孫 斌 朱 光

（鄭州科技學(xué)院,機(jī)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(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到2.19億輛。僅次于美國(guó)的2.85億輛，位居世界第二。同時(shí)，城市中即出現(xiàn)了嚴(yán)重的機(jī)動(dòng)車排放污染問(wèn)題，各國(guó)不得不制定越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)來(lái)控制尾氣排放對(duì)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油量、點(diǎn)火正時(shí)等參數(shù)進(jìn)行精確控制，得以使排放污染得到明顯下降。但是，在發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的排放污染會(huì)大大上升。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)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(huì)對(duì)排放污染增加過(guò)多關(guān)注，這就需要一個(gè)隨車的自動(dòng)診斷系統(tǒng)，對(duì)車輛在工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，即時(shí)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(yùn)而生，它是一種有效地控制汽車尾氣排放污染的即時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)。它不僅能夠?qū)ξ矚馐欠癯瑯?biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而且，在車輛出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將(check engine)警告燈點(diǎn)亮，同時(shí)故障信息以故障碼的形式存入儲(chǔ)存器，通過(guò)汽車電腦診斷儀（例如車博仕V30或遠(yuǎn)征X431）或汽車廠家生產(chǎn)的專用測(cè)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(wàn)行代碼和1.5萬(wàn)個(gè)標(biāo)定。在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU軟件包中，OBD部分的代碼占整個(gè)軟件內(nèi)容的一半，有超過(guò)150個(gè)可能的故障代碼［3］。2005年4月國(guó)家環(huán)?？偩止剂恕遁p型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法》，即平時(shí)所說(shuō)的國(guó)Ⅲ、國(guó)Ⅳ(相當(dāng)于歐Ⅲ、歐Ⅳ)排放標(biāo)準(zhǔn)。這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別于2007年7月1日和2010年7月1日開(kāi)始在全國(guó)實(shí)施。它的實(shí)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(wèn)題

1979年美國(guó)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(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下即時(shí)的監(jiān)測(cè)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?xì)浠衔?HC)、氮氧化合物(NOx)的污染量超過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)即通過(guò)報(bào)警燈提示駕駛員。

其實(shí)，OBD系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用中存在明顯的問(wèn)題，原因在于各個(gè)廠家的系統(tǒng)都采用獨(dú)立的自主設(shè)計(jì)，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(wú)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(zhǎng)方形16針連接器插口；豐田車系有長(zhǎng)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(guò)故障燈的方式提醒駕駛員車輛出現(xiàn)了故障，并不能說(shuō)明故障產(chǎn)生的原因和故障的性質(zhì)，所以，OBD并沒(méi)有真正的自診斷功能。由于以上所述的種種原因，經(jīng)過(guò)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(guó)加州環(huán)保局1985年立法，1988年開(kāi)始實(shí)施，稱為OBD-Ⅰ。其診斷主要針對(duì)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(wèn)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(wú)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(shí)，還必須使用昂貴的專用解碼器。

1.2.2 監(jiān)測(cè)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(wèn)題OBD-Ⅰ無(wú)法監(jiān)測(cè)，如三元催化轉(zhuǎn)換器完全失效或己被去除，發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞缺火等問(wèn)題。更重要的是，OBD-Ⅰ只是當(dāng)部件完全失效時(shí)或故障已經(jīng)明顯時(shí)才點(diǎn)亮報(bào)警燈，并不能監(jiān)測(cè)與排放有關(guān)的部件的漸進(jìn)損壞情況。

1.3 OBD-Ⅱ

由于OBD-Ⅰ存在以上兩大問(wèn)題，導(dǎo)致使用上有很大的不方便。同時(shí)，隨著排放控制標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，加上人們對(duì)汽車排放污染的日益重視，這就要求用更好的方法探測(cè)與汽車排放相關(guān)故障。故在1989年加州空氣資源委員會(huì)（California Air Resources Board）和美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（USEPA.U.S.EnvironmentalProtection Agency）先后通過(guò)法律認(rèn)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(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)(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(diǎn)

OBD-Ⅱ不僅僅是OBD-Ⅰ系統(tǒng)的升級(jí)，重要的是新標(biāo)準(zhǔn)于1990年寫入了美國(guó)聯(lián)邦大氣清潔法，它要求加州以外49個(gè)州的車輛于1996年起一律裝備OBD-Ⅱ，并于1999年嚴(yán)格執(zhí)行［4］。由于該標(biāo)準(zhǔn)所具有的權(quán)威性和美國(guó)的經(jīng)濟(jì)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(lái)看，OBD-Ⅱ主要有以下三個(gè)方面的特點(diǎn)。

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(guò)一臺(tái)診斷儀器就可以對(duì)不同廠家的車輛完成提取故障碼、顯示故障位置，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行基本設(shè)定（例如調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)怠速）、清除故障碼等工作。具體的有以下三個(gè)方面［5，6］。

2.1.1 診斷連接器(DLC)

