应用研究 汽车车载诊断系统（ＯＢＤ）分析与研究 陈保帆 （重庆科创职业学院重庆４０２１６０） 摘要：ＯＢＤ将从发动机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标，一旦超标，会马上发出警示。当系统出现故障时，故障（ＭＩＬ）灯或检查发 ￣］／ｇｔ，（Ｃｈｅｃｋ Ｅｎ画ｎｅ）警告灯亮，同时动力总成控制模块（ＰｃＭ）将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从ＰｃＭ中读出。根据故障码的 提示，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。 关键词：汽车系统研究 中图分类号：ＴＰ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１６（２０１２）０７—０１０３—０２ 电子技术渗入汽车领域，迫切要求考虑服务和维修。解决的办 法是“车载诊断系统（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｅ）”电子系统应具有不断 自监，不断识别，能存储故障和诊断处理。各汽车生产厂家的电子系 统并不相同。日益严格的排放法规和对电子系统的实时监控要求，法 规制定已认识到车载诊断系统是监控排放的辅助手段，并设法将“车 载诊断系统”标准化，使车载系统不因生产厂家不同而异。附加安装 的系统称为“车载诊断系统”Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ（ＯＢＤ） １、汽车行驶时ＯＢＤ主要功能 集成在发动机电控单元（ＥＣＵ）中的ＯＢＤ除电控单元自检外， 还监控输入、输出信号和电控单元问的通信。 １．１输入信号监控 根据对输入信号的处理、分析，可对传感谢器，接插件和到电控 单元的连接线（信号传输路径）进行监控。通过监控可确定除传感器 故障外的其他故障，如到蓄电池电压ＵＢａｔｔｔ短路、与地短路以及导 线断路等。常用方法：（１）监控传感器供电电压。（２）检验检测的值是 否在允许的范围（如０．５－４．５Ｖ）。（３）在有附加信息时，对检测值作可 信度检查（如比较曲轴转速与凸轮轴转速）。（４）特别重要的传感器 （如节气门位置传感器），这样可对它们检测的信号直接比较。 １．２输出信号监控 通过末级（功率级）对电控单元控制执行器进行监控。利用监控功 能可以识别除执行器故障外的导线断路和短路故障。为此要用下列一 些方法：（１）通过末级监控输出信号回路，它可以监控回路到蓄电池的 短路电压，实现与地短路和回路断开。（２）通过功能监控或可信度监控， 直接或间接地检验执行器系统的作用。系统中的各执行器，如排气再 循环阀、节气门或涡流挡板，可通过闭环控制回路（如连续的控制偏 差）和部分附加的位置传感器（如涡流挡板位置传感器）间接监控。 １．３电控单元内部功能监控 在电控单元的硬件（如智能化的末级部件）和软件中实现对电 控单元的监控，以在任何进修保证电控单元的各种功能。监控就是 检验电控单元的各个组件（微控制器、Ｆｌａｓｃｈ， 打开点火开关 ＥＰＲＯＭ＼ＲＯＭ）在通电后，就可进行政一系列 但不起动发动机 的检验。在正常工作时，每隔一定时间反复监 上 控，这样就可识别出各组件的故障。 输入代码０１０１ １．４电控单元的通信监控 用模式０１ＰＩＤ０１ 查■故障代码 与其他电控单元间的通信常通过ＣＡＮ总 线进行。为识别干扰，将控制机构组合在ＣＡＮ协 议中，这样可识￣ｑＣＡＮ｛＠输故障，并可在电控单 输入代码Ｏ３ 读取具俸故障代码 元中继续检验。ＣＡＮ信息是由有关的电控单元 在一定时间发送的，所以在这个时间检验是就 上 可识别出电控单元中ＣＡＮ控制器的故障。在电 报据故障码提７－ｒｑ＇ｑ＇ｇ 控单元中还有其他的冗余信息时，根据如输入 对故障进行维修 信号的这些信息可检验各接收的信号。 上 １．５故障处理 输入代码ｏ４ 故障识别：如果在整个定义时间中出现 潘除故障码 故障，就可把信号路径归为无法挽回的损坏， 图１ 则把最扣出现故障的上一次检测值作为有效 值。