第二代车载诊断系统OBD Ⅱ的特性研究

电子技术应用于发动机管理系统，除燃料喷射和点火功能等基本功能外，还有车载诊断（OBD）功能，当系统出现故障时，故障（MIL）灯或检查发动机警告（Check Engine）灯点亮，同时动力总成控制模块（PCM）将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCM中读出。根据故障码的提示，迅速准确地确定故障的性质和部位。有针对性地去检查有关部位、元件和线路，将故障排除。

    由于世界各主要汽车厂的OBD系统随其发动机管理系统不同而各不相同，这给售后服务维修造成较大的不便。更重要的是OBD对自身的工作状态是否达到原厂技术要求无法自测，使得维修后的汽车常常不符合原厂技术要求。这种现象在我国较为普遍，严重影响了汽车的可靠性和寿命。这种车载诊断系统称为第一代车载诊断（OBD I）系统。

    自1996年开始，各主要汽车生产厂家都开始装备统一的第二代车载诊断（OBD II）系统，以弥补OBD I的不足。

    1、OBD II的目的

    虽然OBD II技术仍相对较新，还未对售后的维修市场产生大的冲击，但这种冲击必将发生。＊＊规定车载系统能够对排放控制系统的失效发出警告，所以，所有1996年款的轿车和轻型车一律装备了OBD II。但OBD II的首次应用的时间是1994年。

    OBD II与它之前的所有车载自诊断系统不同之处在于其严格的排放针对性。换句话说，当车辆排放的HC、CO和NOx或燃油蒸发污染量超过FTP标准的1.5倍时，MIL灯点亮。这包括发动机随机缺火时引起的HC排放量的整体上升；催化转换器的净化效率下降到某个限值之下；系统探测出密封的燃油系统有空气泄漏；EGR系统的故障引起NOx排放量上升；某个关键传感器或其他排放控制装置失效等情况。也就是说，甚至在车辆似乎运行正常，无任何实际的行使性能问题时，MIL灯也会点亮。

    然而，装备OBD II的车辆上的MIL灯的主要目的是提醒驾驶者，其车辆的废气排放量超标，需要进行修理。

    2、OBD II的产生背景及早期应用

    OBD II起源于1982年。当时美国加州大气资源局（ARB）开始制定一项法规，要求自1988年开始所有在加州出售的车辆必须装备车载诊断系统，用以控制排放系统的失效。早期的车载诊断系统（现称之为OBD I）比较简单，仅监测氧传感器、EGR系统、燃油供给系统和发动机控制模块。

    OBD I的方向是正确的，但却存在明显的缺陷。

    a.缺乏统一标准。各不同的生产厂家和不同的车型之间缺乏统一的标准，使得售后维修时，对不同的车型必须用不同的插头。对有些系统，还必须使用昂贵的专用解码器。因此，ARB那时就开始着手为现在的OBD II制定标准。标准的重点内容如下：

    l）标准化的16针诊断座（DLC），指定的针具有指定的功能；

    2）标准化的电子协议；

    3）标准化的诊断码（DTC）；

    4）标准化的技术。

    b.监测功能不强。有些问题OBD I无法监测，如催化转换器完全失效或己被去除，点火缺火及燃油蒸发污染的排放问题。况且，OBD I仅当失效己经发生才点亮MIL灯，它无法监测到与排放有关的部件的渐进损坏情况。

    因此，很明显需要一个更精密更复杂的系统。

    ARB最终制定出了下一代OBD系统的标准，并已于1989年正式公布，称之为OBD II。新标准的实施需要一个起动期。直到1996年各汽车生产厂才在其加州标准车辆上实施了新标准。

   同样的新标准于1990年写入了美国联邦大气清洁法，它要求全部49个州的车辆于1996年起一律装备OBD II。但有一个小宽限，是将严格遵守法规的时间定为1999年。所以，有些1996年的OBD II系统可能会缺少一个OBD II规范的特性，如燃油蒸发污染排放清洁测试。

