Współczesne samochody w znacznym stopniu są sterowane przy pomocy układów cyfrowych. Nawet pozornie proste funkcje, jak otwarcie szyby, ustawienie lusterka albo wysokości fotela kierowcy, w rzeczywistości polegają na przesyłaniu złożonych cyfrowych sygnałów pomiędzy kontrolerami kilku urządzeń. Transmisja danych cyfrowych jest podstawowym sposobem komunikowania się podzespołów niezbędnych z punktu widzenia działania pojazdu, utrzymania komfortu jazdy i bezpieczeństwa.

Diagnozowanie uszkodzeń od dawna nie może ograniczyć się do sprawdzenia ciągłości obwodu. Ważne są takie parametry, jak: impedancja, tłumienność, obecność (lub nie) zakłóceń itp. Większa złożoność pojazdu i wykorzystanie urządzeń cyfrowych wymuszają dostosowanie narzędzi i metod diagnostyki do nowych realiów. Z punktu widzenia właścicieli warsztatów i mechaników oznacza to konieczność zakupu nowych przyrządów pomiarowych, oprogramowania, szkolenie pracowników itp. W zamian mogą liczyć na wzrost przychodów po rozszerzeniu oferty o nowe usługi.

Podstawowy zestaw przyrządów umożliwiających badanie urządzeń i systemów cyfrowych obejmuje: multimetry i rejestratory danych, oscyloskopy, analizatory stanów logicznych i generatory sygnału. Przydatne są także emulatory podzespołów potrafiące wytwarzać sygnał o zadanych parametrach. Zgromadzenie przyzwoitego zestawu może oznaczać koszt porównywalny z urządzeniem kolejnego tradycyjnego stanowiska warsztatowego albo go przekraczać, dlatego decyzje o wyborze poszczególnych urządzeń trzeba podejmować świadomie, porównując jak najwięcej dostępnych opcji. Nie zawsze najniższa cena oznacza najkorzystniejszy i najbardziej opłacalny zakup.

W praktyce decyzja o rozpoczęciu serwisowania elektroniki oznacza zatrudnienie co najmniej jednego specjalisty i zaplanowanie ścieżek kariery dla kilku kolejnych nowych albo zamierzających zmienić specjalizację mechaników. Jeśli ma to przynieść sukces finansowy, pracownicy ci muszą mieć dostęp do narzędzi, wiedzy oraz czas na naukę i podnoszenie kwalifikacji, gdyż w tej dziedzinie technologia rozwija się nieustannie.

Oscyloskopy

Oscyloskopy od lat są obecne w warsztatach samochodowych i są najbardziej uniwersalnymi przyrządami pomiarowymi w elektronice. Możliwość oglądania zmian napięcia i natężenia prądu w funkcji czasu stwarza unikalną możliwość diagnozowania zarówno prostych, jak i bardzo skomplikowanych układów. Oprócz tego, że można obejrzeć kształt sygnału, można wykonać wiele pomiarów: amplitudy, częstotliwości, przesunięcia fazowego. Przy pomocy oscyloskopu można poszukiwać zakłóceń o charakterze impulsowym, szumu, oceniać wpływ poszczególnych modułów na kształt i amplitudę sygnału i identyfikować w ten sposób miejsca tłumiące sygnał.

Na przestrzeni dziesięcioleci oscyloskopy przeszły długą drogę rozwoju i dzisiaj większość z nich to urządzenia cyfrowe, przetwarzające badany przebieg na strumień danych, a następnie wyświetlające go na ekranie albo przekazujące do zewnętrznych analizatorów. Niektóre modele są raczej interfejsami podłączanymi do laptopów niż samodzielnymi urządzeniami.

Tradycyjny podział wyróżnia oscyloskopy analogowe, cyfrowe oraz oscyloskopy sygnałów mieszanych. Te ostatnie są najbardziej uniwersalne. Podstawowe parametry to częstotliwość podstawy czasu, która określa maksymalną częstotliwość sygnału badanego oscyloskopem, a także liczba kanałów, czyli sond, które można jednocześnie podłączyć do oscyloskopu. Ważna jest także częstotliwość próbkowania, rozdzielczość oraz głębokość pamięci, w której przechowywany jest obraz przebiegu. Najczęściej spotykane częstotliwości podstawy czasu to: 50 MHz, 100 MHz, 250 MHz, 350 MHz, 500 MHz i 1 GHz lub więcej. Podstawowe oscyloskopy dysponują jednym albo dwoma kanałami pomiarowymi; wyższe modele pozwalają na jednoczesne oglądanie czterech lub większej liczby przebiegów.

