孫 斌 朱 光

（鄭州科技學(xué)院,機械工程系，河南鄭州450064）

20世紀(jì)六七十年代至今年，隨著世界汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車保有量激增。據(jù)公安部交管局發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，至2011年8月底，全國機動車保有量達到2.19億輛。僅次于美國的2.85億輛，位居世界第二。同時，城市中即出現(xiàn)了嚴重的機動車排放污染問題，各國不得不制定越來越嚴格的排放法規(guī)來控制尾氣排放對環(huán)境的污染。為適應(yīng)這些法規(guī)的要求，現(xiàn)代汽車大多采用ECU（Electronic Control Unit）對發(fā)動機的噴油量、點火正時等參數(shù)進行精確控制，得以使排放污染得到明顯下降。但是，在發(fā)動機的技術(shù)性能下降以后，由于受各種元件和催化劑老化等因素的影響，發(fā)動機的排放污染會大大上升。美國國家環(huán)境保護局（USEPA.U.S.Environmental Protection Agency）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，輕型汽車排出的廢氣中，有60%的HC是從20%的排放控制系統(tǒng)有故障或者性能降低的汽車中排出的［1］。但是，由于駕駛員并不會對排放污染增加過多關(guān)注，這就需要一個隨車的自動診斷系統(tǒng)，對車輛在工作時發(fā)動機各部分的工作狀況進行監(jiān)測，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題，即時告知駕駛員。為此，車載自診斷系統(tǒng)OBD（On-Board Diagnostics）技術(shù)得以在汽車上應(yīng)運而生，它是一種有效地控制汽車尾氣排放污染的即時監(jiān)測技術(shù)。它不僅能夠?qū)ξ矚馐欠癯瑯?biāo)進行監(jiān)測。而且，在車輛出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會將(check engine)警告燈點亮，同時故障信息以故障碼的形式存入儲存器，通過汽車電腦診斷儀（例如車博仕V30或遠征X431）或汽車廠家生產(chǎn)的專用測試設(shè)備可將故障碼讀出。根據(jù)故障碼的提示，能夠大大提高確定故障位置的效率，有助于排除汽車故障，將車輛保持在良好的技術(shù)性能狀態(tài)下工作。0BD系統(tǒng)的工作由軟件和硬件共同完成。硬件的部分主要由ECU、傳感器、OBD連接器插口、執(zhí)行器及線路、故障指示燈、與汽車尾氣排放控制相關(guān)的系統(tǒng)等組成。軟件主要指的是故障診斷控制策略代碼和標(biāo)定。典型的OBD系統(tǒng)有6萬行代碼和1.5萬個標(biāo)定。在發(fā)動機ECU軟件包中，OBD部分的代碼占整個軟件內(nèi)容的一半，有超過150個可能的故障代碼［3］。2005年4月國家環(huán)保總局公布了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》，即平時所說的國Ⅲ、國Ⅳ(相當(dāng)于歐Ⅲ、歐Ⅳ)排放標(biāo)準(zhǔn)。這2個標(biāo)準(zhǔn)分別于2007年7月1日和2010年7月1日開始在全國實施。它的實施要求車輛必須裝配OBD-Ⅱ系統(tǒng)。為此，介紹OBD技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展十分有意義。

1 OBD技術(shù)的歷史沿革

1.1 OBD的功能與存在問題

1979年美國通用汽車公司首先在汽車中裝配OBD系統(tǒng)。OBD系統(tǒng)的最初的功能只是在發(fā)動機工作狀態(tài)下即時的監(jiān)測與尾氣排放相關(guān)部件的工作狀態(tài)。當(dāng)汽車排放的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)的污染量超過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)即通過報警燈提示駕駛員。

