Diagnostika EOBD

Diagnostika OBD

Jedním z nejdůležitějších technologických směrů byla a je snaha o zvyšování účinnosti pohonných jednotek a zároveň snižování emisí ve výfukových plynech. S jedním z provozních opatření úzce souvisí termín OBD On-Board Diagnostics. Termín vyjadřuje soubor postupně zavedených norem, vztahujících se k jednotné palubní diagnostice, napříč všemi výrobci automobilů. Systém byl zaveden z důvodu permanentního sledování komponent řídící jednotkou motoru.

Řídící jednotka zjišťuje za provozu automobilu, ze stavu akčních členů a okamžitých hodnot snímačů, pravděpodobný obsah škodlivin ve výfukových plynech. Případné závady nebo odchylky mimo tolerance, které jsou uloženy v motormanagementu řídící jednotky, jsou uloženy do paměti závad. V případě závažných chyb, které ovlivňují zvýšení emisí, informuje řídící jednotka řidiče rozsvícením kontrolky. Pro kontrolního technika to v praxi znamená, že se lze jedním a velice levným zařízením spojit s řídícími jednotkami motorů všech výrobců automobilů.

Systém OBD prošel vývojovými stádii a neustále se zdokonaluje, v současnosti se připravuje třetí generace. Poprvé byl systém aplikován ve Spojených státech ve druhé polovině osmdesátých let minulého století.

OBD I

Systém palubní diagnostiky OBD (On-Board-Diagnostics) první generace, vznikl v USA jako jedno z dalších opatření, kterým Kalifornský úřad pro čistotu ovzduší CARB (California Air Ressource Board) postupoval proti stále rostoucím emisím nebezpečných škodlivých látek z výfukových plynů. Zavedení palubní diagnostiky v roce 1988 zjednodušilo kontrolu součástí, ovlivňujících emisní chování automobilu. Současně byl ve stejném roce zaveden jednotný program inspekce a údržby I/M (Inspection and Maintenance).

Základní funkcí systému OBD, bylo sledování důležitých komponent, které by se svou poruchou mohly podílet na zvýšení emisních hodnot. V případě poruchy, byl zaznamenán kód chyby do paměti závad řídící jednotky motoru. Z pohledu řidiče, byla chyba signalizována přímo na panelu přístrojů, prostřednictvím kontrolky tzv. MIL (Malfunction Indicator Light). Z pohledu tehdejšího diagnostika, bylo možno závady uložené v paměti závad přečíst  prostřednictvím sekvence blikacích kódů buď prostřednictvím kontrolky na panelu přístrojů nebo prostřednictvím jednoduché metody vyblikání.

Příklad třímístných blikacích kódů používaných koncernem FORD

112 Snímač teploty nasávaného vzduchu (ACT) – nízká hodnota
179 Palivový systém (chudá směs)
214 Snímač polohy vačkového hřídele
215 Zapalovací cívka EDIS 1
311 Systém přidaného vzduchu/systém vhánění vzduchu (nefunguje)
452 Snímač rychlosti vozidla (VSS)
557 Zkrat ve spínacím obvodu recirkulace výfukových plynů

Interpretace třímístného kódu:

Norma OBD I nebyla až do roku 1994 nikterak sjednocena, proto si každý výrobce její integraci do elektroniky automobilu vysvětloval po svém, např. chybovými kódy, postupem vyblikávání, konstrukci diagnostické zásuvky a zapojení pinů atd. V důsledku neustálého zpřísňování emisních limitů, došlo ke sjednocení standardů. V letech 1994-1996 bylo zavedeno přechodné období, ve kterém se výrobci a importéři osobních automobilů mohli připravit na zavedení normy OBDII.

OBDII

Od 1.1.1996 vzešla ve Spojených státech v platnost povinnost vybavení řídících jednotek zážehových motorů systémem palubní diagnostiky druhé generace- OBDII. U vznětových motorů pak od roku 1997. Norma OBDII přinesla mnoho změn. Nejdůležitějšími byly:

• sjednocení diagnostické zásuvky a obsazení pinů
• sjednocení komunikačních protokolů
• struktura chybových kódů
• označení jednotlivých komponentů a jejich průběžných testů.

