车载诊断系统概述

guangdayou

OBD（车载诊断系统，第1代）

1985年4月，加州大气资源委员会（CARB）批准了车载诊断系统法规，称为OBD。在该法规的要求下，从1988年开始在美国加州销售的轿车和轻型卡车，其发动机控制模块（ECM）都监测与排放有关的关键零部件是否工作正常，一旦检测到故障，即点亮仪表板上的故障指示灯（MIL），并在维修手册中给出故障码（DTC）和故障诊断流程图，以帮助维修工判断发动机控制系统和排放系统故障的可能原因。该规定的基本目标有两个：
?        当故障出现时提醒驾驶员，以改善在用车的排放水平。
?        帮助汽车维修工诊断和维修排放控制系统中有故障的电路。

OBD自诊断系统应用在与排放相关的系统中，这些系统一旦出故障会使废气排放显著提高，如：
?        发动机的全部主要传感器；
?        燃油计量（喷射）系统；
?        废气再循环（EGR）系统。

OBD的主要功能包括：
－> 故障指示灯（MIL）；
－> 故障码（DTC）；
－> 诊断监测：
        －> 主要输入传感器；
        －> 燃油计量；
        －> EGR系统功能；
－> 监测电路的开路和短路；

故障指示灯（MIL）
当出现故障时，只要故障被检测到，MIL就保持点亮，并在状况恢复正常时熄灭，在ECM存储器中保存一个故障码。同时，ECM监测电路是否开路、短路，有时还监测其参数是否正常。

在大多数排放检测和维护（I/M）制度中，MIL也是一个目测检查的项目，检测员通过MIL可以很快地直观判断出汽车控制及排放系统是否工作正常。在I/M检测的直观检查阶段，检测员必须先查看“点火钥匙ON，灯泡检测”时MIL灯是否亮，然后再查看在发动机运转时MIL灯是否亮。在灯泡检测时MIL应当亮，而在发动机起动时应当熄灭。如果车辆通过这个检查，发动机控制系统很可能工作正常。

OBD故障码（DTC）
故障码由车载诊断系统生成，并存储在ECM存储器中，它们表明了ECM检测到故障的电路。故障码一直存储在ECM的长时存储器中，无论是连续性（硬）故障，还是间发性故障引起的故障码。丰田车将故障码存储在ECM的长时存储器中，必须拔掉ECM的BATT端子使其断电才能将其清除。在大多数情况下，EFI保险为长时存储器供电。

串行数据流
虽然OBD规定没有要求必须有数据流功能，但很多车型都已具备，用专用扫描工具（解码器）能够读出串行数据流。串行数据是与传感器、执行器以及ECM的燃油和点火策略有关的电子信息，通过连接ECM的单根导线读取。“串行数据”的意思是先将信息数字化编码，然后再逐个传输这一串数字码。扫描工具在接收到这些数字码将其解码后再显示出来。

丰田车典型的串行数据流由20个数据码组成，包括传感器值、开关状态、执行器状态和其它发动机运行数据。

OBD-II（车载诊断系统，第2代）

虽然OBD提供了许多与排放有关的关键系统和零部件的数据，但因为当时的技术限制有几个重要项目未包含进去。自从OBD实施以来，汽车技术又发生了重大突破。例如，监测发动机缺火和催化转换器效率的技术已经开发出来，并已在车辆上大量应用。

因为技术上突破，以及IM制度在检测关键排放控制系统故障方面不尽如人意，在CARB的倡导之下，制定出了一个更加完善的OBD系统，即OBD-II。1994年至1996年之间为过渡期，增加了：
?        催化转换器效率监测
?        发动机缺火检测
?        炭罐净化系统监测
?        二次空气喷射系统监测
?        EGR系统流量监测
?        诊断系统中必须包含串行数据流（包含20个基本参数）和故障码。

除了OBD-II要求的基本数据流意外，丰田车还提供一个增强数据流，包含约60个数据参数。将通用型扫描工具连接到标准的数据链接插座（DLC，在仪表板左侧下面），即可读取OBD-II数据流。有关数据、扫描工具、诊断测试模式、诊断故障码的标准都是由美国汽车工程师协会（SAE）制定的。

OBD-II标准的目的是使车载诊断系统能够不断地监测排放控制系统的效率，在系统发生故障时提高诊断和维修效率。重要的是，所有IM站都必须规划成能够检测OBD-II车辆。

