Diagnostyka OBD II

Proces rozwoju pokładowych systemów diagnostyki zwanych OBD możemy podzielić na fazę historyczną (dzisiaj określaną jako OBD I), obecny okres, w którym jest wprowadzana lub obowiązuje norma OBD II (wraz z jego europejską wersją EOBD) oraz regulację docelową, której cele i rozwiązania są obecnie formułowane na podstawie wniosków z dotychczasowej eksploatacji systemu OBD II (ma to być OBD III).

Za fazę historyczną procesu rozwoju pokładowych systemów diagnostycznych traktuje się zazwyczaj okres od momentu wprowadzenia pierwszych sterowanych komputerowo systemów zapłonowo-wtryskowych tzn. od końca lat 70-tych do roku 1994, w którym z dwuletnim okresem przystosowawczym zaczęto wprowadzać normę OBD II. W okresie tym diagnostyka pokładowa była realizowana przez moduł pomiarowy silnika i polegała na bieżącym testowaniu czujników, elementów wykonawczych układu zapłonowo-wtryskowego i samej jednostki sterującej. Pierwsze pokładowe systemy diagnostyczne umożliwiały diagnostykę systemu wtryskowo-zapłonowego, nie dokonywały jednak oceny własności jezdnych i emisyjnych pojazdu. Charakterystyczną cechą pierwszych systemów diagnostycznych była także ich różnorodność i "prywatność". Każdy producent stosował własne standardy elektryczne i traktował informację o kodach błędów i stanie silnika jako wiedzę "fabryczną" dostępną tylko dla ograniczonej liczby odbiorów. W systemach OBD I brak było standaryzacji procedur diagnostycznych i kodów uszkodzeń oraz prawnego zagwarantowania dostępu do informacji diagnostycznych.

Wprowadzony system diagnostyczny OBD II w porównaniu z OBD I objęty jest standaryzacją określoną przez Stowarzyszenie Inżynierów Samochodowych. Testy diagnostyczne oraz transmisja sygnałów diagnostycznych są wspólne dla wszystkich producentów. Oznacza to, że samochody wyposażone w system OBD II posiadają identyczne oznakowanie oraz kody błędów, niezależnie od producentów układów sterowania i samochodu. Układy OBD II są, przede wszystkim zorientowane na emisję toksycznych składników spalin. Dotychczas odpowiedzialność producenta pojazdu za emisję związków szkodliwych ograniczała się w praktyce do chwili opuszczenia przez auto salonu sprzedaży. Tam musiał bowiem trafić pojazd wyposażony w katalizator spalin i spełniający normy emisji. Uszkodzenie lub wadliwe działanie któregoś z elementów odpowiedzialnych za emisją toksycznych substancji spalin wykrywane było dopiero podczas przeglądu technicznego. Nierzadko przez bardzo długi okres samochód podtruwał nasze środowisko.

System OBD II wprowadził aktywną diagnostykę emisyjnych elementów i podzespołów układu napędowego pojazdu oraz ogólnoświatową standaryzację w zakresie procedur diagnostycznych i dostępu do informacji, dał też prawne zagwarantowanie dostępu do informacji.

Diagnostyczny system kontroli emisji powinien być dostępny poprzez wykorzystywanie jednego typu znormalizowanego testera dekodującego, który może być stosowany do wszystkich rodzajów pojazdów.

Ponieważ nowoczesne systemy samochodowe są sterowane za pomocą elektroniki z wbudowaną diagnostyką, większość wymaganej interakcji może być przeprowadzana bezpośrednio pomiędzy pojazdem a diagnostą poprzez odpowiednie złącze transmisji danych. Dąży się do tego, aby złącze takie było używane we wszystkich typach pojazdów.

Złącze samochodowe powinno znajdować się w części dla pasażera oraz powinno być łatwo dostępne z fotela kierowcy. Preferowane położenie znajduje się pomiędzy kolumną kierownicy a osią pojazdu. Złącze samochodowe powinno być trwale zamontowane, aby ułatwić podłączanie.

Dostęp do złącza samochodowego nie powinien wymagać użycia narzędzia w celu zdjęcia pokrywy tablicy przyrządów lub pokrywy złącza. Powinno być trwale zamocowane i umieszczone w sposób, aby umożliwić włożenie pasującego złącza zewnętrznego przyrządu testującego jedną ręką bez patrzenia.

