Требования к системам OBD

С 01.01.2000 все автомобили с бензиновыми двигателями стали оснащаться системой OBD. С 01.01.2004 это требование распространилось и на автомобили с дизельными двигателями, а с 2006 года — на грузовые автомобили. С этого времени гарантировалась возможность ремонта и обслуживания автомобилей с системами OBD на всей территории Евросоюза. При этом в автомобилях должен быть стандартизированный интерфейс системы OBD. Также должен быть обеспечен доступ ко всей необходимой информации и данным по соответствующим системам без специального декодирования для любой СТО, контролирующих органов, аварийно-эвакуационных служб. Изготовители были обязаны не позднее чем через три месяца после предоставления авторизованным дилерам технической информации по OBD, сделать ее доступной для прочих заинтересованных сторон, при необходимости за отдельную плату. Исключение составляют данные, представляющие собой особую интеллектуальную собственность или секретные технические знания. К сожалению, не всегда и не все изготовители и импортеры выполняют это требование.

Системы OBD во время поездки обеспечивают постоянный контроль всех деталей и узлов автомобиля, имеющих отношение к выхлопным газам. При возникновении неисправностей, приводящих к превышению установленного предельного содержания вредных веществ в ОГ в 1,5 раза, на панели приборов загорается сигнальная лампа (MIL). В этом случае водитель должен заехать на ближайшую СТО и устранить неисправность. Диагностическая система не должна оценивать неправильно функционирующие детали, если такая оценка может привести к угрозе безопасности или отказу деталей.

Система OBD предоставляет все текущие данные о состоянии автомобиля. Так, могут быть запрошены данные об объеме оснащения, версии ПО и версии ЭБУ. Эти данные можно получить только через стандартизированный интерфейс OBD. Обязательная проверка токсичности ОГ также упрощается благодаря OBD. Taк, в качестве замены для проверки контура регулирования выполняется считывание кодов из регистратора событий системы OBD.

Общие задачи OBD:

• контроль всех узлов, деталей и систем автомобиля, имеющих отношение к выхлопным газам;
• защита компонентов (катализатора и лямбда-зондов);
• запись информации о возникших неисправностях;
• регистрация условий эксплуатации в момент возникновения неисправности;
• информирование водителя при превышении предельного уровня токсичности ОГ в 1,5 раза;
• передача сохраненной информации в рамках диагностики и устранения неисправностей.

Постоянные проверки системы OBD и ее компонентов происходят лишь косвенно. К примеру, состав выхлопных газов автомобиля определяется только по напряжению лямбда-зонда и некоторым другим параметрам. Фактическая же концентрация вредных веществ в ОГ не может контролироваться системой OBD. В частности, не определяются граничные случаи, когда отдельные системы хоть и работают в допустимых пределах, но в сумме эти допуски выдают превышение предельных концентраций.

Таким образом, системы OBD не позволяют сделать точный вывод о полной функциональной безопасности систем в плане токсичности ОГ. Распознавание причин неисправностей и прогнозирование вызываемых ими новых неисправностей посредством OBD также невозможно. Здесь системы OBD (по крайней мере, используемые на момент написания данного материала) достигают пределов своих технических возможностей.

Общие требования к OBD

В предписаниях no OBD законодательно устанавливаются минимальные основные требования. При этом существуют лишь небольшие различия между европейскими и американскими требованиями.

Основные требования к системам OBD:

• контроль катализаторов;
• контроль сажевых фильтров;
• контроль лямбда-зондов;
• распознавание пропусков зажигания;
• распознавание неполного сгорания;
• контроль топливной системы;
• контроль системы впуска добавочного воздуха;
• контроль системы рециркуляции ОГ;
• контроль системы вентиляции топливного бака;
• контроль системы охлаждения;
• контроль системы управления клапанами;
• регистрация условий работы;
• стандартизированное управление индикаторами неисправности (MIL);
• стандартизированный диагностический интерфейс;
• сообщение о готовности системы к проверке (код готовности);
• защита от вмешательств и манипуляций с ЭБУ;
• контроль специальных функций АКПП (имеющих отношение к ОГ).

