孙 斌 朱 光

（郑州科技学院,机械工程系，河南郑州450064）

20世纪六七十年代至今年，随着世界汽车工业的迅猛发展，汽车保有量激增。据公安部交管局发布的最新数据，至2011年8月底，全国机动车保有量达到2.19亿辆。仅次于美国的2.85亿辆，位居世界第二。同时，城市中即出现了严重的机动车排放污染问题，各国不得不制定越来越严格的排放法规来控制尾气排放对环境的污染。为适应这些法规的要求，现代汽车大多采用ECU（Electronic Control Unit）对发动机的喷油量、点火正时等参数进行精确控制，得以使排放污染得到明显下降。但是，在发动机的技术性能下降以后，由于受各种元件和催化剂老化等因素的影响，发动机的排放污染会大大上升。美国国家环境保护局（USEPA.U.S.Environmental Protection Agency）调查发现，轻型汽车排出的废气中，有60%的HC是从20%的排放控制系统有故障或者性能降低的汽车中排出的［1］。但是，由于驾驶员并不会对排放污染增加过多关注，这就需要一个随车的自动诊断系统，对车辆在工作时发动机各部分的工作状况进行监测，一经发现问题，即时告知驾驶员。为此，车载自诊断系统OBD（On-Board Diagnostics）技术得以在汽车上应运而生，它是一种有效地控制汽车尾气排放污染的即时监测技术。它不仅能够对尾气是否超标进行监测。而且，在车辆出现故障时，系统会将(check engine)警告灯点亮，同时故障信息以故障码的形式存入储存器，通过汽车电脑诊断仪（例如车博仕V30或远征X431）或汽车厂家生产的专用测试设备可将故障码读出。根据故障码的提示，能够大大提高确定故障位置的效率，有助于排除汽车故障，将车辆保持在良好的技术性能状态下工作。0BD系统的工作由软件和硬件共同完成。硬件的部分主要由ECU、传感器、OBD连接器插口、执行器及线路、故障指示灯、与汽车尾气排放控制相关的系统等组成。软件主要指的是故障诊断控制策略代码和标定。典型的OBD系统有6万行代码和1.5万个标定。在发动机ECU软件包中，OBD部分的代码占整个软件内容的一半，有超过150个可能的故障代码［3］。2005年4月国家环保总局公布了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》，即平时所说的国Ⅲ、国Ⅳ(相当于欧Ⅲ、欧Ⅳ)排放标准。这2个标准分别于2007年7月1日和2010年7月1日开始在全国实施。它的实施要求车辆必须装配OBD-Ⅱ系统。为此，介绍OBD技术的应用与发展十分有意义。

1 OBD技术的历史沿革

1.1 OBD的功能与存在问题

1979年美国通用汽车公司首先在汽车中装配OBD系统。OBD系统的最初的功能只是在发动机工作状态下即时的监测与尾气排放相关部件的工作状态。当汽车排放的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)的污染量超过设定的标准，系统即通过报警灯提示驾驶员。

其实，OBD系统在实际的应用中存在明显的问题，原因在于各个厂家的系统都采用独立的自主设计，连接器插口及故障代码和通讯协议等都不相同，导致不同厂家的车辆之间无法共通，甚至同一车系不同车型之间也是一样，必须采用不同的诊断系统。例如福特车连接器插口有9种，1993年以后由6+1针诊断座改为17+8针诊断座；奔驰车系有圆形9针、38针连接器插口和长方形16针连接器插口；丰田车系有长方形47／23针、圆形17针和方形17针连接器插口［2］。另外一方面，OBD只是通过故障灯的方式提醒驾驶员车辆出现了故障，并不能说明故障产生的原因和故障的性质，所以，OBD并没有真正的自诊断功能。由于以上所述的种种原因，经过不断的发展和研究，随即诞生了OBD-Ⅰ系统。1.2 OBD-Ⅰ

OBD-Ⅰ可称为第一代随车自诊断系统。美国加州环保局1985年立法，1988年开始实施，称为OBD-Ⅰ。其诊断主要针对车辆的硬件失效，包括三元催化转换器、氧传感器、废气再循环阀、供油系统等，但OBD-Ⅰ仍然存在以下问题：

1.2.1 标准仍未统一

OBD-Ⅰ与OBD相比，各大生产厂家虽然均采用了标准的16针诊断连接器插口，但仍保留原有的故障码，故解码器仍然无法通用。例如：奥迪（Audi）和大众(VW)即采用不同诊断系统，原因在于传输数据不是SAE或ISO标准格式。这使得在维修服务时，还必须使用昂贵的专用解码器。

