Лекція 12. Структура програмного забезпечення obd-ii

Програмне забезпечення ЕБК двигуна сучасного автомобіля багаторівневе. Перший рівень –програмне забезпечення функцій керування, наприклад, реалізація уприскування палива. Другий рівень –програмне забезпечення функцій електронного резервування основних сигналів керування при відмові керуючих систем. Третій рівень –бортова само діагностика і реєстрація несправностей в основних електричних і електронних блоках автомобіля. Четвертий рівень – діагностика і само тестування в тих системах керування двигуном, несправність в роботі яких може призвести до зростання викидів автомобільних токсикогенів в навколишнє середовище. Діагностика і самотестування в системах OBD-II здійснюється підпрограмою четвертого рівня, яка називається Diagnostic Executive (DE – виконавець діагностики). Підпрограма DE з допомогою спеціальних моніторів (emission monitor EMM) контролює до семи різних систем автомобіля, несправність в роботі яких може призвести до зростання токсичних викидів. Решта давачів і виконавчих механізмів, що не увійшли в ці сім систем, контролюються восьмим монітором (comprehensive component monitor – CCM). Підпрограма DE виконується у фоновому режимі. Усі вісім міні-програм – моніторів здійснюють постійний контроль обладнання без втручання людини.

Кожний монітор може здійснити тестування під час їзди тільки один раз, тобто під час циклу “ключ запалювання включений –двигун працює – ключ виключений” при виконання певних умов. Критерієм початку тестування можуть бути: час після пуску двигуна, оберти двигуна, швидкість автомобіля, положення дросельної заслонки тощо.

Підпрограма DE встановлює порядок і послідовність проведення тестів:

– відмінені тести –підпрограма DE виконує деякі вторинні тести (тести з програмного забезпечення другого рівня) тільки, якщо пройшли первинні (тести першого рівня), в протилежному випадку тест не виконується, тобто відбувається відміна тесту;

– конфліктуючі тести – іноді одні і ті ж здавачі і компоненти повинні бути використані різними тестами. Підпрограма DE не допустить проведення двох тестів одночасно, затримуючи наступний тест до кінця виконання попереднього;

– затримані тести – тести і монітори мають різний пріоритет, підпрограма DE затримає виконання тесту з нижчим пріоритетом, доки не виконається тест з вищим пріоритетом.

Підпрограма DE здійснює три види тестів:

– пасивний тест, коли виконується просте спостереження (моніторинг) за значеннями параметрів систем і кіл;

– активний тест реалізується після пасивного, якщо система не проходить пасивний тест. При цьому здійснюється подання тест-сигналу і реєстрація реакції системи на нього. Тест-сигнал повинен надавати мінімальний вплив на поточну роботу досліджуваної системи

– Суміщений тест. Якщо активний і пасивний тести не проходять, то підпрограма DE виконує тест, під час якого режими двигуна і його підсистем можуть змінюватися.

Результати виконання тестів, отримані з допомогою моніторів, кодуються підсистемою DE. Коди помилок виявлених несправностей записуються в пам’ять ЕБК, і спалахує лампа MIL, якщо несправність підтверджується в двох поїздках підряд.

Восьмий монітор (ССМ) контролює вхідні і вихідні сигнали компонентів і підсистем поза діяльністю перших семи моніторів. Залежно від виду кола CCM може встановити обрив, замикання або невідповідність сигналу нормі. Проводять також тести на раціональність для вхідних і функціональність для вихідних сигналів. Ці тести перевіряють відповідність сигналів їх штатним значенням в різних режимах роботи системи.

Залежно від типу ЕБК CCM може контролювати наступні пристрої:

– давач масової витрати повітря;

– давач температури охолоджуючої рідини;

– давач температури повітря;

– давач положення дросельної заслонки;

– давач положення колінчастого валу;

– давач положення розподільного валу;

– бензонасос.