采用这样的识别分级通常可引入一个代用函数（如发动机温度 的代用值Ｔ＝９０￣Ｃ）。大多数的故障可排除，并恢复其功能。 故障存储：每个故障在数据存储器的非易失范围以故障编码形 式存储。故障编码表示了故障类型（如短路、断路、可信度、数值超出 规定范围）。存储每一个故障时，还存储了出现故障时的有关信息， 如发动机转速和温度的工作条件和环境条件（冻结边界）。紧急行驶 功能（跛车行驶）。在识别故障时还可引人代用值，并采取应急措施 （如限制发动机功率和转速）。这些措施用以：（１）保持行驶安全性。 （２）避免继发损坏（如催化转换器过热）。（３）减少有害气体排放。 １．６车间诊断 读出故障。利用汽车生产厂家的专用测试仪（）ｌ￣Ｂｏｓｃｈ ＫＴＳ ６５０）可读出存储的故障。在车间中读邮故障数据，排除故障后可用 测试仪和电控单元间的通信需采用定义的接口。 诊断接口。按使用情况，在世界范围有各种通信接口： （１）用于欧洲轿车的ＩＳＯ９１４１—２；（２）用于美国轿车的ＳＡＥ 儿８５０；（３）用于欧洲轿车和商用车的ＩＳＯ １４２３０－４（ＫＷＰ ２０００）； （４）用于美国商用车的Ｊ１７０８。 串行接ＶＩ的传输速率为５一ＩＯＫ Ｂａｕｄ（波特）。它是单线接口， 有共有的发送和接收导线或双线接口，分成数据线（Ｋ线）和触发线 （Ｌ导线）。在诊断接口中可能汇集多个电控单元（如发动机的 Ｍｏｔｒｏｎｉｃ、汽车的ＥＳＰ或ＥＤＣ以及变速器控制）。 在测试仪和电控单元间建立通信分３个步骤：触发电控单元；识 别和设计波特（Ｂａｕｄ）速率；读出关键字节，它是传输协议的标志。 对下面这些功能进行分析处理：电控单元识别、读出故障存储 器、擦除故障存储器中的数据、读出实际值、控制执行器。 ＯＢＤＩＩ １９９４年美国加州实施第二阶段的ＣＡＲＢ法规，ＯＢＤＩＩ要 求监控所有与排放有重大关系部件和系统。如在功能失效时会增加 有害气体排放（超过ＯＢＤＩＩ限制值）的系统和部件。 ２、０ＢＤＩｌ故障代码 ２．１故障码组成 ０ＢＤＩＩ故障码由五位组成。 第一位是英文字母，代表测试系统。ｂ一车身，Ｐ一发动机，ｃ一底 盘，ｕ一未定义（常时用于网络）。 第二位起为数字，第一个数字代表故障码由谁定义如：１代表汽 车厂商。 第三位代表ｓａｅ定义的故障范围。 （１）燃油或空气测试系统不良（２）燃油或空气测试系统不良（３）点 火系统不良或发动机间隙熄火（４）废气控制系统辅助装置不良（５）汽 车或怠速控制系统不良（６）电脑或输出控制元件不良（７）变速器控制 系统不良（８）变速器控制系统不良。 ２．２故障码分类 ｐ０１ｘｘ：燃油和进气系统；ｐ０２ｘｘ：燃油和进气系统；ｐＯ３ｘｘ：点 火系统；ｐＯ４ｘｘ：排放污染物控制相关系统；ｐＯＳｘｘ：车速传感器和怠 速控制相关系统；ｐＯ６ｘｘ：控制电脑相关系统；ｐＯ７ｘｘ：变速器故障 码；ｐＯ８ｘｘ：变速妻故障码；ｐ０９ｘｘ：预留。 ……下转第１１０页 算法分析 ’ 。 ’ ’ ’ 懈 ：＿、 蕊 轴 ∞ 雹雠 谴 ÷ 一曼 ｜ ｜｜ 图１—１标准ＢＰ算法误差曲线 表２改进算法和标准ＢＰ算法计算值与期望值对照情况 改进算法 图１—２改进ＢＰ算法误差曲线 ｎｅｔ．ｔｒａｉｎＰａｒａｍ．ｇｏａｌ＝ｌｅ－３： 输出值 标准ＢＰ簋 法 届 ｌ ３ Ａ １ １ 最 ０ ７ ０ ４ 层 ０．８ 层 ０ ５ 计苒值 ０ ９３３７４８ ０ ９ｉ８３５４ ０ ９２７５４１ ０ ９８８２ｌ ０ ９９９８５４ ０ ９３２８４８ ０ ９２５ ｌ 仿真之后，两种方法误差曲线如下图所示： 采用本文提出的方法学习网络，经过３３０次迭代，得到图１－２中 的逼近曲线，误差为９．９８７４ｅ－００４。为进行更好的效果比较，测用一 样的学习样本，一样的网络结构，采用标准ＢＰ算法进行训练则经过 了６９６次，才能达到同样的效果，如图１－１所示。此算例表明，本文提 出的方法与标准ＢＰ算法相比，收敛速度快，如果对于复杂数据，不 易陷入局部收敛，同时其精度也较高。 Ｉ簟｝望僵 １ ００００００ １．００００００ ｌ ０００Ｏｏｏ １ Ｏ０００００ ｌ ００００００ ｌ ｏｏｏｏｏｏ ｌ ｏｏｏｏｏｏ 计茸值 ０ ０４７５８４ ０ ０５２７５３ ０ ０４７６３４６ ０ ｏ。