Z praktycznego punktu widzenia ważna jest także konstrukcja mechaniczna oscyloskopu. W warsztacie lepiej sprawdzą się urządzenia przenośne, o zwartej konstrukcji, odporne na pracę w zmiennych temperaturach. Do napraw w warunkach laboratoryjnych, po wyjęciu podzespołu z pojazdu, wygodniejsze mogą być oscyloskopy laboratoryjne o większych możliwościach.

Analizatory stanów logicznych

Analizatory stanów logicznych różnią się od oscyloskopów przede wszystkim tym, że są zoptymalizowane do oglądania sygnałów cyfrowych. Jest to przede wszystkim przebieg prostokątny lub o zbliżonym kształcie, najczęściej o amplitudzie 5 lub 3,3 V. W odróżnieniu od oscyloskopów urządzenia te mogą rejestrować sygnał nie z kilku, lecz z kilkunastu lub kilkudziesięciu kanałów. Dzięki temu dają unikalną możliwość jednoczesnego obserwowania transmisji danych pomiędzy podzespołami albo w różnych miejscach jednego urządzenia.

Taki pomiar ułatwia wykrywanie nie tylko uszkodzeń o charakterze elektrycznym (np. przerwane ścieżki albo przewody), ale także błędów w oprogramowaniu, uszkodzeń pamięci, wpływu wahania napięcia zasilania na stabilność pracy układu. Dodatkowym, niezmiernie cennym narzędziem – występującym jako opcja albo dodatkowe oprogramowanie współpracujące z analizatorem – są analizatory protokołów. Umożliwiają one nie tylko ocenę parametrów elektrycznych i zależności czasowych, ale także zgodność przesyłanych danych ze standardem. Równie ważny jest odczyt przesyłanych treści w różnej postaci: binarnej, heksadecymalnej lub zdekodowanej (np. tekstowej).

W ten sposób można odkryć usterki w rodzaju niezainicjalizowanych po wymianie podzespołów, błędów w konfiguracji współpracujących urządzeń, źle zaprogramowanych modułów czy też odmowy autoryzacji dostępu dla któregoś z podzespołów.

Analizatory stanów logicznych są produkowane jako osobne urządzenia w obudowach przypominających oscyloskopy (niektóre oscyloskopy mogą pracować w trybie analizatora stanów logicznych). Mogą mieć też postać niewielkich urządzeń pozbawionych wyświetlacza i przełączników, współpracujących z programem uruchamianym na laptopie. Oba rozwiązania mają wady i zalety. Tańszą opcją wydają się analizatory w postaci modułów podłączanych do komputera.

Oprogramowanie

Produkcja urządzeń pomiarowych rządzi się swoimi prawami. Kupując narzędzia mechaniczne, z reguły doskonale wiemy, za co płacimy i jakie są ograniczenia konkretnego modelu. Jeśli wybieramy np. klucz dynamometryczny, zakres ustawianego momentu jest znany w chwili zakupu.

Z oscyloskopami, analizatorami stanów logicznych i podobnymi urządzeniami jest nieco inaczej. Wiele modeli różni się znacznie ceną i możliwościami pomiarowymi (różnice cen przekraczają niekiedy kilka tysięcy euro), mimo że urządzenia są fizycznie identyczne. Różnica tkwi w oprogramowaniu, plikach konfiguracyjnych, czasami także w ustawieniu zworek albo przełączników zamontowanych na płytkach drukowanych wewnątrz urządzenia. Czasami aktywacja bardziej zaawansowanych (zwiększających cenę) opcji wymaga odesłania urządzenia do serwisu producenta, ale w wielu przypadkach wystarczy wpisanie kupionego online kodu aktywacyjnego.

Warto o tym wiedzieć, kupując sprzęt używany. Po pierwsze dlatego, że faktyczne możliwości pomiarowe mogą się różnić od deklarowanych w karcie katalogowej (poprzedni właściciel mógł kupić tańszy model, a następnie dopłacić i podnieść wersję licencji). Po drugie, możliwości niektórych urządzeń można rozszerzyć we własnym zakresie albo korzystając z usług niezależnych serwisów.