其實，OBD系統(tǒng)在實際的應(yīng)用中存在明顯的問題，原因在于各個廠家的系統(tǒng)都采用獨立的自主設(shè)計，連接器插口及故障代碼和通訊協(xié)議等都不相同，導(dǎo)致不同廠家的車輛之間無法共通，甚至同一車系不同車型之間也是一樣，必須采用不同的診斷系統(tǒng)。例如福特車連接器插口有9種，1993年以后由6+1針診斷座改為17+8針診斷座；奔馳車系有圓形9針、38針連接器插口和長方形16針連接器插口；豐田車系有長方形47／23針、圓形17針和方形17針連接器插口［2］。另外一方面，OBD只是通過故障燈的方式提醒駕駛員車輛出現(xiàn)了故障，并不能說明故障產(chǎn)生的原因和故障的性質(zhì)，所以，OBD并沒有真正的自診斷功能。由于以上所述的種種原因，經(jīng)過不斷的發(fā)展和研究，隨即誕生了OBD-Ⅰ系統(tǒng)。1.2 OBD-Ⅰ

OBD-Ⅰ可稱為第一代隨車自診斷系統(tǒng)。美國加州環(huán)保局1985年立法，1988年開始實施，稱為OBD-Ⅰ。其診斷主要針對車輛的硬件失效，包括三元催化轉(zhuǎn)換器、氧傳感器、廢氣再循環(huán)閥、供油系統(tǒng)等，但OBD-Ⅰ仍然存在以下問題：

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)仍未統(tǒng)一

OBD-Ⅰ與OBD相比，各大生產(chǎn)廠家雖然均采用了標(biāo)準(zhǔn)的16針診斷連接器插口，但仍保留原有的故障碼，故解碼器仍然無法通用。例如：奧迪（Audi）和大眾(VW)即采用不同診斷系統(tǒng)，原因在于傳輸數(shù)據(jù)不是SAE或ISO標(biāo)準(zhǔn)格式。這使得在維修服務(wù)時，還必須使用昂貴的專用解碼器。

1.2.2 監(jiān)測功能薄弱

圖1 標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)診斷接口(SAE—J1962)

圖2 Ford EECⅤ的OBDII診斷座

圖3 標(biāo)準(zhǔn)化的故障碼（DTC）

盡管是電控系統(tǒng)，但仍然有些問題OBD-Ⅰ無法監(jiān)測，如三元催化轉(zhuǎn)換器完全失效或己被去除，發(fā)動機火花塞缺火等問題。更重要的是，OBD-Ⅰ只是當(dāng)部件完全失效時或故障已經(jīng)明顯時才點亮報警燈，并不能監(jiān)測與排放有關(guān)的部件的漸進損壞情況。

1.3 OBD-Ⅱ

由于OBD-Ⅰ存在以上兩大問題，導(dǎo)致使用上有很大的不方便。同時，隨著排放控制標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，加上人們對汽車排放污染的日益重視，這就要求用更好的方法探測與汽車排放相關(guān)故障。故在1989年加州空氣資源委員會（California Air Resources Board）和美國國家環(huán)境保護局（USEPA.U.S.EnvironmentalProtection Agency）先后通過法律認證，要求自1994至1996年及以后生產(chǎn)的車型必須配備下一代的OBD系統(tǒng)以及標(biāo)準(zhǔn)，美國汽車工程師協(xié)會(SAE)制定了一套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，要求各汽車制造企業(yè)按照新標(biāo)準(zhǔn)提供統(tǒng)一的診斷模式［3］，稱之為OBD-Ⅱ（第二代隨車診斷系統(tǒng)）。

2 OBD-Ⅱ的技術(shù)特點

OBD-Ⅱ不僅僅是OBD-Ⅰ系統(tǒng)的升級，重要的是新標(biāo)準(zhǔn)于1990年寫入了美國聯(lián)邦大氣清潔法，它要求加州以外49個州的車輛于1996年起一律裝備OBD-Ⅱ，并于1999年嚴格執(zhí)行［4］。由于該標(biāo)準(zhǔn)所具有的權(quán)威性和美國的經(jīng)濟地位，到目前為止，世界上各大汽車生產(chǎn)廠基本上全面采用了此標(biāo)準(zhǔn)。如果從技術(shù)角度來看，OBD-Ⅱ主要有以下三個方面的特點。

