OBD系統(tǒng)的使用除影響國家法規(guī)、汽車制造、燃油供應(yīng)、車輛管理等幾方面外，也對汽車維修帶來深遠(yuǎn)的影響。了解OBD的發(fā)展過程，掌握OBD診斷機理和監(jiān)控的閾值，熟悉可提供的信息種類和信息的定義，會做OBD的測試，是每個汽車檢測技術(shù)人員專業(yè)發(fā)展的需要。

OBD的定義和作用

1、OBD的定義

OBD是英文On Board Diagnostic的縮寫，它是指用于排放控制的車載診斷系統(tǒng)，具有識別可能的故障區(qū)域的能力，用儲存在計算機存儲器內(nèi)的故障碼來顯示。

OBD是對與排放相關(guān)的功能和元器件，利用硬件和軟件進(jìn)行監(jiān)控，并以MIL燈和DTC故障碼的形式提醒駕駛員進(jìn)行相應(yīng)維修的系統(tǒng)。實際上廠家自己設(shè)計OBD的功能和監(jiān)控的內(nèi)容更加強大。這個系統(tǒng)由相應(yīng)的硬件、軟件、ECU、接口以及外部顯示設(shè)備組成。

圖１ 通過儀表板上發(fā)動機故障燈進(jìn)行顯示的MIL燈

2、OBD的作用

（1）OBD系統(tǒng)將隨時監(jiān)測零部件和系統(tǒng)的故障，保證汽車在整個使用壽命中的排放不超過OBD法規(guī)的要求；

（2）OBD系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)測排放的劣化過程，大幅減少由于故障造成的載用車超標(biāo)排放；

（3）在檢查車輛的過程中利用OBD系統(tǒng)的監(jiān)測信息，簡化車檢和維修的程序，從而減少故障發(fā)生和維修之間的間隔時間；

（4）OBD的實施可保障汽車污染控制裝置的生產(chǎn)一致性，減小零部件和系統(tǒng)的散差，提高零部件和系統(tǒng)的耐久性。

圖２ OBD的作用

3、對OBD的理解要注意幾點

（1）歐Ⅲ的實現(xiàn)，一定要有OBDⅡ加以保證。

（2）OBD是一個系統(tǒng)，它雖不能提高汽車的動力性、經(jīng)濟性和安全性，但它可以保證降低和保持汽車的排放水平，減少汽車故障率，降低汽車的維修成本。

（3）對OBD系統(tǒng)的理解一定要包括外圍的診斷設(shè)備，它們是一個整體。這與10年前的理解完全不同。因為診斷儀（SCANNER）不僅僅是一個顯示終端，它與車上的OBD模塊的命令傳遞是相互的，有些測試是在SCANNER控制下完成的。OBD也不簡單的等同于診斷儀。

（4）OBD有兩種標(biāo)準(zhǔn)：SAE的美國版的OBD、ISO歐洲版的EOBD。各個國家實行OBD的時間不一樣，美國、歐盟早一些，日本、韓國晚一些。歐盟在2000年同步實施歐Ⅲ法規(guī)和EOBD，其要求類似美國OBDⅡ，但沒有EVAP泄漏測試要求。歐Ⅳ對EOBD的要求和歐Ⅲ相同，2010年歐Ⅴ實施時的EOBD要求排放限值更嚴(yán)格，增加對三元催化器NOx轉(zhuǎn)換率劣化的診測。日本OBD（JOBD）在2000年開始實施，它類似OBD-Ⅱ和EOBD，相對簡單，2008年日本計劃實施更嚴(yán)格的JOBD法規(guī)。

OBD發(fā)展的各階段

自上個世紀(jì)90年代初，美國三大汽車公司先后在所定型的汽車增加自診斷功能起到現(xiàn)在，OBD已走過26年的歷史。它從自發(fā)的、各自為政到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化，從簡單顯示的不可讀得的燈光信號到提供完整的故障狀態(tài)信息顯示方法，從單一的電路導(dǎo)通性測試到全面的過程監(jiān)控和人機對話診斷的深度，從被動的提示性監(jiān)管方式到政府主動地、強制地命令車主維修的監(jiān)管方式，已走過四個階段。

