Анатомия OBDII: История, стандарты и принципы работы системы бортовой диагностики
Данный материал представляет собой технический обзор системы бортовой диагностики второго поколения (On-Board Diagnostics II, OBDII). Понимание архитектуры OBDII является фундаментальным для правильной интерпретации таких кодов, как
p0301, и организации эффективного ремонта.
История создания OBDII
История OBDII начинается в 50-х гг. прошлого века, когда правительство США вдруг обнаружило, что поддерживаемое им автомобилестроение в конечном счете ухудшает экологию. Вначале они не знали, что с этим делать, а затем стали создавать различные комитеты для оценки ситуации, годы работы которых и многочисленные оценки привели к появлению законодательных актов. Производители, изображая, что подчиняются этим актам, на самом деле не выполняли их, пренебрегая необходимыми тестовыми процедурами и стандартами.
В начале 70-х законодатели предприняли новое наступление, и опять их усилия были проигнорированы. И только в 1977 г. ситуация начала меняться. Наступил энергетический кризис и спад производства, и это потребовало от производителей решительных действий по спасению самих себя. Департамент по контролю за воздушной средой (Air Resources Board, ARB) и Агентство по защите окружающей среды (Environment Protection Agency, EPA) пришлось воспринимать всерьез.
На этом фоне и развивалась концепция OBDII. В прошлом каждый производитель использовал собственные системы и способы контроля выбросов. Чтобы изменить такое положение, Ассоциация автомобильных инженеров (Society of Automotive Engineers, SAE) предложила несколько стандартов. Можно считать, что рождение OBD произошло в тот момент, когда ARB сделало обязательными многие стандарты SAE в Калифорнии для автомобилей начиная с 1988 г. выпуска.
Первоначально система OBD была совсем не сложной. Она относилась к датчику кислорода, системе рециркуляции выхлопного газа (EGR), системе подачи топлива и блоку управления двигателем (ECM) в той части, которая касается превышения норм для выхлопных газов. Система не требовала единообразия от производителей. Каждый из них реализовывал собственную процедуру контроля выхлопов и диагностики.
Правительство США оказалось в осаде со всех сторон, начиная с автосервисов и заканчивая защитниками чистого воздуха. Все требовали вмешательства EPA. В результате для создания широкого перечня процедур и стандартов использовались идеи ARB и стандарты SAE. К 1996 г. все производители, продающие автомобили в США, должны были выполнять эти требования. Так появилось второе поколение системы бортовой диагностики: On-Board Diagnostics II, или OBDII.
Как видим, концепция OBDII не была разработана в одночасье – она развивалась в течение многих лет. OBDII – это не система управления двигателем, а набор правил и требований, которые должен соблюдать каждый производитель для того, чтобы система управления двигателем удовлетворяла федеральным нормам по составу выхлопных газов.
Стандартизация в OBDII
Система OBDII должна включать следующие стандартизированные компоненты.
Единый диагностический разъем (DLC)
Основная функция диагностического разъема (в OBDII он называется диагностическим разъемом связи – Diagnostic Link Connector, DLC) заключается в том, чтобы обеспечить связь диагностического сканера с блоками управления, совместимыми с OBDII. Разъем DLC должен соответствовать стандартам SAE J1962.
Согласно этим стандартам, разъем DLC обязан занимать определенное центральное положение в автомобиле. Он должен находиться в пределах 16 дюймов (около 40 см) от рулевого колеса. Производитель может разместить DLC в одном из восьми мест, определенных EPA.
Каждый контакт разъема имеет свое назначение. Диагностический разъем имеет заземление и подсоединен к источнику питания (контакты 4 и 5 относятся к заземлению, а контакт 16 – к питанию). Это сделано для того, чтобы сканеру не требовался внешний источник питания. Если при подсоединении сканера питание на нем отсутствует, то необходимо в первую очередь проверить контакт 16 (питание), а также контакты 4 и 5 (заземление).
- диагностический разъем (DLC) - распиновка
- obd_DTC_codes_1.jpg (99.85 КБ) 2745 просмотров
С точки зрения дилетанта, один стандартный разъем, находящийся в определенном месте, облегчает и удешевляет работу автосервиса. Автосервису не нужно иметь 20 различных соединительных разъемов или диагностических приборов для 20 различных автомобилей. Кроме того, стандарт экономит время, поскольку специалисту не приходится искать, где же находится разъем для подключения прибора.
Стандартные протоколы связи
Система OBDII распознает несколько различных протоколов. Используются три основных протокола в автомобилях, выпускаемых в США: J1850-VPW, J1850-PWM и ISO9141.
