汽車OBD系統(tǒng)簡(jiǎn)述

陸 軍，鄭紅武

（1.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

OBD（On-Board Diagnostics）即車載診斷系統(tǒng)，是一個(gè)非常復(fù)雜的自我診斷系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)影響汽車排放的零部件和系統(tǒng)的故障。OBD不會(huì)代替定期的排放測(cè)試，但是會(huì)起隨車排放監(jiān)測(cè)器的作用。本文介紹了OBD車載診斷系統(tǒng)的發(fā)展、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及其控制策略、使用和維修注意事項(xiàng)。

1 OBD的提出及發(fā)展

自20世紀(jì)80年代開始，世界各汽車制造廠就在車輛上配備全功能的控制和診斷系統(tǒng)。這些新系統(tǒng)在車輛發(fā)生故障時(shí)，可以警示駕駛；并且在維修時(shí)，可經(jīng)由特定的方式讀取故障代碼，以加快維修進(jìn)度。這些車輛上配備的OBD系統(tǒng)被稱為OBD-Ⅰ(第一代車載診斷系統(tǒng))。

1.1 OBD-Ⅰ必須符合的規(guī)定

（1）儀表板必須有“發(fā)動(dòng)機(jī)故障警示燈”(MIL)，提醒駕駛員注意特定的車輛系統(tǒng)已發(fā)生故障（通常是廢氣控制相關(guān)系統(tǒng)）。

（2）系統(tǒng)必須有記錄/傳輸相關(guān)廢氣控制系統(tǒng)故障碼的功能。

（3）電器組件監(jiān)控必須包含氧傳感器、廢氣再循環(huán)裝置（EGR）、燃油箱蒸汽控制裝置（EVAP）。

但由于OBD-Ⅰ不夠嚴(yán)謹(jǐn)，遺漏了三元催化器的效率監(jiān)測(cè)、油氣蒸發(fā)系統(tǒng)的泄漏監(jiān)測(cè)以及發(fā)動(dòng)機(jī)是否失火的監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致HC排放增加。再加上OBD-Ⅰ的監(jiān)測(cè)線路敏感度不高，等到發(fā)覺車輛故障再進(jìn)廠維修時(shí)，事實(shí)上已排放了大量的廢氣。

OBD-Ⅰ除了無法有效地控制廢氣排放，還引起另一個(gè)嚴(yán)重的問題：各車輛制造廠發(fā)展了自己的診斷系統(tǒng)、檢修流程、專用工具等，給非特約維修站技師的維修工作帶來許多問題。

于是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展了OBD-Ⅱ(第二代車載診斷系統(tǒng))，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)須按照OBD-Ⅱ的標(biāo)準(zhǔn)，提供統(tǒng)一的診斷模式。

OBD-Ⅱ可在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況中，持續(xù)不斷地監(jiān)控汽車尾氣，一旦發(fā)現(xiàn)尾氣排放超標(biāo)，就會(huì)馬上發(fā)出警報(bào)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障燈（MIL）點(diǎn)亮，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)電腦將故障信息存入存儲(chǔ)器，通過程序可以將故障代碼從發(fā)動(dòng)機(jī)電腦中讀出。根據(jù)故障碼的提示，維修人員就能迅速準(zhǔn)確地確定故障的性質(zhì)和部位。

OBD-Ⅱ比OBD-Ⅰ增加了新的監(jiān)測(cè)區(qū)域，包括催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率和決定發(fā)動(dòng)機(jī)失火的曲軸速度，可以獲得任何時(shí)間的發(fā)動(dòng)機(jī)失火、HC排放增加的信息。

1.2 OBD-Ⅱ系統(tǒng)的功能

簡(jiǎn)單來說，OBD-Ⅱ系統(tǒng)必須具有下列功能：

（1）已發(fā)生故障（通常是廢氣控制相關(guān)系統(tǒng)）時(shí)，檢測(cè)廢氣控制系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)元件是否出現(xiàn)“老化”或“損壞”。

（2）必須有警示裝置，從而便于提醒駕駛員，進(jìn)行廢氣控制系統(tǒng)的保養(yǎng)與檢修。

（3）監(jiān)控傳感器和執(zhí)行器的功能。

（4）使用標(biāo)準(zhǔn)化的故障碼，并且可用通用的儀器讀取。

1.3 OBD-Ⅲ系統(tǒng)的主要目的

雖然OBD-Ⅱ系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)排放狀況十分有效。當(dāng)發(fā)現(xiàn)MIL點(diǎn)亮?xí)r，應(yīng)立即將車送到維修站進(jìn)行檢修。但對(duì)駕駛者是否接受MIL的警告，OBD-Ⅱ是無能為力的，于是提出了OBD-Ⅲ（第三代車載診斷系統(tǒng)）來解決這個(gè)問題。

