現代汽車車載診斷系統OBD的研究

現代汽車車載診斷系統OBD的研究

　隨著全球汽車保有量的逐年增加和人類環保意識的增強，汽車排放物的污染也越來越受世人的關注，世界各國制定的排放法規也越來越嚴格。由于環保機構要求用更精確的方法探測造成排放上升的發動機性能問題，OBD（On-Board Diagnostic：車載診斷）系統應運而生。最新推出的第二代車載診斷系統是監測汽車排放的有效手段之一。第二代車載診斷系統最重要的一點就是該系統的設計是為了探測汽車尾氣排放物HC、CO、NOx和燃油蒸發污染值是否超過排放限值。OBD系統不會代替定期的排放測試，但是會起隨車排放監測器的作用。作為歐盟汽車排放法規的響應者，中國在不久的將來必定實施EOBD（European On-Board Diagnostic：歐洲車載診斷系統）。

　　1 OBD系統概述

　　1.1 OBD系統的發展歷程

　　OBD系統經歷了OBDⅠ（第一代車載診斷系統）和OBDⅡ（第二代車載診斷系統）、EOBD 2個階段。OBDⅠ最早在1991年由美國加州規定使用，功能相對簡單，主要是診斷與排放有關的零部件的完全失效。OBDⅠ沒有統一的標準，OBD連接器插口、故障代碼、通訊協議等形式內容大都不同，給電控汽車的故障診斷和維修帶來了諸多不便。第二階段OBDⅡ、EOBD系統則非常復雜。OBDⅡ、 EOBD除了對排放有關的部件完全失效診斷外，還要對由于部件老化、部分失效引起的排放超標進行診斷。因此，OBDⅡ、EOBD系統才是真正意義上的實現對在用車整個使用壽命范圍內的排放控制。OBDⅡ、EOBD使用統一的標準，只要用一臺儀器即可對各種車輛進行診斷檢測，這給全球汽車維修檢測提供了極大的方便。

　　因為美國和歐洲采用了兩種不同的排放法規體系，所以第二代車載診斷系統有OBDⅡ、EOBD兩種形式。美國實施OBDⅡ，而采用歐洲排放法規的國家則實施EOBD系統。從根源上來說，美國的OBDⅡ系統實施得更早，標準更嚴格。美國環保局規定1996年以后生產的轎車和輕型卡車（載重在6.5t以下）的電控系統都要求配置OBDⅡ系統，并在2000年1月1日開始所有汽車制造商生產的轎車及輕型卡車都必須配置 OBDⅡ系統。加拿大于1998年開始實施OBDⅡ系統。歐洲則從2000年開始逐步實施EOBD系統，2001年歐洲所有新生產的轎車（載重2.5t以下）僅限于汽油發動機配置EOBD系統，而對于柴油發動機轎車要求到2004年必須強制配置EOBD系統。在我國目前己經頒布的排放法規中歐Ⅱ標準里尚無 OBD的有關規定，但隨著歐Ⅲ標準的實施，EOBD的使用必將提上日程。

　　1.2 OBD系統的組成

　　OBD系統非常復雜。美國加州空氣資源委員會（California Air Resources Board: CARB）的OBDⅡ系統規定包括70多頁的詳細法規和幾百頁的詳細SAE及ISO標準。OBD系統在功能上由軟件和硬件共同實現。OBD的軟件?ü收險鋃峽刂撇唄源?牒捅甓ǎ?敕⒍??刂撇糠忠黃鴯鉤燒?齜⒍??刂葡低車娜砑??Ｔ諞桓齙湫偷姆⒍??刂葡低橙砑???，OBD部分的代碼占整個軟件內容的一半，有超過150個可能的故障代碼。典型的EOBD軟件包括6萬行代碼和1.5萬個標定。OBD的硬件主要由各傳感器、ECU（Electronic Control Unit:電子控制單元）、OBD連接器插口、故障顯示燈、執行器及線路等與發動機廢氣控制相關的子系統組成。

