陳傳燦，徐聰

(同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804)

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汽車OBD系統(tǒng)發(fā)展綜述

陳傳燦，徐聰

(同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804)

介紹了OBD系統(tǒng)的發(fā)展歷程，闡述了OBD系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)流特點(diǎn)?；谀壳暗膽?yīng)用狀況，預(yù)測(cè)OBD系統(tǒng)未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)。

OBD系統(tǒng)；數(shù)據(jù)流；發(fā)展趨勢(shì)

0　引言

環(huán)保已經(jīng)成為全國(guó)性熱門話題，汽車排放問題也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為了有效控制汽車尾氣排放污染，各國(guó)采取了相應(yīng)的措施，其中北美和歐洲地區(qū)的發(fā)達(dá)國(guó)家在早期就要求汽車加裝OBD(On-BoardDiagnostics)系統(tǒng)，現(xiàn)在仍然在不斷發(fā)展和完善該系統(tǒng)。OBD系統(tǒng)集成在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中，通過(guò)實(shí)時(shí)反映相關(guān)傳感器和執(zhí)行器的工作狀態(tài)，能夠有效地監(jiān)測(cè)在用車的排放，是當(dāng)今在用車排放管理的最有效手段之一[1]。隨著環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，OBD系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展顯得愈發(fā)重要。

1　OBD系統(tǒng)發(fā)展歷程

OBD的全稱是車載診斷系統(tǒng)，起源于19世紀(jì)80年代的美國(guó)。當(dāng)時(shí)美國(guó)加州大氣資源局為了控制汽車排放，規(guī)定1988年開始所有在加州銷售的車輛必須裝備車載診斷系統(tǒng)，這是最早的OBD系統(tǒng)，如今稱作OBD-Ⅰ系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)的OBD系統(tǒng)監(jiān)控范圍小，僅僅包括氧傳感器、排氣再循環(huán)系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊[2]。而且OBD-Ⅰ系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能也不強(qiáng)，只能檢測(cè)到與排放有關(guān)部件的連續(xù)性故障，卻無(wú)法監(jiān)測(cè)其漸進(jìn)損壞情況。同時(shí)該系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其診斷接口、故障代碼和通信協(xié)議各不相同，投入使用后效果并不好。

針對(duì)OBD-Ⅰ系統(tǒng)存在的缺陷，OBD-Ⅱ系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。1994年，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)制定了OBD-Ⅱ系統(tǒng)的一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并要求1996年后所有汽車制造商在美國(guó)銷售的汽車按照新標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)置OBD系統(tǒng)。相對(duì)于OBD-Ⅰ系統(tǒng)，OBD-Ⅱ系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)化的16針診斷座DLC(DataLinkConnector)、相同的故障代碼DTC(DiagnosticTroubleCodes)和標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議，并擴(kuò)充了系統(tǒng)的檢測(cè)項(xiàng)目，如失火檢測(cè)和催化轉(zhuǎn)化器的老化監(jiān)測(cè)等。

與此同時(shí)，歐共體也規(guī)定歐洲的汽車制造商生產(chǎn)的轎車必須配置車載診斷系統(tǒng)，即EOBD(EuropeanOn-BoardDiagnostics)。EOBD也采用統(tǒng)一的診斷座、通信協(xié)議和故障代碼等，其標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定，但是基本原理和診斷項(xiàng)目與OBD-Ⅱ類似。

OBD系統(tǒng)在我國(guó)發(fā)展相對(duì)較晚。2005年4月15日，國(guó)家環(huán)?？偩诸C布了《輕型汽車污染排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)Ⅲ、Ⅳ階段)》(GB18352.3-2005)，規(guī)定全國(guó)在2007年7月1日實(shí)施國(guó)Ⅲ排放法規(guī)，2008年7月1日開始第1類汽車需裝配OBD系統(tǒng)[3]。由于我國(guó)汽車排放法規(guī)與歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)一致，故我國(guó)汽車配置的OBD系統(tǒng)要求類似EOBD。