OBD-Ⅲ的主要目的，是使汽車的檢測(cè)、維護(hù)和管理合為一體，以滿足環(huán)境保護(hù)的要求。OBD-Ⅲ系統(tǒng)會(huì)分別進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、ABS等系統(tǒng)ECU中去讀取故障碼和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，并利用小型車載通訊系統(tǒng)，如GPS導(dǎo)航系統(tǒng)或無線通信方式，將車輛的身份代碼、故障碼及所在位置等信息自動(dòng)通告管理部門，管理部門根據(jù)該車輛排放問題的等級(jí)，對(duì)其發(fā)出指令，包括去哪里維修的建議，解決排放問題的時(shí)限等，還可對(duì)超出時(shí)限的違規(guī)者的車輛，發(fā)出禁行指令。

因此，OBD-Ⅲ系統(tǒng)不僅能對(duì)車輛排放問題向駕駛者發(fā)出警告，而且還能對(duì)違規(guī)者進(jìn)行懲罰。

2 OBD的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及控制策略

OBD作為一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要是通過ECU對(duì)相關(guān)傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與分析，來實(shí)施對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的監(jiān)測(cè)。OBD的診斷監(jiān)測(cè)分以下3類。

2.1 零部件監(jiān)測(cè)

用于診斷和控制器有輸入或輸出關(guān)系的零部件，主要針對(duì)零部件電路進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)包括傳感器輸入值合理性判斷。

（1）OBD監(jiān)測(cè)的主要傳感器。以下傳感器發(fā)生故障時(shí)，會(huì)激活MIL：

進(jìn)氣壓力傳感器；

節(jié)氣門體開度傳感器；

進(jìn)氣溫度傳感器；

氧傳感器；

車速傳感器；

凸輪軸位置傳感器；

曲軸位置傳感器；

冷卻液溫度傳感器。

以下傳感器不影響排放，發(fā)生故障時(shí)，不激活MIL，只記錄故障碼：

空調(diào)壓力傳感器。

（2）OBD監(jiān)測(cè)的主要驅(qū)動(dòng)器。以下驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)，會(huì)激活MIL：

點(diǎn)火控制回路；

噴油器控制回路；

炭罐電磁閥控制回路；

怠速控制閥；

冷卻風(fēng)扇繼電器。

以下驅(qū)動(dòng)器不影響排放，發(fā)生故障時(shí)不激活MIL，只記錄故障碼：

空調(diào)離合器繼電器。

2.2 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

用于診斷系統(tǒng)性故障。包括以下項(xiàng)目：

失火診斷；

催化轉(zhuǎn)化器劣化診斷；

氧傳感器劣化診斷；

供油控制系統(tǒng)劣化診斷；

冷卻系統(tǒng)故障診斷；

怠速控制系統(tǒng)故障診斷。

造成故障的原因，可能是電路或機(jī)械性的。

（1）失火診斷。OBD必須能夠探測(cè)造成HC排放突變的任意失火、單缸或多缸失火。

診斷系統(tǒng)采用曲軸速度變化診斷法。通過曲軸速度變化診斷失火，當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)間超出設(shè)定限值時(shí)，判定為有失火事件發(fā)生。因?yàn)楫?dāng)失火發(fā)生時(shí)，曲軸速度會(huì)因失去動(dòng)力而減速。

（2）催化轉(zhuǎn)換器劣化診斷。OBD要求如果催化轉(zhuǎn)換器的劣化造成HC超過排放限值時(shí)，必須點(diǎn)亮故障警示燈和記錄故障碼。和其他重大項(xiàng)目不同的是，催化轉(zhuǎn)換器劣化診斷，僅著眼于HC的升高。

對(duì)催化轉(zhuǎn)換器劣化的診斷，是基于檢測(cè)轉(zhuǎn)換器的儲(chǔ)氧能力。需要在轉(zhuǎn)換器下游安裝一個(gè)次級(jí)氧傳感器，幫助監(jiān)測(cè)催化轉(zhuǎn)換器，通過比較上游和下游氧傳感器的值，OBD系統(tǒng)從而探測(cè)轉(zhuǎn)換器效率。