Systém OBD II sleduje veškeré součásti motoru a jízdní režimy, které by se svou poruchou mohly podílet na zvýšení emisních hodnot ve výfukových plynech. Jedná se např. o: výpadky zapalování a spalování, účinnost katalyzátoru, provozní stavy lambdasond, systém zpětného vedení výfukových plynů, stav v sacím potrubí, systém sekundárního vzduchu, těsnost systému klimatizace, systém odvzdušnění palivové nádrže a jeho těsnost, systém regulace plnicího tlaku vzduchu (motory s turbodmychadlem).

Diagnostika EOBD

EOBD – Euro On Board Diagnose je modifikací normy OBDII, která vyhovuje přísnějším emisním předpisům EU. Jednotící dokument 98/69/ES, který byl navržen organizací MVEG (Motor Vehicle Emission Group), definuje přesné znění  povinných funkcí a jednotících prvků, které musí výrobci při integraci systému OBD dodržovat. Povinnost integrace systému EOBD byla zaváděna postupně. Viz tabulka Povinnost vybavení vozidel systémem EOBD.

První etapa se týkala pouze vozidel se zážehovými motory, následovaly motory vznětové. Každý výrobce si povinné požadavky, vyžadované evropskou legislativou vysvětluje po svém, takže výklady funkcí se v drobných detailech mohou lišit.

Monitory – Monitorované systémy

Monitorování důležitých komponent, je souhrn předprogamovaných rutin v řídící jednotce motoru. EOBD představuje systém monitorovacích programů, které vyhodnocují činnosti komponentů emisního systému. Monitorování důležitých systémů lze rozdělit do dvou základních skupin – trvalé a průběžné sledování. Dále je možné rozlišit podmínky testu na normální a zvláštní provozní podmínky. Kontrola frekvence monitorování a podmínky jsou závislé na tom, zdali se jedná o typ zážehového nebo vznětového motoru. Většina testů je průběžného typu tzn., že systém nečeká na vhodné provozní podmínky, což znamená, že test je prováděn kontinuálně od zapnutí zapalování, startu motoru a vypnutí motoru.

Systematickým testováním dokáže ECU vyhodnotit chybový stav v několika sekundách. Permanentní test zahrnuje následující postupy:

• Testy snímačů: teploty, tlaku, průtoku vzduchu, polohy ventilů a hlavní komponenty systému vstřikování paliva. Do testů snímačů je třeba zahrnout i vyhodnocení fázování klikového a vačkového hřídele (např. vstřikování Common-rail): ECU vyhodnotí závadu velice rychle, ale do vypnutí motoru se neprovede žádná akce, i když nelze motor znovu nenastartovat.
• Testy průchodnosti elektrických spojů a obvodů. ECU vyhodnocuje případné zkraty, přerušení či nevěrohodné signály, které jsou mimo rozsah ECU.
• Kontrola hlavních elektrických ovladačů řízení emisí vč. systému vstřikování paliva.
• Logické testy a odchylky v řízení akčních členů. Např. porovnání barometrického tlaku s tlakem v sacím potrubí, za podmínek při nulovém plnění turba. Nebo pokud se např.EGR ventil nepohybuje do požadované polohy.

Trvale sledované komponenty

• Lambda sondy – Řídící jednotka sleduje a porovnává hodnoty, jako jsou vnitřní odpor, výstupní napětí, rychlost přechodu kvality směsi chudá-bohatá a bohatá-chudá, zkrat na kostru a plus, vyhřívací obvod a periodu signálu.
• Účinnost katalyzátoru – Řídící jednotka vyhodnocuje data získaná z labdasond (rozdíl amplitud). Porovnává obsah kyslíku před a za katalyzátorem. Test je prováděn jednou za jízdní cyklus.
• Výpadky v zapalování/spalování – Při výpadku spalování dochází k poklesu úhlové rychlosti klikové hřídele. Řídící jednotka sleduje chování otáčkového snímače na klice a vačce a porovnává jej předepsanou datovou specifikací, kterou má uloženou v motormanagementu řídící jednotky.
• Systém odvzdušnění palivové nádrže – Řídící jednotka ovládá uzavírací ventil a regenerační ventil tak, aby díky snímači tlaku mohla vyhodnotit těsnost systému. Zkouška se prování jednou za jízdní cyklus.
• Systém sekundárního vzduchu – Je kontrolován přes elektrický okruh dmychadla sekundárního vzduchu. Řídící jednotka vyhodnocuje z poklesu napětí, způsobeného snížením otáček dmychadla, jeho elektrický stav.
• Systém recirkulace spalin – Řídící jednotka vyhodnocuje signál získaný ze snímače polohy na EGR ventilu, který je otevírán pod tlakem. Množství recirkulovaných výfukových plynů je závislé také na  množství nasávaného vzduchu, poloze škrticí klapky a tlaku v sání.