OBD-II的特点

氧传感器（O2S）诊断
氧传感器的增强型诊断是通过监测传感器的切换频率和稀－浓、浓－稀切换时间来监测其是否老化和污染。

燃油系统监测
大多数燃油系统不断地改变其基本标定值，以补偿大气压力、温度、燃油结构、元件磨损及其它因素的变化。这种自适应性行为只要在系统的设计范围内，都是正常的。

若出现了一些情况导致燃油系统参数超出其设计范围，例如空气流量计信号偏移、燃油压力不正确或其它机械故障，OBD-II系统能够检测到这些不正常的工作状况。如果这些情况出现的时间长度超过设定值，就会设置故障码。在存储故障码时，发动机转速、负荷和暖机状态都将以固定帧（可读取的串行数据）的形式存储。

OBD-II的主要特点：
        －> “连续监测”和“每个行程一次”的功能测试
        －> 增强型氧传感器诊断
        －> 增强型燃油修正诊断
        －> 发动机缺火检测
        －> 催化转换器效率监测
        －> EGR流量监测
        －> 蒸发排放净化流量计
        －> 二次空气监测
        －> 新的MIL点亮规则
        －> 标准化
                －> 故障码
                －> 串行数据流
                －> 扫描工具
                 
缺火监测
通过曲轴位置传感器的高频信号，ECM能够密切监测在单个气缸做功行程中曲轴的转速变化。如果发动机的所有气缸都点火正常，曲轴转速应在每个做功行程中都上升。若有气缸出现缺火现象，曲轴转速的增加将受到影响。

丰田车的OBD-II发动机应用了一个“36减2齿Ne”传感器，以直接测量曲轴的转速和位置。ECM根据Ne传感器的信息可以判断出是否有缺火现象、哪个气缸缺火以及缺火的程度。

如果ECM监测到缺火很严重，将会存储一个故障码，同时还会存储缺火时的发动机转速、负荷及暖机状态。同时，还会快速闪烁MIL灯，提示驾驶员有严重缺火故障。

催化转换器监测
在催化转换器下游（出口处）安装了一个副氧传感器（S2），ECM监测其切换频率，并与主氧传感器（S1，在催化转换器的上游）的切换频率相比较。通过比较这两个氧传感器的切换频率，即可判断出转换器的氧化效率。当转换效率下降时，副氧传感器S2的切换效率提高，接近主氧传感器S1。除了用于诊断外，S2还有用于在转换器开始老化时保持最佳燃油控制。

EGR系统监测
加强型EGR流量特性监测能够检测到不正常的流量（低于或高于在给定发动机工况下的设计流量）。实现这一功能的方法之一是：只监测EGR进气侧的温度变化。另一个方法是测量在EGR流量瞬间停止时燃油系统加浓修正的程度。

蒸发排放净化系统监测
通过监测炭罐净化时的氧传感器信号和喷油脉宽，ECM能够检测到废气中氧含量降低及相应的喷油脉宽减小（以修正此时的浓混合气工况）的情况。通过这种方式，ECM能够检测到炭罐净化控制系统中的故障，同时存储故障码，并用MIL灯提示驾驶员。

二次空气系统监测
在闭环状态下，ECM通过瞬时切换氧传感器上游的二次空气，监测氧传感器的响应及相应的喷油脉宽增加情况，以判断二次空气系统是否工作正常。

故障指示（MIL）灯点亮
一旦出现故障（双行程检测逻辑），MIL将点亮并将一直亮，即使故障状态是间发性的。此后每次重新起动后，即使故障状态不复存在，MIL灯都将一直亮着。只有当同一故障在连续3个行程循环中不再出现，OBD-II系统才将MIL灯熄灭。而只有当同一故障在连续40个行程循环中不再被检测到时，ECM才清除该故障码。丰田车的电控系统一般不删除故障码，而是在这类故障码（连续40个行程循环不再出现）上做上标记。

用通用型解码器可以清除故障码，或拔下ECM的BATT端子使ECM断电也可以。

就绪测试

OBD-II系统不断地监测缺火和燃油系统故障，在每个驱动循环（或“行程”）还要对催化转换器、EGR系统和氧传感器做一次功能检测。只有在达到规定的行驶条件后，ECM才能确认这些系统工作正常。例如，发动机必须完全预热，节气门位置必须超过规定的角度，发动机必须达到规定的载荷等等。在这些行驶条件未达到之前，ECM不能完成其“就绪检测”，也就不能显示检测数据。此时，解码器会显示如下信息：“所支持的就绪测试尚未全部完成”，以提示操作人员不能读取检测数据。