1、1980-1988年啟蒙階段

上世紀(jì)80年代，汽車進(jìn)入了計算機控制時期，以美國三大汽車公司為代表的世界著名汽車制造商開始用軟件監(jiān)控汽車控制系統(tǒng)，當(dāng)時還主要是對發(fā)動機系統(tǒng)的故障監(jiān)控，并以人工觸發(fā)方式，以LED燈信號形式來傳遞故障信號的數(shù)字編碼，經(jīng)過技術(shù)人員查表來表達(dá)故障的描述。診斷功能限于電路的導(dǎo)通和控制模塊的輸入信號幅值的異常。老的皇冠和公爵王就是這種類型，現(xiàn)在的在用車輛已見不到這種類型。

2、1988-1996年發(fā)展階段

美國加州空氣資源部（CARB）開始介入OBD的設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)化工作，它率先以立法的形式強行要求OBD的使用。這個階段開始出現(xiàn)了：“Check”燈、外部通訊工具、故障碼和故障碼的解釋和控制數(shù)據(jù)的顯示。

監(jiān)控方法也由原來的電路輸出、輸出的短路和斷路的靜態(tài)監(jiān)控，擴展為連續(xù)監(jiān)控（也就是全過程中的監(jiān)控），同時EPA（美國國家環(huán)境保護(hù)局）在這一階段與SAE（汽車工程協(xié)會）完成了標(biāo)準(zhǔn)化。

這個階段是真正通訊的開始，車載和非車載設(shè)備要一起配合來完成測試和測試結(jié)果的傳輸、處理，國內(nèi)的大部分在用車輛使用的是這一代的技術(shù)。這個時期的診斷依據(jù)不是很嚴(yán)格，可監(jiān)測的子系統(tǒng)也很少，但讀碼和清碼是在診斷儀的命令下完成的，方便了許多。故障碼的解釋各家各不相同。故障碼對診斷的幫助僅限于給出一個方向，從數(shù)據(jù)流就可以看到控制系統(tǒng)的輸入和輸出情況，也有一定的故障診斷指導(dǎo)意義。

3、1996-2002年統(tǒng)一階段

被稱為Second OBD（或OBDⅡ）。這個階段，EPA開始要求超過排放限值的50％報警。EPA和SAE聯(lián)手頒布了一系列標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，在監(jiān)控的能力上也有很大的提高，特別是“相互監(jiān)督”的運用。這些標(biāo)準(zhǔn)主要包括：統(tǒng)一的術(shù)語和系統(tǒng)命名方法、統(tǒng)一串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議、統(tǒng)一與外部設(shè)備通信接口位置、尺寸、端子定義等通訊物理要求、統(tǒng)一診斷儀的功能、統(tǒng)一測試模式和數(shù)據(jù)流內(nèi)容、統(tǒng)一故障碼格式和編碼原則。

國內(nèi)2000年以后銷售的車輛，由于駕駛模式和燃料的原因還沒有取消OBDⅡ，但除了測試模式和監(jiān)控的對象不同外，基本上符合這一標(biāo)準(zhǔn)。這一階段診斷包含的內(nèi)容已很豐富了，概括起來有：讀取和清除故障碼、讀串行數(shù)據(jù)和特殊編組的數(shù)據(jù)流、讀軟件的版本編碼和供應(yīng)商的編碼、執(zhí)行元件的動作測試、保養(yǎng)提示、軟件的初始化和初始狀態(tài)設(shè)定、軟件版本和系統(tǒng)配置，使用環(huán)境的匹配、自學(xué)習(xí)記憶清除、特殊系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)的修改、個別車型給控制模塊重新寫程序。