診斷方法，是在穩(wěn)定工況下，使用下游氧傳感器作為閉環(huán)控制信號(hào)，觀測(cè)上下游氧傳感器信號(hào)上升或下降的延遲時(shí)間。如延遲時(shí)間過短，則催化轉(zhuǎn)換器已喪失儲(chǔ)氧能力，從而判別轉(zhuǎn)換器故障。

（3）氧傳感器劣化診斷。氧傳感器劣化診斷，僅對(duì)上游氧傳感器劣化造成排放超過OBD限值時(shí)，必須點(diǎn)亮故障警示燈和記錄故障碼。

診斷方法，是通過對(duì)氧傳感器輸出波形進(jìn)行監(jiān)測(cè)；氧傳感器的輸出在300～600 mV的平均時(shí)間；在定時(shí)間內(nèi)氧傳感器輸出電壓在濃稀之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)；如上述平均時(shí)間過長(zhǎng)，或轉(zhuǎn)換次數(shù)過少，則氧傳感器已劣化。

（4）供油控制系統(tǒng)劣化診斷。供油系統(tǒng)可能會(huì)隨硬件的劣化而偏離初始狀態(tài)。對(duì)少量的偏離，ECU控制系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自我補(bǔ)償，但當(dāng)劣化的程度超過控制系統(tǒng)所能自我調(diào)節(jié)的范圍后，就會(huì)影響排放。當(dāng)排放超過OBD限值時(shí)，必須點(diǎn)亮故障警示燈和記錄故障碼。

診斷方法，是基于供油閉環(huán)控制自學(xué)習(xí)模塊值（BLM），計(jì)算自學(xué)習(xí)模塊的平均值，如偏離正常值過多（約+/–30%），則系統(tǒng)供油過稀或過濃。

（5）冷卻系統(tǒng)故障診斷。冷卻系統(tǒng)可能會(huì)由于水溫傳感器或節(jié)溫閥的故障，而造成控制系統(tǒng)無法或推遲進(jìn)入閉環(huán)控制，從而影響到排放。

診斷方法，是通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)過程的模擬，來預(yù)測(cè)水溫變化。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，模擬暖機(jī)過程，預(yù)測(cè)水溫時(shí)間的變化，將預(yù)測(cè)水溫和水溫傳感器輸入進(jìn)行對(duì)比，從而判別系統(tǒng)故障。

（6）怠速控制系統(tǒng)故障診斷。當(dāng)?shù)∷倏刂葡到y(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速往往無法控制在所需轉(zhuǎn)速上，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放等問題。

診斷方法，是通過檢測(cè)實(shí)際轉(zhuǎn)速和控制期待轉(zhuǎn)速之差；當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速持續(xù)低于控制期待轉(zhuǎn)速100 r/min以上時(shí)，或當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速持續(xù)高于控制期待轉(zhuǎn)速200 r/min以上時(shí)，怠速控制系統(tǒng)被認(rèn)為有故障。

2.3 控制器（ECU）監(jiān)測(cè)

用于診斷和控制器有關(guān)的通訊故障，硬件故障，及內(nèi)存記憶變更：

測(cè)試ECU/PCM的內(nèi)部通訊，以及和其他控制器之間的通訊，如防盜系統(tǒng)，ABS，TCM等；

檢查通訊信號(hào)的有無及合理性；

確認(rèn)ECU/PCM中的軟件程序和標(biāo)定值沒有被更改；

檢查ECU/PCM中的硬件是否功能正常。

3 使用注意事項(xiàng)

對(duì)裝備了OBD系統(tǒng)的車輛，從降低排放和保持OBD系統(tǒng)正常工作的角度而言，在使用中應(yīng)重點(diǎn)注意以下事項(xiàng)：

（1）使用高品質(zhì)燃油。燃油的品質(zhì)對(duì)車輛排放和OBD系統(tǒng)工作有重要影響，使用成分不符合標(biāo)準(zhǔn)、含有不安全添加劑和過量雜質(zhì)的不合格燃油，不僅會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況劣化，增加排放，還會(huì)加速OBD系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)裝置、部件的損壞，增加報(bào)警機(jī)率。

（2）使用合格的機(jī)油。使用已經(jīng)劣化或品質(zhì)不合格的機(jī)油，不僅會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，造成氣缸密封性下降，還會(huì)引起氣缸“竄油”，從而增加失火率，加速氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化裝置的損壞。而且還要注意及時(shí)更換發(fā)動(dòng)機(jī)油。