　　1.3 OBD系統的工作原理

　　汽車在正常運行時，汽車的電子控制系統輸入和輸出的信號（電壓或電流）會在一定的范圍內有一定規律地變化；當電子控制系統電路的信號出現異常且超出了正常的變化范圍，并且這一異?，F象在一定時間（3個連續行程）內不會消失，ECU則判斷為這一部分出現故障，故障顯示燈點亮，同時監測器把這一故障以代碼的形式存入內部RAM（Random Access Memory: 隨機存儲器），被存儲的故障代碼在檢修時可以通過故障顯示燈或OBDⅡ掃描儀來讀取。如果故障不再存在，監控器在連續3次未接收到相關信號后，將指令故障顯示燈熄滅。故障顯示燈熄滅后，發動機暖機循環約40次，則故障代碼會自動從存儲器中被清除掉。

　　1.4 OBD系統的主要特點

　　OBDⅡ與OBDⅠ相比較，最大的改進之處在于OBDⅡ具有統一的標準，這給電控汽車的故障診斷和檢測維修提供了諸多方便。1988年，SAE（美國工程師學會）創建了第一個故障診斷連接器插口和一套故障代碼作為標準推廣，美國環保局采用了SAE大多數標準并作為推薦世界范圍統一使用的標準。所有OBDII或EOBD裝備的汽車都必須包括以下標準化的硬件和軟件：標準化的數據診斷接口（SAE-J1962），標準化的解碼器（SAE-J1978），標準化的電子通訊協議（kW2000，CAN，CLASSII，ISO9141等），標準化的診斷故障碼（DTC，SAE-J2012），標準化的維修服務情報（SAE-J2000）。

2 OBD系統的檢測對象

　　OBDⅡ要求檢測任何一個與排放有關的部件或系統。重點檢測燃油和空氣測定系統故障、點火系統故障或發動機間歇熄火故障、廢氣控制輔助裝置故障。

　　3 OBD系統的局限性

　?。?） OBD系統不能測量車輛的排放物CO、NOx和HC等，只是起隨車排放監測器的作用。因此，如果需要準確分析車輛尾氣排污狀況，尚需要其他的監測手段或配備其他尾氣分析儀。

　?。?） OBD系統的可靠性受車輛運行環境的影響，在一定的工作場合，如惡劣的運行狀況和異常的工作環境中，OBD系統有可能出錯，此時一般要暫停OBD系統的工作。而且錯誤的故障指示會降低用戶對OBD系統的可信度，以至于部分用戶在OBD發出故障警告后對此不予理會，使OBD應有的功能無法實現。

　?。?） OBD系統不能指示如何對車輛進行維修，它只能對車輛進行實時監測，把檢測到的故障以代碼的形式存入存儲器，以點亮故障燈的方式通知駕駛員發生故障的部位或表明存在著被確診的故障，提醒駕駛員對車輛進行維修。

　?。?） OBD系統不能診斷出汽車電控系統內的所有故障，它僅能監測出汽車電控系統中70%～80%的故障。僅依靠故障顯示燈的方式還不能有效地判斷汽車系統的惡化狀況。

　?。?） OBD系統對軟件帶來了巨大的挑戰。OBD軟件大約是整個電控汽車軟件的一半。其中任何一個軟件錯誤都能導致錯誤的故障指示或違規。在軟件精度上，即使99.9% 的精度依然會造成很多系統問題。

　　另外，還有許多關于OBD系統軟件及檢測的困難，例如太敏感、太不敏感和檢測不準確等等。

　　4結束語

　　OBD是一個非常復雜的自診斷系統，用于檢測影響汽車排放的零部件和系統的故障。實施OBD系統的目的就是確定是否由于零部件或子系統的故障導致排放超過最高值。目前，國產汽車排放控制系統基本是直接采用國外成熟產品，國內對OBD領域的研究尚處于起步階段。由于車用排放法規日趨嚴格，OBD將會被提到一個非常重要的地位。隨著我國排放法規的不斷提升，我國政府必將制定嚴格的OBD法規，控制在用車的排放水平。盡管OBD系統還存在某些方面的局限性，但它才是目前真正意義上對在用車整個使用壽命范圍內的排放控制。隨著我國歐Ⅲ排放法規的實施，OBD已成為汽車行業的熱門話題。

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