2.1 系統(tǒng)的全面標(biāo)準(zhǔn)化

OBD-Ⅱ系統(tǒng)除了提供統(tǒng)一的16針診斷連接器插口(DLC：Data Link Connector)以外，更重要的是采用了統(tǒng)一的故障碼（DTC：Diagnostic Trouble Code）與標(biāo)準(zhǔn)化的解碼器（SAE—J1978)和共通的電子通訊協(xié)議(KW2000，CAN，CLASSII，ISO9141)等。

這樣，只通過一臺診斷儀器就可以對不同廠家的車輛完成提取故障碼、顯示故障位置，對系統(tǒng)進行基本設(shè)定（例如調(diào)整發(fā)動機怠速）、清除故障碼等工作。具體的有以下三個方面［5，6］。

2.1.1 診斷連接器(DLC)

診斷連接器的16針插口見圖1所示一般安裝于駕駛室儀表板下方。診斷連接器插口的16個針腳共可分為電源、信號傳輸和生產(chǎn)廠家自定義。電源部分有2個，4號針腳與車身搭鐵，16號針腳與蓄電池正極接通；信號傳輸部分有兩組針腳，2和10號針腳是SAE—J1850所定制的數(shù)據(jù)傳輸線，7和15號針腳是ISO-9141-2所定制的數(shù)據(jù)傳輸線K線和L線；5號針腳是信號回路搭鐵；其他針腳為廠家自定義部分如圖2所示。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的故障碼含義如圖3所示

2.1.3 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的診斷通訊如圖表1所示

模式 功能 模式 功能 模式 功能 模式 功能0 回到正常模式 4 組件控制功能 8 切斷正常傳輸 12 依數(shù)值位置定義診斷1 傳輸診斷資料 5 RAM資料下載 9 連接正常傳輸 13 依記憶內(nèi)碼定義診斷2 記憶數(shù)據(jù)清除 6 RAM數(shù)據(jù)修改 10 清除故障記憶 14 清除故障記憶3 檢測RAM資料 7 數(shù)值指令顯示 11 暫停正常傳輸

表1 SAE-J2054診斷數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)(DTM：Diagnostic Test Modes)

表2 SAE定義故障范圍代碼

2.2 增強了系統(tǒng)的監(jiān)測功能

OBD-Ⅱ增加了對系統(tǒng)的監(jiān)測要求，擴展了對失火，催化器劣化，蒸發(fā)系統(tǒng)泄漏等與排放相關(guān)零部件和系統(tǒng)故障的監(jiān)測。

同時，當(dāng)車輛的HC、CO、NOx或燃油蒸發(fā)污染量超過美國聯(lián)邦試驗過程 (FTP)所規(guī)定廢氣排放值的1.5倍時，OBD-Ⅱ系統(tǒng)點亮發(fā)動機故障燈 (MIL)，提醒駕駛員排放超標(biāo)，車輛需要修理，證明系統(tǒng)在排放方面同樣有嚴格的針對性［2］。

2.3 OBD-Ⅱ的診斷功能與局限性［8］

目前汽車各大部分普遍采用電子控制技術(shù)。OBD-Ⅱ可對包括發(fā)動機、CAN數(shù)據(jù)總線、EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)、排放控制系統(tǒng)、三元催化轉(zhuǎn)化器等多個系統(tǒng)和部件進行監(jiān)測，從而進行故障診斷?；驹硎牵寒?dāng)汽車運行時，電控系統(tǒng)ECU輸入、輸出的信號電壓在一定范圍內(nèi)變化，當(dāng)某一電壓信號值超出這一范圍，并且在一定的時間內(nèi)不會消失，系統(tǒng)便判定與這一電壓信號相關(guān)的電子元件或線路出現(xiàn)故障，并以故障碼的形式存入RAM（Random Access Memory）。為提示車輛使用人員對車輛進行檢測維修，同時點亮故障指示燈。

