某车型车速表指针抖动故障分析

2012-07-25何志军凌家勇何浩晋蕾

汽车零部件 2012年10期

何志军，凌家勇，何浩，晋蕾

（奇瑞汽车股份有限公司试验与整车技术工程院，安徽芜湖 241009）

车速表信号来源于车速里程传感器，车速里程传感器是汽车上检测车速以及里程信号的一个传感器，其基本原理是通过变速箱主动齿轮与车速里程传感器的从动齿轮啮合，使里程传感器的从动轴转动。通过霍耳元器件产生方波信号，而该方波信号的频率与里程传感器从动轴转速成正比关系。车速里程传感器信号输出是否正常，直接影响车速表指针是否正常运转。通过售后市场得到的数据可知，与车速表指针相关的故障信息，例如指针抖动、指示不准等故障现象，几乎都与车速里程传感器输出信号是否正常有关。

文中介绍的案例——车速表指针抖动故障，就属于上面描述故障现象的一种。

1 故障现象概述

某车型已行驶1 700 km，出现车速表指针抖动现象，抖动幅度比较大，除抖动现象随着发动机转速或车速增加其抖动幅度加大之外，无其他明显规律性。

为了避免测试和诊断的反复，在进入更细致的测试和诊断前，进行了以下目测检查［1］:

（1）检查车速里程传感器和组合仪表的接插件是否接触良好，是否出现腐蚀现象。

（2）检查车速里程传感器组合仪表之间的线束是否有磨损、断开、短路现象。

（3）线束间的连接器是否松动或断开。

（4）检查传感器和组合仪表是否有明显的损伤。

经过上述的目测检查，没有发现异常，需要对该故障进行进一步的测试和诊断排查。

2 车速里程传感器的工作原理

为了进一步对故障进行细致的诊断及测试排查，首先简单介绍车速里程传感器的工作原理。车速里程传感器通常安装于变速箱差速器上，用来采集汽车的里程信号，目前汽车市场上开发的电子车速里程传感器按照结构主要分成接触式（有齿轮）和非接触式（无齿轮）两种。接触式电子车速里程传感器的工作原理是通过变速箱主动齿轮（也叫里程齿轮）与里程传感器的从动齿轮啮合使里程传感器的从动轴转动，通过里程传感器里面多极磁钢的旋转产生的交替变化的磁场，里程传感器内部的霍尔元件电路通过霍尔效应产生幅值，占空比不变，只有频率发生变化的方波信号，而该方波信号的频率与里程传感器从动轴转速成正比关系。通过检测方波信号的频率便可以检测到里程传感器从动轴的转速，从而检测到变速箱差速器输出的转速，进而检测到车速的轮速。非接触式电子车速里程传感器没有从动齿轮，它与接触式里程传感器采用多级磁钢不一样，它是由一个永磁磁钢提供静态磁场，而由软磁性材料制作的齿轮（或齿环）在旋转时对静态磁场产生扰动，形成一个动态的扰动磁场。等于一个直流信号上叠加了一个交流信号。里程传感器要检测其交流信号的分量，判断出齿轮的位置。内部电路包括从外界输入的直流电压，霍尔元件，给外界输出的车速信号三个部分组成。内部电路的作用是产生准确和稳定的信号。

车速里程传感器与外部电路连接方式如图1所示:图1中的R为上拉电阻，R=10（1±10%）kΩ，功率为1/4 W。

对于里程传感器的参数计算主要是确定里程传感器输出信号的参数。目前行业内里程传感器信号已基本统一为传感器从动齿轮每转一圈产生4个脉冲信号，输出信号参数如图2所示。

3 故障范围的分析和判断

造成此故障现象的原因很多，根据其工作原理及自身所掌握的知识判断，原因主要有以下两个方面［2］:

（1）组合仪表方面:组合仪表本身是否工作正常;接收到的信号是否正常;组合仪表接地搭铁是否正常;信号传输过程中是否受到干扰，例如传输线路本身存在干扰;火花塞型号与本车型不符可能会产生较大干扰信号，发电机电力输出线和磁力反馈线也会产生较大的干扰信号。

（2）车速里程传感器方面:车速里程传感器本身输出信号是否正常;电源输入是否正常;接地搭铁是否正常。

4 故障排查过程分析

4.1 对组合仪表方面进行排查

4.1.1 检查组合仪表本身是否工作正常

组合仪表指针抖动，首先想到可能是组合仪表本身的问题，于是将组合仪表从车上拆下，将组合仪表在台架上测试，对组合仪表进行扫频测试（车速表信号来源为里程传感器输出的频率信号），组合仪表车速表指针运动平稳，没有出现跳动和卡滞现象;对组合仪表进行定频测试，组合仪表车速表指针指示准确，当输入信号发生变化时，车速表指针能够在1 s内指示到新的状态。组合仪表如图3所示。

由此可以看出，组合仪表本身功能正常，组合仪表车速表指针摆动故障与组合仪表本身没有关系。

4.1.2 检查组合仪表接收到的信号是否正常

首先，我们用示波器检测组合仪表27#引脚（此引脚为车速信号输入引脚，下同）信号，不管是发动机启动还是不启动，测出的波形都是非常杂乱，发动机启动瞬间波形如图4所示，发动机启动期间且车子处于静止状态波形如图5所示，车子行驶时波形如图6所示，从车子行驶时的波形可以看出，波形上存在大量杂波。