4、2002年以后成熟階段

由于OBD的誤診和漏診的問題，業(yè)內(nèi)對OBD一直存在著批評的聲音，直到它的可靠性和有效性達(dá)到模擬的工況期，排放檢測的水平才被絕對的認(rèn)可，為了達(dá)到這一目標(biāo)足足花費了20年的時間。進(jìn)入2002年后，OBD可以說真的成熟起來了。

這個階段加強了對NOx排出物的監(jiān)控、對二次空氣噴射系統(tǒng)的監(jiān)控、更頻繁地監(jiān)控更多元器件、監(jiān)控可變進(jìn)氣正時、監(jiān)控可變凸輪軸正時、監(jiān)控冷啟動的過程、監(jiān)控臭氧的排量和提示更多的信息。

故障燈與故障碼

OBD II系統(tǒng)的MIL與OBD I系統(tǒng)有很多不同之處。例如1996年GMJ-、N-和H-body轎車，當(dāng)駕駛者用不正確的程序加油時，MIL燈點亮。在這些車上，OBD II系統(tǒng)應(yīng)用真空度來檢查EVAP系統(tǒng)的空氣泄漏。如果油箱蓋未蓋緊或正在加油，當(dāng)點火開關(guān)處于開或發(fā)動機怠速時，它會觸發(fā)故障碼P0440，導(dǎo)致MIL燈點亮。這樣，駕駛者會感到不方便，GM的解決方案是提供修改版的OBD II軟件，對EEPROM重新編程，使車輛在行駛時才對EVAP系統(tǒng)進(jìn)行自檢。

劣質(zhì)的汽油也會引起故障燈點亮。當(dāng)對車輛進(jìn)行診斷時，可以發(fā)現(xiàn)隨機缺火故障碼，這通常是由以下原因造成的：真空泄漏、燃油壓力低、噴油嘴臟或點火問題等。OBD II自診系統(tǒng)能跟蹤缺火直至個別缸，缺火率在2%以下為正常。但若汽油中有水或其他原因造成的汽油品質(zhì)下降，會導(dǎo)致缺火率超過限值而觸發(fā)故障碼。

為了減少MIL燈點亮的機會，OBD II系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定如下：某一類故障需要在相同的行駛工況下探測到兩次，MIL燈才能點亮；而另一類（那些能立即引起排放明顯增加的）故障，則只需探測到一次，MIL燈立即點亮。所以，在進(jìn)行故障診斷時，應(yīng)分清故障碼類型。OBD II將故障碼分為A、B、C和D四種類型。

A類故障碼是最嚴(yán)重的一類，只發(fā)生一次，就觸發(fā)MIL燈。為了診斷方便，當(dāng)A類故障碼被設(shè)置時，OBD II系統(tǒng)同時還儲存了一個歷史故障碼，失效記錄和一幀現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

B類故障碼是次嚴(yán)重的一類排放問題。在MIL燈點亮之前，這類故障應(yīng)在兩次連續(xù)的行駛過程中都至少發(fā)生一次。若在一次行駛過程中發(fā)生，而在下一次行駛過程中沒有發(fā)生，則該故障的碼還未“成熟”，MIL燈不點亮。當(dāng)MIL燈點亮的條件滿足時，所儲存的歷史故障碼、失效記錄和一幀現(xiàn)場數(shù)據(jù)與觸發(fā)A類故障碼時完全相同。

一旦A類或B類故障碼己設(shè)置，只有在通過了三次連續(xù)行駛過程的OBD II系統(tǒng)自診斷后，MIL燈才會熄滅。如果故障涉及到像P0330隨機缺火或燃油平衡問題，那么只有當(dāng)OBD II系統(tǒng)通過在與觸發(fā)故障碼時相同的工況（允許誤差：發(fā)動機轉(zhuǎn)速=375r/min，負(fù)荷=10%）下的自診后，MIL燈才會熄滅。

如果問題仍然存在，用人為的方式。如果用解碼器或給PCM斷電，清除故障碼，MIL燈還會重新點亮。若將一個傳感器有意斷開，MIL燈不一定會點亮，這取決于這個傳感器影響排放的程度（優(yōu)先級）和OBD II自診所需的行駛循環(huán)數(shù)。

