Analýza odezvy diagnostického protokolu osobního automobilu Diplomová práce

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Analýza odezvy diagnostického protokolu osobního automobilu Diplomová práce

Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D.

Vypracoval: Bc. Jakub Buršík

Brno 2013

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma „Analýza odezvy diagnostického protokolu osobního automobilu““ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne ………………………………………. podpis ……………………………………

Poděkování Rád bych poděkoval vedoucímu práce panu Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za umožnění psát práci pod jeho vedením a za konzultace v průběhu tvorby práce. Dále bych rád poděkoval panu Ing. Michalu Juklovi za spolupráci a poskytování potřebných informací a materiálů pro tvorbu této práce.

Abstrakt Tato diplomová práce s názvem „Analýza odezvy diagnostického protokolu osobního automobilu“ je zaměřena na přehled technických prostředků palubní diagnostiky. Dále se zaměřuje především na protokol OBD-II na rozličných fyzických vrstvách, popis funkce diagnostického protokolu. V praktické části je vytvořena metodika, na kterou navazuje vlastní měření. Klíčová slova OBD II, ELM 327, čas smyčky, emise

Abstract This thesis entitled "Analysis of the response of the diagnostic protocol of a car" it is focused on technical equipment onboard diagnostics. It also focuses on protocol OBD-II on different physical layers, function description diagnostic protocol. The practical part is a methodology, which is connected to the measurement.

Keywords: OBD-II, ELM 327, response time, emission

Obsah 1

ÚVOD ................................................................................................................. 10

2

CÍL PRÁCE ........................................................................................................ 11

3

Diagnostika ......................................................................................................... 12

4

3.1

Historie ......................................................................................................... 12

3.2

OBD I ........................................................................................................... 12

3.3

OBD II .......................................................................................................... 13

3.4

EOBD ........................................................................................................... 15

3.5

OBD III......................................................................................................... 16

HLAVNÍ FUNKCE OBD/ EOBD ....................................................................... 16 4.1

Diagnostická funkce katalyzátoru .................................................................. 16

4.2

Diagnostika kyslíkových sond ....................................................................... 17

4.2.1

Čas odezvy ............................................................................................. 18

4.2.2

Čas aktivace ........................................................................................... 18

4.2.3

Čas odezvy během regulace.................................................................... 19

4.3

Adaptace ....................................................................................................... 20

4.4

Recirkulace výfukových plynů (EGR) ........................................................... 21

4.5

Systém sekundárního vzduchu ....................................................................... 22

4.6

Kontrola vynechávání zapalování .................................................................. 22

4.7

Sledování systému odvzdušnění palivové nádrže ........................................... 25

4.8

Chybové kódy (DTC) .................................................................................... 26

4.9

Komunikace .................................................................................................. 27

_Toc354951322

5

4.9.1

Fyzická vrstva- SAE J1850 .................................................................... 29

4.9.2

Fyzická vrstva ISO 0141, ISO 14230...................................................... 30

4.10

Datová aplikační vrstva.............................................................................. 32

4.11

Testování módy OBD-II ............................................................................ 35

4.12

Readiness kód ............................................................................................ 39

4.13

Diagnostické rozhraní (DLC) ..................................................................... 40

4.14

ELM 323 ................................................................................................... 41

Metodika měření.................................................................................................. 43 5.1

6

Popis vytvořeného programu ......................................................................... 44

Výsledky časové odezvy palubní diagnostiky: ..................................................... 47 6.1

Superb 1,9 TDI, 125 KW............................................................................... 48

6.1.1

Vypnutý motor ....................................................................................... 48

6.1.2

Motor ve volnoběhu ............................................................................... 51

6.2

Citroen C8 2,0 HDI, 100 kW ......................................................................... 54

6.2.1

Motor vypnutý ....................................................................................... 54

6.2.2

Volnoběh ............................................................................................... 56

6.3

Nissan QASHQAI 1,6, 86 KW ...................................................................... 60

6.3.1

Motor bez zatížení .................................................................................. 60

6.3.2

Volnoběh ............................................................................................... 63

7

Závěr ................................................................................................................... 66

8

Seznam obrázků .................................................................................................. 67

9

Použitá literatura.................................................................................................. 69

10

PŘÍLOHA ........................................................................................................... 70

1

ÚVOD

V mé práci se budu zabývat palubní diagnostikou osobních automobilů, která je v této době pro vývoj v odvětví automobilního průmyslu téměř nevyhnutelná a to především kvůli masivnímu rozšíření elektronických systémů. Má práce bude zaměřena na vývoj v oblasti emisních diagnostických protokolů, kde emise výfukových plynů jsou jedním z hodně sledovaných faktorů působící na životní prostředí vlivem automobilové dopravy. K tomuto se váže palubní diagnostika OBD, (On Board Diagnostics), pro zavedení palubní diagnostiky OBD bylo z důvodů zavedení jednotného systému pro automobilní diagnostiku, která zaručí, že elektronika vozidla, může sama upozornit případnou závadu, která by měla vliv na vytvoření škodlivých látek ve výfukových plynech a zároveň umožní jednotnou komunikaci pomocí servisního přístroje pro rychlejší nalezení a případné odstranění závady. Závady jsou ukládány do vnitřní paměti v elektronické jednotce pomocí číslicového, nebo abecedo-číslicového kódu, ze kterého je můžeme později vyčíst. Při větší možné poruše, je obsluha vozidla upozorněna rozsvícením kontrolky na palubní desce vozidla. Při této situaci je motor přejde do tzv. nouzového režimu pro dojetí a zabránit tak většímu poškození motoru, obsluha vozidla, musí vyhledat servis a provést nezbytnou kontrolu. Může nastat i situace, kdy motor nemůže přejít do nouzového režimu, z důvodů jeho většího poškození a obsluha je upozorněna na okamžité zastavení, nebo je motor automaticky vypnutí. Palubní diagnostika slouží ke sledování správnosti chodu motoru a zjednodušování práce servisním organizacím.