由此可知，组合仪表接收到的信号就不正常，并可推断可能是由于信号传输过程中受到较大干扰或信号源异常导致此故障现象。

4.1.3 排查干扰信号——线路干扰

我们将27#引脚信号线和传感器地线均加上磁环，意在借助磁环滤去杂波，但加上磁环后，波形仍然非常杂乱，故障仍没有排除。

另外，我们注意到一个现象，只要发动机启动，不管车子是处于静止状态还是处于正常行驶状态，车速表指针摆动的幅度随着发动机转速的增加而增大，且其他用电器处于不工作状态。由此推断，干扰杂波可能来自发动机。发动机产生较大干扰信号的主要有火花塞，发电机电力输出线及磁力反馈线等。

4.1.4 排查干扰信号——发电机

第一步将发电机的磁力反馈线切断，这样可以切断发电机输送到仪表的反馈信号。启动发动机，检查车速表指针，但是不管是车子处于静止还是正常行驶状态，车速表指针仍然抖动，故障仍然没有排除。

第二步将发电机的电力输出线切断。启动发动机，检查发动机指针，当车子处于静止状态时，车速表指针位于0刻度处且没有出现摆动现象，此时，示波器检测的输出信号也非常平稳，没有杂波（图7）。但是，当车子处于正常行驶状态时，车速表指针仍然抖动，故障仍没有完全排除。

4.1.5 排查干扰信号——火花塞

火花塞的型号与发动机不匹配也很有可能产生比较大的干扰信号，我们将这一款发动机型号匹配的全新的火花塞更换上（图8）。启动发动机，检查车速表指针，不管车子是处于静止状态还是正常行驶状态，车速表指针仍然摆动，故障仍没有排除。

由以上推断，干扰信号来源可以基本排除发动机的影响。来自组合仪表方面原因还有可能是组合仪表接地异常。

4.1.6 排查组合仪表接地

将组合仪表的地直接接到车身上，启动发动机，检查车速表指针，不管车子是处于静止状态还是正常行驶状态，车速表指针仍然抖动，故障没有排除;可能是由于车速表信号比较弱，使用车身地，不足以给信号提供稳定的回路，于是将组合仪表的地直接接到蓄电池负极上，但是结果与上次一样，故障仍然没有排除。

4.2 排查车速里程传感器

4.2.1 更换车速里程传感器

将经过台架检测功能正常的同型号的车速里程传感器替换原故障车上的里程传感器。更换里程传感器后，启动发动机后，检查仪表车速表指针，车速表指针依然抖动，由此可以推断故障与车速里程传感器本身没有关系。

4.2.2 检查车速里程传感器输出端信号［3］

将里程传感器本来的信号输出线切断，另外引出一根信号线，将另外引出的信号线直接接到组合仪表的27#引脚上。启动发动机，当车子处于正常行驶状态时。车速表指针依然抖动，用示波器测出的波形如图9所示，由图9可知，信号干扰主要来自方波的低电平。

由此可知，里程传感器信号输出端存在干扰信号，但是里程传感器在台架上测试，其输出波形是稳定的，所以干扰信号并不是来自信号线。那么干扰信号很可能来自电源线或是车载蓄电池。以下排查电源线和车载蓄电池对里程传感器的信号的干扰。

4.2.3 排查车速里程传感器电源线和车载蓄电池

将里程传感器实车匹配的接插件拔下，接上一个新的接插件，在这个新的接插件上引出3根线，分别是电源正、负极线和信号线。

先将电源正负极接到额外提供的蓄电池上，信号线接到组合仪表的27#引脚上，启动发动机，让车子处于正常行驶状态，发现车速表指针运动平稳，用示波器测出的方波波形也很稳定，没有任何的杂波（图10），故障得以排除;另外将电源正负极接到车载蓄电池上，故障也得以排除。

也就是说，车载蓄电池没有产生干扰信号，那么干扰信号基本就可以断定来自蓄电池到车速里程传感器的这段线束上，为明确我们的推断，用示波器直接检测里程传感器接插件的正、负极引脚，测出里程传感器的电压波形如图11所示，由图11可以看出，电压值正常为12.6 V，但连接到里程传感器上的电源线上存在大量的干扰信号。由此，可以确定干扰信号确实来自电源线，但是这个干扰信号到底是来自电源正极还是负极，需要进行进一步的排查。

4.2.4 排查电源正极还是电源负极产生的干扰信号

首先排查电源正极，将里程传感器的正极直接接到蓄电池正极上，将里程传感器的负极接到里程传感器接插件的负极上，信号线直接接到组合仪表27#引脚上，启动发动机，不管是车子静止状态还是处于正常行驶状态，车速表指针依然抖动，故障没有排除，也就是说干扰信号不是来自电源正极。

接着排查电源负极，将里程传感器的负极直接接到蓄电池负极上，将里程传感器的正极接到里程传感器接插件的正极上，信号线直接接到组合仪表27#引脚上，启动发动机，不管是车子处于静止状态还是正常行驶状态，车速表指针都没有出现抖动现象，此时用示波器测出信号波形如图12所示［4］。

由以上可以推断出，干扰信号来源于里程传感器的电源负极，即干扰信号来源于里程传感器的搭铁。

4.2.5 排查里程传感器搭铁

依照整车线束原理图，找到了搭铁点位置（如图13所示），发现里程传感器的搭铁与ECU的搭铁共用，并且两个搭铁均出现松动现象，将搭铁紧固后，启动发动机，此时不管是车子处于静止状态还是处于行驶状态，车速表的指针均没有出现异常抖动现象。即故障得以排除。