За допомогою ЕММ підпрограма DE контролює підсистеми автомобіля, несправність яких може збільшити кількість викидів в навколишнє середовище токсичних речовин. Монітори ЕММ контролюють:

– каталітичний нейтралізатор;

– давач кисню;

– пропуски спалахів запалювання;

– паливну систему;

– систему уловлювання парів палива;

– систему рециркуляції вихлопних газів;

– систему подачі повітря у випускний колектор.

Монітор каталітичного нейтралізатора. Газоаналізатор на автомобілях не встановлюють з економічних міркувань. Для контролю справності каталітичного нейтралізатора на його виході встановлено другий давач кисню. Система керування подачею палива в двигун містить релейний стабілізатор стехіометричного складу паливоповітряної суміші (ПП-суміш), який формує сигнал для корекції тривалості уприскування і реалізований із застосуванням першого (вхідного по відношенню до нейтралізатора) давача кисню. Сигнал цього давача коливається в діапазоні 0,1 –0,9 В на частоті 4 – 10 Гц відповідно до змін концентрації кисню у вихлопних газах. У справному нейтралізаторі кисень бере участь в хімічних реакціях, його концентрація у вихлопних газах зменшується, внаслідок чого сигнал другого давача (на виході нейтралізатора має дуже маленьку амплітуду або іншу частоту коливань. Чим більше несправний нейтралізатор тим більше подібні сигнали вхідного і вихідного давачів за амплітудою і частотою. Залежно від типу вимірювальної системи монітор каталітичного нейтралізатора підраховує і порівнює ці сигнали або проводить їх статистичну обробку. Монітор через підпрограму DE запише код помилки про несправність в трьох поїздках підряд.

Монітор давачів кисню реалізує різні тести залежно від того, де розташовано давач – на вході або на виході каталітичного нейтралізатора. Для обох здавачів перевіряється справність кіл нагрівачів. Для давача кисню на вході нейтралізатора перевіряються напруги за високим і низьким рівнями сигналу і частота переключень. Частота визначається за кількістю перетинів сигналом з давача середнього рівня 450 мВ за певний час. Отримане значення порівнюється із значенням в попередньому тесті. Крім цього, монітор визначає тривалості фронтів сигналу, тобто тривалість переходу “збіднена суміш – збагачена суміш” і зворотного переходу “збагачена суміш – збіднена суміш”. Переважно фронт “збіднена суміш – збагачена суміш” коротший.

Для давача кисню на виході нейтралізатора, сигнал з якого майже не змінюється, монітор проводить два тести: для збідненої суміші монітор стежить за тим, щоб сигнал мав фіксовано низьке значення, а для збагаченої суміші – фіксовано високе значення.

Для обох давачів кисню монітор вмикає лампу MIL і записує код помилки при виявленні несправності в двох поїздках підряд.

Монітор пропусків в системі запалювання. Причиною пропусків можуть бути: недостатня компресія, невідповідна кількість подаваного в циліндри палива, несправна свічка запалювання, погана (слабка) іскра. Пропуски приводять до зростання кількості вуглеводню (СН) у вихлопних казах на вході каталітичного нейтралізатора, що прискорює його деградацію і збільшує вміст токсичних речовин у вихлопі.

При пропуску спалаху тиск в циліндрі під час робочого ходу нижче норми, рух поршня і колінчастого валу сповільнюється. Саме за цими ознаками монітор визначає наявність пропусків. Інформація знімається з давача положення колінчастого валу. Рівномірність імпульсів на виході давача колінчастого валу при пропуску запалювання порушується і декілька імпульсів підряд їх тривалість буде більшою. Порівняння вихідних сигналів від двох здавачів (положення розподільного валу і колінчастого валу) дозволяє ідентифікувати циліндр з пропуском.

Монітор розрізняє несправності, коли пропуски спалахів можуть вивести з ладу каталітичний нейтралізатор, а також коли норми на токсичність перевищені більше ніж в 1,5 рази. Підпрограма DE негайно запише в пам’ять ЕБК код помилки. Лампа MIL буде мигати, якщо в більше ніж 15% випадках за час останніх 200 обертів було зафіксовано пропуски. В термінах стандарту OBD-II це несправність (і код помилки) типу А.

