Бортовая диагностика (On Board Diagnostics)

В стремлении сократить выбросы автомобилей Совет по охране атмосферных ресурсов Калифорнии (CARB) постановил, что начиная с 1988 года все автомобили, продаваемые в Калифорнии, должны быть оснащены системой бортовой диагностики. Эти системы должны были контролировать эффективность работы систем контроля выбросов и уведомлять водителя о наличии проблем в их работе.

Первая генерация систем бортовой диагностики была очень простой и стала основой для современных систем второго поколения.

Бортовая диагностика I (OBD-I)

Общая информация

CARB (Совет по охране атмосферных ресурсов Калифорнии) постановил, что начиная с 1988 года все автомобили, продаваемые в Калифорнии, должны быть оснащены системой бортового тестирования выбросов. Эта система должна была зажигать индикатор “Check Engine”, чтобы уведомить водителя о возможных неисправностях в компонентах или системах контроля выбросов, а также сохранять диагностический код неисправности (DTC) в памяти.

Система первого поколения, получившая название OBD-I, должна была контролировать:

• все входные сигналы на предмет выхода за верхний или нижний предел;
• работу системы рециркуляции выхлопных газов (EGR);
• датчик кислорода (O2);
• систему подачи топлива;
• модуль управления двигателем (ECM).

Эти требования были относительно простыми для большинства производителей, так как многие из них уже контролировали данные системы. Некоторые производители внедрили мониторинг работы ECM и сохранение кодов DTC еще в начале 1980-х годов. Передача потоковых данных также была доступна на многих американских автомобилях середины 1980-х, хотя это не требовалось до введения систем OBD-II в 1996 году.

Первая система PGM-FI Honda, выпущенная в 1985 году, уже соответствовала требованиям OBD-I, которые вступили в силу только в 1988 году. Эти системы контролировали неисправности в подаче топлива и работе компонентов выбросов, сохраняя DTC при их обнаружении. Для считывания кодов неисправности использовался подсчет числа миганий индикатора, расположенного на приборной панели или непосредственно на ECM.

В 1992 году у моделей Civic и Prelude появился 3-контактный диагностический разъем (DLC) для считывания данных из ECM. У Accord этот разъем появился в 1994 году. Этот 3-контактный DLC стал предшественником 16-контактного разъема OBD-II.

Для получения данных с этого DLC необходим сканер, совместимый с системой Honda. Например, можно использовать сканер Mastertech с программным обеспечением для Honda/Acura. Некоторые другие сканеры также могут работать с 3-контактным DLC — проверьте руководство пользователя вашего устройства.

Система OBD-I стала отправной точкой, но имела множество недостатков. Системы OBD-II устранили большинство проблем, присущих OBD-I.

Основные недостатки систем OBD-I

1. Отсутствие стандартизации кодов DTC
   Присвоение кодов DTC для определенных неисправностей оставалось на усмотрение каждого производителя. Не существовало единого стандарта кодов DTC между различными производителями.
2. Отсутствие стандартизации разъемов DLC
   У производителей, предоставлявших доступ к потоковым данным, не было единого стандарта для диагностических разъемов (DLC). Их расположение, количество контактов и форма значительно различались между производителями. Это требовало использования разных кабелей для сканеров для каждой марки.
3. Отсутствие единого протокола считывания DTC
   Протоколы, используемые для сканирования и считывания информации, также не были унифицированы. Для работы с каждой маркой сканирующие устройства должны были иметь отдельное программное обеспечение.
4. Невозможность обнаруживать деградацию системы выбросов
   Системы OBD-I проверяли входные сигналы только на предмет крайних значений (высоких или низких). Многие компоненты могли деградировать до состояния, вызывающего увеличение выбросов, но при этом оставались не выявленными системой OBD-I.

Бортовая диагностика II (OBD-II)

Общая информация

Одновременно с введением норм OBD-I были разработаны стандарты для системы бортовой диагностики второго поколения (OBD-II). Эти стандарты были изначально разработаны Советом по охране атмосферных ресурсов Калифорнии (CARB) и Обществом автомобильных инженеров (SAE). Их роли были следующими:

Роль CARB:

• Разработка всех требований OBD-II для производителей.
• Все правила, нормы и обязательные требования для системы OBD-II были зафиксированы в Калифорнийском кодексе нормативных актов:
  Раздел 13, Статья 1968.