    3、OBD II的硬件升级

    OBD II不只是自诊软件的一个全新版本，它具备明显的硬件升级特征。典型的装备OBD II的车辆具有以下特点：

    a.氧传感器通常是加热型氧传感器。附加的氧传感器位于催化转换器的下流。上下流的氧传感器组合起来对催化转换器的净化率进行监控，同时对燃油控制进行补偿。

    b.具有32位处理器的强功能的传动系控制模块PCM，应OBD II的需要，增加了1.5万个新的标定常数。

    c.带有EEPROM的PCM，使其中的软件可重新编程，通过终端接口及外部计算机可对其重新写入新版的软件。

    d.改进的燃油蒸发污染控制系统，常有用于清洁目的诊断开关；或增强的燃油蒸发（EVAP）系统，带有一个排气电磁阀，一个燃油箱压力传感器和一个诊断测试装置。

    e.增强的EGR系统，带有一个电子控制的线性EGR阀和一个针阀位置传感器，实现对EGR量的更精确监控。

    f.燃油喷射方式由多点序列喷射（SFI）取代了普通多点喷射（MPI）和单点喷射（TBI）。

    g.MAP传感器和MAF传感器同时使用，更精确地监测发动机负载和空气流量。

    4、故障灯与故障码

    OBD II系统的MIL与OBD I系统有很多不同之处。例如1996年GMJ-、N-和H-body轿车，当驾驶者用不正确的程序加油时，MIL灯点亮。在这些车上，OBD II系统应用真空度来检查EVAP系统的空气泄漏。如果油箱盖未盖紧或正在加油，当点火开关处于开或发动机怠速时，它会触发故障码P0440，导致MIL灯点亮。这样，驾驶者会感到不方便，GM的解决方案是提供修改版的OBD II软件，对EEPROM重新编程，使车辆在行驶时才对EVAP系统进行自检。

    劣质的汽油也会引起故障灯点亮。当对车辆进行诊断时，可以发现随机缺火故障码，这通常是由以下原因造成的：真空泄漏、燃油压力低、喷油嘴脏或点火问题等。OBD II自诊系统能跟踪缺火直至个别缸，缺火率在2%以下为正常。但若汽油中有水或其它原因造成的汽油品质下降，会导致缺火率超过限值而触发故障码。

    为了减少MIL灯点亮的机会，OBD II系统设计规定如下，某一类故障需要在相同的行驶工况下探测到两次，MIL灯才能点亮。而另一类（那些能立即引起排放明显增加的）故障，则只需探测到一次，MIL灯立即点亮。所以，在进行故障诊断时，应分清故障码类型。OBD II将故障码分为A、B、C和D四种类型。

    A类故障码是最严重的一类，只发生一次，就触发MIL灯。为了诊断方便，当A类故障码被设置时，OBD II系统同时还储存了一个历史故障码，失效记录和一帧现场数据。

    B类故障码是次严重的一类排放问题。在MIL灯点亮之前，这类故障应在两次连续的行驶过程中都至少发生一次。若在一次行驶过程中发生，而在下一次行驶过程中没有发生，则该故障的码还未“成熟”，MIL灯不点亮。当MIL灯点亮的条件满足时，所储存的历史故障码、失效记录和一帧现场数据与触发A类故障码时完全相同。

    上文提到的行驶过程（或循环）不只是一次点火循环，而是一次暖机循环，即起动发动机，行驶车辆让冷却液温度升高至少22℃（如果起动时温度低于72℃）。

    一旦A类或B类故障码己设置，只有在通过了三次连续的行驶过程的OBD II系统自诊断后，MIL灯才会熄灭。如果故障涉及到象P0330随机缺火或燃油平衡问题，那么只有当OBD II系统通过在与触发故障码时相同的工况（允许误差：发动机转速=375r/min，负荷=10%）下的自诊后，MIL才会熄灭。如果问题仍然存在，用人为的方式，如果用解码器或给PCM断电，清除故障码，MIL还会重新点亮。