Jízdní cyklus

Jízdní cyklus ECU chápe jako zapnutí zapalování (poloha II), spuštění motoru a jízdu. Během jízdy je system EOBD schopen zjistit závadu, pokud se vyskytne. Pro řádné vyhodnocení a dokončení jízdního cyklu je u některých systémů potřeba až 20 minut jízdy. Jízdní cyklus obsahuje i cyklus zahřívání, který ECU identifikuje v rozmezí teploty chladící kapaliny od 22°C do 71°C. Při testovacím cyklu sleduje EOBD nejdůležitější součásti emisního systému. Testovací cyklus sestává z městského cyklu (A) a mimoměstském cyklu (B).

Pokud EOBD identifikuje závadu, uloží ji do paměti závad nejprve jako sporadickou závadu (pending code), vč. Freeze Frame dat. Pokud se závada neprojeví při příštím jízdním cyklu, automaticky se smaže, protože se jedná o nepotvrzenou sporadickou závadu. Pokud se závada projeví během třetího jízdního cyklu, stane se ze sporadické závady závada trvalá (continuous code) a rozsvítí emisní kontrolku MIL s tím, že původní Freeze Frame data zůstanou zachována. Pokud se opětovně tato závada během následujících tří cyklů již nevyskytne, automaticky po čtvrtém jízdním cyklu kontrolka MIL zhasne. Pokud se tato závada nevyskytne během následujících 40 ohřívacích cyklů, dojde k vymazání DTC z paměti závad.

MIL

MIL (Malfunction Indicator Lamp) nebo MI (Malfunction Indicator). Pokud dojde k uložení trvalé DTC, systém EOBD informuje řidiče  rozsvícením varovné kontrolky (MIL). V momentě, kdy je rozsvícena MIL, automaticky se aktivuje počítadlo ujeté vzdálenosti za účelem zjištění doby, po kterou bylo vozidlo s rozsvícenou kontrolkou provozováno. V případě silniční kontroly může dojít k přesnému stanovení, jak dlouho je vozidlo provozováno, aniž by bylo způsobilé k účasti na silničním provozu.

Tento typ je používaný na USA trhu.

Diagnostické režimy systému EOBD

Systém OBDII a EOBD umožňuje diagnostiku řídící jednotky v rámci jednotlivých módů v režimu, které jsou definovány normou SAE J 1979:

Interpretace diagnostických režimů je závislá na konkrétním diagnostickém testeru. Principiálně by měli všechny diagnostické programy, nebo ruční přístroje interpretovat stejné informace, ale opak je pravdou. Zjednodušeně řečeno, né každý diagnostický tester je dobře naprogramovaný. Nejvíce problematické je pro řadu testerů zobrazování tzv. PID dat.

PID

PID (Parameter IDs) jsou data, která musejí být interpretována na straně testeru. V závislosti na výrobci se mohou PID lišit, každý výrobce specifikuje vlastní skupiny PID. PID je hexadecimální dvoumístný kód- parametr, který se vztahuje např. ke konkrétní měřené hodnotě a tím i ke konkrétnímu EOBD módu. Součástí normy EOBD jsou pevně definovaná PID pro módy 1, 2, 5, 6 a 9. PID obsahují informace:

• Aktuální stav monitorované komponenty (připravený, nepřipravený, nefunkční),
• Live data – aktuální měřené hodnoty ze snímačů, např. Indikace směsi bohatá/chudá z Lambdasondy, stav/poloha spínače brzdového pedálu, hmotnost nasávaného vzduchu, otáčky motoru atd.
• Aktuální stav aktivovaných akčních členů nebo systémů např. aktivovaný tempomat.
• Diagnostické hodnoty vypočítané ze snímačů např. korekční hodnoty vstřikovačů

Z pohledu sériové diagnostiky jsou PID velice důležitým pomocníkem při zjišťování stavu všech podřízených komponent a jejich provozních podmínek.