Роль SAE:

Разработка следующих стандартов:

• J1962: Расположение DLC (диагностического разъема) и протоколы сканеров.
• J1930: Терминология для диагностики и компонентов.
• J1979: Режимы диагностических тестов.
• J2012: Стандартизация кодов DTC.
• J2190: Режимы диагностических тестов.

Сложности и внедрение

Система OBD-II гораздо сложнее и мощнее, чем OBD-I. Внедрение OBD-II стало вызовом для автопромышленности, включая производителей и технических специалистов.

Целевой год для внедрения систем OBD-II был 1994. Однако автомобильная индустрия отставала от графика, поэтому обязательный год был перенесен на 1996. Хотя несколько моделей 1994 года (не Honda) уже оснащались системой OBD-II, первая система OBD-II у Honda появилась в V6 Accord 1995 года. Все модели Honda перешли на OBD-II в 1996 году.

На практике не все автомобили 1996 года полностью соответствовали стандарту OBD-II. Многие производители запросили у CARB разрешение на исключения для отдельных компонентов системы. Поэтому можно встретить автомобили 1996 года и новее, у которых не все элементы системы OBD-II установлены или работают в соответствии с нормами. В 1998 году CARB и EPA установили окончательный срок для выполнения всех требований OBD-II для всех автомобилей.

Особенности

Система OBD-II выполняет все функции OBD-I и обладает множеством новых возможностей. Основные улучшения были связаны с мониторингом, включая автоматические тесты ECM, называемые мониторами, которые позволяют проверять целые подсистемы на производительность. Рассмотрим ключевые функции системы OBD-II.

Унификация терминологии компонентов

В большинстве автомобилей компоненты выполняют аналогичные функции, но их названия могут различаться у разных производителей. OBD-II стандартизировал терминологию компонентов, что упростило работу технических специалистов с различными моделями автомобилей. Вот список компонентов Honda, которые получили новые названия в системе OBD-II:

Название OBD-II	“Старое” название
ECT Sensor (Датчик температуры охлаждающей жидкости)	TW Sensor (Датчик температуры воды)
IAT Sensor (Датчик температуры воздуха на впуске)	TA Sensor (Датчик температуры воздуха)
IAC Valve (Клапан управления холостым ходом)	EACV (Электронный клапан управления воздухом)
BARO Sensor (Датчик атмосферного давления)	PA Sensor (Датчик давления воздуха)
TP Sensor (Датчик положения дроссельной заслонки)	TPS (Датчик положения дроссельной заслонки)
ECM / PCM (Модуль управления двигателем / трансмиссией)	ECU (Электронный блок управления)

---

Унификация кодов DTC

Ранее в системе OBD-I коды DTC отличались у разных производителей. В OBD-II внедрена унифицированная система кодирования DTC, определённая стандартом SAE J2012. Эта система подробно рассматривается в модуле обучения по DTC / MIL / Freeze Frame.

---

Стандартизация разъема DLC и протокола

До OBD-II каждый производитель использовал собственную конфигурацию DLC (диагностического разъема) и протокол сканирования. Это требовало разных кабелей и программного обеспечения. OBD-II стандартизировал разъем DLC и протокол.

• Разъем OBD-II DLC стандартизирован как 16-контактный разъем, расположенный на краю панели приборов, доступный без инструментов и видимый при осмотре.
• Унифицированный протокол позволяет считывать данные с любого автомобиля с помощью совместимого OBD-II сканера.

Разъем DLC может использоваться для доступа к дополнительной диагностической информации, которая не обязательно следует OBD-II протоколам. Стандарты SAE J1962, J1979 и J2190 определяют основные параметры DLC и протоколов сканирования.

---

Долгосрочная корректировка топлива (LTFT)

Система OBD-II может сохранять исторические данные, включая отклонение текущей длительности импульса форсунок от базовой заводской настройки. Это отклонение называется долгосрочной корректировкой топлива (LTFT).

• LTFT используется для корректировки подачи топлива в режиме открытого контура (OL).
• Эти данные помогают техническим специалистам выявлять проблемы с системой подачи топлива.

