汽车OBD系统简述

2012-01-26郑红武

装备制造技术 2012年8期

陆军，郑红武

（1.柳州五菱汽车工业有限公司，广西柳州 545007；2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007）

OBD（On-Board Diagnostics）即车载诊断系统，是一个非常复杂的自我诊断系统，用于监测影响汽车排放的零部件和系统的故障。OBD不会代替定期的排放测试，但是会起随车排放监测器的作用。本文介绍了OBD车载诊断系统的发展、监测项目及其控制策略、使用和维修注意事项。

1 OBD的提出及发展

自20世纪80年代开始，世界各汽车制造厂就在车辆上配备全功能的控制和诊断系统。这些新系统在车辆发生故障时，可以警示驾驶；并且在维修时，可经由特定的方式读取故障代码，以加快维修进度。这些车辆上配备的OBD系统被称为OBD-Ⅰ(第一代车载诊断系统)。

1.1 OBD-Ⅰ必须符合的规定

（1）仪表板必须有“发动机故障警示灯”(MIL)，提醒驾驶员注意特定的车辆系统已发生故障（通常是废气控制相关系统）。

（2）系统必须有记录/传输相关废气控制系统故障码的功能。

（3）电器组件监控必须包含氧传感器、废气再循环装置（EGR）、燃油箱蒸汽控制装置（EVAP）。

但由于OBD-Ⅰ不够严谨，遗漏了三元催化器的效率监测、油气蒸发系统的泄漏监测以及发动机是否失火的监测，导致HC排放增加。再加上OBD-Ⅰ的监测线路敏感度不高，等到发觉车辆故障再进厂维修时，事实上已排放了大量的废气。

OBD-Ⅰ除了无法有效地控制废气排放，还引起另一个严重的问题：各车辆制造厂发展了自己的诊断系统、检修流程、专用工具等，给非特约维修站技师的维修工作带来许多问题。

于是20世纪90年代中期发展了OBD-Ⅱ(第二代车载诊断系统)，美国汽车工程师协会（SAE）制定了一套标准规范，要求各汽车制造企业须按照OBD-Ⅱ的标准，提供统一的诊断模式。

OBD-Ⅱ可在发动机的运行状况中，持续不断地监控汽车尾气，一旦发现尾气排放超标，就会马上发出警报。当系统出现故障时，故障灯（MIL）点亮，同时发动机电脑将故障信息存入存储器，通过程序可以将故障代码从发动机电脑中读出。根据故障码的提示，维修人员就能迅速准确地确定故障的性质和部位。

OBD-Ⅱ比OBD-Ⅰ增加了新的监测区域，包括催化转换器转换效率和决定发动机失火的曲轴速度，可以获得任何时间的发动机失火、HC排放增加的信息。

1.2 OBD-Ⅱ系统的功能

简单来说，OBD-Ⅱ系统必须具有下列功能：

（1）已发生故障（通常是废气控制相关系统）时，检测废气控制系统的关联元件是否出现“老化”或“损坏”。

（2）必须有警示装置，从而便于提醒驾驶员，进行废气控制系统的保养与检修。

（3）监控传感器和执行器的功能。

（4）使用标准化的故障码，并且可用通用的仪器读取。

1.3 OBD-Ⅲ系统的主要目的

虽然OBD-Ⅱ系统对监测排放状况十分有效。当发现MIL点亮时，应立即将车送到维修站进行检修。但对驾驶者是否接受MIL的警告，OBD-Ⅱ是无能为力的，于是提出了OBD-Ⅲ（第三代车载诊断系统）来解决这个问题。

OBD-Ⅲ的主要目的，是使汽车的检测、维护和管理合为一体，以满足环境保护的要求。OBD-Ⅲ系统会分别进入发动机、变速器、ABS等系统ECU中去读取故障码和其他相关数据，并利用小型车载通讯系统，如GPS导航系统或无线通信方式，将车辆的身份代码、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，包括去哪里维修的建议，解决排放问题的时限等，还可对超出时限的违规者的车辆，发出禁行指令。