ｌ０９０ ０ ｏｏ８２６９ Ｏ¨６８２５ ０¨５７８６ ３．３激励函数中增加的三参数对网络的影响 改进的激励函数中增加了三个参数，经过实训后发现改进算法 中 参数对结果影响最大，当 的值取为０．４时出现计算值和期望 值几乎相等的效果，１、 两参数中后者对结果的影响优于前者， 但它们在改进后均参数了一定程度的作用，表２为改进算法和标准 算法计算结果与期望结果对照情况。 参考文献 ［１］孙娓娓．ＢＰ神经网络的算法改进及应用研究［Ｄ］，重庆大学，２００９ 年． 期望值 ０∞Ｏ０００ ０ Ｏ０ｏ０００ ０ ００００００ ０．００００００ Ｏ ０Ｏ㈣ ０ ００００００ ０ ＯＯｏ０ｏ０ 计算值 ０．９２５０１８ ０ ９６３４４５ ０ ９７５００２ ０ ９８９１８９ ０ ９９６７５８ ０ ９６６３２１ ０ ９５６８２７ 期望僵 ｌ ００００００ ｌ ００００００ １．００００００ ｌ ００００００ １ ００００００ １．００００００ ｌ ００００００ 计茸使 ０ ０２５￣ｉ２４ ０ ０１９６２１５ ０．０１２６３８ ０ ０１００４５ ０ ｏｏｏｏｏｏ ０ ０ｔ５３０７ ０．０１８４６９ 期望值 Ｏ ００００００ ０ ００００００ ０．００００００ ０ ００００００ ０．００００Ｏ０ ０．ｏｏｏｏｏｏ ｏ．００００００ ［２］段宏波．基于ＢＰ神经网络的中频电源平衡控制器的研究［Ｄ］．西安 科技大学，２００５年． 同样只要向ＴＬ７１８发送：０１０Ｃ ＞Ｏｌ ０Ｃ ４１ ０Ｃ １Ａ Ｆ８ 上接第１０３页 ３、ＯＢＤ２标准诊断模式 ……●开发ＯＢＤ２诊断程序，必须掌握ＩＳＯ １５０３１－５（ＳＡＥ Ｊ１９７９）定 义的九种诊断模式，ＯＢＤ系统输出信息的模式／服务： （Ｉ）Ｍｏｄｅ １：请求动力系当前数据，（２）Ｍｏｄｅ ２：请求冻结祯数 十 技 术鬲 救．字ｉ Ｌ 据；（ ～３）Ｍｏｄｅ ３：请求排放相关的动力系诊断故障码；（４）Ｍｏｄｅ ４：清 除／复位排放相关的诊断信息；（５）Ｍｏｃｌｅ ５：请求氧传感器监测测试 （６）Ｍｏｄｅ ６：请求非连续监测系统０ＢＤ测试结果；（７）Ｍｏｄｅ ７： 蝴 结果；请求连续监测系统ＯＢＤ￣｛试结果；（８）Ｍｏｄｅ ８：请求控制车载系统， 测试或者部件；（９）Ｍｏｄｅ ９：读车辆和标定识别号。 每个模式后面紧跟一个参数标识（ＰＩＤ）表示后面是什么参数， 每个模式的ＰＩＤ Ｏ０是ＩＳＯｌ５０３１定义专用的参数，每个符合标准 的电脑必须支持这个参数标识。代表该模式对其他ＰＩＤ是否支持。 １ＡＦ８是２字节的ｌ６进制值，转换为１０进制数是６９０４，每格１／４ ｒｐｍ 转速是６９０４／４＝１ ７２６ ｒｐｍ 注：以上数据的转换，及格式在ＩＳＯ１５０３卜５内有详细定义 ５、故障代码清除 ＯＢＤＩＩ诊断模式ＭＯＤＥ０４是复位ＥＣＵ的一个功能，同时也清 触故障代码；执行后ＥＣＵ将： （１）复位故障代码的数量为０；（２）删除所有的故障代码；（３）删除 存储的冻结桢数据；（４）删除所有Ｏ２传感器听测试数据；（５）删除模式 ＭＯＤＥ０６和ＭＯＤＥ ０７的数据信息。 复位后你的汽车由于复位了一些数据，短时间内可能会引起工 作异常。为了防止不小心复位ＥＣＵ，ＩＳＯ１５０３１－５要求所有的扫描工 具（诊断仪）在发送ＭＯＤＥ ０４指令前，必须加一个“确认信息”。＞０４ ４４发送Ｏ４指令后，车辆ＥＣＵ接收成攻，将立即复位以上内容，并发回 个ＭＯＤＥ ０４的响应信息４４（０４＋４０）。一般的流程： 一４、ＯＢＤＩＩ应用实例 ４．１请求（读取）发动机水温ＭＯＤＥ ０１ ＰＩＤ ０５ 我们只要简单的向车辆发送０１０５指令 ＞０ｌ０５ ４１ ０５ ７Ｂ ４１代表Ｍ０ＤＥ ０１ ０５代表ＰＩＤ ０５ ７Ｂ是水温值１０进制数值是（７．１６＋１ １）１２３水温是１２３－４０＝８０度 ４．２读取发动机转速ｒｐｍ ＭＯＤＥ ０１ ＰＩＤ ０Ｃ 参考文献 ［１］吴森．ＢＯＳＣＨ汽油机系统．北京理工大学出版社． ［２］魏春源．ＢＯＳＣＨ汽车工程手册．北京理工大学出版社． ［３］黎军．发动机控制系统．机械工业出版社．