10

2

CÍL PRÁCE

Cílem mé Diplomové práce s názvem „Analýza odezvy diagnostického protokolu osobního automobilu“ bylo v rešeršní části vytvořit přehled technických prostředků palubní diagnostiky, a to jak v softwarové, tak hardwarové části. V detailnějším pohledu se v dalším textu zabývám zejména protokolem OBD-2 na rozličných fyzických vrstvách. Jsou popsány funkce diagnostického protokolu a dále vysvětleny jednotlivé módy protokolu. V experimentální části byl použit převodník ke komunikaci s OBD-2, jehož činnost je objasněna v příkladech aplikace. V souladu systémového pojetí vědecké práce byla v úvodní části experimentu vytvořena nejprve metodika, na kterou pak navazovalo vlastní měření na konkrétních vozidlech s podporou protokolu OBD-2. Vlastním úsilím byla vytvořena aplikace ve vývojovém prostředí LabVIEW a byly změřeny odezvy žádosti o diagnostický parametr. Výsledkem je komplexní aplikace, která bude využívána pro laboratorní zkoušky vozidel na válcovém dynamometru Ústavu techniky a automobilové dopravy na Mendelově univerzitě v Brně.

11

3

Diagnostika

3.1 Historie Místem kde vznikla palubní diagnostika, můžeme označit Kalifornii (Los Angeles), která jako první zavedla povinné emisní kontroly vozidel, které od roku 1968 byly povinné v celé federaci. Hlavním důvodem byly zhoršené klimatické podmínky spolu s přírodními katastrofami, ale prioritní podíl na znečišťování vysoká koncentrace automobilové dopravy. Roku 1970 Kongres spojených států Amerických založil instituci na ochranu životního prostředí EPA (environmental Protection Agency), která prování dozor nad plněním emisních předpisů motorových vozidel. Prvním kdo přišel se zavedením diagnostického systému byla společnost GM (Generals Motors). Tato firma roku 1981 přišla na trh s produktem kontroly emisí vozidel CCC (Control Command Control). Od této doby i ostatní firmy přicházely na trh s různými systémy emisní kontroly, ale systémy nebyly vzájemně mezi sebou kompatibilní. Z tohoto důvodu roku 1875 státní instituce CARB (California Air Resource Board) schválila systém regulací známý jako OBD (On Board Dianostic). Roku 1988 vstoupila v platnost OBD I, která byla později OBD II, který je v USA povinný ve všech vozidlech vyrobených od roku 1996. V Evropě znečištění ovzduší v šedesátých a sedmdesátých letech nebylo tak vysoké jako v některých státech USA, proto se otázkou omezení provozu vozidel z hlediska emisí zavedlo až v osmdesátých letech. Vzorem jim byly americké předpisy a normy, které se v letech 1985-1989 zpracovaly mezinárodní normovací organizací ISO (international Organization for Standardization). Tímto vznikla prvotní norma ISO 9141, která se v praxi téměř neuplatnila. Roku 1991 byla podle normy OBD II vytvořena norma DIN ISO 9141-2, díky které byl přizpůsoben americký systém OBD II evropským podmínkám.

3.2 OBD I Průkopníkem v zavedení vlastní emisní kontroly vozidla byla společnost General Motors (GM), která již v roce 1981 ve svých automobilech používala systém Computer Command Control. Ostatní výrobci také samozřejmě kopírovali trend častějšího využívání elektronických komponentů řízení motoru s monitoringem všech částí 12

relevantních k exhalacím. Tyto systémy však trpěly nedostatkem jakékoliv vzájemné kompatibility, a proto v dubnu 1985 pověřená státní instituce CARB (California Air Resource Board) schválila v Kalifornii systém regulací známých jako OBD (On Board Diagnostic), úplně ”Malfunction and Diagnostic System for 1988 and Subsequent Model Year Passenger Cars, Light-Duty Trucks, and Medium-Duty Vehicles with Three-Way Catalyst Systems and Feedback Control.”. Tyto předpisy vstoupily v platnost roku 1988 a všechna nová osobní a malá dodávková vozidla musela splňovat všechny technické předpisy spojené s OBD. Jednalo se zejména o systémy, které významně ovlivňují složení výfukových plynů a zpětnou vazebou dávají signál řídící při zjištění závady indikační kontrolkou MIL (Malfunction Idicator Lamp) na přístrojové desce. Při detekci závady se současně s rozsvícením kontrolky MIL ukládají do paměti řídicí jednotky kódy chyb DTC (Diagnostic Trouble Codes). Pomocí těchto kódů byla zjednodušena diagnostika poruchy pro servisní organizace. Funkce OBD I: 