Złącze samochodowe nie powinno być widoczne dla osób zajmujących przednie lub tylne siedzenie w normalnej linii wzroku, ale powinno być widoczne dla "kucającego" diagnosty. Przyłączenie jakiegokolwiek przyrządu do złącza samochodowego nie powinno wykluczać normalnej pracy pojazdu. Złącza samochodu i zewnętrznego sprzętu testującego powinny być w stanie pomieścić 16 styków każde (z czego 7 do łączności z OBD a pozostałych 9 wolnych producenta pojazdu). Złącze samochodowe powinno składać się ze styków gniazdowych, które będą pasowały do styków wtykowych złącza zewnętrznego sprzętu testującego. Łączące się części obydwu złącz powinny być w kształcie "D".

System OBD II stał się światowym standardem, który nakłada na producentów obowiązek tworzenia pokładowych systemów diagnostycznych dla wszystkich pojazdów osobowych i dostawczych. Obligatoryjną funkcją tych systemów jest pomiar i ciągłe monitorowanie podstawowych parametrów układu napędowego, w tym wszystkich parametrów emisyjne krytycznych (tzn. takich które bezpośrednio lub pośrednio wskazują na możliwość wystąpienia zwiększonej emisji z układu wylotowego lub zasilania w paliwo). Celem jest wyeliminowanie pozapokładowych systemów pomiarowo-diagnostycznych i zastąpienie ich jednym, zunifikowanym systemem pokładowym, za pomocą którego będzie można dokonywać kontroli i diagnostyki układu napędowego, a docelowo całego pojazdu. Celem systemu OBD II jest alarmowanie o wystąpieniu uszkodzenia elementów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo, a zwłaszcza emisję spalin. Kryteria określające próg wystąpienia błędu każdego z elementów zostały ustawione na takim poziomie, że przekroczenie go o 50% od poziomu dopuszczalnego dla danego typu pojazdu jest rejestrowane w postaci kodu błędu.

Najważniejszym elementem systemu jest możliwość wykrycia usterki w początkowej fazie jej wystąpienia np. zmniejszenie skuteczności katalizatora. Układ OBD II odróżnia się od dotąd stosowanych układów diagnostycznych tym, że jest zorientowany w szczególności na emisję toksycznych składników spalin. Nowością w porównaniu z wcześniejszymi układami OBD jest zapisywanie w pamięci sterownika parametrów pracy silnika w momencie zapisania potwierdzonego kodu usterki tzw. "freeze frame". W sytuacji gdy zapisanych zostało więcej potwierdzonych kodów błędów sterownik zapisuje parametry towarzyszące pojawieniu się kodu błędu o najwyższym priorytecie, czyli informującego o wypadaniu zapłonów i nieprawidłowej pracy układu wtryskowego. Standard OBD II umożliwia wykrycie usterek będących głównymi czynnikami zwiększonej emisji spalin, takich jak:

  • wypadanie zapłonów, które wpływają na emisję węglowodorów,
  • nieprawidłowa sprawność konwersji reaktora katalitycznego,
  • nieszczelność systemu paliwowego,
  • nieprawidłowe działanie układów elektronicznych i czujników sterujących poszczególnymi systemami silnika pojazdu.

Samochody spełniające normę OBD II powinny być wyposażone w:

  • dwie podgrzewane sondy lambda,
  • wydajniejsze jednostki sterujące (16-bitowe lub 32-bitowe zawierające ponad 15 tyś. stałych kalibracyjnych),
  • możliwość elektronicznego kasowania pamięci celem przeprogramowania sterownika lub możliwość zmiany wersji komunikacji z komputerem zewnętrznym,
  • zmodyfikowany system odparowania par paliwa z procedurami diagnostycznymi takiego odparowania; modyfikacja polega na zastosowaniu elektromagnetycznych zaworów, czujnika par paliwa w zbiorniku oraz testu diagnostycznego,
  • system recyrkulacji spalin wyposażony w liniowy zawór recyrkulacji sterowany elektronicznie,
  • czujnik ciśnienia w kolektorze dolotowym i czujnik przepływającego powietrza, w celu określenia ilości przepływającego powietrza oraz stopnia obciążenia silnika.

Uszkodzenie kontrolowanego elementu powoduje przesłanie sygnału do centralnej jednostki sterującej, gdzie wiadomości te zostają przeczytane oraz zanalizowane, a następnie sterownik podejmuje decyzje o dalszym działaniu.