C類和D類故障碼與排放問題無明顯關(guān)系。C類故障碼點亮MIL燈（或其他報警燈），但D類故障碼不點亮MIL燈。

OBD診斷主要功能

1、失火檢測

（1）概述

失火檢測是OBD II與EOBD功能需求的一部分。

失火會增加排氣中的未燃燒碳?xì)浠衔锏暮?。因此排放物增加并且會因為排氣管路中這些碳?xì)浠衔锏拇嬖?，產(chǎn)生燃燒后而損壞催化器。

失火必須連續(xù)監(jiān)測。

（2）失火檢測的歐洲法規(guī)

失火檢測應(yīng)該有效實施應(yīng)用在2000年1月以后的新車與2001年1月以前已經(jīng)被認(rèn)可的車輛上。

故障的標(biāo)準(zhǔn)：如果失火的次數(shù)超過點火次數(shù)總數(shù)的一定百分?jǐn)?shù)，故障燈將被點亮。

（3） 失火檢測的原理

失火檢測通過評估來自曲軸飛輪信號的發(fā)動機速度波動檢測失火。

失火檢測的全部功能由各種子函數(shù)組成，共同保證所有失火的完整監(jiān)測。

失火檢測通過測量失火診斷信號ER來進(jìn)行，其基礎(chǔ)是測量發(fā)動機各缸分段時間。

當(dāng)失火發(fā)生時，在分段時間曲軸轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)周期里，發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低（這時分段時間增加）。失火的檢測就是建立在對這個分段時間變化觀察的基礎(chǔ)上。

（4）引起失火的主要原因

◎ 點火故障

點火線圈相關(guān)驅(qū)動部件，火花塞老化或積碳，相關(guān)線束問題……

◎ 噴油故障

噴油嘴驅(qū)動部件故障，燃油泵故障，相關(guān)線束問題……

◎ 機械故障

進(jìn)氣管路或節(jié)氣門體故障，氣缸壓縮比不正常，進(jìn)、排氣閥故障……

（5） 失火監(jiān)控功能

2、催化器診斷

（1）催化器診斷原理

限于現(xiàn)有技術(shù)，在批量生產(chǎn)的產(chǎn)品車上測量HC轉(zhuǎn)化效率較為困難，因此采用間接的技術(shù)來進(jìn)行催化器診斷，即監(jiān)測催化器的儲氧能力。

◎ 催化器轉(zhuǎn)化效率劣化時，其儲氧能力相應(yīng)降低。

◎ 催化器的HC轉(zhuǎn)化效率與儲氧能力有較好的對應(yīng)關(guān)系（但非線性）。

◎ 催化器HC轉(zhuǎn)化效率通過計算后氧信號幅度來監(jiān)測。

系統(tǒng)根據(jù)“儲氧能力”（OSC）來判別催化器是否失效。如果下游氧傳感器電壓值與其濾波值差值經(jīng)過系列運算并在特定的診斷循環(huán)內(nèi)的平均值大于診斷閥值（此時排放HC超過或接近EOBD限值），則系統(tǒng)認(rèn)為催化器失效。

因催化器OSC與其工作溫度有關(guān)，系統(tǒng)須根據(jù)排溫模型來確定催化器內(nèi)部的溫度值，并在催化器溫度超過一定限值后才允許進(jìn)行催化器的診斷。

（2）催化器診斷功能

（3）催化器診斷功能工作典型條件

3、氧傳感器診斷

（1）氧傳感器診斷要求及標(biāo)準(zhǔn)

診斷系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)所有的氧傳感器（前氧及后氧）的故障，具體為測量氧傳感器輸出電壓、反應(yīng)速度以及其他任何會影響排放的參數(shù)。

氧傳感器反應(yīng)速度是當(dāng)氧傳感器在偏濃的排氣中調(diào)節(jié)從稀到濃的切換時間，或在偏稀的排氣中調(diào)節(jié)從濃到稀的切換時間。