Sledování přerušení obvodu a zkratů



Monitorování: 

vstupů hlavních senzorů



dávkování paliva



systému recirkulace



Závady zapsané jako chybové kódy (DTC)



Řízení indikační kontrolky (MIL)

3.3 OBD II OBD I velmi ovlivnil dění na poli diagnostiky, ale díky své koncepci nemohl udržet krok s rozvojem elektroniky v automobilové dopravě v devadesátých letech. Bylo na čase se zaměřit nejen na elektrické a elektronické obvody vozidla, nýbrž i na kontrolu pasivních komponentů, které významně ovlivňují složení spalin. Nově se i při závadě zapisují podmínky (Freeze Frame). Roku 1994 se automobilní společnosti zavázaly, že jejich vozidla budou nejméně 50 000 mil emisně stálé a postupem času, tuto hodnotu ještě navýší. Při tvorbě normy OBD II se uplatnila instituce SAE (Society of Automotive Engineers), která vytvořila standardy pro DLC (Data Link Conector, SAE 13

J1962) a navrhla komunikační protokol mezi řídící jednotkou motoru a diagnostickým přístrojem (SAE J1850). Mezi lety 1994- 1996 se systémy OBD II postupně implementovaly do nových vozidel a od ledna 1996 je povinný v celé federaci. Funkce OBD II 

Kontinuální sledování a funkční testy



Rozšířená diagnostika kyslíkových sond



Rozšířená diagnostika palivového systému



Detekce vynechávání zapalování



Monitorování účinnosti katalyzátoru



Sledování systému recirkulace



Monitorování funkce odvzdušnění palivové nádrže



Sledování přístupu sekundárního vzduchu



Odvzdušnění klikové skříně



Změna v ovládání diagnostické kontrolky MIL



Standardizace:  Chybové kódy DTC  Datový tok po komunikační lince  Diagnostické rozhraní (připojení)  Diagnostický přistroj (Čupera, 2009)

14

3.4 EOBD EOBD

je v podstatě evropská obdoba OBD II. Od amerického se z technického

hlediska liší minimálně. Značný rozdíl mezi nimi je především v platnosti a uvedení EOBD do legislativy. Povinnost začlenění vozidel do EOBD je dána předpisem 98/69/ES, který byl schválen roku 1998 s platností do roku 2000 spolu s emisním předpisem „Euro 3“. Platnost systému OBD II v USA byla zahájena hned po své působnosti pro osobní automobily, lehká dodávková vozidla bez rozlišení typu motoru (zážehový, vznětový). Naproti při zavádění EOBD se stanovily termíny platnosti nejen podle druhu vozidla a celkové hmotnosti, ale i podle spalovaného druhu paliva. Termíny zavedení EOBD jsou: Zážehové motory: 

od 1. ledna 2000 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1 a N1 kategorie I (< 2500 kg)



od 1. ledna 2001 všechna nová vozidla skupiny M1 a N1 kategorie I (< 2500 kg)



od 1. ledna 2001 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1 a N1 kategorie II a III (> 2500 kg)



od 1. ledna 2002 všechna nová vozidla skupiny M1 a N1 kategorie II a III (> 2500 kg)

Vznětové motory: 

od 1. ledna 2003 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1 (< 6 sedadel a < 2500 kg)



od 1. ledna 2004 všechna nová vozidla skupiny M1 (do 6 sedadel a < 2500 kg)



od 1. ledna 2005 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1 a N1 kategorie I (do 6 sedadel)



od 1. ledna 2006 všechna nová vozidla skupiny M1 a N1 kategorie I (do 6 sedadel)



od 1. ledna 2006 všechna nová vozidla s novým povolením k provozu skupiny M1 a N1

kategorie II a III (> 2500 kg)od 1. ledna 2007 všechna nová vozidla skupiny M1 a N1 kategorie II a III (> 2500 kg). (Čupera, 2009) 15

Systém EOBD musí být funkčně schopný po celou dobu životnosti vozidla. Pokud chce výrobce nechat schválit nové vozidlo musí zaručit, že emisní limity budou dodrženy nejméně 80 000 km, nebo po dobu pěti let, dle normy Euro III.

3.5 OBD III V současné době je ve stádiu vývoje další verze OBD a to OBD III. Rozdíl oproti jeho předchůdci OBD II spočívá v integraci bezdrátového vysílače do vozidla, úkolem je zprostředkovávat uložené informace v PID 03, tedy paměti závad. Jedním z výrobců (CARB), byla navržena koncepce, kde se radiově přenáší počet chybových kódů, jejich znění a dále VIN vozidla. Důvod proč vzniká nový OBD III je pouze ekonomický. V rozšířených studiích bylo dokázáno, že většina (75%) vozidel v Kalifornii, je emisně v toleranci a nedochází k rozsvícení kontrolky MIL. Jednou z nevyřešených otázek je bezpečnost systému, moderní systémy ve vozidlech jsou svázány s daty GPS, které umožňují lokalizaci vozidla, či snadnou přístupnost např. rychlost vozu.