Oznacza to, że sterownik wyposażony jest w algorytm analizujący błędy, w czasie rzeczywistym i kontrolkę systemu OBD II MIL, informującą kierowcę o uszkodzeniu, która może zapalić się w trakcie jazdy. Głównym celem takiego działania systemu jest poinformowanie kierowcy o zwiększonej emisji składników toksycznych przez jego pojazd. Działanie wskaźnika kontrolnego OBD II w samochodach nowych jest inne niż w samochodach starszych. W celu zminimalizowania świecenia się diody, OBD II zaprogramowany jest tak, aby lampka diagnostyczna świeciła się tylko wtedy, kiedy ten sam błąd wystąpi dwa razy w tych samych warunkach jezdnych. Błędy, które mają zasadniczy wpływ na zwiększenie emisji powodują zapalenie się lampki kontrolnej już po pierwszym przypadku wystąpienia błędu.

Układ OBD II posiada dwa typy kodów:

  • typ A - w tej grupie kodów występują błędy najbardziej przyczyniające się do zwiększenia emisji i powodują zapalenie wskaźnika kontrolnego po pierwszym razie wystąpienia błędu,
  • typ B - błędy wpływające na zwiększenie emisji, ale w sposób mniej drastyczny niż w typie A; zapalenie wskaźnika kontrolnego jest efektem wystąpienia błędu dwa razy.

Zgaśnięcie kontrolki jest możliwe jedynie po usunięciu usterki. Usunięcie kodów wystąpienia usterki z pamięci komputera jest możliwe jedynie za pomocą urządzenia diagnostycznego lub odłączeniu zasilania sterownika.

W systemie OBD II testy diagnostyczne oraz transmisja sygnałów diagnostycznych są wspólne dla wszystkich producentów. Oznacza to, że samochody wyposażone w ten system posiadają identyczne oznakowanie oraz kody błędów, a więc niezależnie od producentów układów sterowania i samochodu.

Standard OBD określa jednorodne zasady stosowania dla alfanumerycznych kodów błędów. Jest to kolejny poważny krok w celu ujednolicenia diagnostyki elektronicznych układów samochodowych.

Norma zakłada pięcioznakowy system kodowania.

Układ (obszar pojazdu)Kategoria kodu
KaroseriaB0XXX - B3XXX
Układ jezdnyC0XXX - C3XXX
Układ napędowyP0XXX - P3XXX
Komunikacja sieciowa (obwody elektr.)U0XXX - U3XXX

Konstrukcja kodu jest przygotowana na dalszą rozbudowę i modyfikację w zależności od istniejących potrzeb.

Zaleca się tworzenie pięcioznakowego kodu zbudowanego z dwuznakowego składnika literowo-cyfrowego, oraz trzycyfrowego składnika cyfrowego. Dwuznakowymi składnikami literowo-cyfrowymi są: "B0", "B1", "B2", "B3", "C0", "C1", "C2", "C3", "P0", "P1", "P2", "P3", "U0", "U1", "U2", "U3".

Pierwszy znak w tym składniku jest literą i informuje z jakimi układami (obszarami pojazdy) związana jest usterka (tabela powyżej).

Drugi znak w tym składniku jest cyfrą i informuje o organizacji odpowiedzialnej za definicję kodu. Dla Stowarzyszenia Inżynierów Samochodowych (SAE) przeznaczono cyfrę (0), natomiast dla indywidualnych producentów cyfrę (1). Znak ten jest bardzo ważny ponieważ przekazuje informację czy kod dotyczy wszystkich producentów (0), czy związany jest ze specyfikacją konstrukcji pojazdu (1). Dla indywidualnych producentów zarezerwowano również cyfrę (2). Cyfra (3) pozostaje w rezerwie na ewentualną rozbudowę i modyfikację kodów. Ten drugi znak cyfrowy w pierwszym składniku literowo-cyfrowym analogicznie obowiązuje dla istniejących obecnie czterech układów (obszarów) pojazdu.

Z czterech określonych przez normę układów (obszarów) pojazdu obecnie tylko dla jednego, a mianowicie układu napędowego został określony i opisany drugi człon kodu, czyli trzycyfrowy składnik cyfrowy. Pozostałe trzy układy (obszary) pojazdu są nadal w opracowaniu. Jednak określenie i opisanie ich będzie analogiczne jak dla już istniejącego, czyli układu napędowego.