Несправність (і код помилки) типу В встановлюється, якщо в двох підряд поїздках монітор зафіксував більше ніж 2% пропусків на 1000 обертів. В цьому випадку DE включає лампу MIL постійно і записує відповідні коди помилок в пам’ять ЕБК.

Монітор паливної системи. ЕБК в режимі роботи із зворотним зв’язком здійснює стабілізацію стехіометричного складу паливо повітряної суміші. Це релейна стабілізація, тобто склад суміші постійно коливається між двома рівнями в діапазоні “багата суміш – бідна суміш”, але в середньому підтримується стехіометричним. Частота коливань не перевищує 10 Гц.

Під час релейної стабілізації стехіометричного складу суміші ЕБК постійно змінює його в межах ±20%. Це нормально, такі переключення складу суміші потрібні і для роботи каталітичного нейтралізатора. Коливання складу суміші відображаються миттєвими значеннями коефіцієнта корекції паливоподачі. Ці значення коливаються відносно середнього значення в діапазоні ±20% при нормальній роботі. Коефіцієнт корекції паливоподачі величиною 20% означає, що ЕБК подає в двигун в середньому на 20% більше палива для підтримання стехіометричного складу суміші ніж вимагається за розрахунком для даного режиму роботи двигуна. ЕБК визначає поточне значення коефіцієнта паливокорекції як суму середнього значення, яке зберігається в ЕБК і миттєвого значення, зафіксованого системою в даний момент.

Монітор паливної системи відстежує середнє і миттєві значення коефіцієнтів корекції паливоподачі. Коли ЕБК шляхом зміни паливоподачі уже не може компенсувати накопичені несправності загорається лампа MIL і записуються в пам’ять відповідні коди помилок.

Монітор системи уловлювання парів бензину контролює об’єм парів палива, які поступають з адсорбера у впускний колектор і тим самим стежить за несправністю системи, а також фіксує витоки парів бензину при їх виникненні.

Пари палива поступають з герметичного баку в адсорбер з активованим вугіллям об’ємом ~1л, де накопичуються. Під час нормальної роботи системи і при певних умовах, наприклад під час рівномірного руху автомобіля, ЕБК відкриває електромагнітний клапан продувки адсорбера, пари палива засмоктуються з повітрям у впускний колектор і спалюються в циліндрах двигуна. Без вживання подібних заходів випаровування палива може додати до 20% до загальної кількості токсичних речовин, що викидаються автомобілем в навколишнє середовище. При закритому клапані продувки адсорбера за показами давача тиску парів палива в баці визначається інтенсивність витоку. Витік парів палива може бути через пробку бензобаку, в адсорбері, в клапанах і з’єднувальних шлангах.

Якщо у двох поїздках підряд будуть зафіксовані несправності, підпрограма DE включить лампу MIL і запише коди помилок.

Монітор системи рециркуляції вихлопних газів. Система рециркуляції вихлопних газів (exhaust gas recirculation – EGR)призначена для зменшення вмісту окислів азоту у вихлопних казах. В присутності сонячного світла окисел азоту вступає в реакцію з вуглеводнем, утворюючи канцерогенний фотохімічний дим.

Монітор EGR контролює ефективність роботи системи рециркуляції вихлопних газів. Під час тесту видкривається і закривається клапан EGR і спостерігається реакція контрольного давача. Вихідний сигнал контрольного давача порівнюється із значеннями з калібрувальної таблиці, що зберігається в пам’яті УБК, і визначається ефективність системи EGR. При незадовільних результатах монітор запише в пам’ять ЕБК відповідні коди помилок.

В якості контрольного давача можуть бути використані різні пристрої: давач кисню; терморезистор з від’ємним коефіцієнтом опору, встановлений у вхідному патрубку клапана системи EGR; давач диференційного тиску, встановлений між клапаном EGR і впускним колектором в трубці з калібрувальним отвором.

