要有三部分：一是由传感器产生的反映汽车ECU被控对象状态的数据块；二是由传感器或电路模块产生的反映执行器状态的数据块；三是由汽车ECU产生的用于对被控对象实施控制的数据块。这一系列数值所组成数据块的具体作用体现在维持电子控制系统正常工作、显示汽车工作状态、汽车的检测与故障诊断等几个方面。

1.控制电子控制系统的工作

在汽车电子控制系统内部，数据流的作用是使电控系统保持正常工作，这是汽车数据流最根本的作用。传感器产生的反映被控对象状态的数据流传向汽车电子控制器（ECU），控制器根据传感器输入的数据流进行分析与计算，获得被控对象的物理参量及工作状态，并向执行器发出控制数据流，执行器在这些数据流的作用下工作，将被控对象控制在设定的目标参数范围之内。

2.显示汽车工作状态

显示汽车工作状态是汽车数据流的另一个重要作用。当汽车的行驶工况与状态有变化时，汽车数据流随即改变，一些汽车数据流通过汽车显示仪表显示出汽车的行驶状态，以及发动机的状况。例如车速、燃油液面、瞬时油耗、发动机转速、发动机温度等。这些数据流通过显示装置使驾驶人随时了解汽车的工作状况，及时发现异常情况。

3.检测与诊断汽车电子控制系统的故障

由于现代汽车上电子控制系统的应用涉及发动机、底盘及车身等各个部分，一些高级轿车所装备的电子控制系统的数据传输线多达数百条，各电子控制系统的工作状态即使有最轻微的变化，都会在数据流上有所反映。因此，通过诊断接口或其他检测手段获得相关的数据流（传感器的输入信号和控制器的输出信号），检修人员运用分析与比较的方法，就可以获得相关的系统工作正常与否，相关系统部件或线路是否有故障的诊断结果。

如果运用微机故障分析仪进行动态检测，就可将汽车运行中各种传感器和执行元件的输入与输出信号的瞬时数据值，直接以数据流的方式在显示屏上显示出来。这样，就可以根据汽车工作过程中控制系统各种数据的变化情况，来分析与判断电子控制系统的工作是否正常。

4.实现汽车电子控制系统故障自诊断

汽车电子控制系统设有故障自诊断功能，在电子控制器的ROM中，存储有传感器输入信号和执行器反馈信号的标准参数和故障自诊断程序。汽车电子控制系统工作时，控制器在正常控制过程的间歇，运行故障自诊断程序，将输入的信号与标准参数进行比较。如果输入信号丢失或不在正常范围之内，就诊断为提供输入信号的线路和部件有故障，并将故障信息以故障码的形式储存于RAM中。

三、汽车数据流的类型

下面以不同的方法对汽车数据流进行分类。

1.按数据所显示的方式分类

根据数据在检测仪上显示的方式不同，数据流可分为数值参数和状态参数两大类。

1）数值参数。数值参数是指有一定单位、一定变化范围的参数，它通常反映电控装置工作中各部件的工作电压、温度、压力、时间、速度等。

2）状态参数。状态参数是只有两种工作状态的参数，如开或关、是或否、闭合或断开、高或低等，它通常表示电控装置中的开关和电磁阀等元件的工作状态。

2.按数据与电子控制器的出入关系分类

根据数据流与电子控制器的输入与输出关系，汽车数据流又可分为输入参数和输出参数两大类。

1）输入参数。输入参数是指各传感器或开关信号输入给电子控制单元的各个参数。输入参数可以是数值参数，也可以是状态参数。

2）输出参数。输出参数是ECU送出给各执行器的输出指令。输出参数通常为状态参数，例如，电磁阀的开与关、警告灯的亮与灭、电动机的转与停等控制信号。当然，输出参数也有数值参数，例如，喷油器的喷油时间、点火提前角等。

3.按系统的工作状态分类

按检测数据流时汽车电子控制系统的工作状态，有静态数据流和动态数据流两大类。

1）静态数据流。汽车电子控制系统接通电源，但未进入工作状态时所检测到的数据为静态数据流。例如，接通点火开关，但不起动发动机。这时，利用故障诊断仪或其他测量仪器测得的汽车电子控制系统的数据即为静态数据流。

2）动态数据流。汽车电子控制系统处于工作状态时检测到的数据为动态数据流。例如，接通点火开关，且起动发动机，在发动机处于运转状态下，用故障诊断仪或其他测量仪器所测得的发动机电子控制系统的数据，即为动态数据流。动态数据流随着电子控制系统工作状态的变化而改变。

4.按数据所属的系统分类

如果按数据流中的参数所属的系统，则可以将数据分为电控发动机数据流、自动变速器数据流、ABS数据流等。