雖然OBD-Ⅱ系統(tǒng)對(duì)汽車排放起到了明顯的控制作用，但是為了更及時(shí)地監(jiān)測(cè)排放，OBD-Ⅲ系統(tǒng)誕生了。它的進(jìn)步之處在于增加了無(wú)線通信方式來(lái)讀取發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和ABS系統(tǒng)ECU中的數(shù)據(jù)，將車輛識(shí)別代碼(VIN)、故障碼和一些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送到交通管理部門，這樣交通管理部門可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有汽車的運(yùn)行狀態(tài)和排放，當(dāng)某輛汽車排放超出限值時(shí)，管理部門對(duì)其發(fā)出維修指令，必要時(shí)實(shí)施強(qiáng)制禁行。但是OBD-Ⅲ系統(tǒng)的應(yīng)用可能涉及侵犯用戶隱私，所以仍有待考察[4]。

2　OBD系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1工作原理

OBD系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象是傳感器、執(zhí)行器以及電子控制系統(tǒng)自身，其基本原理是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與排放相關(guān)的部件的工作信號(hào)，來(lái)判斷汽車的尾氣排放是否超標(biāo)。如果某些信號(hào)發(fā)生異常變化而出現(xiàn)排放超標(biāo)的現(xiàn)象，系統(tǒng)就會(huì)判斷與這一信號(hào)有關(guān)的部件或者電路出現(xiàn)故障，點(diǎn)亮故障指示燈(MIL)并將對(duì)應(yīng)的故障代碼存入內(nèi)部RAM，故障代碼可以通過(guò)故障指示燈或診斷儀來(lái)讀取。

OBD系統(tǒng)判斷傳感器信號(hào)為異常變化的情形主要分為兩類：

(1)單個(gè)傳感器信號(hào)電壓的數(shù)值范圍或變化頻率不符合標(biāo)準(zhǔn)。例如某一氧傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)熱車后的某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)正常輸出電壓在80～800mV之間變化，而且每10s內(nèi)變化次數(shù)要大于7次。如果檢測(cè)到其輸出電壓數(shù)值低于80mV或高于800mV，或頻率低于0.7Hz，則判斷為氧傳感器有故障。

(2)多個(gè)傳感器信號(hào)的測(cè)量值在同一工況中不匹配。例如某一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000r/min，測(cè)得其進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力為70kPa，但是測(cè)得節(jié)氣門開度為1%，這顯然不符合實(shí)際，故判斷為故障。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車載中的診斷軟件、傳感器、執(zhí)行器、診斷座以及外圍的診斷設(shè)備一起共同組成了OBD系統(tǒng)[5]。

其中OBD-Ⅱ診斷座統(tǒng)一為16針，一般安裝在方向盤下方的內(nèi)飾板中、靠近駕駛員膝蓋的位置，其分布見圖1。

各個(gè)針腳功能定義如下：

(1)數(shù)據(jù)傳輸線。2針和10針為符合SAEJ1962標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸線；7針和15針為符合ISO9141標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)線。

(2)電源線。16針為蓄電池正極，4針為車身地線，5針為信號(hào)地線。

(3)自定義線。其他針沒有明確規(guī)定，由廠家自行定義功能。

2.3數(shù)據(jù)流輸出信息

通過(guò)使用OBD適配器或?qū)Ｓ迷\斷儀，接入OBD系統(tǒng)的診斷座，可以讀取汽車電控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流。對(duì)汽車數(shù)據(jù)流進(jìn)行挖掘和分析，是OBD系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)，也是企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)研究的重要課題。

根據(jù)顯示形式的不同，數(shù)據(jù)流參數(shù)可以分為數(shù)值參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)。數(shù)值參數(shù)是有一定單位、一定變化范圍的參數(shù)，它通常反映出電控系統(tǒng)中各部件的工作電壓、溫度、時(shí)間和速度等。狀態(tài)參數(shù)只有兩種工作狀態(tài)，如開或關(guān)、閉合或斷開、高或低、是或否等，它通常表示電控裝置中的開關(guān)和電磁閥元件的工作狀態(tài)[6-7]。

