第二代車載診斷系統OBD Ⅱ的特性研究

www.guilinhy.com 來源：互聯網作者：xjm82395219邢類別：汽車構造維修時間：2008-08-21

   電子技術應用于發動機管理系統，除燃料噴射和點火功能等基本功能外，還有車載診斷（OBD）功能，當系統出現故障時，故障（MIL）燈或檢查發動機警告（Check Engine）燈點亮，同時動力總成控制模塊（PCM）將故障信息存入存儲器，通過一定的程序可以將故障碼從PCM中讀出。根據故障碼的提示，迅速準確地確定故障的性質和部位。有針對性地去檢查有關部位、元件和線路，將故障排除。

    由于世界各主要汽車廠的OBD系統隨其發動機管理系統不同而各不相同，這給售后服務維修造成較大的不便。更重要的是OBD對自身的工作狀態是否達到原廠技術要求無法自測，使得維修后的汽車常常不符合原廠技術要求。這種現象在我國較為普遍，嚴重影響了汽車的可靠性和壽命。這種車載診斷系統稱為第一代車載診斷（OBD I）系統。

    自1996年開始，各主要汽車生產廠家都開始裝備統一的第二代車載診斷（OBD II）系統，以彌補OBD I的不足。

    1、OBD II的目的

    雖然OBD II技術仍相對較新，還未對售后的維修市場產生大的沖擊，但這種沖擊必將發生。政府規定車載系統能夠對排放控制系統的失效發出警告，所以，所有1996年款的轎車和輕型車一律裝備了OBD II。但OBD II的首次應用的時間是1994年。

    OBD II與它之前的所有車載自診斷系統不同之處在于其嚴格的排放針對性。換句話說，當車輛排放的HC、CO和NOx或燃油蒸發污染量超過FTP標準的1.5倍時，MIL燈點亮。這包括發動機隨機缺火時引起的HC排放量的整體上升；催化轉換器的凈化效率下降到某個限值之下；系統探測出密封的燃油系統有空氣泄漏；EGR系統的故障引起NOx排放量上升；某個關鍵傳感器或其他排放控制裝置失效等情況。也就是說，甚至在車輛似乎運行正常，無任何實際的行使性能問題時，MIL燈也會點亮。

    然而，裝備OBD II的車輛上的MIL燈的主要目的是提醒駕駛者，其車輛的廢氣排放量超標，需要進行修理。

    2、OBD II的產生背景及早期應用

    OBD II起源于1982年。當時美國加州大氣資源局（ARB）開始制定一項法規，要求自1988年開始所有在加州出售的車輛必須裝備車載診斷系統，用以控制排放系統的失效。早期的車載診斷系統（現稱之為OBD I）比較簡單，僅監測氧傳感器、EGR系統、燃油供給系統和發動機控制模塊。

    OBD I的方向是正確的，但卻存在明顯的缺陷。

    a.缺乏統一標準。各不同的生產廠家和不同的車型之間缺乏統一的標準，使得售后維修時，對不同的車型必須用不同的插頭。對有些系統，還必須使用昂貴的專用解碼器。因此，ARB那時就開始著手為現在的OBD II制定標準。標準的重點內容如下：

    l）標準化的16針診斷座（DLC），指定的針具有指定的功能；

    2）標準化的電子協議；

    3）標準化的診斷碼（DTC）；

    4）標準化的技術。

    b.監測功能不強。有些問題OBD I無法監測，如催化轉換器完全失效或己被去除，點火缺火及燃油蒸發污染的排放問題。況且，OBD I僅當失效己經發生才點亮MIL燈，它無法監測到與排放有關的部件的漸進損壞情況。

    因此，很明顯需要一個更精密更復雜的系統。

    ARB最終制定出了下一代OBD系統的標準，并已于1989年正式公布，稱之為OBD II。新標準的實施需要一個起動期。直到1996年各汽車生產廠才在其加州標準車輛上實施了新標準。

   同樣的新標準于1990年寫入了美國聯邦大氣清潔法，它要求全部49個州的車輛于1996年起一律裝備OBD II。但有一個小寬限，是將嚴格遵守法規的時間定為1999年。所以，有些1996年的OBD II系統可能會缺少一個OBD II規范的特性，如燃油蒸發污染排放清潔測試。