Все блоки управления автомобиля связаны с кабелем, называемым диагностической шиной, в результате чего образуется сеть. К этой шине можно подключить диагностический сканер. Такой сканер отправляет сигналы конкретному блоку управления и получает ответные сигналы от этого блока управления.
С точки зрения дилетанта, протокол представляет собой набор правил, которые нужно выполнять для того, чтобы в сети можно было передать сообщение.
Классификация протоколов по скорости
| Класс протокола | Скорость передачи | Примеры стандартов |
|---|
| Класс A | 10 Кбайт/с | ISO9141 |
| Класс B | 100 Кбайт/с | SAE J1850 |
| Класс C | 1 Мбайт/с | CAN (Controller Area Network) |
Протокол J1850 PWM
- Существует два вида протокола J1850. Первый из них является высокоскоростным и обеспечивает производительность в 41,6 Кбайт/с. Данный протокол носит название PWM (Pulse Width Modulation – модуляция ширины импульса). Он используется в марках Ford, Jaguar и Mazda. В соответствии с протоколом PWM сигналы передаются по двум проводам, подсоединенным к контактам 2 и 10 диагностического разъема.
Протокол J1850 VPW
- Другой разновидностью протокола J1850 является VPW (Variable Pulse Width – переменная ширина импульса). Протокол VPW поддерживает передачу данных со скоростью 10,4 Кбайт/с и применяется в автомобилях марок General Motors (GM) и Chrysler. Протокол VPW предусматривает передачу данных по одному проводу, подсоединенному к контакту 2 диагностического разъема.
Протокол ISO9141
- Третий протокол – ISO9141. Он разработан ISO и применяется в большинстве европейских и азиатских автомобилей, а также в некоторых автомобилях Chrysler. Протокол ISO9141 не так сложен, как стандарты J1850. В то время как последние требуют применения специальных коммуникационных микропроцессоров, для работы ISO9141 нужны обычные последовательные коммуникационные микросхемы.
С точки зрения дилетанта, OBDII использует стандартный диагностический коммуникационный протокол, так как EPA потребовало, чтобы автосервисы получили стандартный способ, позволяющий качественно диагностировать и ремонтировать автомобили без затрат на покупку дилерского оборудования.
Лампа индикации неисправностей (MIL)
Когда система управления двигателем обнаруживает проблему с составом выхлопных газов, на приборном щитке загорается надпись Check Engine («Проверьте двигатель»). Этот индикатор называется лампочкой индикации неисправностей (Malfunction Indication Light – MIL). Индикатор обычно выдает следующие надписи: Service Engine Soon, Check Engine и Check.
Назначение индикатора состоит в информировании водителя о том, что в процессе работы системы управления двигателем возникла проблема. Если загорается индикатор, не стоит впадать в панику! Вашей жизни ничто не угрожает, и двигатель не взорвется. Паниковать надо тогда, когда загорается индикатор масла или предупреждение о перегреве двигателя. Индикатор OBDII лишь сообщает водителю о проблеме в системе управления двигателем, которая может привести к избыточному количеству вредных выбросов из выхлопной трубы.
С точки зрения дилетанта, индикатор неисправностей MIL загорается при возникновении проблемы в системе управления двигателем, например при неисправности искрового промежутка или загрязнении абсорбера.
Для того чтобы проверить функционирование индикатора OBDII MIL, следует включить зажигание (когда на приборном щитке загораются все индикаторы). При этом загорается и индикатор MIL. При запуске двигателя и отсутствии в нем неисправностей лампочка Check Engine должна погаснуть.
Лампочка Check Engine не обязательно загорается при первом появлении неисправности. Срабатывание этого индикатора зависит от того, насколько серьезна неисправность:
- Если она считается серьезной и ее устранение не терпит отлагательств, лампочка загорается немедленно. Такая неисправность относится к разряду активных (Active).
- В случае если устранение неисправности может быть отложено, индикатор не горит и неисправности присваивается сохраняемый статус (Stored). Для того чтобы такая неисправность стала активной, она должна проявиться в течение нескольких драйв-циклов.
- чекэнжин лампа
- obd_DTC_codes_2.jpg (52.63 КБ) 2745 просмотров
Обычно драйв-циклом считается процесс, при котором холодный двигатель запускается и работает до достижения нормальной рабочей температуры (при этом температура охлаждающей жидкости должна быть 122 градуса по Фаренгейту (50°C)). Как правило, если проблема возникает в течение трех драйв-циклов, лампочка Check Engine загорается. Если же три драйв-цикла не выявляют неисправности, лампочка гаснет.