---

Расширенные функции индикатора неисправности (MIL)

Работа индикатора неисправности (MIL) в OBD-II изменилась:

1. Включение MIL
   • В OBD-I MIL загорался сразу при обнаружении неисправности.
   • В OBD-II индикатор может загореться только после 2–3 последовательных поездок с обнаруженной неисправностью.
2. Выключение MIL
   • В OBD-I MIL гас при повторном запуске двигателя, если проблема отсутствовала.
   • В OBD-II MIL гаснет, если неисправность не повторяется в течение трёх поездок.
3. Мигание MIL
   • В OBD-II MIL мигает при условиях, которые могут повредить каталитический нейтрализатор, например, при пропусках зажигания.

Эти особенности подробно рассмотрены в модуле обучения DTC / MIL / Freeze Frame.

Сохранение данных замороженных кадров (Freeze Frame)

Одна из наиболее полезных функций системы OBD-II — возможность фиксировать параметры работы двигателя в момент установки кода DTC. Эта функция называется замороженный кадр (Freeze Frame).

• Система сохраняет набор параметров при первом установлении кода DTC.
• Данные замороженного кадра остаются в памяти до тех пор, пока питание ECM не будет потеряно или кадр не будет очищен с помощью сканера.
• Последующие коды DTC не перезаписывают замороженный кадр, если только это не код с высоким приоритетом.
• ECM может сохранять несколько кодов DTC, но только один замороженный кадр, связанный с первым кодом.

После записи данных замороженного кадра рекомендуется очистить его, чтобы обеспечить возможность сохранения новых данных. Замороженный кадр — это отличный инструмент диагностики, поскольку он отражает ключевые параметры двигателя в момент возникновения неисправности. Эти данные позволяют специалисту воспроизвести условия, при которых возникла неисправность.

---

Расширенные возможности мониторинга

Ключевые отличия между OBD-I и OBD-II заключаются в расширенных возможностях мониторинга:

• OBD-II проверяет входные сигналы не только на высокие/низкие значения, но и на их рациональность.
• Система также тестирует выходные сигналы на функциональность.
• OBD-II запускает набор тестов для подсистем, которые выполняются при определенных условиях.

Эти тесты управляются программным обеспечением ECM:

• Некоторые выполняются непрерывно.
• Другие выполняются один раз за поездку, при выполнении условий запуска.

Например, OBD-II требует проверки системы EGR на правильность потока выхлопных газов. Способ выполнения этой проверки остается на усмотрение производителя.

• Honda, например, активирует клапан EGR и отслеживает изменение напряжения датчика абсолютного давления в коллекторе (MAP).
• Другие производители могут измерять изменения содержания кислорода или скорости двигателя.

Цель системы OBD-II — выявление деградации или неисправности компонента/системы выбросов, которые могут увеличить выбросы на 50%.

---

Мониторы системы OBD-II

Мониторы, работающие постоянно

1. Comprehensive Component Monitor
   • Проверяет все входные и выходные сигналы на правильность электрического сигнала.
   • Выполняет все электрические проверки, ранее реализованные в OBD-I.
2. Misfire Monitor
   • Проверяет двигатель на пропуски зажигания, отслеживая колебания скорости вращения коленчатого вала.
3. Fuel System Monitor
   • Сравнивает текущую длительность импульса форсунок (PW) с базовыми заводскими настройками и фиксирует отклонения.
4. Catalyst Monitor
   • Тестирует эффективность каталитического нейтрализатора.
   • Сравнивает показания двух датчиков O2 (перед нейтрализатором и после него).

Мониторы, работающие раз за поездку

1. EGR Monitor
   • Проверяет правильность подъема клапана EGR и потока выхлопных газов.
2. Evaporative Monitor
   • Тестирует систему улавливания паров топлива на герметичность и правильность продувки.
3. Oxygen Sensor Monitor
   • Проверяет скорость реакции основного датчика O2 на обедненные/обогащенные смеси.
   • Система фиксирует код DTC, если датчик работает слишком медленно или его значения застыли.
4. Oxygen Sensor Heater Monitor
   • Проверяет нагреватели датчиков O2. Этот монитор обычно запускается сразу после старта двигателя.

Каждый из мониторов подробно рассматривается в специализированных модулях обучения.

Политика OBD-II

Система OBD-II была создана в рамках поправок к Закону о чистом воздухе (Clean Air Act Amendment, CAAA). Основные цели включали:

1. Создание универсальной системы диагностики, которая подходила бы для всех производителей автомобилей.
2. Обеспечение доступа к информации и обучению по системам OBD-II для всех специалистов по ремонту автомобилей по справедливой цене.

