汽車OBD系統(tǒng)簡述

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)，是一個非常復雜的自我診斷系統(tǒng)，用于監(jiān)測影響汽車排放的零部件和系統(tǒng)的故障。OBD不會代替定期的排放測試，但是會起隨車排放監(jiān)測器的作用。本文介紹了OBD車載診斷系統(tǒng)的發(fā)展、監(jiān)測項目及其控制策略、使用和維修注意事項。

1 OBD的提出及發(fā)展

自20世紀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，可以警示駕駛；并且在維修時，可經由特定的方式讀取故障代碼，以加快維修進度。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)動機故障警示燈”(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系統(tǒng)）。

（2）系統(tǒng)必須有記錄/傳輸相關廢氣控制系統(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不夠嚴謹，遺漏了三元催化器的效率監(jiān)測、油氣蒸發(fā)系統(tǒng)的泄漏監(jiān)測以及發(fā)動機是否失火的監(jiān)測，導致HC排放增加。再加上OBD-Ⅰ的監(jiān)測線路敏感度不高，等到發(fā)覺車輛故障再進廠維修時，事實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，還引起另一個嚴重的問題：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90年代中期發(fā)展了OBD-Ⅱ(第二代車載診斷系統(tǒng))，美國汽車工程師協(xié)會（SAE）制定了一套標準規(guī)范，要求各汽車制造企業(yè)須按照OBD-Ⅱ的標準，提供統(tǒng)一的診斷模式。

OBD-Ⅱ可在發(fā)動機的運行狀況中，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，就會馬上發(fā)出警報。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，故障燈（MIL）點亮，同時發(fā)動機電腦將故障信息存入存儲器，通過程序可以將故障代碼從發(fā)動機電腦中讀出。根據(jù)故障碼的提示，維修人員就能迅速準確地確定故障的性質和部位。

OBD-Ⅱ比OBD-Ⅰ增加了新的監(jiān)測區(qū)域，包括催化轉換器轉換效率和決定發(fā)動機失火的曲軸速度，可以獲得任何時間的發(fā)動機失火、HC排放增加的信息。

1.2 OBD-Ⅱ系統(tǒng)的功能

簡單來說，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系統(tǒng)）時，檢測廢氣控制系統(tǒng)的關聯(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）使用標準化的故障碼，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)對監(jiān)測排放狀況十分有效。當發(fā)現(xiàn)MIL點亮時，應立即將車送到維修站進行檢修。但對駕駛者是否接受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)）來解決這個問題。

OBD-Ⅲ的主要目的，是使汽車的檢測、維護和管理合為一體，以滿足環(huán)境保護的要求。OBD-Ⅲ系統(tǒng)會分別進入發(fā)動機、變速器、ABS等系統(tǒng)ECU中去讀取故障碼和其他相關數(shù)據(jù)，并利用小型車載通訊系統(tǒng)，如GPS導航系統(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通告管理部門，管理部門根據(jù)該車輛排放問題的等級，對其發(fā)出指令，包括去哪里維修的建議，解決排放問題的時限等，還可對超出時限的違規(guī)者的車輛，發(fā)出禁行指令。

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

2 OBD的監(jiān)測項目及控制策略

OBD作為一個監(jiān)測系統(tǒng)，主要是通過ECU對相關傳感器信號數(shù)據(jù)的監(jiān)測與分析，來實施對發(fā)動機排放的監(jiān)測。OBD的診斷監(jiān)測分以下3類。

2.1 零部件監(jiān)測

用于診斷和控制器有輸入或輸出關系的零部件，主要針對零部件電路進行測試，同時包括傳感器輸入值合理性判斷。

（1）OBD監(jiān)測的主要傳感器。以下傳感器發(fā)生故障時，會激活MIL：

進氣壓力傳感器；

節(jié)氣門體開度傳感器；

進氣溫度傳感器；

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，不激活MIL，只記錄故障碼：

空調壓力傳感器。

（2）OBD監(jiān)測的主要驅動器。以下驅動器發(fā)生故障時，會激活MIL：

點火控制回路；

噴油器控制回路；

炭罐電磁閥控制回路；

怠速控制閥；

冷卻風扇繼電器。

以下驅動器不影響排放，發(fā)生故障時不激活MIL，只記錄故障碼：

空調離合器繼電器。

2.2 系統(tǒng)監(jiān)測

用于診斷系統(tǒng)性故障。包括以下項目：

失火診斷；

催化轉化器劣化診斷；

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，可能是電路或機械性的。

（1）失火診斷。OBD必須能夠探測造成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，當曲軸旋轉時間超出設定限值時，判定為有失火事件發(fā)生。因為當失火發(fā)生時，曲軸速度會因失去動力而減速。

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

對催化轉換器劣化的診斷，是基于檢測轉換器的儲氧能力。需要在轉換器下游安裝一個次級氧傳感器，幫助監(jiān)測催化轉換器，通過比較上游和下游氧傳感器的值，OBD系統(tǒng)從而探測轉換器效率。

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，觀測上下游氧傳感器信號上升或下降的延遲時間。如延遲時間過短，則催化轉換器已喪失儲氧能力，從而判別轉換器故障。

