Pico示波器和宝马M3电控液压式变速器

汽车诊断

当我们在汽车维修行业做到一定级别时，应该学会在适当的时候说“不”，但有时候，我们还是忍不住去做一些我们感兴趣的维修工作。最近我就接收了一辆2003 宝马M3，该车有两个警告灯点亮，据车主反映，车辆无法换挡。这辆车的变速器为宝马SMG，说句实话，对于这种变速器，我只能说自己知识有限了。我之前听过一些车主为了修好爱车而花了很多钱的故事。其实，这种维修工作应该交给宝马汽车公司的经销商或者独立的专业机构来做，但是乐于攻关的性格还是驱使我投入到了该车的故障诊断和维修中。

经过全面的诊断扫描，我发现了两个显著的故障码。DEM（数字式汽车电子或者发动机管理系统）储存了如下的故障码并做了解释：“ＳＭＧ变速箱故障导致发动机故障灯点亮”。ＳＭＧ（序列式手动变速箱）系统则储存有以下的故障码：“P1717 液压泵电动机工作超时”。

宝马汽车公司的ＳＭＧ变速箱实质上是带有电子液压控制系统的手动变速箱，该系统是在宝马威廉姆斯车队一级方程式赛车的技术上发展起来的。

当我们考虑从事这种诊断维修工作是否值得时，权衡顾客和车辆本身显得非常重要。如果车主会因为昂贵而耗时的测试和维修而突然叫停，那么开始维修工作显得毫无意义。如果他们属于那种想在周末就拿到车并严格限制预算的人，那么也没必要进行维修工作。这辆车的主人将离开这里，然后在阿布扎比待上几个星期，此外他强烈要求“把车修好！”，并且不计较维修费用。虽然车主知道修好这辆车可能需要昂贵的费用，但是我们在确保零部件按需安装方面还是感到了很大的压力。

值得庆幸的是，我们所使用仪器的诊断能力已经达到了经销商的水平，而且我们拥有一个优秀的技术信息系统，如果我们检测到的故障信息是该系统已有的，那么这个系统就能减少我们很多的工作量。我们检查了控制单元软件的版本，并发现软件可以更新至新发布的版本。最近几年出现的错误诊断很大一部分是与软件更新有关，严格的参数控制也会使检测系统读到故障信息，但控制参数却可以被系统开发商改变。我们于是更新了仪器关于汽车发动机和变速器控制系统的信息。我们还进行了其他的系统测试，并更换了液压泵继电器（参考故障查找指南）。其实，我倒不觉得继电器会与液压泵的超时运转故障有关系，不过另一方面，耗费10英镑（大约16美元）更换一个直接负责起动液压泵的部件，这也没什么不合理的。

我们对这辆车做了一个星期的路试试验，期间再也没有发生故障了，于是车主的姐夫过来取走了车。离开不到十分钟，他开着车返回了我们修理厂，原来车子又发生同样的故障了。对于这种间歇性故障，哪怕是最专业的维修工也会感到不自信！我只能对这辆车进行更多的测试了。

这次我打算检查蓄压器的残余压力，这可以通过故障诊断工具的自动测试方法测量。待液压系统泄压后，我读取到了蓄压器的残余压力值。试验测量结果为32 bar，而其额定最小值为29 bar。系统油压的变化过程也是正常的，其从50 bar变化到70 bar所耗时间大约是20秒（系统油压在这两个值间循环）。

我非常幸运地得到了一辆与故障车辆完全一样的车，这样就可以从无故障车上读取一些有用的数据了。当处理复杂而不常见的故障时，这种方法显得十分有用，对于这次维修来说也同样重要。刚开始我只做了一些基本的比较，如油压的建立和衰减时间比较，这可以用秒表实现“现场比较”。由于不能从中得到任何确定性的结论，我开始寻找其他新方法。如果要在非常短的时间内观察液压泵的工作性能，那么只能依靠示波器了。在液压泵工作压力从0 bar升至80 bar的过程中，我利用示波器捕捉液压泵的电流信号，并将其与无故障车辆的电流信号进行比较。真希望能从这次测试中得到确切的诊断信息！