Монітор інжекції вторинного повітря (AIR-монітор). Каталітичні нейтралізатори з вторинною інжекцією повітря використовуються не на всіх автомобілях. AIR-монітор контролює під час тесту справність клапана і байпасного каналу, а також кількість вхідного в нейтралізатор повітря. Для оцінки кількості повітря переважно використовується давач кисню на вході нейтралізатора. Підпрограма DE включає лампу MIL і записує коди помилок в пам’ять ЕБК при виявленні несправностей у двох поїздках підряд.

 

Діагностичний роз’єм

16-штирьковий діагностичний роз’єм є стандартним в автомобілях, які відповідають вимогам OBD-II. Діагностичний роз’єм розміщується в пасажирському салоні, переважно від панеллю приладів. Сім з 16 контактів мають встановлене стандартом значення. Решта є в розпорядженні виробника. Контакти 7 і 15 використовуються в європейських системах діагностики для пересилання даних за стандартом ISO9114. Для пересилання даних за стандартом SAE J1850 використовуються контакти 2 і 10.

Контакт	Призначення
	Визначається виробником
	Лінія шини +, SAE J1850
	Визначається виробником
	Земля (“маса” автомобіля)
	“Маса” для сигналів
	Визначається виробником
	Лінія К, ISO9141
	Визначається виробником
	Визначається виробником
	Лінія шини –, SAE J1850
	Визначається виробником
	Визначається виробником
	Визначається виробником
	Визначається виробником
	Лінія L, ISO9141
	Плюс акумуляторної батареї

 

Структура кодів помилок

Відповідно до стандарту OBD-II коди помилок алфавітно-цифрові, містять п’ять символів, наприклад, Р0113. Перший символ – буква, яка вказує на систему, в якій сталася несправність. Другий символ – цифра вказує, як визначено код: з допомогою SAE або виробником автомобіля. Решта три цифри вказують характер несправності. Стандартом OBD-II використовуються чотири букви для позначення основних електронних систем автомобіля:

В – для корпусної електроніки (body);

С – для електроніки на шасі (chassis);

Р – для електронних систем керування силовими агрегатом (powertrain);

U – тип системи не визначено (undefined);

Не всі можливі комбінації кодів використані, багато зарезервовано на майбутнє за SAE.

Другий символ (цифра) приймають значення 0, 1, 2, 3. Цифра 0 означає, що код помилки введено з допомогою SAE; цифра 1 вказує на те, що код введено виробником; цифри 2 і 3 зарезервовані для наступного використання за SAE. Третій символ (цифри від 0 до 9) вказують на підсистему, де сталася несправність. Наприклад, для системи керування силовим агрегатом (Р):

1, 2 –системи подачі палива і повітря;

3 –система запалювання;

4 –система контролю за токсичними викидами;

5 – система контролю за обертами двигуна;

6 – ЕБК;

7, 8 – трансмісія;

9, 0 –зарезервовано за SAE.

Останні дві цифри в коді помилки вказують на конкретну причину несправності. Коди несправностей різних здавачів, виконавчих механізмів, електронних і електричних кіл організовані в блоки за значеннями лівої цифри з двох. Права цифра в блоці відповідає специфічній інформації. Наприклад, низька або висока напруга, сигнал поза допустимим діапазоном значень тощо.

Код Р0113 розшифровується з врахуванням сказаного наступним чином: Р – несправність систем керування силовим агрегатом; 0 – код встановлений SAE; 1 –система подачі палива і повітря; 13 –високий рівень сигналу давача температури повітря у впускному колекторі.

В системі OBD-II використовується значна кількість кодів помилок понад 400.

Код	Значення
Р0105	Несправність в колі давача абсолютного тиску у впускному колекторі або барометричного давача
Р0120	Несправність в колі давача положення дросельної заслонки
Р0306	Пропуск запалювання в циліндрі №6

Залежно від ступені значимості для екологічної безпеки коди помилок різних несправностей можуть бути розділені на чотири типи:

Код типу А. Код помилки типу А відображає наявність несправності, яка приводить до збільшення кількості токсичних речовин, які викидаються автомобілем в навколишнє середовище. Крім цього такі несправності можуть вивести з ладу каталітичний нейтралізатор. Тому підпрограма DE записує коди помилок типу А в пам’ять ЕБК і включає лампу MIL при виявленні несправності в першій поїздці. Приклади: пропуски в системі запалювання, пере збагачена або пере збіднена паливо-повітряна суміш.