4

HLAVNÍ FUNKCE OBD/ EOBD

4.1 Diagnostická funkce katalyzátoru Diagnostika katalyzátoru se provádí pomocí porovnání dvou kyslíkových sond (lambda sond). Jedna lambda sonda je umístěna před katalyzátorem a druhá za katalyzátorem. Poměr signálů lambda sond musí být v určeném rozmezí, jinak je vyhodnocena závada a uložena do paměti. Rozeznávání signálu se provádí tak, že jednotka neustále lehce kolísá mezi bohatou a chudou směsí a sledují se odezvy na lambda sondě za katalyzátorem. Srovnáním signálů obou lambda sond se určí množství kyslíku spotřebovanou na činnost katalyzátoru. Pro určení stavu se většinou vychází z redukce nespálených uhlovodíků CHx, přičemž při plně funkčním katalyzátoru je jeho účinnost při stechiometrii cca 95% a při 65% je účinnost vyhodnocena jako závada. Příčinou může být také zestárnutí lambda sondy před katalyzátorem, nízká účinnost nebo falešný vzduch. Dále se činnost kontroluje v průběhu akcelerace (bohatší směs) a decelerace (chudší směs).

16

Obrázek 4.1 -Průběh signálu lambda sondy před a za katalyzátorem (Čupera, 2009)

4.2 Diagnostika kyslíkových sond Kyslíková sonda (lambda sonda) se využívá ke zjištění množství kyslíku ve spalinách před i za katalyzátorem, z něhož můžeme zjistit počáteční poměr paliva a vzduchu ve směsi. Tento signál patří k hlavním funkcím OBD II a sleduje čtyři základní parametry.

17

4.2.1 Čas odezvy Na sondě před katalyzátorem nám ECM sleduje přechod z bohaté směsi na chudou a naopak (obr.4.3), řídící jednotka takto testuje funkci snímače dle naprogramovaného algoritmu.

Obrázek 4.2- Odezva kyslíkové sondy Obrázek 4.3Čas aktivace

K dosažení potřebné vyhodnocuje ECU (řídící jednotka) čas vyhřívání „studené“ lambda sondy 18

4.2.2 Čas odezvy během regulace Rozšíření času odezvy o sledování dynamiky během regulace a sledování minimální a maximální hodnoty výstupního napětí.

Obrázek 4.4 -Čas odezvy lambda sondy v průběhu regulace

19

4.3 Adaptace Kromě již zmíněných testů lambda sond a katalyzátorů se dále provádějí korekce na časové vlivy a okolí. Jedná se o sledování regulační smyčky s následnými odpočty k poměru vzduch/palivo v celém systému, zejména vliv opotřebení např. vstřikovačů popřípadě různé netěsnosti. Můžeme je rozdělit z hlediska času na adaptace krátkodobé, korekční faktor se po vypnutí zapalování vymaže nebo adaptace dlouhodobé, kdy se zaznamenaný součinitel zapíše do trvalé paměti. ECM indikuje chybu při překročení limitu ± 20 % od normované hodnoty uložené v řídicí jednotce. (Čupera, 2009)

Obrázek 4.5- Adaptace při netěsností sání (Čupera, 2009)

20

4.4 Recirkulace výfukových plynů (EGR) Jedním z hlavních účelů recirkulace spalin je, aby se určité výfukové plyny přimíchaly zpět do směsi paliva se vzduchem, tímto procesem dojde ke snížení obsahu kyslíku který vede ke snížení teploty ve spalovacím prostoru. Tímto efektem dochází k redukci emisí NOx,. Pro ovládání recirkulace spalin se nyní nejčastěji využívá pneumatické systémy, které v souvislosti množství vzduchu, poloze škrtící klapky a tlaku v sání nebo protitlaku ve výfuku přivádí zpět odpovídající množství výfukových plynů. Recirkulace spalin se nejčastěji používá ve spojení s tzv. ventilem recirkulace spalin, nazývaným také EGR-ventil (Exhaust Gas Recirculation). Regulační veličinou je u podtlaku v sání (MAP) nebo množství nasátého vzduchu (MAF) spolu s otáčkami motoru (Obr. 4.6). Recirkulace neprobíhá ve volnoběhu a provádí se při zahřátém motoru (>60oC). Sledování EGR se provádí dvojím způsobem, první se provádí vyhodnocením signálu MAP nebo MAF při deceleraci motoru a druhý způsob měřením zdvihu ventilu EGR pomocí potenciometru nebo pomocí teplotního snímače integrovaného do vlastního ventilu.

Obrázek 4.6- Funkce recirkulace spalin (EGR) (Čupera. 2009)

21

4.5 Systém sekundárního vzduchu Systém sekundárního vzduchu je ve fázi studeného motoru, jehož úkolem je přivádět do výfukového systému vzduch s k dostatečné oxidaci CO a CHx, díky takto dosaženého tepla dochází k rychlejšímu nárůstu teploty katalyzátoru na optimum. U systému OBDII se tato funkce sleduje pomocí lambda sondy, kdy ECU očekává nízké hodnoty lambda. Během této doby je vyřazena z okruhu lambda regulace. V systému EOBD jsou navíc zjišťovány parametry dmychadla a ovládacího ventilu.