下图所示是液压泵的电流信号，其采样时间为20秒（屏幕时间轴），纵坐标的范围是20安培。

图1 故障车辆

图2 无故障车辆

对比两张信号图，我们可以马上发现两个显著的区别。首先，无故障车辆80 bar油压的建立时间（可以从诊断工具读出数据）大约比故障车辆所用时间快8秒。第二，故障车辆液压泵的电流信号在纵坐标方向上有点“凌乱”，无故障车辆的电流信号在纵坐标方向上的范围则比较狭窄（图2）。这些差别很有可能是故障引起的，因此我们有必要将信号放大， 以了解清楚信号的变化情况。

在我们放大信号观察之前，有点需要强调的，当我们比较两辆汽车的诊断参数时，必须保证两辆汽车每一次的测试环境都是一致的。在进行液压泵电流信号的测试前，这两辆汽车都已经停放了几个小时，因此它们的系统油压都已经衰减为零。同样重要的是，系统液压油的温度都已经稳定在环境水平，因为比较两辆有不同液压油温度的汽车的油压建立时间显得没有任何意义。此外，液压油的粘度不仅有可能影响到油泵建立油压的能力，还会影响到液压油泄露或者经过不同执行机构、阀件和电磁线圈的时间。

现在让我们进一步观察上面获得的电流信号吧，不过这次我将信号放大了512倍（水平方向）。

图3 故障车辆的放大信号

图4 无故障车辆的放大信号

在上面的两张信号图中，我将横坐标轴放大（X532）到能看到单个的电流信号，这些电流信号跟液压泵电动机换向器环的每一部分均有联系。根据故障车辆放大的电流信号图（图3），我们可以看到一个奇怪的特征在每次循环中都会出现，而且还是整个波形的一个周期。与无故障车辆的稳定信号相比（图4），我们可以看到问题所在了。

刚开始我并不清楚信号波动是液压泵电动机的问题，还是液压系统其他地方存在故障。会不会是损坏的阀座导致液压泵电动机的载荷不均匀，而使电流曲线变得不规则呢？无论如何，更换这个部件需要花费1700英镑（大约2700美元），而假设不一定是真正的故障原因。

故障车辆的波形图中有一条很重要的线索。你也许已经注意到了，那就是电流信号在换向器段阶段是平底的。这个信号特征在整个波形中不断重复出现，而且在循环电流的每一处，它的倾斜角都是一样的。这非常重要，因为它将电流信号的上升和下降与液压电动机的旋转位置联系起来了。这也说明电流信号的上升和下降是由液压电动机或者液压泵本身引起的。

在这些诊断信息的指导下，我订购了一个新的部件，将其安装到系统并开始供油，我再次捕捉液压泵电动机的电流信号，以确定故障已经排除。如你所见，变速器的电控液压系统现在和无故障车的一样了。

图5 修好的车辆

图6 修好的车辆（放大显示）

是时候做下总结了。

这辆宝马M3已经交到车主那里一段时间了，他也寄来信件表达他的感激之情。这辆车的性能与故障时相比有了很大的改善，我觉得我们所更新的软件有着一部分功劳。

汽车示波器在如今的维修工作中是必不可少的，我们这个维修案例只是其应用的一个缩影。它可以提供非常有力的诊断依据，而且可以检查维修是否正确。在本次维修中，单单是零部件就花费了1470英镑（大约2300美元）+增值税。因此靠“最好的假设”来做诊断维修工作，更换零部件的费用就显得力不从心了，而Pico示波器在这方面总能发挥了它的重要作用。如果没有示波器中提供的诊断信息，我应该不会订购这些零部件，我也不太相信经销商会深入的探究这个故障。

拥有Pico示波器仅仅四年而已，我之前也没有任何使用示波器的经验，但是拥有一部示波器的好处是非常明显的。Pico示波器能够在非常长的时间轴上采集信号，然后对信号进行巧妙的处理，以便我们查看关键的细节，这让我觉得非常了不起。如果你想接受现代维修工作的挑战并领先一步，Pico示波器是你毋庸置疑的好帮手。