    3、OBD II的硬件升級

    OBD II不只是自診軟件的一個全新版本，它具備明顯的硬件升級特征。典型的裝備OBD II的車輛具有以下特點：

    a.氧傳感器通常是加熱型氧傳感器。附加的氧傳感器位于催化轉換器的下流。上下流的氧傳感器組合起來對催化轉換器的凈化率進行監控，同時對燃油控制進行補償。

    b.具有32位處理器的強功能的傳動系控制模塊PCM，應OBD II的需要，增加了1.5萬個新的標定常數。

    c.帶有EEPROM的PCM，使其中的軟件可重新編程，通過終端接口及外部計算機可對其重新寫入新版的軟件。

    d.改進的燃油蒸發污染控制系統，常有用于清潔目的診斷開關；或增強的燃油蒸發（EVAP）系統，帶有一個排氣電磁閥，一個燃油箱壓力傳感器和一個診斷測試裝置。

    e.增強的EGR系統，帶有一個電子控制的線性EGR閥和一個針閥位置傳感器，實現對EGR量的更精確監控。

    f.燃油噴射方式由多點序列噴射（SFI）取代了普通多點噴射（MPI）和單點噴射（TBI）。

    g.MAP傳感器和MAF傳感器同時使用，更精確地監測發動機負載和空氣流量。

    4、故障燈與故障碼

    OBD II系統的MIL與OBD I系統有很多不同之處。例如1996年GMJ-、N-和H-body轎車，當駕駛者用不正確的程序加油時，MIL燈點亮。在這些車上，OBD II系統應用真空度來檢查EVAP系統的空氣泄漏。如果油箱蓋未蓋緊或正在加油，當點火開關處于開或發動機怠速時，它會觸發故障碼P0440，導致MIL燈點亮。這樣，駕駛者會感到不方便，GM的解決方案是提供修改版的OBD II軟件，對EEPROM重新編程，使車輛在行駛時才對EVAP系統進行自檢。

    劣質的汽油也會引起故障燈點亮。當對車輛進行診斷時，可以發現隨機缺火故障碼，這通常是由以下原因造成的：真空泄漏、燃油壓力低、噴油嘴臟或點火問題等。OBD II自診系統能跟蹤缺火直至個別缸，缺火率在2%以下為正常。但若汽油中有水或其它原因造成的汽油品質下降，會導致缺火率超過限值而觸發故障碼。

    為了減少MIL燈點亮的機會，OBD II系統設計規定如下，某一類故障需要在相同的行駛工況下探測到兩次，MIL燈才能點亮。而另一類（那些能立即引起排放明顯增加的）故障，則只需探測到一次，MIL燈立即點亮。所以，在進行故障診斷時，應分清故障碼類型。OBD II將故障碼分為A、B、C和D四種類型。

    A類故障碼是最嚴重的一類，只發生一次，就觸發MIL燈。為了診斷方便，當A類故障碼被設置時，OBD II系統同時還儲存了一個歷史故障碼，失效記錄和一幀現場數據。

    B類故障碼是次嚴重的一類排放問題。在MIL燈點亮之前，這類故障應在兩次連續的行駛過程中都至少發生一次。若在一次行駛過程中發生，而在下一次行駛過程中沒有發生，則該故障的碼還未“成熟”，MIL燈不點亮。當MIL燈點亮的條件滿足時，所儲存的歷史故障碼、失效記錄和一幀現場數據與觸發A類故障碼時完全相同。

    上文提到的行駛過程（或循環）不只是一次點火循環，而是一次暖機循環，即起動發動機，行駛車輛讓冷卻液溫度升高至少22℃（如果起動時溫度低于72℃）。

    一旦A類或B類故障碼己設置，只有在通過了三次連續的行駛過程的OBD II系統自診斷后，MIL燈才會熄滅。如果故障涉及到象P0330隨機缺火或燃油平衡問題，那么只有當OBD II系統通過在與觸發故障碼時相同的工況（允許誤差：發動機轉速=375r/min，負荷=10%）下的自診后，MIL才會熄滅。如果問題仍然存在，用人為的方式，如果用解碼器或給PCM斷電，清除故障碼，MIL還會重新點亮。