Стандарт требовал, чтобы обучение, поддержка и материалы, доступные для технических специалистов дилеров, предоставлялись всем другим специалистам в отрасли на равных условиях. Хотя в некоторых аспектах это было выполнено, в других возникли проблемы.

Неожиданности в оснащении автомобилей

Теоретически, изучив правила и стандарты OBD-II, можно было бы четко понимать, чего ожидать от системы в автомобиле. Однако на практике это не всегда так. Основные причины:

Освобождения от требований (Waivers)

• Отделы инженеров производителей столкнулись с трудностями в соблюдении сроков внедрения полного комплекта оборудования OBD-II для всех моделей.
• Первоначальный срок внедрения OBD-II (1994) был перенесён на 1996 год.
• Даже к 1996 году некоторые системы мониторинга на некоторых моделях не были доведены до требуемого уровня.

Производителям предоставлялось:

• 2 освобождения для определённых подсистем в 1996 году.
• 1 освобождение в 1997 году.

Если производитель мог доказать, что определённая подсистема ещё не готова к производству, ему предоставлялось освобождение. Это привело к тому, что некоторые функции, ожидаемые в автомобиле, фактически отсутствовали.

• Будущие изменения:
  До 2002 года в автомобили будут добавлены два новых монитора, с постепенным введением их в эксплуатацию.

Интерпретация производителей

Основной документ для OBD-II — CARB Title 13 Section 1968, который состоит из 45 страниц и написан в юридическом/регламентированном стиле.

• Каждый производитель должен был изучить эти правила и самостоятельно интерпретировать, что именно нужно выполнять.
• В результате нередко можно обнаружить, что ожидаемое оборудование или функции отсутствуют, поскольку производитель интерпретировал требования иначе.

В некоторых случаях такая интерпретация приводила к штрафам от CARB/EPA, так как они считали, что производитель вышел за рамки духа регламента OBD-II.

---

Реализация требований производителями

Вопреки распространённому мнению, регламенты OBD-II не предписывали, как именно производители должны выполнять требования.

• Например, в правилах указано, что автомобиль должен проходить мониторинг на пропуски зажигания.
• Однако методы диагностики оставались на усмотрение производителей:
  • Одни используют анализ колебаний коленчатого вала.
  • Другие изучают форму сигнала датчиков O2.
  • Некоторые анализируют ток во вторичной системе зажигания.

Эта гибкость позволила производителям адаптировать системы под свои технологии, но также привела к значительным различиям в реализации требований OBD-II.

Ограниченный доступ к сервисной информации

Поправки к Закону о чистом воздухе (CAAA) включали требование обеспечить доступ к информации о сервисном обслуживании, наряду с внедрением системы OBD-II. Основная идея заключалась в следующем:

• Поскольку около 75% ремонтов автомобилей проводится за пределами дилерских центров, технические специалисты должны иметь доступ к информации, чтобы системы OBD-II могли работать корректно.

На практике реализация этой части закона оставляет желать лучшего:

1. Разногласия в доступе к информации
   • Многие производители считают, что информация по OBD-II — это коммерческая тайна.
   • Инженерные отделы стремятся ограничить утечку данных, тогда как отделы обучения стараются предоставлять дилерам лишь необходимый минимум информации для диагностики и ремонта.
2. Недостаточное обучение даже для своих специалистов
   • Некоторые производители не предоставляют своим дилерским техникам полного объёма информации.
   • Иногда учебные материалы от независимых компаний превосходят уровень подготовки, который предлагают сами производители.

---

Будущее OBD-II

Система OBD-II доказала свою эффективность и останется ключевым стандартом в ближайшие годы. Ожидаемые изменения:

1. Добавление новых мониторов:
   • Монитор термостата.
   • Монитор системы вентиляции картера (PCV).
2. Основные направления развития:
   • Интеграция с программами инспекций и обслуживания (I/M).
     OBD-II может заменить стандартные тесты выхлопных газов благодаря более точному мониторингу.
   • “OBD-III” (неофициальное название).
     Новая версия системы будет включать дополнительные усовершенствования и мониторы для контроля состояния автомобиля.