1.2.2 监测功能薄弱

图1 标准化的数据诊断接口(SAE—J1962)

图2 Ford EECⅤ的OBDII诊断座

图3 标准化的故障码（DTC）

尽管是电控系统，但仍然有些问题OBD-Ⅰ无法监测，如三元催化转换器完全失效或己被去除，发动机火花塞缺火等问题。更重要的是，OBD-Ⅰ只是当部件完全失效时或故障已经明显时才点亮报警灯，并不能监测与排放有关的部件的渐进损坏情况。

1.3 OBD-Ⅱ

由于OBD-Ⅰ存在以上两大问题，导致使用上有很大的不方便。同时，随着排放控制标准的不断提升，加上人们对汽车排放污染的日益重视，这就要求用更好的方法探测与汽车排放相关故障。故在1989年加州空气资源委员会（California Air Resources Board）和美国国家环境保护局（USEPA.U.S.EnvironmentalProtection Agency）先后通过法律认证，要求自1994至1996年及以后生产的车型必须配备下一代的OBD系统以及标准，美国汽车工程师协会(SAE)制定了一套标准规范，要求各汽车制造企业按照新标准提供统一的诊断模式［3］，称之为OBD-Ⅱ（第二代随车诊断系统）。

2 OBD-Ⅱ的技术特点

OBD-Ⅱ不仅仅是OBD-Ⅰ系统的升级，重要的是新标准于1990年写入了美国联邦大气清洁法，它要求加州以外49个州的车辆于1996年起一律装备OBD-Ⅱ，并于1999年严格执行［4］。由于该标准所具有的权威性和美国的经济地位，到目前为止，世界上各大汽车生产厂基本上全面采用了此标准。如果从技术角度来看，OBD-Ⅱ主要有以下三个方面的特点。

2.1 系统的全面标准化

OBD-Ⅱ系统除了提供统一的16针诊断连接器插口(DLC：Data Link Connector)以外，更重要的是采用了统一的故障码（DTC：Diagnostic Trouble Code）与标准化的解码器（SAE—J1978)和共通的电子通讯协议(KW2000，CAN，CLASSII，ISO9141)等。

这样，只通过一台诊断仪器就可以对不同厂家的车辆完成提取故障码、显示故障位置，对系统进行基本设定（例如调整发动机怠速）、清除故障码等工作。具体的有以下三个方面［5，6］。

2.1.1 诊断连接器(DLC)

诊断连接器的16针插口见图1所示一般安装于驾驶室仪表板下方。诊断连接器插口的16个针脚共可分为电源、信号传输和生产厂家自定义。电源部分有2个，4号针脚与车身搭铁，16号针脚与蓄电池正极接通；信号传输部分有两组针脚，2和10号针脚是SAE—J1850所定制的数据传输线，7和15号针脚是ISO-9141-2所定制的数据传输线K线和L线；5号针脚是信号回路搭铁；其他针脚为厂家自定义部分如图2所示。

2.1.2 标准统一的故障码含义如图3所示

2.1.3 统一标准的诊断通讯如图表1所示

模式 功能 模式 功能 模式 功能 模式 功能0 回到正常模式 4 组件控制功能 8 切断正常传输 12 依数值位置定义诊断1 传输诊断资料 5 RAM资料下载 9 连接正常传输 13 依记忆内码定义诊断2 记忆数据清除 6 RAM数据修改 10 清除故障记忆 14 清除故障记忆3 检测RAM资料 7 数值指令显示 11 暂停正常传输

表1 SAE-J2054诊断数据通讯标准(DTM：Diagnostic Test Modes)

表2 SAE定义故障范围代码

2.2 增强了系统的监测功能

OBD-Ⅱ增加了对系统的监测要求，扩展了对失火，催化器劣化，蒸发系统泄漏等与排放相关零部件和系统故障的监测。

同时，当车辆的HC、CO、NOx或燃油蒸发污染量超过美国联邦试验过程 (FTP)所规定废气排放值的1.5倍时，OBD-Ⅱ系统点亮发动机故障灯 (MIL)，提醒驾驶员排放超标，车辆需要修理，证明系统在排放方面同样有严格的针对性［2］。