因此，OBD-Ⅲ系统不仅能对车辆排放问题向驾驶者发出警告，而且还能对违规者进行惩罚。

2 OBD的监测项目及控制策略

OBD作为一个监测系统，主要是通过ECU对相关传感器信号数据的监测与分析，来实施对发动机排放的监测。OBD的诊断监测分以下3类。

2.1 零部件监测

用于诊断和控制器有输入或输出关系的零部件，主要针对零部件电路进行测试，同时包括传感器输入值合理性判断。

（1）OBD监测的主要传感器。以下传感器发生故障时，会激活MIL：

进气压力传感器；

节气门体开度传感器；

进气温度传感器；

氧传感器；

车速传感器；

凸轮轴位置传感器；

曲轴位置传感器；

冷却液温度传感器。

以下传感器不影响排放，发生故障时，不激活MIL，只记录故障码：

空调压力传感器。

（2）OBD监测的主要驱动器。以下驱动器发生故障时，会激活MIL：

点火控制回路；

喷油器控制回路；

炭罐电磁阀控制回路；

怠速控制阀；

冷却风扇继电器。

以下驱动器不影响排放，发生故障时不激活MIL，只记录故障码：

空调离合器继电器。

2.2 系统监测

用于诊断系统性故障。包括以下项目：

失火诊断；

催化转化器劣化诊断；

氧传感器劣化诊断；

供油控制系统劣化诊断；

冷却系统故障诊断；

怠速控制系统故障诊断。

造成故障的原因，可能是电路或机械性的。

（1）失火诊断。OBD必须能够探测造成HC排放突变的任意失火、单缸或多缸失火。

诊断系统采用曲轴速度变化诊断法。通过曲轴速度变化诊断失火，当曲轴旋转时间超出设定限值时，判定为有失火事件发生。因为当失火发生时，曲轴速度会因失去动力而减速。

（2）催化转换器劣化诊断。OBD要求如果催化转换器的劣化造成HC超过排放限值时，必须点亮故障警示灯和记录故障码。和其他重大项目不同的是，催化转换器劣化诊断，仅着眼于HC的升高。

对催化转换器劣化的诊断，是基于检测转换器的储氧能力。需要在转换器下游安装一个次级氧传感器，帮助监测催化转换器，通过比较上游和下游氧传感器的值，OBD系统从而探测转换器效率。

诊断方法，是在稳定工况下，使用下游氧传感器作为闭环控制信号，观测上下游氧传感器信号上升或下降的延迟时间。如延迟时间过短，则催化转换器已丧失储氧能力，从而判别转换器故障。

（3）氧传感器劣化诊断。氧传感器劣化诊断，仅对上游氧传感器劣化造成排放超过OBD限值时，必须点亮故障警示灯和记录故障码。

诊断方法，是通过对氧传感器输出波形进行监测；氧传感器的输出在300～600 mV的平均时间；在定时间内氧传感器输出电压在浓稀之间的转换次数；如上述平均时间过长，或转换次数过少，则氧传感器已劣化。

（4）供油控制系统劣化诊断。供油系统可能会随硬件的劣化而偏离初始状态。对少量的偏离，ECU控制系统会进行自我补偿，但当劣化的程度超过控制系统所能自我调节的范围后，就会影响排放。当排放超过OBD限值时，必须点亮故障警示灯和记录故障码。

诊断方法，是基于供油闭环控制自学习模块值（BLM），计算自学习模块的平均值，如偏离正常值过多（约+/–30%），则系统供油过稀或过浓。

（5）冷却系统故障诊断。冷却系统可能会由于水温传感器或节温阀的故障，而造成控制系统无法或推迟进入闭环控制，从而影响到排放。

诊断方法，是通过对发动机暖机过程的模拟，来预测水温变化。根据发动机参数，模拟暖机过程，预测水温时间的变化，将预测水温和水温传感器输入进行对比，从而判别系统故障。

（6）怠速控制系统故障诊断。当怠速控制系统出现故障时，发动机怠速往往无法控制在所需转速上，会造成发动机性能和排放等问题。

诊断方法，是通过检测实际转速和控制期待转速之差；当实际转速持续低于控制期待转速100 r/min以上时，或当实际转速持续高于控制期待转速200 r/min以上时，怠速控制系统被认为有故障。