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

診斷方法，是通過對氧傳感器輸出波形進行監(jiān)測；氧傳感器的輸出在300～600 mV的平均時間；在定時間內氧傳感器輸出電壓在濃稀之間的轉換次數(shù)；如上述平均時間過長，或轉換次數(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)可能會隨硬件的劣化而偏離初始狀態(tài)。對少量的偏離，ECU控制系統(tǒng)會進行自我補償，但當劣化的程度超過控制系統(tǒng)所能自我調節(jié)的范圍后，就會影響排放。當排放超過OBD限值時，必須點亮故障警示燈和記錄故障碼。

診斷方法，是基于供油閉環(huán)控制自學習模塊值（BLM），計算自學習模塊的平均值，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)無法或推遲進入閉環(huán)控制，從而影響到排放。

診斷方法，是通過對發(fā)動機暖機過程的模擬，來預測水溫變化。根據(jù)發(fā)動機參數(shù)，模擬暖機過程，預測水溫時間的變化，將預測水溫和水溫傳感器輸入進行對比，從而判別系統(tǒng)故障。

（6）怠速控制系統(tǒng)故障診斷。當?shù)∷倏刂葡到y(tǒng)出現(xiàn)故障時，發(fā)動機怠速往往無法控制在所需轉速上，會造成發(fā)動機性能和排放等問題。

診斷方法，是通過檢測實際轉速和控制期待轉速之差；當實際轉速持續(xù)低于控制期待轉速100 r/min以上時，或當實際轉速持續(xù)高于控制期待轉速200 r/min以上時，怠速控制系統(tǒng)被認為有故障。

2.3 控制器（ECU）監(jiān)測

用于診斷和控制器有關的通訊故障，硬件故障，及內存記憶變更：

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

檢查通訊信號的有無及合理性；

確認ECU/PCM中的軟件程序和標定值沒有被更改；

檢查ECU/PCM中的硬件是否功能正常。

3 使用注意事項

對裝備了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，在使用中應重點注意以下事項：

（1）使用高品質燃油。燃油的品質對車輛排放和OBD系統(tǒng)工作有重要影響，使用成分不符合標準、含有不安全添加劑和過量雜質的不合格燃油，不僅會使發(fā)動機工作狀況劣化，增加排放，還會加速OBD系統(tǒng)所監(jiān)測裝置、部件的損壞，增加報警機率。

（2）使用合格的機油。使用已經劣化或品質不合格的機油，不僅會增加發(fā)動機的磨損，造成氣缸密封性下降，還會引起氣缸“竄油”，從而增加失火率，加速氧傳感器和三元催化轉化裝置的損壞。而且還要注意及時更換發(fā)動機油。

（3）加強點火系統(tǒng)的維護。經常檢測和保持點火正時，及時清潔和檢查點火系統(tǒng)是否存在漏電等問題，定期檢查火花塞的技術狀況，保持清潔和正常的電極間隙，保持點火系統(tǒng)的正常工作。

（4）不得帶病行駛。車輛駕駛人員要像增強安全行車意識一樣，增強環(huán)保意識，當車輛出現(xiàn)故障或OBD系統(tǒng)發(fā)出報警時，要對車輛及時進行檢修，未排除故障前，不上路行駛。

4 維修注意事項

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

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

（2）注意對供油系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)的檢修。及時檢測和調整發(fā)動機供油系統(tǒng)壓力，定期檢查和清潔噴油器，保持噴油量的準確和噴油品質。加強進氣系統(tǒng)密封性檢測，保證空氣流量計（或進氣壓力傳感器）的正常工作，及時清潔和更換空氣濾芯。

（3）重視點火系統(tǒng)的檢測和維修。要特別重視對點火系統(tǒng)高壓部分的檢測與維修工作，及時更換已經老化或損壞的點火線圈、高壓線、分電器及火花塞等部件，精確調整點火正時和火花塞電極間隙，保證點火系統(tǒng)的工作品質。

（4）加強對氧傳感器的檢測。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。當氧傳感器發(fā)生故障時，會對汽車的動力性產生明顯影響。部分車輛在發(fā)動機控制系統(tǒng)設計時，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對氧傳感器的檢測與修理。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其輸出信號，當發(fā)現(xiàn)表面狀態(tài)明顯劣化（發(fā)黑、變形或產生沉積物）、輸出信號電壓偏移或波形頻率降低等問題時，要及時更換，并注意連接電路的檢測。

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

（6）注意發(fā)動機轉速、車速傳感器及其電路的檢測。要保證發(fā)動轉速傳感器、車速傳感器及其電路正常工作，對于電磁式傳感器，建議定期進行速度—輸出信號(電壓與波形)檢測，出現(xiàn)問題時要及時更換。

5 結束語

OBD不僅涉及到汽車技術的本身，而且還會受油品等相關條件限制，同時也對車輛使用人員和維修人員的技術水平，提出了更高的使用要求。當然，更是對他們道德水準和法制觀念、環(huán)保意識的考驗。

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[2]張西振.汽車發(fā)動機電控技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

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