（3）加強(qiáng)點(diǎn)火系統(tǒng)的維護(hù)。經(jīng)常檢測(cè)和保持點(diǎn)火正時(shí)，及時(shí)清潔和檢查點(diǎn)火系統(tǒng)是否存在漏電等問題，定期檢查火花塞的技術(shù)狀況，保持清潔和正常的電極間隙，保持點(diǎn)火系統(tǒng)的正常工作。

（4）不得帶病行駛。車輛駕駛?cè)藛T要像增強(qiáng)安全行車意識(shí)一樣，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，當(dāng)車輛出現(xiàn)故障或OBD系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警時(shí)，要對(duì)車輛及時(shí)進(jìn)行檢修，未排除故障前，不上路行駛。

4 維修注意事項(xiàng)

在車輛維修中,要高度重視OBD報(bào)警信息的處理和相關(guān)裝置與部件的檢測(cè)、維修。當(dāng)車輛出現(xiàn)與排放和OBD監(jiān)測(cè)部件有關(guān)的故障時(shí)，要從氣缸密封性、供油控制、氧傳感器工作狀況、點(diǎn)火控制等方面，查明故障原因，保持OBD系統(tǒng)的正常工作，降低車輛排放。

（1）加強(qiáng)氣缸密封性檢修。要注意對(duì)氣缸密封性的檢測(cè)和維修工作，及時(shí)處理氣缸“竄油”和氣門漏氣等問題。還要注意因氣門油封不良導(dǎo)致的“竄油”問題，以保持火花塞、氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化裝置的正常工作。

（2）注意對(duì)供油系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)的檢修。及時(shí)檢測(cè)和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)壓力，定期檢查和清潔噴油器，保持噴油量的準(zhǔn)確和噴油品質(zhì)。加強(qiáng)進(jìn)氣系統(tǒng)密封性檢測(cè)，保證空氣流量計(jì)（或進(jìn)氣壓力傳感器）的正常工作，及時(shí)清潔和更換空氣濾芯。

（3）重視點(diǎn)火系統(tǒng)的檢測(cè)和維修。要特別重視對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)高壓部分的檢測(cè)與維修工作，及時(shí)更換已經(jīng)老化或損壞的點(diǎn)火線圈、高壓線、分電器及火花塞等部件，精確調(diào)整點(diǎn)火正時(shí)和火花塞電極間隙，保證點(diǎn)火系統(tǒng)的工作品質(zhì)。

（4）加強(qiáng)對(duì)氧傳感器的檢測(cè)。氧傳感器是汽車排放控制系統(tǒng)中十分重要的部件，是控制和保持汽車排放性能的重要基礎(chǔ)。當(dāng)氧傳感器發(fā)生故障時(shí)，會(huì)對(duì)汽車的動(dòng)力性產(chǎn)生明顯影響。部分車輛在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，賦予了氧傳感器特殊重要的地位，以提醒使用和維修人員加強(qiáng)對(duì)氧傳感器的檢測(cè)與修理。在車輛維修中，要注意檢查氧傳感器工作部分的外觀狀態(tài)，并定期使用示波儀器檢測(cè)其輸出信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)表面狀態(tài)明顯劣化（發(fā)黑、變形或產(chǎn)生沉積物）、輸出信號(hào)電壓偏移或波形頻率降低等問題時(shí)，要及時(shí)更換，并注意連接電路的檢測(cè)。

（5）正確處理三元催化轉(zhuǎn)化器故障。當(dāng)發(fā)現(xiàn)三元催化轉(zhuǎn)化器因出現(xiàn)積炭、過熱和表面其他沉積物而損壞時(shí)，要查明原因，并排除有關(guān)故障后再更換三元催化轉(zhuǎn)化裝置，切不可做簡(jiǎn)單更換處理，以免其再次損壞。

（6）注意發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速傳感器及其電路的檢測(cè)。要保證發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器及其電路正常工作，對(duì)于電磁式傳感器，建議定期進(jìn)行速度—輸出信號(hào)(電壓與波形)檢測(cè)，出現(xiàn)問題時(shí)要及時(shí)更換。

5 結(jié)束語

OBD不僅涉及到汽車技術(shù)的本身，而且還會(huì)受油品等相關(guān)條件限制，同時(shí)也對(duì)車輛使用人員和維修人員的技術(shù)水平，提出了更高的使用要求。當(dāng)然，更是對(duì)他們道德水準(zhǔn)和法制觀念、環(huán)保意識(shí)的考驗(yàn)。

[1](美)考克斯.汽車第二代車載診斷系統(tǒng)（OBDⅡ）解析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]張西振.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]嵇 偉.汽車電噴發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障診斷與分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.