在IM检测过程中，就绪测试是一个标识，表示车载诊断系统还不能提供检测所需的信息。此时，必须运行车辆，直到所有就绪测试工况全部达到。

存储的发动机固定帧数据
OBD-II系统在检测到故障时，会将设置故障码时的所有发动机运行数据（固定帧数据）存储起来，用通用型解码器即可读取这些固定帧数据。这些数据对于诊断发动机的故障十分有用。

维修信息和故障码的标准化
根据OBD-II标准的规定，汽车制造厂必须向维修行业开放与排放有关的诊断和维修信息，包括诊断发动机控制系统所必须的步骤和参数。虽然用专用设备和步骤可以进行更多的诊断，但厂家必须给出用通用型解码器和其它通用的检测设备（如万用表、示波器等）的维修步骤。为了简化诊断，OBD-II还要求制造厂使用标准的故障码。


解码器读取的串行数据在诊断中的作用和局限性

解码器对于诊断发动机控制系统的故障十分有用。用它，你可以通过诊断插座方便地读取大量的数据。
?        解码器可以快速检查传感器、执行器和ECM的输出。例如，在检查传感器的信号是否超出正常范围时，可以用解码器读出该传感器的信号，然后与维修手册中的规范值进行比较。
?        在检测是否存在间发性故障时，可以在电路或元件被操作、加热或冷却的过程中用解码器监测输入信号。

但是，在用串行数据诊断某些故障时，必须理解串行数据的局限性。
?        串行数据是经过ECM处理后的信息，而不是传感器的实际信号，实际信号可以从ECM端子处测得。串行数据反映的也可能是ECM的默认值，而不是实际信号值。

例如，对于OBD系统，发动机冷却液温度传感器信号在断路时将显示为失效安全默认值176法氏度（？？？摄氏度）。如果在ECM的THW端子测量，实际的电压信号值应当为5V，相当于－40法氏度（???摄氏度）。

对于输出指令，串行数据代表的是ECM计算的输出值，而不一定是执行器的实际动作。例如，若发动机已进入燃油切断失效安全模式（因IGf线路开路），在起动发动机时，虽然喷油器不再喷油，但在串行数据中还会显示喷油脉宽计算值。

因为数据传输速度的问题，用串行数据诊断间发性故障也有局限性。若数据流的波特率太低，将导致解码器显示数据的刷新频率较低，这样，发生在两次刷新之间的数据变化就很难被看出来。因此，通常很难在低速串行数据流中检测出间发性故障信号。

例如，节气门位置传感器（TPS）线路在汽车每颠一次时就断路一下，这是一个间发性故障。但如果此断路状况持续的时间不超过1.25秒，用解码器读取数据流很可能就检测不到TPS信号的变化。

高速串行数据流对于检测间发性故障明显好于低速数据流。

综上所述，在读取串行数据诊断故障时，必须要十分仔细。一旦你掌握了以上知识，就可以大大减少诊断过程中的错误。


串行数据的解释
开始时，很多人会因数据太多而对串行数据十分困惑，而且很多参数使用缩写名，有些还用不为人熟知的单位显示，不易理解。为了帮助您熟悉这些新的术语及其含义，参照本手册的附件A和B，那里给出了详细的定义、参数和每个参数的解释。

ECM燃油和点火控制策略
诊断驾驶性能问题可能很复杂，尤其是当大量诊断数据摆在你面前时，很难确定哪些数据是重要的信息，而哪些信息应当忽略掉。判断的关键在于：根据基础，即基础理论和基础数据。

根据我们以前所学的，对燃油和点火的计算影响最大的只有有限的几个传感器信号。实际上，基础的喷油和点火计算只有两个传感器：发动机转速和负荷传感器。

另外还有4个传感器对喷油影响较大（对点火提前角的修正影响程度稍小一些）：发动机冷却液温度、进气温度、节气门角度、氧传感器反馈信息。

在熟悉这6个输入参数后、显示单位及额定值后，数据分析就轻而易举了。

6个重要传感器输入
有6个主要传感器输入信号对喷油和点火的计算影响最大，按照重要性排列如下：
?        发动机负荷
图1：以上6个传感器信号是ECM计算喷油和点火最基本数据

