System diagnostyki pokładowej OBD II/EOBD

Wprowadzona w USA od 1996 roku norma OBD II, która stała się od roku 2000 światowym standardem, nakłada na producentów obowiązek tworzenia pokładowych systemów diagnostycznych dla wszystkich pojazdów osobowych i dostawczych. Obowiązkową funkcją tych systemów jest pomiar i ciągłe monitorowanie podstawowych parametrów układu napędowego, w tym wszystkich parametrów emisyjnie krytycznych tzn. takich, które bezpośrednio lub pośrednio wskazują na możliwość wystąpienia zwiększonej emisji z układu wylotowego lub zasilania w paliwo. Celem stosowania OBD II jest wyeliminowanie pozapokładowych systemów pomiarowo-diagnostycznych i zastąpienie ich jednym, zunifikowanym systemem pokładowym, za pomocą którego będzie można dokonywać kontroli i diagnostyki układu napędowego, a docelowo całego pojazdu.

Zastosowanie systemu OBD II (w Europie nazywanego EOBD) w samochodzie osobowym oznacza wyposażenie pojazdu w standardowy zespół czujników, urządzeń i jednostek sterujących, które zapewniają spełnienie norm i uregulowań OBD II w zakresie zanieczyszczania środowiska. Podstawowe wymagania wobec układów OBD II to:

Podstawowe założenia systemu diagnostycznego OBD II to:

Podstawową cechą normy OBD II umożliwiającą jej powszechną akceptację i stosowanie jest niespotykany dotąd w przemyśle motoryzacyjnym poziom wymagań standaryzacyjnych. W zakresie standaryzacji norma ta niemal w całości bazuje na zaleceniach SAE (Recommended Practice). Najbardziej istotne elementy tej standaryzacji zostały zawarte w następujących sześciu publikacjach:

Jednym z podstawowych pojęć używanych w systemach diagnostyki pokładowej jest „monitor”, które oznacza procedurę diagnostyczna centralnego komputera sterującego, realizowaną środkami sprzętowymi i programowymi, w celu identyfikacji poprawności pracy danego elementu albo funkcji układu pojazdu samochodowego. Monitor powinien przechowywać także wyniki testów i podejmować decyzję o powiadomieniu o wystąpieniu uszkodzenia. Monitory diagnostyczne w systemach OBD II skupiają się na wykrywaniu uszkodzeń elementów lub podsystemów wpływających na emisję z układu wylotowego lub zasilania.

W systemie OBD II, każdy monitor obsługuje tylko jeden wpływający na emisje element lub podsystem. Stąd liczba zastosowanych w danym pojeździe monitorów zależy od typu silnika oraz od poziomu rozbudowy systemu kontroli emisji. Wyróżnia się monitory:

Operacje monitora są wykonywane przy zastosowaniu następujących testów:

Na rysunku 1 przedstawiono ogólną klasyfikację monitorów systemów diagnostyki pokładowej OBD II.

Rys. 1. Klasyfikacja monitorów diagnostycznych systemu OBD II

Układ OBD II/EOBD używa dwa typy kodów:

Zgaśnięcie kontrolki jest możliwe jedynie po usunięciu usterki. Usunięcie kodów wystąpienia usterki z pamięci komputera jest możliwe tylko za pomocą urządzenia diagnostycznego lub odłączeniu zasilania sterownika.