Код типу В. Коди типу В заносяться в пам’ять ЕБК, і запалюється лампа, якщо один з діагностичних тестів не виконується в двох поїздках підряд.

Коди типів А і В пов’язані з несправностями, які приводять до збільшення кількості токсичних викидів. При їх записі в пам’ять ЕБК загорається лампа MIL переважно маркова як Check Engine (перевірити двигун) або Service engine soon (двигун потребує обслуговування).

Коди типів С і D відносяться до несправностей, які не пов’язані із збільшенням забруднення навколишнього середовища. Їх поява в пам’яті ЕБК викликає вмикання індикатора Service, якщо такий є.

 

“Заморожений” кадр (Freeze frame record)

При включенні індикатора MIL підпрограма DE записує в пам’ять ЕБК значення всіх параметрів на момент появи коду несправності. Тобто в пам’яті формується заморожений кадр, в якому переважно запам’ятовується така інформація:

– коди помилок;

– відношення повітря/паливо (коефіцієнт a);

– масова витрата повітря;

– середнє і миттєве значення коефіцієнта корекції подачі палива;

– обороти двигуна;

– навантаження;

– температура охолоджуючої рідини;

– швидкість автомобіля;

– абсолютний тиск у впускному колекторі;

– тривалість імпульсу відкривання форсунок;

– режим роботи системи керування двигуном – замкнутий і розімкнутий.

Заморожений кадр містить інформацію про параметри на момент запису тільки першого із усіх можливих кодів помилок. Проте виробники ускладнюють програмне забезпечення з метою запису більшої кількості кадрів для декількох кодів помилок. Під час стирання коду помилки стирається і відповідний заморожений кадр.

 

Перевірка бортової діагностичної системи OBD-II у випробувальному їдовому циклі

 

Діагностичні монітори системи OBD-II реалізують свої тести один раз за поїздку. Тому до випробувальної поїздки (до або після ремонту) автомеханік повинен перевірити працездатність діагностичної системи в їздовому циклі.

В таблиці подано приклад випробувального циклу для перевірки готовності діагностичної системи OBD-II до тестування. Під час проведення тесту підпрограма DE незалежно від результату маркує позначкою в пам’яті ЕБК кожний відпрацьований монітор. Ці позначки зчитуються сканером і з’ясовується, які з моніторів відпрацювали, а які ні. Функціонування несправних моніторів повинно бути відновлено.

Етапи і операції випробувального їздового циклу	Прогрів двигуна до 82^0 С	Неробочий хід	Прискорення до 72 км/год, дросельна заслонка відкрита на чверть	Стале положення дросельної заслонки, швидкість 50-65 км/год	Швидкість 30-50 км/год, дросельна заслонка відкрита не повністю	Скидання казу до холостого ходу	Прискорення до 90 км/год, дросельна заслонка відкрита на половину	Стале положення дросельної заслонки, швидкість 65-100 км/год
Тривалість операції	³4 хв	45 с	~10 с	1 хв	4 хв	10 с	10 с	80 с
Які монітори перевіряються не даному їздовому циклі	Випробувальна поїздка OBD-II (всі монітор)
+	+	+	+	+	+	+	+
Монітори ЕММ (пропусків системи запалювання, давачів кисню, паливної системи тощо)
+	+	+	+	+
Монітори СММ і EGR
	+	+	+	+	+	+
Монітор каталітичного нейтралізатора
							+

ЕММ –монітори підсистем ЕСАК-Д, несправність в яких приводить до зростання токсичності вихлопних газів; СММ –монітори вхідних здавачів і вихідних виконавчих пристроїв ЕСАК-Д; EGR – монітор підсистеми рециркуляції вихлопних газів.