Для выполнения этих требований необходимо множество датчиков, контролирующих электронику двигателя, выпускной тракт и картину выхлопа. Постоянная самодиагностика и проверка правдоподобности сигналов гарантируют комплексный контроль. Возникающие неисправности после нормирования регистрируются в запоминающем устройстве. Несмотря на эту сложную технологию, инженеры не могут отказаться от хорошо зарекомендовавших себя прямых методов диагностики. Постоянный контроль автомобиля, например, проверка токсичности ОГ — по-прежнему нужны.

Системы OBD посредством датчиков должны постоянно определять, анализировать и регистрировать, как минимум, следующие параметры двигателя и условия эксплуатации:

• температура двигателя;
• адаптация смеси;
• нагрузка на двигатель;
• давление топлива;
• обороты двигателя;
• скорость движения;
• информация о неисправностях;
• пробег автомобиля;
• коды неисправностей;
• давление во впускном трубопрводе;
• напряжение питания;
• состояние и функция контура лямбда-регулирования.

Дополнительно определяются и анализируются и другие важные величины — температура масла, опережение зажигания, расход воздуха, положение дроссельной заслонки, регулировка фаз газораспределения, функция кондиционера, вентиляция картера двигателя, температура ОГ и функция АКПП. При этом имеются некоторые различия между определением величин в EOBD и CARB OBD II.

Таблица. Сравнение требований CARB OBD и EOBD

Защита от манипуляций с OBD

Изготовители обязаны обеспечить защиту систем OBD от манипуляций и простого перепрограммирования характеристик. Предотвратить это призвано использование запаянных ЭБУ и специальных кристаллов памяти. В директиве 1999/102/EG в Приложении 1 п. 5.1.4.5 указано: «Изготовители, использующие программируемые системы машинного кода (например, электрически-стираемое программируемое ПЗУ, EEPROM), должны предотвратить несанкционированное перепрограммирование. Изготовители должны применять прогрессивные стратегии защиты, а также функции защиты от записи, требующие электронного доступа к компьютеру, который изготовитель подключает за пределами автомобиля. Методы, обеспечивающие должный уровень защиты от несанкционированного вмешательства, утверждаются соответствующими органами».

Зачастую развитие тюнинга (дополнительные блоки управления перед блоком управления двигателем, программируемые модули памяти и пр.) опережает защитные меры изготовителей. Условия для выполнения и соблюдения требований к OBD подделываются.

В любом случае использование или замена деталей одного и того же типа разных изготовителей не должна ухудшать или деактивировать диагностические функции системы OBD.

Устранение неисправностей в OBD

Для индикатора неисправностей MIL (Malfunction Indicator Lamp) для всех изготовителей действуют пороговые значения. Индикатор неисправностей OBD не следует путать с описанными ранее контрольными лампами CHECK ENGINE у более старых автомобилей. Эти контрольные лампы не имели стандартизированных условий включения, не зависящих от изготовителя. Они программировались изготовителями по собственному усмотрению согласно определенным ими пороговым значениям.

Управление индикатором неисправностей OBD при возникновении неисправностей стандартизируется следующим образом:

• включение индикатора неисправностей после двух (CARB) или трех (EOBD) последовательных циклов движения с одной и той же неисправностью и запись в регистратор событий;
• выключение индикатора неисправностей после трех последовательных бесперебойных циклов движения с фазой прогрева, в течение которого система контроля, включающая индикатор неисправностей больше не выявляет соответствующую неисправность, равно как не выявляет и других неисправностей, которые, в свою очередь, включили бы индикатор неисправностей;
• удаление кода неисправности из запоминающего устройства после не менее 40 бесперебойных циклов движения с фазой прогрева (защита от дорогостоящего ремонта).