當(dāng)氧傳感器輸出電壓、反應(yīng)速度或其他標(biāo)準(zhǔn)超出閥值，同時引起車輛排放超出EOBD限值，或者將導(dǎo)致相關(guān)診斷誤判（如催化器誤診斷）時，應(yīng)被認(rèn)為有故障。

（2）氧傳感器診斷條件

◎ 氧傳感器無電氣故障（OBDI故障），空燃比控制正常， 發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號正常

◎ 發(fā)動機水溫超過一定閥值

◎ 無失火故障

◎ 空燃比處于閉環(huán)控制狀態(tài)

◎ 發(fā)動機處于穩(wěn)態(tài)工況運行（即發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、節(jié)氣門開度波動在一定范圍內(nèi)）

◎ 催化器溫度超過一定閥值

◎ 車速在一定區(qū)間內(nèi)

◎ 催化器清吹功能關(guān)閉

（3）上游氧傳感器頻率診斷

上游氧傳感器Lambda濃或稀側(cè)時間相對于診斷值比值在一定的診斷循環(huán)內(nèi)的平均值大于診斷閥值（此時排放接近或超出EOBD排放限值），則認(rèn)為氧傳感器反應(yīng)頻率過慢。

4、燃油系統(tǒng)的診斷

（1）目標(biāo)

監(jiān)測燃油系統(tǒng)中任何可能引起超過EOBD排放限值的故障。

（2）測試條件

排放測試使用8萬公里老化的車輛（催化器、氧傳感器等等）。

5、OBD系統(tǒng)所監(jiān)測的其他零部件的監(jiān)測原理

（1）執(zhí)行器

碳罐控制閥。系統(tǒng)以300ms的間隔檢查故障，當(dāng)電瓶電壓滿足診斷要求，同時占空比大于8%時，系統(tǒng)通過ECU內(nèi)部PWM檢測來進(jìn)行故障檢查。

步進(jìn)電機及噴油器監(jiān)測原理與碳罐控制閥的類似。

（2）一般輸入信號傳感器

通過對測量值與診斷閥值的比較，以確定傳感器是否有電器故障，如進(jìn)氣溫度、發(fā)動機水溫?；蛘咄ㄟ^傳感器電壓值與診斷閥值比較以確定傳感器是否有電器故障，如空調(diào)熱敏電阻、節(jié)氣門位置傳感器。

（3）監(jiān)測原理

◎ 診斷電壓閥值

電壓<0.03V或電壓>4.98V

電壓<0.14V或電壓>4.86V

◎ 進(jìn)氣壓力傳感器檢測

故障代碼P0107，P0108

檢測連續(xù)

檢測順序無

◎ 進(jìn)氣壓力傳感器診斷電壓閥值

電壓<0.024V

電壓>4.985V（信號線對電瓶短路），

電壓>4.951V（接地線開路）

OBD II測試循環(huán)

當(dāng)一個排放問題“修復(fù)”之后，需要進(jìn)行OBD II測試循環(huán)。OBD II測試循環(huán)的目的是使PCM運行全部OBD II自診程序，使所有系統(tǒng)狀態(tài)復(fù)位。

先消除PCM的RAM中故障碼，再進(jìn)行OBD II測試循環(huán)。OBD II測試循環(huán)從冷起動開始，冷卻液溫度低于50℃，而且冷卻液與空氣的溫度差在6℃之內(nèi)。在冷起動之前，應(yīng)先將點火開關(guān)置于開位置，使加熱型氧傳感器達(dá)到其工作溫度。