Norma J 2012 zakłada pięcioznakowy system kodowania:

  1. Pierwszy znak opisuje z jakimi elementami pojazdu związana jest usterka. Poszczególne litery oznaczają: P - układ napędowy, B - karoseria, C - układ jezdny, U - komunikacja sieciowa.
  2. Drugi znak związany jest z nazwą organizacji odpowiedzialnej za definicję kodu. Dla Stowarzyszenia Inżynierów Samochodowych (SAE), przeznaczono liczbę 0, natomiast dla indywidualnych producentów liczbę 1. Znak ten jest bardzo ważny, ponieważ przekazuje informację czy kod dotyczy wszystkich producentów (0) czy związany jest ze specyficzną konstrukcją pojazdu (1).
  3. Trzeci znak wskazuje podgrupę związaną z funkcjami samochodu:
  4. Kolejne znaki w kodzie oznaczają numer błędu wcześniej zdefiniowanej grupy i podgrupy elementów samochodu. Przykładowo kod P0308 oznacza: P - usterka związana z układem napędowym, 0 - błąd określony przez normę SAE, 3 - usterka związana z układem zapłonowym, 08 - brak zapłonu w cylindrze numer 8.

Norma OBD II/EOBD wprowadza 9 trybów testowania:

Własności funkcjonalne oraz elektryczne podstawowego przyrządu diagnostycznego do czytania i interpretacji informacji z pokładowych systemów diagnostycznych OBD II określają dokumenty SAE J1978 pod tytułem „OBD II Scan Tool” oraz norma ISO 15031-4. Połączenie pomiędzy urządzeniem diagnostycznym, a systemem OBD II jest realizowane przy pomocy jednego z czterech protokołów: opisanego normą SAE J1850 protokołu PWM (Pulse Width Modulation) albo VPW (Variable Pulse Width), protokołu przewidzianego normą ISO 9141-2 lub protokołu zgodnego z normą ISO/DIS 14230-4. Producenci samochodów są zobowiązani do zastosowania jednego z wyżej wymienionych interfejsów do komunikacji pomiędzy systemem OBD II i urządzeniem diagnostycznym. W samochodach wyprodukowanych przez koncern FORD zastosowano standard PWM, w autach pochodzących z General Motors protokół VPW, natomiast w Europie obowiązują standardy: ISO 9141-2 i ISO14230-4 (Keyword Protocol 2000). Opis złącza DLC jest przedstawiony w tabeli 1.

Tab. 1. Funkcje poszczególnych wyprowadzeń złącza DLC

Styk Funkcja

Styk

Funkcja

1

nie podłączony

9

nie podłączony

2

linia PWM+ lub VPW (SAE J1850)

10

linia PWM- (SAE J1850)

3

nie podłączony

11

nie podłączony

4

GND (masa akumulatora)

12

nie podłączony

5

GND (masa sygnałowa)

13

nie podłączony

6

linia CAN+ (ISO 11519)

14

linia CAN- (ISO 11519)

7

linia K (ISO 9141-2, ISO14230-4)

15

linia L (ISO 9141-2, ISO14230-4)

8

nie podłączony

16

+12V (napięcie akumulatora)
UWAGA: Kolorem szarym zaznaczono styki zdefiniowane przez normę SAE J1962, wykorzystywane do celów diagnostyki OBD II/EOBD. Pozostałe wyprowadzenia mogą być dowolnie wykorzystywane przez producentów pojazdów.

Wyjaśnienie procedury wymiany informacji pomiędzy systemem OBD II i urządzeniem czytającym wymaga znajomości podstaw szeregowej transmisji danych wprowadzanej obecnie do produkowanych pojazdów samochodowych. W klasycznych, ogólnie znanych rozwiązaniach wymiana informacji i przepływ energii pomiędzy elementami i podzespołami pojazdów nazwanymi dalej systemami E/E były realizowane równolegle i analogowo za pośrednictwem specjalizowanej dla danego typu pojazdów wiązki przewodów. Wprowadzenie elektronicznie sterowanych układów wtryskowo-zapłonowych oraz podsystemów redukcji emisji związków toksycznych radykalnie zwiększyło ilość połączeń energetyczno-informatycznych w samochodzie. Efektem tego był wzrost kosztów okablowania, trudności jego zabudowy w pojeździe oraz pogorszenie niezawodności związane z ilością połączeń w wiązkach. W tradycyjnych rozwiązaniach pokładowych systemów E/E, trudne lub wręcz niemożliwe było wykorzystanie tych samych czujników w różnych zastosowaniach kontrolno-pomiarowych (np. czujników temperatur lub prędkości obrotowej do sterowania wtryskiem i do obsługi wskaźników kierowcy), co dalej komplikowało cały system. Jedynym racjonalnym rozwiązaniem stało się więc zastąpienie analogowej wiązki szeregową transmisją cyfrową, znaną od dawna w telekomunikacji i informatyce, w której informacje pomiędzy elementami, podzespołami i systemami są wymieniane za pośrednictwem jednego wspólnego łącza elektrycznego. W wyniku wspólnych działań producentów pojazdów i instytucji normalizujących opracowano trzy standardy takiej transmisji, które mogą obsłużyć wszystkie zastosowania pojazdowe. Standardy te nazywane w literaturze komunikacją klasy A, B i C zostały schematycznie przedstawione na rys. 2.