Таблица. Диагностические пороги

В таблице показаны действующие пороговые значения для диагностики у европейских OBD для включения MIL и записи кодов неисправностей в запоминающее устройство. В случае перебоев процесса сгорания, при которых (по данным изготовителя) очень вероятно повреждение катализатора, индикатор неисправностей может перейти на обычную форму активации, если перебоев со сгоранием больше не происходит или условия работы двигателя по оборотам и нагрузке изменились настолько, что выявленная частота перебоев со сгоранием больше не приводит к повреждениям катализатора.

Правила управления индикатором неисправностей предотвращают сбивающее водителя с толку включение индикатора из-за кратковременных сбоев или граничных случаев, не являющихся истинными неисправностями деталей выпускной системы. Точно определены циклы движения и прогрева.

Цикл движения — это запуск двигателя, движение до возможной регистрации неисправности и выключение двигателя.

Цикл прогрева — это запуск двигателя, движение до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не повысится не менее чем на 22 °С и не составит минимум 70 °С, и двигатель снова не выключится.

Индикатор неисправностей MIL включается при следующих условиях:

• если неисправен компонент, связанный с управлением двигателем или КПП;
• если какая-либо деталь вызывает превышение предельного уровня выбросов на 15% или выдает неправдоподобные сигналы;
• старение катализатора приводит к росту выбросов СН сверх предельного уровня;
• возникают пропуски зажигания, повреждающие катализатор или увеличивающие выбросы;
• система вентиляции топливного бака имеет определенную утечку или через систему не проходит воздушный поток;
• система управления двигателем или КПП переходят в аварийный режим;
• лямбда-регулирование не активируется в установленное время после запуска;
• заданная температура двигателя превышена более чем на 11 °С (кроме EOBD).

Рис. Управление индикатором неисправностей OBD

Индикатор неисправностей должен загореться перед запуском двигателя при включении зажигания и погаснуть после запуска двигателя, если прежде не будет выявлена какая-либо неисправность. Конструкция и внешний вид индикатора MIL регламентируются следующими условиями:

• лампа должна находиться в поле зрения водителя;
• при включении зажигания лампа должна загореться;
• цвет лампы не должен быть красным (часто используется желтый цвет);
• при возникновении неисправностей в деталях системы выпуска лампа должна гореть постоянно;
• при возникновении неисправностей, которые могут привести к повреждениям катализатора (например, пропуски зажигания), лампа должна мигать;
• допускается дополнительный звуковой сигнал.

Мигание индикатора MIL при возникающих пропусках зажигания должно продолжаться до тех пор, пока не будет перекрыта подача топлива в неисправный цилиндр. Когда будет перекрыта подача топлива, MIL будет гореть постоянно.

Индикатор неисправностей нельзя использовать ни для каких других целей кроме индикации аварийного пуска или движения в аварийном режиме. Он должен быть хорошо различим при всех (как правило) условиях освещения. Система OBD записывает в регистратор событий пробег с момента появления стандартизированной неисправности. Условия работы (окружающие условия) при возникновении неисправности также записываются в регистратор. Эти окружающие условия называют данными Freeze Frame.

В рамках цикла движения определенные детали и системы контролируются постоянно, а другие — лишь однократно.

Постоянному контролю подлежат детали и системы, имеющие отношение в выхлопным газам. Это, к примеру, распознавание сбоев сгорания, топливная система или электрические контуры деталей выпускной системы, которые контролируется сразу после запуска двигателя и при сбоях могут привести к немедленному включению индикатора неисправности.

Циклически контролируются системы, функция которых привязана к определенным условиям работы. Эти системы контролируются только один раз за цикл движения, при достижении соответствующих рабочих точек. Сюда относятся, к примеру, функции катализатора и лямбда-зонда, а также система впуска добавочного воздуха (если установлена). В силу условий, необходимых для работы этих систем (например, холодный запуск для системы впуска добавочного воздуха), может случиться так, что условия проверки деталей не всегда смогут быть выполнены.