（1）發(fā)動機起動后，在怠速狀態(tài)打開空調(diào)和后除霜器2.5min。OBD II檢查氧傳感器加熱電路、空氣泵和EVAP凈化。

（2）關(guān)閉A/C和后除霜器，加速至88km/h，節(jié)氣門保持半開。OBDII檢查點火缺火、燃油調(diào)整和炭罐凈化。

（3）保持88km/h的穩(wěn)態(tài)速度3min。OBD II檢查EGR、空氣泵、氧傳感器和炭罐凈化。

（4）減速至32km/h，不踩制動和離合器踏板。OBD II檢查EGR和凈化功能。

（5）再加速至88-96km/h，節(jié)氣門開度為3/4。OBD II再次檢查缺火、燃油調(diào)整和凈化功能。

（6）保持88-96km/h穩(wěn)態(tài)速度5mm。OBD II檢查催化轉(zhuǎn)換器效率、缺火、EGR、燃油調(diào)整、氧傳感器和凈化功能。

（7）減速（方式同d）至停車不踩制動踏板。OBD II最后檢查EGR和炭罐凈化。

裝備OBD II車輛的有效度

從系統(tǒng)效能觀點出發(fā)，使可靠性和維修性相結(jié)合，以保證系統(tǒng)的有效度是十分必要的。

有效度（A）定義如下：

A=能工作時間/（能工作時間+不能工作時間）

式中：不能工作時間──包括一切維修時間和停機時間。

修理型事后維修是定期預(yù)防維修（或定期維修）中的一種方式。若對發(fā)動機系統(tǒng)采用這種維修方式，則此可維修系統(tǒng)（S）包括發(fā)動機系統(tǒng)、事后維修及預(yù)防維修分系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動機系統(tǒng)發(fā)生故障，進(jìn)行事后維修修復(fù)后又可繼續(xù)工作。當(dāng)系統(tǒng)工作到預(yù)先規(guī)定的進(jìn)行預(yù)防維修的時間（T），也稱預(yù)防維修周期（T），就進(jìn)行預(yù)防維修。

發(fā)動機系統(tǒng)修理型事后預(yù)防維修，采用“完全修復(fù)”及“基本修復(fù)”（對事后的維修而言）。

基本修復(fù)是指產(chǎn)品剛修復(fù)后的失效率和修復(fù)前的實效率是相同的。完全修復(fù)更是指修復(fù)后的產(chǎn)品和嶄新的產(chǎn)品沒有任何區(qū)別。這兩種維修方式均不包含對發(fā)動機的原廠保養(yǎng)計劃。由于一般轎車很少采用預(yù)防維修，多是采用事后維修，這相當(dāng)于T值選取很大，OBD II苛刻的警告功能和修復(fù)后的測試循環(huán)，保證了對其進(jìn)行的維修基本上是“完全修復(fù)”。這樣即可保證較高的有效度，又延長了使用壽命。

我國目前對OBD I發(fā)動機的維修方式普遍屬于基本修復(fù)類型，有效度是較低的，同時使用壽命大大降低。

由以上分析可以看出，針對環(huán)保的OBD II技術(shù)，在客觀上還將極大地促進(jìn)維修業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，提高維修質(zhì)量。

0BD的發(fā)展趨勢

OBD II系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，對探測排放問題十分有效。但對駕駛者是否接受MIL的警告，OBD II是無能為力的。為此，比OBD II更進(jìn)一步的OBDⅢ大系統(tǒng)開發(fā)提上了議事日程。

OBD Ⅲ系統(tǒng)主要利用小型車載無線收發(fā)系統(tǒng)，通過無線蜂窩通信、衛(wèi)星通信或GPS系統(tǒng)將車輛的VIN、故障碼及所在位置等信息自動通告管理部門，管理部門根據(jù)該車輛排放問題的等級，對其發(fā)出指令，包括去何處維修的建議，解決排放問題的時限等。在法律允許的前提下，對超出時限的車輛發(fā)出禁行密碼指令。

總之，OBD Ⅲ的主要特點是社會法規(guī)的支持。在我國，結(jié)合國情也有一些可行的方案正在研究之中，如MIL的警告燈的設(shè)置時限，超限車輛將自動禁行等。此外，OBD Ⅲ系統(tǒng)不僅能對車輛排放問題向駕駛者發(fā)出警告，而且還能對不接受警告者進(jìn)行應(yīng)有的懲罰。