這些汽車數(shù)據(jù)流參數(shù)多達(dá)數(shù)百條，按照其相關(guān)控制系統(tǒng)主要分為5類，其中基準(zhǔn)參數(shù)是在對(duì)其他系統(tǒng)進(jìn)行綜合診斷時(shí)用來(lái)作為參考基準(zhǔn)的。主要診斷項(xiàng)目見表1。

表1　OBD系統(tǒng)主要檢測(cè)參數(shù)

這些數(shù)據(jù)參數(shù)主要用于汽車的檢測(cè)與診斷，其分析方法主要有數(shù)值分析法、時(shí)間分析法、因果分析法、關(guān)聯(lián)分析法和比較分析法。

數(shù)值分析法是對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)值變化規(guī)律和數(shù)值變化范圍的分析，即數(shù)值的變化，如轉(zhuǎn)速、車速的電腦讀值和實(shí)際值的差異等[8]。

時(shí)間分析法要求不僅要考慮傳感器信號(hào)的數(shù)值，而且還要判斷其響應(yīng)的速率，以獲得最佳效果。

因果分析法是對(duì)存在關(guān)聯(lián)的傳感器信號(hào)響應(yīng)情況和響應(yīng)速度的分析。ECU根據(jù)給定的輸入必定會(huì)給出一個(gè)輸出參數(shù)，將這些輸入、輸出參數(shù)連貫起來(lái)進(jìn)行故障分析。

關(guān)聯(lián)分析法多運(yùn)用在幾個(gè)傳感器信號(hào)出現(xiàn)不合理的情形。ECU根據(jù)多個(gè)傳感器的內(nèi)在關(guān)系判斷出檢測(cè)到的參數(shù)不符合實(shí)際情形，給出一個(gè)或幾個(gè)故障代碼，此時(shí)不能輕易判斷某個(gè)傳感器有故障，需要進(jìn)一步檢驗(yàn)。

比較分析法是對(duì)相同車型及系統(tǒng)在相同條件下的相同數(shù)據(jù)組進(jìn)行的分析[9]。

通過(guò)這5種主要的數(shù)據(jù)流分析方法，對(duì)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，不僅能監(jiān)測(cè)汽車零部件的工作狀態(tài)，還能為故障診斷提供可靠依據(jù)。

3　OBD系統(tǒng)的應(yīng)用

OBD系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，主要是基于排放控制的目的。近年來(lái)，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。各個(gè)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)都在不斷地開發(fā)OBD產(chǎn)品。OBD系統(tǒng)不僅能給出故障代碼以供檢測(cè)維修，而且能記錄車輛的各種工況數(shù)據(jù)。因?yàn)槠噧x表盤上顯示的數(shù)據(jù)僅僅只是ECU里記錄的數(shù)據(jù)很小的一部分，所以一些研發(fā)機(jī)構(gòu)開發(fā)出了一些專門的ECU數(shù)據(jù)顯示產(chǎn)品，利用OBD接口來(lái)輸出油耗、空燃比和節(jié)氣門開度等數(shù)據(jù)。

這一類OBD產(chǎn)品主要有兩種：一種是專用數(shù)據(jù)線和顯示儀形式。將顯示屏固定在車上，再用專用數(shù)據(jù)線連接OBD接口和顯示儀，車主就可以選擇自己想要觀察的數(shù)據(jù)。另一種是OBD適配器和移動(dòng)端軟件形式。該產(chǎn)品體積小，可以通過(guò)藍(lán)牙或者移動(dòng)流量的無(wú)線手段將ECU數(shù)據(jù)顯示在手機(jī)屏幕上。

這些產(chǎn)品大多數(shù)已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)OBD故障檢測(cè)、行車軌跡記錄、油耗顯示、駕駛習(xí)慣分析和故障救援等功能，這極大地滿足了用戶的生活需求。