MOD 1

Měřené hodnoty

Funkce nabízí obsáhlý režim sledovaní naměřených hodnot řídící jednotkou v reálném čase. Vyhodnocené měřené hodnoty lze sledovat v závislosti na diagnostickém testru až v několika měřících blocích. Testy by musely být prováděny na zahřátém motoru na 80°C, pokud není výrobce stanoveno jinak.

MOD 1-01

Readiness
Readiness kód  neboli pohotovostní kód P1000, je kód emisní připravenosti. Kód se musí vymazat v okamžiku kdy dojde k odstranění závad a vymazání trvalých chyb z paměti závad. Tento kód signalizuje, že všechny monitorovací systémy neukončily své testy. Readiness je 8. místné číslo, které vyjadřuje stav trvale kontrolovaných komponent, které se v případě poruchy přímo podílejí na zvýšených emisních hodnotách. Pořadí hodnot v 8. místném kódu je neměnitelné. Čte se zleva doprava. Význam hodnot naleznete v následující tabulce:

Pohotovostní kód je vymazán pouze v tom případě, že se během pohotovostní jízdy (readiness trip) provedou všechny kontroly. Zákazníky by měl vozidlo dostat až po provedení těchto testů.

MOD 2

Freeze Frame
Freeze frame data informují o stavu jednotlivých komponent v momentě, kdy došlo k uložení DTC do paměti závad. Jsou to data provozních podmínek, které byly naměřeny v okamžiku uložení DTC. Jedná se například o informace:

• aktuálního zatížení
• otáček motoru
• rychlosti vozidla
• tlaku v sacím potrubí.

Neméně důležitým uloženým údajem pro kontrolní orgány je ujetá vzdálenost od okamžiku rozsvícení MIL. Freeze Frame jsou integrovány do diagnostického módu pod číslem testu 02.

MOD 3

Paměť trvalých závad
Z důvodu rozlišení, zda se jedná o závadu sporadickou nebo trvalou, disponuje systém EOBD dvěma paměťmi závad. Pamětí trvalých závad MOD 3 a pamětí sporadických závad MOD 7. Pokud se vyskytují závady pod módem 3 je rozsvícená kontrolka MIL.

MOD 4

Mazání paměti závad
Tato funkce vymaže paměť trvalých závad. Vymazáním se současně resetují a vymažou data v MOD 3, MOD 2, MOD 5 a MOD 7. Jednotlivé DTC kódy mazat nelze, vždy musíte vymazat kompletně celou paměť závad.

MOD 5

Hodnoty Lambda
Jedním z nejdůležitějších snímačů, který sleduje a zjišťuje složení výfukových plynů (zjišťuje honotu λ), jsou lamda-sondy. Systém EOBD sleduje elektrické veličiny, které vyhodnocuje řídící jednotka motoru. Řídící jednotka sleduje a porovnává hodnoty, jako jsou vnitřní odpor, výstupní napětí, rychlost přechodu kvality směsi chudá-bohatá a bohatá-chudá, zkrat na kostru a plus, vyhřívací obvod a periodu signálu.

MOD 6

Průběžný test
Hodnoty zobrazené v MODu 6 jsou definovány výrobci, nikoli normou. Proto se zde hodnoty výrobce od výrobce vozu liší. Bližší informace naleznete v dílenské příručce pro daný vůz.

MOD 7

Paměť sporadických závad
Kódy závad, které paměť obsahuje, potřebují delší časové období (více jízdních cyklů) na ověření, proto se emisní kontrolka na palubní desce nerozsvítí.

MOD 8

Testy akčních členů
Tato funkce není povinná, proto není podporována v podstatě žádným výrobcem. V praxi se jedná o nepoužitelnou funkci diagnostiky EOBD.

MOD 9

Identifikace Vozidla
U novějších vozů načte identifikační kódy jako VIN, CIN a CVN.

• VIN – Vehicle Identifikation Number – 17místné číslo karoserie
• CIN – Calibration Identification Number – 3 až 12 informace o ř.j.- firmware, softwarová verze
• CVN – Calibration Vertification Number – 1 až 4bitová hodnota např. kontrolní součty (Checksum), které každá řídící jednotka provádí pro rozpoznání narušení integrity dat (může být způsobeno neodbornou editací firmwaru řídící jednotky. např. špatně provedeným flashem ř.j. – chiptuningem).