4.6 Kontrola vynechávání zapalování Při vynechání zapalování nedochází pouze k velkému nárůstu škodlivin ve výfukových plynech, ale také k možnému poškození katalyzátoru. Při tomto procesu dochází k úniku nespáleného paliva do výfuku, kde dohořívá a má za následek zvýšení teploty katalyzátoru nad kritickou hranici. Při teplotě 800oC až 1000oC dochází k termickému opotřebení katalyzátoru, při teplotě nad 1000oC k mechanickým změnám, které pak vedou k neúčelnosti katalytického systému. Na základě signálu snímače polohy klikové hřídele lze z průběhu zrychlení zjistit vynechávání zapalování, ale přímo jej sledovat nejde. Na obr. 4.7 lze vidět přístup řídící jednotky při zjištění vynechávání zapalování. Je nutno podotknout, že sledování je kontinuální a je na něj kladena vysoká priorita. OBD II má za úkol nejen toto zjistit, ale určit i zda se jedná o výpadek na jednom válci nebo na více (Obr.4.8)

22

Obrázek 4.7-Algoritmus zjišťování výpadku zapalování

23

Obrázek 4.8Úhlové zrychlení při výpadku zapalování

V provozu dochází ke značnému rozptylu hodnot a to zejména vlivem torzních kmitů, např. od nerovného povrchu vozovky. Tento vliv se dá odstranit bud snímáním rychlosti kol, resp. zrychlení pomocí snímače ABS či využitím senzorů zrychlení ESP. Nebo můžeme použít složitý statický algoritmus, který je aplikován na data k rozlišení výpadků zapalování od torzních kmitů přenesených od nerovností (Obr. 4.9)

24

Obrázek 4.9Vliv povrchu vozovky na zrychlení klikové hřídele

4.7 Sledování systému odvzdušnění palivové nádrže Vlivem teploty okolí a vlivem ohřátého přebytečného paliva, které se vrací zpět do nádrže dochází k odpařování paliva v palivové nádrži. Zanedbat nemůžeme ani pokles tlaku vnějšího okolí, který lze sledovat při jízdě do kopce s velkým výškovým 25

převýšením. U starších vozidel se toto přebytečné palivo dostávalo do atmosféry v plynné podobě přes odvzdušnění palivové nádrže a případné netěsnosti. U klasických motorů byly výpary z palivové nádrže pohlcovány v nádobce se speciálním uhlím a v určitých režimech motoru přiváděny do sacího potrubí motoru a následně spalovány. Vlivem stárnutí a mechanických poškození docházelo k netěsnostem, tudíž i k odpařování paliva do atmosféry. Proto nebyly v praxi přísné normy pro emise uhlovodíků dodržovány. U systémů řízení motorů s OBD-II je odvzdušnění navrženo tak, aby na jeho netěsnosti bylo upozorněno. Norma EOBD tento předpis výrobcům vozidel nepředepsala, ovšem někteří evropští výrobci tento požadavek splňují. Pracují na principu filtrů s aktivním uhlíkem, tyto filtry zachycují výpary paliva. Palivová nádrž je spojena se sacím potrubím regeneračním ventilem, pokud motor běží regenerační ventil se otevře výpary paliva se pod tlakem vyvolaným sacím potrubím odsávají z filtru s aktivním uhlíkem. V důsledku toho je aktivní uhlí regenerováno. Výpary paliva procházející přes uhlíkový filtr jsou součástí nasávaného poměru paliva a vzduchu a jsou tak zahrnuty do lambda-regulace. Kontrola těsnosti se provádí jedenkrát za jízdní cyklus. V palivové nádrži je tlakový snímač, pomocí kterého se vyhodnocuje nejen funkce soustav, ale i její případné netěsnosti. Systém vyžaduje pojistný ventil ve víku palivové nádrže, aby se zamezilo přetlakům, nebo podtlakům. Dle systému OBD-II je jako vadný označován systém odvzdušnění palivové nádrže takový, u kterého dochází k úniku odpovídajícímu otvoru s průměrem 1 mm pro vozidla od roku 1995 a od roku 2000 s průměrem odpovídajícímu 0,5 mm . (Dofek, Brno 2010)

4.8 Chybové kódy (DTC) Chybové kódy jsou normovány dle SAE J2012. Jsou rozděleny do několika kategorií podle funkčních skupin: 

B pro karoserii (Body)



C pro podvozek (Chassis)



P pro hnací ústrojí (Powertrain)



U pro síťové systémy (Undefinided)

26

Chybový kód je vždy prezentován 5místnou alfanumerickou hodnotou. OBD II zatím požaduje pouze P (pohon), druhé místo označuje podskupinu pro normovaný kód ISO/SAE „P0xxx“ nebo normovaný kód výrobce „P1xxx“. Třetí místo označuje konstrukční jednotku, u které vznikla porucha. Čtvrté a páté místo udávají lokalizovanou jednotku systému (01 až 99) možné najít v příloze. (Dofek, 2010)