2.3 OBD-Ⅱ的诊断功能与局限性［8］

目前汽车各大部分普遍采用电子控制技术。OBD-Ⅱ可对包括发动机、CAN数据总线、EGR废气再循环系统、汽油蒸发控制系统、排放控制系统、三元催化转化器等多个系统和部件进行监测，从而进行故障诊断。基本原理是：当汽车运行时，电控系统ECU输入、输出的信号电压在一定范围内变化，当某一电压信号值超出这一范围，并且在一定的时间内不会消失，系统便判定与这一电压信号相关的电子元件或线路出现故障，并以故障码的形式存入RAM（Random Access Memory）。为提示车辆使用人员对车辆进行检测维修，同时点亮故障指示灯。

事实上OBD-Ⅱ并不能真正代替维修人员对车辆具体的故障原因进行判定。电控系统各个元件工作情况的认可或否定由故障码得出结论，在一般情况下可以判定故障发生的原因与部位。但如果完全依靠故障码进行诊断，在很多情况下则会“失效”，在维修过程中走进误区。

2.3.1 OBD-Ⅱ无故障码输出

传感器是汽车电控系统的重要组成部分，车内OBD-Ⅱ监控的信号电压很多由传感器提供。但是，OBD-Ⅱ只能对信号电压的变化范围或者频率进行监测，如果传感器出现工作滞后、灵敏度下降、输出特性偏移等情况，OBD-Ⅱ并不会存储相应的故障码。

排除标准：研究中未表明受试者并发症、临床诊断不明或未对髋臼骨缺损进行Paprosky分型；文献中数据不足，导致无法提取数据；荟萃分析、系统分析、病例报道及动物实验；重复试验或不完全的研究。

另外，OBD-Ⅱ系统只能对ECU相关元器件进行监测，并不能监测机械部分，所以故障码记录功能对机械部分无效。

2.3.2 OBD-Ⅱ显示错误故障码

OBD-Ⅱ是对系统整体的工作状态进行检测，而不是只记录某一个传感器的故障。当电控系统的某一部分出现故障时，常会判断为其他部分故障。会记录错误的故障码。所以，在汽车故障诊断中，OBD-Ⅱ的应用大大提高了故障检测的效率，但仍具有较大的局限性，往往要利用串行动态数据流分析法进行全面的判断。

3 OBD技术的发展趋势

有时候，当车辆出现故障时，有些驾驶员并不理会故障灯的警告，造成了故障的进一步的扩大，对此OBD-Ⅱ系统是无能为力的。所以，这就对OBD技术提出了更进一步要求，从而催生了OBD-Ⅲ系统的开发。主要有两大特点。

3.1 OBD-Ⅲ的远程排放监测

3.2 OBD-Ⅲ的远程智能诊断

OBD-Ⅲ系统将会实时的采集车辆的动态多元信息，并且无线通信系统将信息发送到车辆的维修服务数据中心，实现远程故障诊断。这样就可以使检测、维护和管理合并为一体。重要的是OBD-Ⅲ会进入发动机、变速箱、ABS等系统的ECU对整车电控系统的故障码以及相关数据全面的读取。

OBD技术应用至今，由于其在降低车辆的排放性上做出巨大的贡献，故具有非常重要的地位。另一方面，在提高售后维修服务质量方面，OBD技术的应用也推进了车辆不解体外检技术的发展。在不远的将来，随着微机和电子以及通讯技术的进一步发展，OBD技术的应用也将进一步的全面和完善。在车辆的环保检测和维修诊断方面发挥更大的作用。

[1]Anders Unger;kent smith The OBDⅡSystem in the Volvo850 Turbo 1993

[2]钟勇，李敏旭.OBD技术的现状与未来[J].福建工程学院学报，2009,7（1）.

[3]吴峰，卢燕.汽车排放与OBD随车诊断系统[J].青岛建筑工程学报,2002,23（3）.

[4]潘朋，颜伏伍.OBD系统的现状及其发展趋势[J].交通节能与环保，2007（5）.

[5]陈鲁训，陈萍.第二代随着电脑诊断系统OBD-Ⅱ[J].汽车技术,1996（9）.

[6]间晓春，杜仕武.现代汽车技术及应用[M].北京：人民交通出版社，2004

[7]Larry Carley.Understanding OBD-Ⅱ:past,present&future.2001，12

[8]孙斌，侯守峰.数据流对汽车故障诊断的影响[J].农业装备与车辆工程,2012，1.