MOD 10 / 0xA

Paměť/Historie trvalých závad
Uložené trvalé resp. statické závady jsou natolik závažné, že nemohou být vymazány před uskutečněním několika následných jízdních cyklů. V této paměti zůstávají i po vymazání MOD 3 a MOD 7.

Chybový kód – DTC

Systém EOBD používá standardizované kódy závad DTC (Diagnostic Trouble Code).

Struktura chybového kódu EOBD

Diagnostická zásuvka

Pro provedení načtení paměti závad řídící jednotky používá systém normalizovanou diagnostickou zásuvku OBD 16pin (CARB), která je vždy umístěna v dosahu řidiče.

Související normy

ISO

– ISO 9141 – 1-3 Road vehicles – Diagnostic systems – Requirements for interchange of digital information, CARB requirements for interchange of digital informatik, Verfication of the communication between vehicle and OBDII scan tool

– ISO 11519-2 -4 Road vehicles – Low speed serial data communication emission-related systems

– ISO/DIS 11898-1 – 2  – Road vehicles – Controller area network (CAN)

– ISO/DIS 14229 – Road Vehicles-Diagnostic System-Diagnostic Services Specification

– ISO/DIS 14230-1 – 4 – Road Vehicles-Diagnostic System-Keyword Protocol 2000,

– ISO/TR 15497:2000 – Road vehicles – Development guidelines for vehicle based software

– ISO/DIS 15764 – Road vehicles – Extended data link security

– ISO/DIS 15765-1 – 4 Road vehicles – Diagnostics on Controller Area Network (CAN)

– ISO/DIS 15031-1 – 7 – Road vehicles – Diagnostic connector, Test tool characteristics, Diagnostic services, Emission related fault codes (DTC), Data link security

– ISO/DIS 16845.2 – Road vehicles – Controller area network (CAN) – Conformance test plan

– ISO/DIS 27145-1 – 4 – Road vehicles — Implementation of World-Wide Harmonized On-Board Diagnostics (WWH-OBD) communication requirements

– ISO 8092-2:2000 – Road vehicles – Connections for on-board electrical wiring harnesses – Part 2: Definitions, test methods and general performance requirements

SAE

– SAE J1939/11 – Physical Layer, 250k bits/sec, Shielded Twisted Pair

– SAE J1939/21 – Data Link Layer

– SAE J1939/31 – Network Layer

– SAE J1939/71 – Vehicle Application Layer

– SAE J1939/73 – Application Layer – Diagnostics

– SAE J1939/81 – Network Management Protocol

– SAE J1962 – Diagnostic Connector, odpovídá ISO/DIS 15031-3, Dez. 2001

– SAE J1978 – OBD II Scan Tool, odpovídá ISO/DIS 15031-4, Dez. 2001

– SAE J1979 – Diagnostic Test Modes, odpovídá ISO/DIS 15031-5, April 2002

– SAE J2012 – Diagnostic Trouble Code Definitions, (odpovídá ISO/DIS 15031-6, April 2002)

– SAE J2190 – Enhanced Diagnostic Test Modes

– SAE J2178 – Class B data communication network messages

– SAE J1850 – Class B Data Communications Network Interface, 2001

– SAE J1930 – Electrical/Electronic Systems Diagnostic Terms, Definitions, Abbreviations and cronyms, odpovídá ISO/TR 15031-2, April 2002

– SAE J1939 – Recommended Practise for Control and Communications Network (Class C) on Truck and Bus Applications

– SAE J1939/01 – Recommended Practise for Control and Communications Network on Truck and Bus Applications

Pavel Kloc

Technická podpora

Specializuji se na předprodejní a poprodejní technickou podporu aftermarket sériové diagnostiky např. od výrobců Delphi, Hella-Gutmann, Secons a Ross-Tech a paralelní diagnostiky, zejména automobilových osciloskopů MTPro (mt-pro.cz) a Hantek (hantek.cz). Kontaktovat mne můžete na bezplatné lince+420 800 66 44 66 (dostupná i pro volající z SK).