Рис. Пример цикла движения для достижения готовности к проверке

Как показано в примере цикла движения на рисунке, отдельные фазы цикла можно проезжать в произвольном порядке. Неисправность, связанная с системой выпуска, должна появиться в двух последовательных (один за другим) циклах движения, прежде чем загорится индикатор неисправности. Диагностика и проверка системы прерываются, если условия цикла, такие как частота вращения или скорость, выходят за допустимые пределы.

На практике это приводит к проблемам, когда при выполнении технического обслуживания специалисты пытаются просмотреть результаты диагностики системы OBD после успешно выполненного ремонта того или иного узла. Большое количество времени на проезд всего цикла, а также необходимый процент движения с постоянной скоростью сильно усложняют такого рода поездку.

Стало быть, должна обеспечиваться возможность проверки системы OBD и без цикла движения — на СТО. Здесь изготовители выставляют определенные условия для тестирования автомобиля. Путем целенаправленного прохода заданных точек нагрузки и диапазонов частоты вращения можно значительно ускорить проверку функционирования отдельных компонентов. Короткие проверки нужно сначала зарегистрировать в ЭБУ с помощью диагностического тестера.

Условия отключения для OBD

Заданные условия отключения OBD допустимы тогда, когда при определенных условиях работы возможна индикация и регистрация неисправности, не вызванная реальной неисправностью. Это может иметь место, когда:

• топлива в баке остается менее 15% (CARB) или менее 20% (EOBD);
• автомобиль эксплуатируется на высоте более 2400 м (CARB) или 2500 м (EOBD) над уровнем моря;
• окружающая температура составляет менее -7 °С;
• используются вспомогательные агрегаты, приводимые двигателем — например, лебедки у вседорожников (только если вспомогательный агрегат работает);
• слишком низкое напряжение АКБ.

Описанные выше условия отключения допускаются лишь при предоставлении изготовителем соответствующих данных и/или заключений технических экспертиз, убедительно доказывающих ненадежность контроля функций автомобиля при названных условиях. Изготовитель может также запросить отключение системы OBD при других температурах окружающей среды, господствующих при запуске двигателя, если на основании представленных данных и/или заключений технических экспертиз он сможет доказать, что при этих условиях диагностика может выдавать неверные результаты.

Стандартизированный интерфейс OBD

Рис. Диагностический разъем (розетка CARB)

В качестве стандартизированного интерфейса OBD используется 16-контактный штекерный разъем. В этом разъеме стандартизированы и геометрическая форма, и размеры, и распределение контактов. Этот диагностический разъем является интерфейсом между автомобильной электроникой и устройством считывания неисправностей, так называемого Scan Tool. Передаваемые данные одинаковы для всех автомобилей, но изготовители не смогли договориться о едином протоколе передачи.

Для обмена данными между диагностическим тестером и автомобильной электроникой утверждены следующие виды связи.

Связь по ISO 9141-2

Используется европейскими изготовителями с медленной скоростью передачи данных (5 бит/с).

Связь по ISO 14230-4 (допускается KWP 2000; KWP — KeyWord Protocol)

Используется европейскими и азиатскими изготовителями. Его также использует Chrysler.

Связь по SAE J 1850

Используется американскими изготовителями. Особенно для автомобилей General Motors и легких грузовиков.

Связь по ISO/DIS 15 765-4

Диагностика на CAN — шине.

Стандартизированный интерфейс OBD должен находиться в салоне и расположен так, чтобы он был легко доступен с водительского сиденья и был защищен от использования не по назначению.

Большая часть диагностических разъемов находится под панелью приборов, в области рулевой колонки или центральной консоли. Конкретное положение интерфейса можно найти во многих системах диагностики двигателя и соответствующей документации изготовителя.