Стандартный набор диагностических кодов ошибок (DTC)
В OBDII неисправность описывается с помощью диагностических кодов неисправностей (Diagnostic Trouble Code – DTC). Коды DTC в соответствии со спецификацией J2012 представляют собой комбинацию одной буквы и четырех цифр.
- DTC CODE распиновка
- obd_DTC_codes_3.jpg (24.88 КБ) 2745 просмотров
Альфа-указатель DTC (первый символ)
Первый символ указывает, в какой части автомобиля обнаружена неисправность:
- P (Powertrain) – двигатель и трансмиссия
- U (Network) – сетевые коммуникации
Типы кодов (второй символ)
- 0 (код P0) – базовый, открытый код неисправности, определенный SAE
- 1 (код P1) – код неисправности, определяемый производителем автомобиля
Большинство сканеров не могут распознавать описание или текст кодов P1.
Система, в которой обнаружена неисправность (третий символ)
Третий символ помогает быстро идентифицировать область, где возникла проблема, не зная точного описания кода ошибки:
- 1 – Топливно-воздушная система
- 2 – Топливная система (например, инжекторы)
- 4 – Вспомогательная система ограничения выбросов (EGR, AIR, каталитический конвертер, EVAP)
- 5 – Система управления скоростным режимом или холостым ходом
- 6 – Бортовая компьютерная система (PCM, CAN)
- 7 – Трансмиссия или ведущий мост
- 8 – Трансмиссия или ведущий мост
Индивидуальный код ошибки (четвертый и пятый символы)
Четвертый и пятый символы нужно рассматривать совместно. Они обычно соответствуют старым кодам ошибок OBDI.
Пример расшифровки: DTC P0301
Рассмотрим в качестве примера код
DTC P0301. Даже не глядя на текст ошибки, можно понять, в чем она состоит:
- Буква P говорит о том, что ошибка возникла в двигателе.
- Цифра 0 позволяет заключить, что это базовая ошибка (стандарт SAE).
- Цифра 3 относится к системе зажигания.
- Пара цифр 01 указывает на то, в каком цилиндре имеет место пропуск зажигания – в первом цилиндре.
Собирая все эти сведения воедино, мы можем сказать, что возникла неисправность двигателя с пропусками зажигания в первом цилиндре.
Если бы выдавался код ошибки
P0300, это означало бы, что имеются пропуски зажигания в нескольких цилиндрах и система управления не может определить, какие именно цилиндры неисправны.
Самодиагностика неисправностей, приводящих к повышенной токсичности выбросов
Программное обеспечение, управляющее процессом самодиагностики, называется по-разному. Производители Ford и GM именуют его администратором диагностики (Diagnostic Executive), а Daimler Chrysler – диспетчером задач (Task Manager). Это набор программ, совместимых с OBDII, которые выполняются в блоке управления двигателем (PCM) и наблюдают за всем, что происходит вокруг.
Это программное обеспечение:
- управляет состоянием лампочки Check Engine
- проверяет драйв-циклы, определяющие генерацию кодов ошибок
- запускает и выполняет мониторы компонентов
- определяет приоритет мониторов
- обновляет статус готовности мониторов
- выводит тестовые результаты для мониторов
- не допускает конфликтов между мониторами
Что такое монитор?
Монитор можно рассматривать как тест, выполняемый системой OBDII в блоке управления двигателем (PCM) для оценки правильности функционирования компонентов, ответственных за состав выбросов. Согласно OBDII, имеется 2 типа мониторов:
- Непрерывный монитор – работает все время, пока выполняется соответствующее условие
- Дискретный монитор – срабатывает один раз в течение поездки
Мониторы созданы для тестирования конкретных компонентов и обнаружения неисправностей в этих компонентах. Если компонент не может пройти тест, соответствующий код ошибки заносится в блок управления двигателем.
Стандартизация названий компонентов (J1930)
До появления OBDII каждый производитель придумывал свои имена компонентам автомобиля. Теперь же благодаря OBDII во всех автомобилях должны использоваться стандартные имена компонентов. Ассоциация SAE выпустила стандартизованный список терминов для компонентов автомобиля, относящихся к OBDII. Этот стандарт называется J1930.
Заключение
Сегодня по дорогам ездят миллионы автомобилей, в которых применяется система OBDII. Нравится это кому-то или нет – OBDII влияет на жизнь каждого человека, делая более чистым воздух вокруг нас. Система OBDII позволяет разрабатывать универсальные методики ремонта автомобилей и по-настоящему интересные технологии. Поэтому можно смело сказать, что OBDII – мостик в будущее автомобилестроения.