事實上OBD-Ⅱ并不能真正代替維修人員對車輛具體的故障原因進行判定。電控系統(tǒng)各個元件工作情況的認可或否定由故障碼得出結(jié)論，在一般情況下可以判定故障發(fā)生的原因與部位。但如果完全依靠故障碼進行診斷，在很多情況下則會“失效”，在維修過程中走進誤區(qū)。

2.3.1 OBD-Ⅱ無故障碼輸出

傳感器是汽車電控系統(tǒng)的重要組成部分，車內(nèi)OBD-Ⅱ監(jiān)控的信號電壓很多由傳感器提供。但是，OBD-Ⅱ只能對信號電壓的變化范圍或者頻率進行監(jiān)測，如果傳感器出現(xiàn)工作滯后、靈敏度下降、輸出特性偏移等情況，OBD-Ⅱ并不會存儲相應(yīng)的故障碼。

排除標(biāo)準(zhǔn)：研究中未表明受試者并發(fā)癥、臨床診斷不明或未對髖臼骨缺損進行Paprosky分型；文獻中數(shù)據(jù)不足，導(dǎo)致無法提取數(shù)據(jù)；薈萃分析、系統(tǒng)分析、病例報道及動物實驗；重復(fù)試驗或不完全的研究。

另外，OBD-Ⅱ系統(tǒng)只能對ECU相關(guān)元器件進行監(jiān)測，并不能監(jiān)測機械部分，所以故障碼記錄功能對機械部分無效。

2.3.2 OBD-Ⅱ顯示錯誤故障碼

OBD-Ⅱ是對系統(tǒng)整體的工作狀態(tài)進行檢測，而不是只記錄某一個傳感器的故障。當(dāng)電控系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)故障時，常會判斷為其他部分故障。會記錄錯誤的故障碼。所以，在汽車故障診斷中，OBD-Ⅱ的應(yīng)用大大提高了故障檢測的效率，但仍具有較大的局限性，往往要利用串行動態(tài)數(shù)據(jù)流分析法進行全面的判斷。

3 OBD技術(shù)的發(fā)展趨勢

有時候，當(dāng)車輛出現(xiàn)故障時，有些駕駛員并不理會故障燈的警告，造成了故障的進一步的擴大，對此OBD-Ⅱ系統(tǒng)是無能為力的。所以，這就對OBD技術(shù)提出了更進一步要求，從而催生了OBD-Ⅲ系統(tǒng)的開發(fā)。主要有兩大特點。

3.1 OBD-Ⅲ的遠程排放監(jiān)測

3.2 OBD-Ⅲ的遠程智能診斷

OBD-Ⅲ系統(tǒng)將會實時的采集車輛的動態(tài)多元信息，并且無線通信系統(tǒng)將信息發(fā)送到車輛的維修服務(wù)數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)遠程故障診斷。這樣就可以使檢測、維護和管理合并為一體。重要的是OBD-Ⅲ會進入發(fā)動機、變速箱、ABS等系統(tǒng)的ECU對整車電控系統(tǒng)的故障碼以及相關(guān)數(shù)據(jù)全面的讀取。

OBD技術(shù)應(yīng)用至今，由于其在降低車輛的排放性上做出巨大的貢獻，故具有非常重要的地位。另一方面，在提高售后維修服務(wù)質(zhì)量方面，OBD技術(shù)的應(yīng)用也推進了車輛不解體外檢技術(shù)的發(fā)展。在不遠的將來，隨著微機和電子以及通訊技術(shù)的進一步發(fā)展，OBD技術(shù)的應(yīng)用也將進一步的全面和完善。在車輛的環(huán)保檢測和維修診斷方面發(fā)揮更大的作用。

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