4.9 Komunikace Největší rozdíly mezi generacemi palubní diagnostiky je v komunikaci a to ve všech parametrech: 

fyzické vrstvě (Physical Layer)



datové vrstvě (Data Link Layer)



aplikační vrstvě (Application Layer)

Komunikaci testeru a řídící jednotky si můžeme znázornit jako komunikaci mezi PC (tester) a serverem (ECU)

Obrázek 4.10-Komunikační vrstvy pomocí OSI (Open Systems Interconnection)

27

Úkolem OSI (Open Systems Interconnection) je vytvořit základnu pro vypracování norem pro účely propojení systému. Na Obr. 4.10 je uveden příklad propojení systému tester. ECU. Model OSI definuje logické funkce informačního toku. Vrstvy jsou seskupeny do sedmi vrstev, kde každá vrstva zastupuje skupinu logických funkcí. Díky modelu jsou definovány funkce každé vrstvy a jejich vztah s vyššími a nižšími vrstvami. Model ISO nedefinuje metody komunikace, ty obstarávají komunikační protokoly, které vytvářejí pravidla, podle kterých se informace v síťových systémech vyměňují Rozdělení vrstev : 

Vrstva 1 – Fyzická –Fyzická- přenáší bitový proud sítí na elektrické a mechanické úrovni. Poskytuje hardwarové prostředky pro odesílání a přijímání dat. V této vrstvě fungují všechny fyzické prostředky.



Vrstva 2 – Datová – Poskytuje synchronizaci pro fyzickou vrstvu a zajišťuje znalosti a správu protokolu pro přenos. V této vrstvě se zařízení zajímají o dvě základní informace. Proto se v této vrstvě definují dvě podvrstvy. První je MAC (Media Access Control) definující jedinečné vlastnosti určitého fyzického prostředku (funkce fyzického adresování). Druhá je LLC (Logical Link Control), která definuje způsob použití linky, synchronizaci rámců, řízení toku a kontrolu chyb.



Vrstva 3 – Síťová – tato vrstva se stará o definování procesů pro správné směřování paketů v síti. V této funkci se vrstva 3 hlavně zajímá o logické adresy zdrojových a cílových síťových zařízení. Je také zodpovědná za výběr trasy paketu v síti. Mezi základní funkce této vrstvy patří adresování v síti, stanovení cesty mezi zdrojovým a cílovým uzlem v různých sítích, směřování paketů mezi sítěmi.



Vrstva 4 – Transportní – Tato vrstva zajišťuje kompletní přenos dat. Musí také zajistit transport chyb.



Vrstva 5 – Relační – Zahajuje, řídí a ukončuje konverzace, výměny dat a dialogy mezi aplikacemi na obou stranách. 28



Vrstva 6 – Prezentační – Tato vrstva definuje formáty dat. K jejím funkcím patří konverze protokolu pro jednotlivé systémy, šifrování a dešifrování.

Vrstva 7 – Aplikační – Na této vrstvě běží aplikační služby, služby datové, souborové, tiskové a služby zasílání zpráv. Tato vrstva má nejblíže ke koncovému uživateli. (Čupera, 2010) Průběh komunikace mezi diagnostickým zařízením a jednotkou lze popsat takto:  Pracovník testeru stiskne tlačítko, čímž vyvolá událost, která získá svoji podobu.  Transportní vrstva rozhodne o způsobu a množství segmentace zprávy a odešle data své vrstvě,  sítová vrstva roztřídí segmenty do paketů pro přechod na datovou vrstvu,  datová vrstva rozdělí pakety do rámců, které jsou odeslány na fyzické médium Fyzická vrstva palubní diagnostiky má za úkol přenos elektrického signálu z řídící jednotky do diagnostického testeru a naopak. V závislosti na použité normalizace jsou specifikovány elektrické úrovně signálu, jejich dynamika, časy mezi signály ať již při vlastní načtení komunikace nebo dále při přenosu dat mezi testerem a jednotkou. 4.9.1 Fyzická vrstva- SAE J1850 Normu SAE J1850 definují tři základní typy komunikace- Class A, Class B (dvě varianty) a Class C. Tato norma se nezabývá pouze komunikací mezí diagnostickým testerem a řídící jednotkou, ale pracuje také na přenosu a výměně dat mezi řídícími jednotkami navzájem či jednotkou a snímačem. Class A uvádí rychlost pod 10 kbps a slouží především k přenosu dat mezi senzory a ECU. Class B VpW (Variable Pulse Width Modulation), tento používá automobilka GM a Chrysler komunikuje rychlostí 10,4 kb/s, dále z pohledu fyzické vrstvy disponuje maximální délkou sítě 35m+ 5 m vedení mimo vůz, dále ve standardním provedení je nejvíce 32 uzlů pro jednotku či kontroler s parametry 10,6 kΩ a kapacitou 470pF. Měření se provádí pomocí diagnostického konektoru DLC (SAE 1962) a minimální ohmický odpor je 10,6 kΩ a 29