I tak dla układu napędowego w drugim (trzycyfrowym) składniku pięcioznakowego kodu pierwsza cyfra określa usterkę podgrupy układów (obszarów) pojazdu odpowiadających za konkretne funkcje w pojeździe. Kolejne cyfry określają usterkę związaną z układem:

  • 1,2 - zasilania mieszanki paliwowo-powietrznej,
  • 3 - zapłonowym,
  • 4 - kontroli emisji spalin,
  • 5 - sterowania prędkością obrotową biegu jałowego,
  • 6 - wejścia i wyjścia centralnej jednostki sterującej,
  • 7 - przeniesienia napędu,
  • 8 - automatycznej skrzyni biegów.

Cyfry 9 i 10 są przeznaczone do ewentualnej dalszej rozbudowy kodu lub jego modyfikacji.

Ostatnie dwie cyfry od 00 do 99 w drugim (trzycyfrowym) składniku pięcioznakowego kodu określają konkretne usterki w danym układzie (obszarze pojazdu) odpowiadającym pierwszej cyfrze (trzycyfrowego) składnika.

Testerów obsługujących standard OBD II jest w chwili obecnej na rynku niewiele.

Przez najbliższe kilkanaście lat (ze względu na ilość poruszających się jeszcze samochodów bez OBD II) największą przydatność będą miały testery dekodujące wg. standardu OBD I (brak standaryzacji procedur diagnostycznych - różne kody błędów i rodzaje złącz) a jednocześnie umożliwiające obsługę nowego standardu wg. OBD II.

Największa trudność związana z diagnostyką z wykorzystaniem OBD polega na tym, że system nie ogranicza się do stwierdzenia usterki pojedynczego elementu, ale ocenia działanie podukładów elektrycznych, elektronicznych i mechanicznych oraz współpracę między nimi. Oznacza to, że OBD sygnalizuje wadliwe działanie nie tylko jakiegoś układu, ale i problemy czysto mechaniczne, które mogą spowodować zadziałanie kontrolki MIL. Tak więc dysponując kodami błędów, odczytanymi za pomocą narzędzia dekodującego, nie można określić w sposób precyzyjny usterki, która była przyczyną zaświecenia się kontrolki MIL, chyba że mechanik wykonujący diagnostykę zna dokładnie działanie silnika i wszystkich układów mogących mieć wpływ na emisję spalin. Nie zawsze jednak przyczyną występowania niewłaściwości w działaniu są usterki elektroniki czy połączeń elektrycznych w pojeździe. OBD wymusza więc w pewien sposób powrót do przeszłości, zwłaszcza, że diagnostyka przyszłości nie będzie mogła obejść się bez znajomości mechaniki. Diagnosta powinien pamiętać, że zaświecenie się lampki kontrolnej MIL (np. z powodu wypadania zapłonów) może być spowodowane także przez usterki mechaniczne silnika (problemy ze sprężaniem, zawory, tłoki, pasek rozrządu), i to zanim jeszcze zauważalny będzie spadek jego sprawności: oczywiście usterki te nie są wykrywalne bezpośrednio przez narzędzie OBD, mogą być natomiast przez nie sygnalizowane w sposób pośredni. Stąd wniosek, że narzędzie diagnostyczne odczytujące kody nie jest wystarczające do wykonania dogłębnej i dokładnej diagnostyki.

Podsumowując zalety wprowadzenia OBD można sformułować następująco:

  • zmniejszenie ogólnego poziomu emisji związków toksycznych z transportu samochodowego przez wprowadzenie prawnie usankcjonowanych procedur wykrywania niesprawności powodujących zwiększoną emisję związków toksycznych w samochodach osobowych i dostawczych we wczesnej fazie ich rozwoju, tzn. zanim pojazd stanie się intensywnym źródłem zanieczyszczeń,
  • zredukowanie czasu pomiędzy wystąpieniem niesprawności a jej wykryciem i naprawą,
  • usprawnienie procesu diagnostyki oraz naprawy elementów i podzespołów emisyjnie krytycznych, tzn. takich, których uszkodzenia mogą spowodować zwiększoną emisję,
  • ujednolicenie i znormalizowanie procedur diagnostycznych oraz metod dostępu do informacji diagnostycznych,
  • prawne zagwarantowanie wszystkim zainteresowanym stronom dostępu do informacji diagnostycznej oraz parametrów opisujących pracę układu napędowego.

Następuje modyfikacja sfery kontroli i obsługi pojazdów w zakresie sprzętu i metod badań. Niezbędne wydaje się powszechne wprowadzenie skanerów i testerów OBD.

Jako pewnik można traktować stwierdzenie, że technologia generowana przez regulację OBD II będzie określała rozwój przemysłu samochodowego zarówno w sferze produkcji i projektowania pojazdów, jak i ich eksploatacji.