Oprócz oprogramowania osadzonego w przyrządach pomiarowych dostępne są pakiety diagnostyczne pochodzące od różnych dostawców, ułatwiające gromadzenie i przeglądanie dużych ilości danych na dysku komputera podłączonego do miernika. W ten sposób można starannie przeanalizować w komfortowych warunkach zapis danych z jazdy testowej diagnozowanym samochodem, nawet jeśli trwała ona kilka godzin.

Końcówki pomiarowe

Pomiary elektryczne i elektroniczne mogą stać się koszmarem, jeśli nie zadbamy o pozornie prozaiczny element wyposażenia: dobrej jakości sondy i przewody pomiarowe. Niezawodne i wygodne połączenie przyrządu pomiarowego z badanym układem ma zasadnicze znaczenie. Jeśli o to nie zadbamy, zostaniemy zmuszeni do manipulowania końcówkami pomiarowymi w niewygodnej pozycji, w pobliżu elementów, które mogą zostać zniszczone, jeśli zewrzemy je z masą albo przewodem zasilającym.

Każda przerwa w pomiarze spowodowana oderwaniem końcówki sondy od punktu pomiarowego zmniejsza prawdopodobieństwo dostrzeżenia krótkotrwałych zakłóceń będących potencjalnym źródłem problemu. Każdy pomiar rezystancji „z ręki” jest obarczony ryzykiem błędu spowodowanego rezystancją połączenia przewodu pomiarowego z badanym obwodem.

Dobre przewody pomiarowe to takie, które są hermetyczne, zapewniają dobrą izolację od czynników zewnętrznych, są ekranowane i zaopatrzone w dobrej jakości wtyczki pasujące do gniazd w naszych przyrządach pomiarowych. Końcówki sond powinny być odsłonięte (wystawać poza izolację) tylko w takim stopniu, który umożliwi dotknięcie punktu pomiarowego. Kable nie mogą być połamane – najlepszym sposobem przechowywania jest wieszanie ich luźno (niesplątanych) na stojakach.

Do łączenia sond pomiarowych z badanym obwodem wygodnie jest używać końcówek wyposażonych w precyzyjne chwytaki. Dzięki temu po podłączeniu sondy mamy gwarancję dobrego kontaktu i wolne ręce, którymi możemy obsługiwać przyrząd pomiarowy. Dużym ułatwieniem są różnego rodzaju pomoce, np. typowe wtyczki spotykane w pojazdach, zakończone przewodami pomiarowymi, przedłużacze przewodów sygnałowych z wyprowadzonymi punktami pomiarowymi itp. Każda złotówka wydana na osprzęt pomiarowy zwróci się, ponieważ skróci czas poświęcony na poszukiwanie usterek.

Skąd brać przyrządy pomiarowe?

Dobrej klasy oscyloskopy, analizatory logiczne czy mierniki to urządzenia drogie. Ceny modeli ze średniej półki, posiadających dokładność i funkcje wystarczające do pomiarów technicznych, kosztują od kilku do kilkudziesięciu tysięcy złotych. Taki wydatek jest trudny do udźwignięcia dla większości warsztatów, których podstawową specjalnością nie jest naprawa elektroniki i urządzeń sterowanych mikrokontrolerami.

Poszukując tańszego sprzętu, warto zwrócić uwagę na oferty firm specjalizujących się w sprzedaży używanych urządzeń renomowanych producentów. Wielu sprzedawców ma autoryzację producentów albo przynajmniej dostęp do dokumentacji serwisowej. Skupują używane przyrządy, poddają je renowacji według wskazówek producenta, kalibrują i sprzedają, obejmując co najmniej kilkumiesięczną gwarancją.

Wiele urządzeń można znaleźć w popularnych serwisach aukcyjnych. W tym przypadku problemem może być relatywnie wysoki koszt transportu zza granicy (zwłaszcza z USA), specyficzne napięcie zasilające (110 V), brak możliwości przetestowania urządzeń i konieczność opłacenia drogiej przesyłki w razie reklamacji.

Z punktu widzenia warsztatu, który planuje serwisować elektronikę samochodową i przewiduje, że jego potrzeby będą rosły, korzystne może być nawiązanie współpracy z oficjalnym dystrybutorem. Gwarantuje to pewne źródło sprzętu wysokiej jakości, możliwość wypożyczenia wybranych urządzeń do testów czy też wymiany na wyższy model, połączonej z odkupieniem dotychczas używanego przyrządu.

Piotr Kołaczek