kapacita by neměla přesáhnout 500 pF (bus vedením a signálovým vedením, přip. zemí). Jako druhou variantou je Class B PWM (Pulse Width Modulation), s rychlostí 41, 6 kb/s. Oba tyto uvedené druhy umožňují komunikaci vyšší než 100 kbps a snižuje celkové zatížení sběrnice. Class C je schopen komunikace o rychlosti až 1Mbits a jako síťový standard používá CAN (Control Area Network). V dalším stádiu návrhu je Class D, u kterého by měla komunikace probíhat rychlostí až 10 Mbits. (SAE J1850) 4.9.2 Fyzická vrstva ISO 0141, ISO 14230 Jak už bylo zmíněno dříve, norma ISO 9141 byla přijata roku 1989 jako standard pro výměnu dat ve vozidle, v roce 1994 musela projít určitými úpravami aby splňovala podmínky CARB a dostala označení ISO 9141-2. Poté se harmonizovala se SAE J1978 (OBD-II Scan Tool) roku 1978 v komunikaci mezi Ecu a testerem. Roku 1999 byla přijata norma ICO 14230 , která je téměř totožná, rozdílem je pouze specifikace na 24V rozvod ve vozidle. Tento protokol byl pojmenován KWP 2000 (Keyword Protocol 2000). Tento má fyzickou vrstvu kompatibilní s ISO 9141, redefinuje způsob inicializace komunikace, definuje formát přenášených dat a základní příkazy pro komunikaci. ISO 1941, resp. 14230 disponuje více možnostmi zapojení tzv. K a L linek, jedná se o systémy s diagnostickým vedením K (Obr. 4.11) a dále s diagnostickým vedením K a L, respektive KKL (dual K line). (ISO 0141 ISO 14230)

Obrázek 4.11-Systém vedení ISO 9141

30

Obrázek 4.12-Požadované úrovně signálu dle ISO

Obrázek 4.13Elektrické schéma zapojení pro komunikaci

Elektrické parametry diagnostického testeru jsou závislé na použití 12V nebo 24V sítě. Aby diagnostický tester pracoval korektně, musí se hodnota napájecího napětí pohybovat mezi 8 až 15 volty u 12V sítě a mezi 16 až 32 volty u 24V sítě, přičemž teplota okolí se musí pohybovat od -20 do + 50°C. Ohmický odpor K-linky je při nepřipojeném testeru 510 Ω ±5% (12V), resp. 1kΩ ±5% (24V). (ISO 0141, ISO 14230)

31

4.10 Datová aplikační vrstva Datová a aplikační vrstva je u systému OBD II tím nejsložitějším článkem celého provedení. Jako vzor jsem vybral americký standard SAE J1850 v provedení VPW. Standard SAE J 1850 popisuje proces řízení jako proces Arbiration. Ten určuje které ze dvou nebo více

uzlů mohou začít vysílat simultánně. Sběrnice pod J1850 je

asynchronní, bez nadřazených uzlů, resp. kontrolerů a bez využití peer-to-peer (z bodu do bodu). Prvotní vlastností je podpora CSMA/CR, to znamená, že všem uzlům na propojovacím vedení je přiřazeno identifikační číslo či kód priority. Pokud dojde ke kolizi, jeden z uzlů pokoušejících se vysílat současně dostane prioritu vysílat podle identifikačního čísla nebo kódu priority. Dříve než některý uzel začne vysílat, tak v prvním kroku dojde k přenastavení času. Pokud je sběrnice vytížena, nastává situace, kdy uzel, který „naslouchá“ čeká do doby před opakováním než je telegram na síti kompletní. Tento proces nazýváme CS (Carrier Sence) Jelikož je J1850 založena na principu peer-to-peer, je zajištěn vícenásobný přístup MA (Multiple Access). Nezbytnou součástí procesu Arbiration je CR (Collision Resolution), která ve vícenásobném přístupu ve stejném čase určuje prioritu zprávy. Na obr. 4.14 je ukázána situace, kdy některý uzel ztrácí řízení přístupu z důvodu, že hodnota byla na logické nule, tedy pasivní.

Obrázek 4.14-Řízení přístupu

32

Data přenášena přes sběrnici, musí mít zajištěnou posloupnost v určitém přesně definovaném čase. Obecně je nazýván jako zpráva, ráme nebo telegram (anglicky Message Frame). Na obrázku 4.15 je znázorněno, jak vypadá základní složení zprávy.

Obrázek 4.15- základní složení zprávy

Z obrázku můžeme vyčíst, že první součástí je pole SOF (Start Of Frame), který se spustí na začátku každé zprávy v definované době, která je hlavní věcí pro procesy řízení přístupu (Arbirration) a CS (Carrier Sense). Standard SAE J1850 udává jako startovací symbol „vysoký potenciál“ po dobu 200 μs. Jako další krok je uvedeno odeslání hlavičky, která je pro uzel křížovou informací, který data přijímá. V tabulce 1 a Tab. 2 je zřejmé složení hlavičky. Jako další zpráva obsahuje vlastní sdělení v datovém poli, na obr. 4.16. znázorněny stavy při přenosu datových bitů. Ve zprávě se vyskytuje ještě kontrolní mechanismus CRC (Cyclical Redudancy Check), který má za úkol nést polynomický výpočet z bitů zprávy. Poté se zpráva uzavírá. A však existuje ještě rozšířená oblast zprávy, která přidává další atributy (Obr. 4.17). Tabulka 1 - Hlavička zprávy