    若将一个传感器有意断开，MIL灯不一定会点亮，这取决于这个传感器影响排放的程度（优先级）和OBD II自诊所需的行驶循环数。

    C类和D类故障码与排放问题无明显关系。C类故障码点亮MIL灯（或其它报警灯），但D类故障码不点亮MIL灯。

    5、OBD II测试循环

    当一个排放问题“修复”之后，需要进行OBD II测试循环。

    OBD II测试循环的目的是便PCM运行全部OBD II自诊程序，使所有系统状态复位。

    先消除PCM的RAM中故障码，再进行OBD II测试循环。OBD II测试循环从冷起动开始，冷却液温度低于50℃，而且冷却液与空气的温度差在6℃之内。在冷起动之前，应先将点火开关置于开位置，使加热型氧传感器达到其工作温度。

    a.发动机起动后，在怠速状态打开空调和后除霜器2.5min。OBD II检查氧传感器加热电路，空气泵和EVAP净化。

    b.关闭A/C和后除霜器，加速至88km/h，节气门保持半开。OBD II检查点火缺火，燃油调整和炭罐净化。

    c.保持88km/h的稳态速度3min。OBD II检查EGR、空气泵、氧传感器和炭罐净化。

    d.减速至32km/h，不踩制动和离合器踏板。OBD II检查EGR和净化功能。

    e.再加速至88-96km/h，节气门开度为3/4。OBD II再次检查缺火，燃油调整和净化功能。

    f.保持88-96km/h稳态速度5mm。OBD II检查催化转换器效率、缺火、EGR、燃油调整、氧传感器和净化功能。

    g.减速（方式同d）至停车不踩制动踏板。OBD II最后检查EGR和炭罐净化。

    6、装备OBD II车辆的有效度

    从系统效能观点出发，使可靠性和维修性相结合，以保证系统的有效度是十分必要的。本文仅限发动机系统来看其有效度。

    有效度（A）定义如下：

    A=能工作时间/（能工作时间+不能工作时间）

    式中：不能工作时间--包括一切维修时间和停机时间。

    修理型事后维修是定期预防维修（或定期维修）中的一种方式。若对发动机系统采用这种维修方式，则此可维修系统（S）包括发动机系统、事后维修及预防维修分系统。当发动机系统发生故障，进行事后维修修复后又可继续工作。当系统工作到预先规定的进行预防维修时间（T），也称预防维修周期（T），就进行预防维修。

    发动机系统修理型事后预防维修，采用“完全修复”及“基本修复”（对事后的维修而言）。

    基本修复是指产品刚修复后的失效率和修复前的实效率是相同的。完全修复更是指修复后的产品和崭新的产品没有任何区别。这两种维修方式均不包含对发动机的原厂保养计划。由于一般轿车很少采用预防维修，多是采用事后维修，这相当于T值选取很大，OBD II苛刻的警告功能和修复后的测试循环，保证了对其进行的维修基本上是“完全修复”。这样即可保证较高的有效度，又延长了使用寿命。

    而我国目前普遍对OBD I发动机的维修方式属于基本修复类型，有效度是较低的，同时使用寿命大大降低。

    由以上分析可以看出，针对环保的OBD II技术，在客观上还将极大地促进维修业的技术进步，提高维修质量。

    7、0BD的发展趋势

    OBD II系统技术先进，对探测排放问题十分有效。但对驾驶者是否接受MIL的警告，OBD II是无能为力的。为此，比OBD II更为进一步的OBD Ⅲ大系统开发提上了议事日程。

    OBD Ⅲ系统主要利用小型车载无线收发系统，通过无线蜂窝通信、卫星通信或GPS系统将车辆的VIN、故障码及所在位置等信息自动通告管理部门，管理部门根据该车辆排放问题的等级，对其发出指令，包括去何处维修的建议，解决排放问题的时限等。在法律允许的前提下，对超出时限的车辆发出禁行密码指令。总之，OBD Ⅲ的主要特点是社会法规的支持。在我国，结合国情也有一些可行的方案正在研究之中，如MIL的警告灯的设置时限，超限车辆将自动禁行等。

    此外，OBD Ⅲ系统不仅能对车辆排放问题向驾驶者发出警告，而且还能对不接受警告者进行应有的惩罚。