Интеграция с программами инспекций и обслуживания (I/M)

Система OBD-II эффективно контролирует автомобиль на наличие неисправностей. При корректной работе она даже более точна, чем тесты выхлопных газов. Сейчас специалисты по выбросам ищут способы использования системы OBD-II совместно с проверками на выбросы.

Текущее состояние

• В большинстве штатов автомобиль не может пройти тест на выбросы, если индикатор MIL (Malfunction Indicator Light) активирован.
• Следующим шагом может стать обязательное сканирование автомобиля на наличие сохранённых кодов DTC.

Пилотные программы

1. Проводится несколько экспериментов для проверки целесообразности:
   • Оценивать состояние мониторов (readiness status), чтобы подтвердить их завершённую работу.
2. Самый интересный эксперимент от CARB:
   • Автомобили с активным индикатором MIL тестируются по методу IM240 (самый строгий тест на выбросы).
   • Цель CARB и EPA — оценить, насколько эффективно система OBD-II выявляет неисправности.
   • Планируется протестировать 500 автомобилей; на данный момент протестировано около 100.

Предварительные результаты

• Из 100 автомобилей с активным MIL только 4 не прошли тест IM240.
• Это указывает на то, что использование системы OBD-II может быть точнее, чем тесты выхлопных газов.

Будущее инспекций

• Возможно, в будущем вместо теста на выхлопы автомобили будут проходить ежегодный тест с использованием сканера OBD-II.
• Преимущества:
  • Быстрота и удобство для клиентов.
  • Более низкая стоимость проведения теста для сервисных центров.

OBD-III

OBD-II отлично справляется с мониторингом неисправностей. Это настолько эффективно, что эксперты по выбросам рассматривают возможность отмены ежегодного теста на выхлопы, если удастся найти способ убедить водителей приносить автомобиль на ремонт сразу после загорания индикатора MIL.

Следующее поколение автомобилей с системами, которые автоматически сообщают о неисправностях, обычно называют OBD-III.

Основная цель OBD-III

Минимизировать задержку между моментом обнаружения неисправности системой OBD-III и реальным ремонтом автомобиля.

Проблемы реализации

Внедрение таких систем откладывается не из-за технических сложностей, а из-за вопросов:

• Гражданских свобод: Потенциальный контроль за частной собственностью.
• Свободы действий владельцев автомобилей.
• Юридической ответственности: Обеспечение конфиденциальности данных и правомерности использования системы.

Несмотря на эти сложности, цель OBD-III — значительно повысить скорость и эффективность устранения неисправностей, что сделает автомобили более экологичными и безопасными.

Технологии передачи данных, изучаемые для OBD-III

Внешний сигнал

• Предполагается, что автомобиль будет иметь внешний индикатор (например, лампочку), сигнализирующий, что машина ездит с активированным MIL.
• Цель: “пристыдить” владельца, чтобы он отремонтировал автомобиль.
• Проблемы:
  • Сильное сопротивление со стороны организаций по защите гражданских свобод и производителей.
  • Высокая вероятность, что эта идея не будет реализована.

---

Модификация управляемости

• Концепция заключается в том, чтобы ухудшать характеристики автомобиля по мере того, как владелец игнорирует ремонт. Например:
  • Постепенное снижение максимальной скорости, пока автомобиль не будет отремонтирован.
• Проблемы:
  • Сильное сопротивление со стороны организаций по защите гражданских свобод и производителей.
  • Также маловероятно, что эта идея будет реализована.

---

Встроенный передатчик

• Если OBD-III когда-либо будет внедрена, скорее всего, она будет использовать встроенный передатчик для передачи сигнала о включении MIL.
• Технические возможности:
  • Автомобили смогут передавать данные о VIN и сохранённые DTC (коды неисправностей).
  • Возможна установка придорожных приёмников, которые будут “опросить” автомобили при проезде.
  • Пример: GM Hughes Electronics уже протестировали систему, способную сканировать все машины на восьмиполосном шоссе со скоростью до 100 миль/ч.
  • Автомобили-нарушители передают свои данные (VIN и коды DTC) на придорожный приёмник.

---

Заключение:
Наиболее вероятным сценарием для OBD-III станет использование встроенного передатчика, что обеспечит автоматическое и быстрое выявление неисправностей без необходимости обязательного вмешательства водителя.