Rys.2. Komunikacja szeregowa klasy A, B i C w pojazdach samochodowych

Każda klasa komunikacji była projektowana pod kątem spełnienia specyficznych wymagań poszczególnych podzespołów i podsystemów pojazdów i różni się od pozostałych głównie prędkością transmisji i odpornością na błędy. Podstawowe zastosowania i prędkości transmisji poszczególnych klas komunikacji przedstawiono w tabeli 2.

Wprowadzenie szeregowej transmisji danych do konstrukcji pojazdów pozwoliło w znaczny sposób zmniejszyć koszty systemu E/E oraz zmniejszyć ilość awarii spowodowanych wadliwymi połączeniami między urządzeniami. Jednakże krytycznym stał się problem niezawodności oprogramowania poszczególnych elementów systemu jak i transmisji pomiędzy nimi. W chwili obecnej najczęściej używaną i najlepiej oprogramowaną jest komunikacja klasy B, nazywana według standardów SAE magistralą J1850. Magistrala ta jest wykorzystywana do łączenia urządzeń nie wymagających pomiarów i sterowania w czasie rzeczywistym.

Tab. 2. Klasy komunikacji danych akceptowane przez SAE

 

Klasa A

Klasa B

Klasa C

Prędkość

Niska

Średnia

 

Wysoka

Czas trwania bitu

< 10 Kb/s

od 10 do 125 Kb/s

od 125 Kb/s do 1 Mb/s

Aplikacje

Urządzenia zwiększające komfort jazdy

Niekrytyczne systemy kontrolno-pomiarowe

Systemy pomiarowe krytyczne dla bezpieczeństwa jazdy

Rys. 3. Schemat kontroli pracy silnika wyposażonego w system OBD II/EOBD

Na rysunku 3 przedstawiono schemat kontroli pojazdu z systemem OBD II/EOBD. Warto zwrócić uwagę na centralną pozycję Modułu Kontroli Silnika, który zbiera dane od wszystkich czujników systemu, steruje pracą silnika, informuje o uszkodzeniach zapalając kontrolki oraz zapewnia możliwość odczytu stanu pojazdu przez złącze diagnostyczne. Jak pokazano to na rysunku 3, samochody spełniające normę OBD II powinny być wyposażone w:

Kryteria określające próg wystąpienia błędu każdego z elementów zostały ustawione na takim poziomie, że przekroczenie go o 50% od poziomu dopuszczalnego dla danego typu pojazdu jest rejestrowane w postaci kodu błędu. Najważniejszym elementem systemu jest możliwość wykrycia usterki, np. zmniejszenia skuteczności konwersji składników toksycznych spalin przez reaktor katalityczny, w początkowej fazie jej wystąpienia, gdy straty dla środowiska są jeszcze stosunkowo niewielkie.

OBD II umożliwia wykrycie usterek będących głównymi czynnikami zwiększonej emisji spalin, takich jak:

na podstawie http://www.obdii.pl/diagnost/index.htm