燃油修正
为了更好地理解氧传感器信号是如何反馈的，ECM如何根据此信号修正燃油，我们先复习一下燃油喷射的基本理论。

喷油脉宽理论的复习
最终的喷油脉宽包含以下三个方面的功能：
?        基本喷油脉宽
?        工况脉宽修正
?        蓄电池电压修正

基本喷油脉宽是根据发动机负荷、转速和燃油修正因子计算出来的。工况脉宽修正是根据发动机的工作状况对基本喷油脉宽进行调整，由ECM根据以下传感器信号计算出：
?        发动机冷却液温度（ECT）
?        节气门位置（TP）
?        进气温度（IAT）
?        排气氧传感器（O2S）

蓄电池电压修正是根据蓄电池的电压变化调整喷油时间。


基本喷油脉宽的计算
确定喷射多少燃油的第一步是计算基本喷油脉宽，基本喷油脉宽受以下几个方面影响：
?        发动机负荷（VAF，MAF，或MAP）
?        发动机转速（Ne）
?        长时燃油修正（LFT）因子

基本喷油脉宽是ECM对实际喷油时间（获取理论空燃比所必须的燃油量）的最好估计，一般比较精确，与实际所需的喷油量相差不超过20%。在此基础上，ECM将根据氧传感器信号将空燃比修正到理论值。

氧传感器反馈修正
根据不同的情况，氧传感器反馈的修正量会有所不同。如果需要的修正量相对较小，如小于10%，ECM很容易调整混合气；如果需要的修正量接近20%极限，ECM燃油修正的范围将受到限制；如果需要的修正量超过规定值，ECM将存储一个“学习值”以调整或“修正”基本喷油脉宽。通过增减基本喷油脉宽，可以将氧传感器修正量保持在一个可接受的范围内，保证ECM对空燃比有一个较大的修正范围。

燃油修正影响喷油脉宽
“燃油修正”这个术语用于描述ECM根据氧传感器的反馈信号对喷油脉宽进行修正的百分比。有两个不同的燃油修正值会影响最终喷油脉宽：长时燃油修理（Long FT）和短时燃油修正（Short FT）。
长时燃油修正属于基本喷油脉宽计算的一部分，由燃油系统的喷油精度确定。它是一个学习值，随着多个因素逐渐变化，如燃油的氧含量、发动机的磨损、空气泄漏、燃油压力的变化等等。
短时燃油修正是对基本喷油脉宽的增减。ECM根据氧传感器信号计算出实际空燃比与理论空燃比的差值，然后通过短时燃油修正消除误差。

短时燃油修正是如何工作的
短时燃油修正只是暂时改变喷油量，在氧传感器信号的每个周期都变化。在正常情况下，短时燃油修正在0％（理想值）左右快速波动，并且只在闭环状态下工作。

对于OBD-II系统，短时燃油修正是数据流中的一个参数，可以在诊断仪上显示出来。其正常值范围为＋/-20%，但在正常工况下很少超过＋/-10％。

短时燃油修正随着氧传感器的输出信号而变化。如果基本喷油脉宽导致空燃比过稀，将给出正修正（＋1％～＋2％），以增加喷油量；如果基本喷油量过浓，将给出负修正（-1％～-2％），以减少喷油量。

如果短时燃油修正在＋/-0％附近变化，表示为中间工况，基本喷油脉宽的计算十分接近理论空燃比，无需大的修正。

长时燃油修正是如何工作的
对于OBD和OBD-II系统，长时燃油修正都是数据流中的参数之一。长时燃油修正是对燃油系统的长期修正，因为它是基本喷油脉宽计算的一部分。相对短时燃油修正来说，长时燃油修正变化缓慢，其正常值范围为＋/-20％，正值表示加浓修正，负值表示减稀修正。

如果短时燃油修正超过＋/-10％时间很长，长时燃油修正将偏移，以改变基本喷油脉宽。基本喷油脉宽的变化量应当能够将短时燃油修正恢复到＋/-10％范围之内。

长时燃油修正在开环和闭环状态下都起作用，这一点也与短时燃油修正不同。因为长时燃油修正值存储在非易失性RAM（NVRAM）中，在点火开关关闭后不会丢失。即使在热机和节气门全开的工况下，长时燃油修正也能修正发动机和燃油系统状况的变化。

cool33777612

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ICSChina

现在标准诊断数据库是OBD文件，不过各个厂家也会有自己的文件格式，
如GM用的是GMD格式，Ford用的是MDX格式，等等。