Распределение контактов интерфейса OBD

Контакты 7 и 15 зарезервированы для обмена данными по ISO 9141-2 для диагностики системы управления двигателем и составом ОГ.

• Контакты 2 и 10 — для обмена данными по ISO SAEJ 1850.
• Контакт 4 — «масса» (кузов).
• Контакт 5 — сигнал «массы».
• Контакт 16 — «плюсовая» клемма АКБ.
• Контакт 6 —CAN HIGH.
• Контакт 14 —CAN LOW.

Контакты 1, 3,8, 9,11,12,13 — нераспределенные контакты OBD. Эти контакты могут использоваться/используются изготовителями для внутренней системной и автомобильной диагностики, например ABS, ASR, КПП, подушки безопасности.

Подключение к интерфейсу OBD

Рис. Общий процесс проверки у систем OBD

Процесс проверки считанных неисправностей изображен на рисунке. Для считывания неисправностей через стандартизированный диагностический интерфейс служит тестер, так называемый Scan-Tool. Это устройство с дисплеем, с помощью которого можно считывать коды из регистратора событий системы OBD. Согласно ISO 15 031-4 тестер должен автоматически распознавать тип передачи данных и установленную систему управления двигателем. Функционал тестера не должен быть привязан к определенным условиям изготовителя, он должен быть универсально пригоден к использованию в любом автомобиле. Обязательным условием является наличие стандартизированного протокола передачи данных и стандартизированного списка кодов неисправностей. Для OBD утверждено 9 режимов проверки. Из них 5 режимов касаются проверки токсичности ОГ. Вместо специального тестера Scan-Tool можно также использовать соответственно оснащенный тестер двигателя или ноутбук с дополнительной картой (например Bosch KTS 550).

Рис. Считывающее устройство OBD KTS 550

При правильном подключении тестера у диагностических разъемов CARB и у разъемов многих изготовителей электропитание на тестер подается через сам диагностический разъем. Проблемы с электропитанием возникают тогда, когда аккумуляторная батарея недостаточно заряжена или при запуске двигателя кратковременно сильно падает напряжение. В этом случае уровень напряжения находится ниже предельно допустимого для тестера.

При выполнении определенных этапов проверки или у специальных ЭБУ подвода электропитания через диагностический разъем оказывается недостаточно. По этой причине тестер следует всегда подключать к внешнему источнику питания. У некоторых ЭБУ некоторые функции могут выполняться только при определенных условиях работы. Если ЭБУ не находится в требуемом состоянии, то связь прерывается. В этом случае программу проверки нужно запустить заново и в точности соблюдать указания по отдельным этапам проверки.

Однако для еще более эффективной диагностики автомобиля и анализа неисправностей на СТО требуется нечто большее, чем просто считывание кодов системы OBD с помощью тестера Scan-Tool. С помощью диагностических интерфейсов и регистратора событий новые диагностические тестеры позволяют достаточно хорошо локализовать причины проблем. Пример системы с очень высокой эффективностью и производительностью — Bosch FSA 740. У этой системы с помощью генератора сигналов можно проверять датчики, в том числе провода и разъемы во встроенном состоянии. Можно физически проверять также быстрые CAN—шины. Мультиметр и осциллограф с частотой 50 МГц позволяют проводить различные проверки отдельных деталей и полную диагностику блоков управления. Возможно дооснащение до станции комплексной проверки ОГ. Ценной для интерпретации результатов измерений является также возможность записи сравнительных кривых в системе и при необходимости наложения их на кривую, измеренную в автомобиле. Хорошие измерительные кривые можно сохранять в памяти для использования в будущем. На их основе СТО может сформировать свою собственную базу данных. Комплексное программное оснащение на различных стадиях расширения заданными значениями, электрическими схемами и различными системами диагностики ЭБУ обеспечивает покрытие около 95% всего автомобильного рынка.