    若將一個傳感器有意斷開，MIL燈不一定會點亮，這取決于這個傳感器影響排放的程度（優先級）和OBD II自診所需的行駛循環數。

    C類和D類故障碼與排放問題無明顯關系。C類故障碼點亮MIL燈（或其它報警燈），但D類故障碼不點亮MIL燈。

    5、OBD II測試循環

    當一個排放問題“修復”之后，需要進行OBD II測試循環。

    OBD II測試循環的目的是便PCM運行全部OBD II自診程序，使所有系統狀態復位。

    先消除PCM的RAM中故障碼，再進行OBD II測試循環。OBD II測試循環從冷起動開始，冷卻液溫度低于50℃，而且冷卻液與空氣的溫度差在6℃之內。在冷起動之前，應先將點火開關置于開位置，使加熱型氧傳感器達到其工作溫度。

    a.發動機起動后，在怠速狀態打開空調和后除霜器2.5min。OBD II檢查氧傳感器加熱電路，空氣泵和EVAP凈化。

    b.關閉A/C和后除霜器，加速至88km/h，節氣門保持半開。OBD II檢查點火缺火，燃油調整和炭罐凈化。

    c.保持88km/h的穩態速度3min。OBD II檢查EGR、空氣泵、氧傳感器和炭罐凈化。

    d.減速至32km/h，不踩制動和離合器踏板。OBD II檢查EGR和凈化功能。

    e.再加速至88-96km/h，節氣門開度為3/4。OBD II再次檢查缺火，燃油調整和凈化功能。

    f.保持88-96km/h穩態速度5mm。OBD II檢查催化轉換器效率、缺火、EGR、燃油調整、氧傳感器和凈化功能。

    g.減速（方式同d）至停車不踩制動踏板。OBD II最后檢查EGR和炭罐凈化。

    6、裝備OBD II車輛的有效度

    從系統效能觀點出發，使可靠性和維修性相結合，以保證系統的有效度是十分必要的。本文僅限發動機系統來看其有效度。

    有效度（A）定義如下：

    A=能工作時間/（能工作時間+不能工作時間）

    式中：不能工作時間--包括一切維修時間和停機時間。

    修理型事后維修是定期預防維修（或定期維修）中的一種方式。若對發動機系統采用這種維修方式，則此可維修系統（S）包括發動機系統、事后維修及預防維修分系統。當發動機系統發生故障，進行事后維修修復后又可繼續工作。當系統工作到預先規定的進行預防維修時間（T），也稱預防維修周期（T），就進行預防維修。

    發動機系統修理型事后預防維修，采用“完全修復”及“基本修復”（對事后的維修而言）。

    基本修復是指產品剛修復后的失效率和修復前的實效率是相同的。完全修復更是指修復后的產品和嶄新的產品沒有任何區別。這兩種維修方式均不包含對發動機的原廠保養計劃。由于一般轎車很少采用預防維修，多是采用事后維修，這相當于T值選取很大，OBD II苛刻的警告功能和修復后的測試循環，保證了對其進行的維修基本上是“完全修復”。這樣即可保證較高的有效度，又延長了使用壽命。

    而我國目前普遍對OBD I發動機的維修方式屬于基本修復類型，有效度是較低的，同時使用壽命大大降低。

    由以上分析可以看出，針對環保的OBD II技術，在客觀上還將極大地促進維修業的技術進步，提高維修質量。

    7、0BD的發展趨勢

    OBD II系統技術先進，對探測排放問題十分有效。但對駕駛者是否接受MIL的警告，OBD II是無能為力的。為此，比OBD II更為進一步的OBD Ⅲ大系統開發提上了議事日程。

    OBD Ⅲ系統主要利用小型車載無線收發系統，通過無線蜂窩通信、衛星通信或GPS系統將車輛的VIN、故障碼及所在位置等信息自動通告管理部門，管理部門根據該車輛排放問題的等級，對其發出指令，包括去何處維修的建議，解決排放問題的時限等。在法律允許的前提下，對超出時限的車輛發出禁行密碼指令。總之，OBD Ⅲ的主要特點是社會法規的支持。在我國，結合國情也有一些可行的方案正在研究之中，如MIL的警告燈的設置時限，超限車輛將自動禁行等。

    此外，OBD Ⅲ系統不僅能對車輛排放問題向駕駛者發出警告，而且還能對不接受警告者進行應有的懲罰