 

Автомобільні діагностичні сканери

Сканер –це портативний комп’ютер з мініатюрним дисплеєм на рідких кристалах, здатний обмінюватися інформацією з комп’ютером ЕБК через з’єднувальний кабель. Стандартний сканер забезпечує:

– доступ до кодів реєстратора несправностей;

– доступ до поточної інформації в ЕБК;

– запис параметрів під час їздових циклів;

– випробувальне керування виконавчими механізмами.

Інформація, яку сканер може отримати з автомобіля, визначається не сканером, а програмним забезпеченням бортового комп’ютера. Більшість автомобільних фірм випускають спеціальні сканери, призначені для роботи тільки з конкретними моделями автомобілів. Також універсальні сканери, які можна використовувати з різними моделями автомобілів. Змінні програмні картриджі і комплекти з’єднувальних кабелів дозволяють це зробити.

З кінця 80-х років використовується міжнародний стандарт ISO 9141, який визначає протокол обміну інформацією через послідовний інтерфейс між ЕБК і сканером. Стандарт встановлює єдину методологію доступу до внутрішньо системних даних, до кодів несправностей, регламентує випробувальне керування системами автомобіля з допомогою сканера. Проте не передбачає сумісніть програмного забезпечення, діагностичних процедур, кодів несправностей і діагностичних роз’ємів, оскільки досягнути такої сумісності для всіх моделей сучасних автомобілів поки що неможливо.

Стандарт ISO 9141 встановлює, що сканер повинен обмінюватися інформацією з ЕБК по одному проводу (К-лінія) або по двох проводах (К- і L-лінії) діагностичного роз’єму. Лінія К двоспрямована і передає дані в обидві сторони, лінія L односпрямована і використовується тільки при встановленні зв’язку між ЕБК і сканером, потім лінія L переходить в стан логічної одиниці. До роз’єму повинні також підключатися маса автомобіля і напруга живлення від акумуляторної батареї.

При встановленні логічного контакту з ЕБК сканер посилає одночасно по лінії К і L спеціальний 8-бітовий код зі швидкістю 5 біт в секунду. Якщо код правильний (збігається з потрібним), ЕБК посилає сканеру 8-бітовий код з інформацією про швидкість наступного обміну даними. Цю швидкість встановлює ЕБК, а не сканер. Потім ЕБК посилає ще два кодових слова з інформацією про наступний обмін даними і конфігурації ліній К і L. Сканер повертає інверсії цих кодів в ЕБК. На цьому процес ініціації (підготовки до діагностування) закінчується.

Діагностичні процедури, які реалізуються після ініціації залежать від програмного забезпечення ЕБК і сканера. Переважно є можливість зчитування кодів несправностей, показувати їх на дисплеї сканера з текстовими коментарями. Складніше програмне забезпечення дозволяє проводити діагностику давачів і виконавчих механізмів, керувати через ЕБК виконавчими механізмами.

Типова послідовність операцій із сканером при скаргах на погіршення їздових якостей автомобіля така:

– під’єднати сканер, увімкнути запалювання без запуску двигуна і отримати параметри ЕБК;

– отримати коди помилок і несправностей і записати їх для використання в подальшому;

– запустити двигун і отримати параметри від ЕБК.

Перший крок може відразу дати результат. При увімкненні запалювання, але вимкненому двигуні за значеннями параметрів легко визначаються обриви і замикання в електричних колах. Наприклад, замикання і обриви в колах давачів призводять до максимальних або мінімальних значень відповідно їх показів (при вимкненому двигуні значення параметрів постійні). При увімкненому двигуні ЕБК може провести заміну сигналів від нештатно функціонуючих давачів на сигнали від схем резервування, що працюють за програмою «доїхати до гаражу. Сканер зареєструє останні значення сигналів, і виявити відхилення тепер буде складніше. Наступний крок (отримання кодів помилок і несправностей) може вказати на коло (систему), яка несправна або неправильно працює.

Програмні картриджі забезпечують роботу сканера в режимі допомоги (контекстної довідки), що прискорює виявлення і усунення несправностей. Довідкова система програмного картриджа містить опис і покрокові інструкції з виконання алгоритмів за діагностичними картами, розроблених виробником автомобіля.