還有一類OBD產(chǎn)品，不以顯示汽車數(shù)據(jù)為主，而是與其他企業(yè)互通數(shù)據(jù)，為車主提供一些服務(wù)。國(guó)外一家生產(chǎn)OBD產(chǎn)品的Automatic公司與被谷歌收購(gòu)的智能恒溫器合作，讓使用AutomaticOBD產(chǎn)品的汽車變成一個(gè)智能家居的控制器。當(dāng)車主啟動(dòng)汽車，與OBD互聯(lián)的恒溫器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉家中的電器設(shè)備。

除了以上這些產(chǎn)品功能之外，OBD系統(tǒng)還可以為主機(jī)廠進(jìn)行ECU的更新升級(jí)提供入口。車主可以通過(guò)OBD接口來(lái)改寫ECU中的控制程序來(lái)進(jìn)行軟件升級(jí)，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。其中有些廠家開發(fā)了針對(duì)變速器的可刷寫TCU(TransmissionControlUnit)，即變速器控制單元。在發(fā)現(xiàn)DSG變速器存在問題時(shí)，大眾集團(tuán)就通過(guò)在其經(jīng)銷商店用電腦刷寫TCU的方式來(lái)改變DSG變速器的一些相應(yīng)參數(shù)來(lái)控制變速器的工作。

4　OBD系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

隨著傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)OBD系統(tǒng)的研究將會(huì)取得更大的突破。立足于OBD的發(fā)展現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)主要會(huì)有以下這些趨勢(shì)：

(1)OBD系統(tǒng)的功能將不斷完善。目前通過(guò)OBD接口進(jìn)行檢測(cè)和維修的范圍主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)，在以后將擴(kuò)大到全車范圍，同時(shí)相關(guān)的通信協(xié)議和故障代碼實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的統(tǒng)一。

(2)OBD系統(tǒng)將為用戶提供更多的數(shù)據(jù)信息，包括駕駛員個(gè)人信息及其駕駛行為習(xí)慣、車輛電子控制系統(tǒng)的工作現(xiàn)狀和問題以及潛在故障分析等，往駕駛的智能化方向發(fā)展。

(3)OBD系統(tǒng)將為交通管理部門提供管理入口。通過(guò)OBD系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程信息傳輸，為智能交通系統(tǒng)提供更加實(shí)時(shí)全面的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車、路、人協(xié)同，幫助交通管理部門更有效地管理交通，降低道路事故發(fā)生概率。

(4)隨著跨界跨企業(yè)的合作增多，OBD系統(tǒng)數(shù)據(jù)的挖掘與分析將為車主提供更多個(gè)性化的增值服務(wù)，甚至為車主實(shí)現(xiàn)全天候智能出行。

5　結(jié)束語(yǔ)

OBD系統(tǒng)目前主要用于故障檢測(cè)與診斷中，但是近年來(lái)其功能逐漸被開發(fā)，成為汽車技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，其主要價(jià)值在于它提供的數(shù)據(jù)流。通過(guò)對(duì)OBD數(shù)據(jù)流的分析，許許多多的產(chǎn)品和服務(wù)將會(huì)向著智能化的方向發(fā)展。隨著不同領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和頻繁合作，OBD系統(tǒng)將會(huì)更加復(fù)雜，功能將不斷完善，為車主、企業(yè)和政府部門提供各自所需的服務(wù)。

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ReviewofAutomotiveOBDSystemDevelopment

CHENChuancan，XUCong

(SchoolofAutomotiveStudies,TongjiUniversity,Shanghai201804,China)

Thedevelopinghistory,workingprinciple,compositionanddatastreamofOBDsystemwereintroduced.BasedonthecurrentapplicationofOBDsystem,themajordevelopmenttrendswerepredicted.

OBDsystem;Datastream;Developmenttrends

2016-04-25

陳傳燦(1960—)，男，碩士研究生導(dǎo)師，副教授，研究方向?yàn)槠嚵悴考_發(fā)及管理、汽車產(chǎn)品電商解決方案、二手車鑒定評(píng)估及商業(yè)模式、汽車后市場(chǎng)有形及無(wú)形產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)咨詢。E-mail：chenchc@163.com。

U461.91

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1674-1986(2016)07-094-03