診斷連接器的16針插口見(jiàn)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(gè)針腳共可分為電源、信號(hào)傳輸和生產(chǎn)廠家自定義。電源部分有2個(gè)，4號(hào)針腳與車身搭鐵，16號(hào)針腳與蓄電池正極接通；信號(hào)傳輸部分有兩組針腳，2和10號(hào)針腳是SAE—J1850所定制的數(shù)據(jù)傳輸線，7和15號(hào)針腳是ISO-9141-2所定制的數(shù)據(jù)傳輸線K線和L線；5號(hào)針腳是信號(hào)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(cè)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(qiáng)了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能

OBD-Ⅱ增加了對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)要求，擴(kuò)展了對(duì)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(cè)。

同時(shí)，當(dāng)車輛的HC、CO、NOx或燃油蒸發(fā)污染量超過(guò)美國(guó)聯(lián)邦試驗(yàn)過(guò)程 (FTP)所規(guī)定廢氣排放值的1.5倍時(shí)，OBD-Ⅱ系統(tǒng)點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)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(yán)格的針對(duì)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(duì)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、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(gè)系統(tǒng)和部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而進(jìn)行故障診斷。基本原理是：當(dāng)汽車運(yùn)行時(shí)，電控系統(tǒng)ECU輸入、輸出的信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化，當(dāng)某一電壓信號(hào)值超出這一范圍，并且在一定的時(shí)間內(nèi)不會(huì)消失，系統(tǒng)便判定與這一電壓信號(hào)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(duì)車輛進(jìn)行檢測(cè)維修，同時(shí)點(diǎn)亮故障指示燈。

事實(shí)上OBD-Ⅱ并不能真正代替維修人員對(duì)車輛具體的故障原因進(jìn)行判定。電控系統(tǒng)各個(gè)元件工作情況的認(rèn)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(jìn)行診斷，在很多情況下則會(huì)“失效”，在維修過(guò)程中走進(jìn)誤區(qū)。

2.3.1 OBD-Ⅱ無(wú)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(hào)電壓很多由傳感器提供。但是，OBD-Ⅱ只能對(duì)信號(hào)電壓的變化范圍或者頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(huì)存儲(chǔ)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(duì)髖臼骨缺損進(jìn)行Paprosky分型；文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)不足，導(dǎo)致無(wú)法提取數(shù)據(jù)；薈萃分析、系統(tǒng)分析、病例報(bào)道及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)；重復(fù)試驗(yàn)或不完全的研究。

另外，OBD-Ⅱ系統(tǒng)只能對(duì)ECU相關(guān)元器件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并不能監(jiān)測(cè)機(jī)械部分，所以故障碼記錄功能對(duì)機(jī)械部分無(wú)效。

2.3.2 OBD-Ⅱ顯示錯(cuò)誤故障碼

OBD-Ⅱ是對(duì)系統(tǒng)整體的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，而不是只記錄某一個(gè)傳感器的故障。當(dāng)電控系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)故障時(shí)，常會(huì)判斷為其他部分故障。會(huì)記錄錯(cuò)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(cè)的效率，但仍具有較大的局限性，往往要利用串行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流分析法進(jìn)行全面的判斷。

3 OBD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

有時(shí)候，當(dāng)車輛出現(xiàn)故障時(shí)，有些駕駛員并不理會(huì)故障燈的警告，造成了故障的進(jìn)一步的擴(kuò)大，對(duì)此OBD-Ⅱ系統(tǒng)是無(wú)能為力的。所以，這就對(duì)OBD技術(shù)提出了更進(jìn)一步要求，從而催生了OBD-Ⅲ系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。主要有兩大特點(diǎn)。

3.1 OBD-Ⅲ的遠(yuǎn)程排放監(jiān)測(cè)

3.2 OBD-Ⅲ的遠(yuǎn)程智能診斷

OBD-Ⅲ系統(tǒng)將會(huì)實(shí)時(shí)的采集車輛的動(dòng)態(tài)多元信息，并且無(wú)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷。這樣就可以使檢測(cè)、維護(hù)和管理合并為一體。重要的是OBD-Ⅲ會(huì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、ABS等系統(tǒng)的ECU對(duì)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(xiàn)，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(jìn)了車輛不解體外檢技術(shù)的發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著微機(jī)和電子以及通訊技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，OBD技術(shù)的應(yīng)用也將進(jìn)一步的全面和完善。在車輛的環(huán)保檢測(cè)和維修診斷方面發(fā)揮更大的作用。

[1]Anders Unger;kent smith The OBDⅡSystem in the Volvo850 Turbo 1993

[2]鐘勇，李敏旭.OBD技術(shù)的現(xiàn)狀與未來(lái)[J].福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,7（1）.

[3]吳峰，盧燕.汽車排放與OBD隨車診斷系統(tǒng)[J].青島建筑工程學(xué)報(bào),2002,23（3）.

[4]潘朋，顏伏伍.OBD系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2007（5）.

[5]陳魯訓(xùn)，陳萍.第二代隨著電腦診斷系統(tǒng)OBD-Ⅱ[J].汽車技術(shù),1996（9）.

[6]間曉春，杜仕武.現(xiàn)代汽車技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2004

[7]Larry Carley.Understanding OBD-Ⅱ:past,present&future.2001，12

[8]孫斌，侯守峰.數(shù)據(jù)流對(duì)汽車故障診斷的影響[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2012，1.