2.3 控制器（ECU）监测

用于诊断和控制器有关的通讯故障，硬件故障，及内存记忆变更：

测试ECU/PCM的内部通讯，以及和其他控制器之间的通讯，如防盗系统，ABS，TCM等；

检查通讯信号的有无及合理性；

确认ECU/PCM中的软件程序和标定值没有被更改；

检查ECU/PCM中的硬件是否功能正常。

3 使用注意事项

对装备了OBD系统的车辆，从降低排放和保持OBD系统正常工作的角度而言，在使用中应重点注意以下事项：

（1）使用高品质燃油。燃油的品质对车辆排放和OBD系统工作有重要影响，使用成分不符合标准、含有不安全添加剂和过量杂质的不合格燃油，不仅会使发动机工作状况劣化，增加排放，还会加速OBD系统所监测装置、部件的损坏，增加报警机率。

（2）使用合格的机油。使用已经劣化或品质不合格的机油，不仅会增加发动机的磨损，造成气缸密封性下降，还会引起气缸“窜油”，从而增加失火率，加速氧传感器和三元催化转化装置的损坏。而且还要注意及时更换发动机油。

（3）加强点火系统的维护。经常检测和保持点火正时，及时清洁和检查点火系统是否存在漏电等问题，定期检查火花塞的技术状况，保持清洁和正常的电极间隙，保持点火系统的正常工作。

（4）不得带病行驶。车辆驾驶人员要像增强安全行车意识一样，增强环保意识，当车辆出现故障或OBD系统发出报警时，要对车辆及时进行检修，未排除故障前，不上路行驶。

4 维修注意事项

在车辆维修中,要高度重视OBD报警信息的处理和相关装置与部件的检测、维修。当车辆出现与排放和OBD监测部件有关的故障时，要从气缸密封性、供油控制、氧传感器工作状况、点火控制等方面，查明故障原因，保持OBD系统的正常工作，降低车辆排放。

（1）加强气缸密封性检修。要注意对气缸密封性的检测和维修工作，及时处理气缸“窜油”和气门漏气等问题。还要注意因气门油封不良导致的“窜油”问题，以保持火花塞、氧传感器和三元催化转化装置的正常工作。

（2）注意对供油系统和进气系统的检修。及时检测和调整发动机供油系统压力，定期检查和清洁喷油器，保持喷油量的准确和喷油品质。加强进气系统密封性检测，保证空气流量计（或进气压力传感器）的正常工作，及时清洁和更换空气滤芯。

（3）重视点火系统的检测和维修。要特别重视对点火系统高压部分的检测与维修工作，及时更换已经老化或损坏的点火线圈、高压线、分电器及火花塞等部件，精确调整点火正时和火花塞电极间隙，保证点火系统的工作品质。

（4）加强对氧传感器的检测。氧传感器是汽车排放控制系统中十分重要的部件，是控制和保持汽车排放性能的重要基础。当氧传感器发生故障时，会对汽车的动力性产生明显影响。部分车辆在发动机控制系统设计时，赋予了氧传感器特殊重要的地位，以提醒使用和维修人员加强对氧传感器的检测与修理。在车辆维修中，要注意检查氧传感器工作部分的外观状态，并定期使用示波仪器检测其输出信号，当发现表面状态明显劣化（发黑、变形或产生沉积物）、输出信号电压偏移或波形频率降低等问题时，要及时更换，并注意连接电路的检测。

（5）正确处理三元催化转化器故障。当发现三元催化转化器因出现积炭、过热和表面其他沉积物而损坏时，要查明原因，并排除有关故障后再更换三元催化转化装置，切不可做简单更换处理，以免其再次损坏。

（6）注意发动机转速、车速传感器及其电路的检测。要保证发动转速传感器、车速传感器及其电路正常工作，对于电磁式传感器，建议定期进行速度—输出信号(电压与波形)检测，出现问题时要及时更换。