33

Tabulka 2- Složení hlavičky

Obrázek 4.16-Stavy při přenosu datových bitů

Obrázek 4.17-Rozšířený formát zprávy

34

4.11 Testování módy OBD-II OBD II je definována normou SAE J1979, který udává celkem 9 testovacích modů, každá zpráva se mění v závislosti na testovacím módu, Prvních pět módů je určeno pro kontrolu emisí, ostatní s ní víceméně souvisí. Kompatibilní jednotka má na navázání komunikace požadavek či odpověď délku 7 bitů, kde první bit obsahuje hlavičku testovacího režimu, který nazýváme parametr identifikace- používají se zkratky SID nebo PID, které je možné najít v příloze. Tabulka 3 -Označení testovacích módů dle J1979

MOD Popis 1

Aktuální hodnoty

2

Freeze Frames (provozní podmínky při vzniku závady)

3

Zapsané DTC

4

Výmaz DTC

5

Výsledky testů lambdasond (nejsou-li všechny Readiness)

6

Výsledky kontinuálních testů kontrolních systémů Výsledky přerušovaných testů kontrolních systémů -

7

sledování sporadických závad

8

Kontrolní modus (využívá výrobce)

9

Informace o vozidle (VIN, CVN atd.)

35

Tabulka 4 - Rozsahy adres funkčních skupin řízení dle SAE J1979

HexAdr.

Popis

00-17

Řídicí jednotka motoru

18-1F 20-27

Řídicí jednotka převodovky Vyhrazeno výrobci pro podvozku

28-2F

Řídicí jednotka brzd

30-37

Řídicí jednotka řízení

38-3F

Řídicí jednotka pérování

40-57

Vyhrazeno výrobci pro karosérii

58-5F

Systém bezpečnostních pásů

60-6F

Informační systém

70-7F

Osvětlení

80-8F

Audio

90-97

Osobní komunikace

98-9F

Klimatizace

0A-BF

Komfortní systém

C0-C7

Bezpečnostní systém

C8

Přípojné příslušenství

C9

Měnič střídavého napětí

CA

Měnič - stejnosměrné napětí

CB

Řízení dobíjení, akumulátoru

CC-CF

Rezervováno pro rozšíření

D0-EF

Rezervováno výrobci

F0-FD

Diagnostický tester

36

řízení

Modus 1 Tento mód popisuje základní stav systému OBD. Sleduje veškeré vstupní i výstupní signály a zejména připravenost systémů (Readiness-Code). Výsledné hodnocení je k dispozici teprve po skončení Readiness (cyklus podobný FTP viz obr. 7.8.1). Modus 2 Zde jsou uložena tzv. Freeze Frame, tedy podmínky při nichž nastala závada. Zápis podmínek se vztahuje na závadu s vyšší prioritou, přičemž je možné uložit z PID maximálně šest hodnot vztahujících se k povaze závady (dle původní specifikace protokolu). Modus 3 Pro systém OBD II byly specifikovány dva druhy paměti pro záznam DTC. V tomto modu se nacházejí kódy chyb, které od svého vzniku prokazatelně zhoršují emisní vlastnosti vozu. Dále jsou zde zapsány chyby z Modu 7, tedy ověřené. V každém případě dojde k rozsvícení MIL. Pokud vozidlo úspěšně absolvuje třikrát Readiness, pak kontrolka zhasne a po čtyřiceti cyklech dojde k automatickému vymazání závady z paměti. Modus 4 V tomto modu lze provést výmaz DTC z jakéhokoliv systému Powertrain, tedy Modus 3, Freeze Frame (Modus 2), hodnoty zkoušek lambdasond (Modus 5). Modus 5 Zde jsou uloženy data z poslední zkoušky lambdasond. Ukládají se prahová napětí, přechodové časy, maximální a minimální napětí. Mód 5 je využíván ke zrychlené kontrole emisí bez nutnosti dokončení Readiness. Modus 6 Je vyhrazen výrobci pro obecné monitorování.

37

Modus 7 V tomto Modu jsou uloženy nepotvrzené chybové stavy, které systém OBD II sleduje pro další vyhodnocení, zda-li se jedná o závadu – přesun do Modu 3, či se jedná o sporadickou závadu. Modus 8 Je vyhrazen výrobci. Doporučuje se pro test akčních členů. Modus 9 Slouží především k identifikaci vozidla (VIN-Vehicle Identification Number, CIN – Calibration Identification Number, CVN – Calibration Verification Number). (Čupera, 2009)

38

4.12 Readiness kód Rediness je osmimístné číslo, které je určeno pro vyjádření stavu jednotlivých systémů, které jsou důležité pro složení spalin. Osmimístné číslo (kód) určuje zda je určitý komponent nezávadný nebo naopak test neproběhl, tudíž ukazuje na chybu systému. Kód může nabývat hodnot 0, která určuje, že komponent prošel úspěšným testem a její funkce je nezávadná. Nebo 1, která značí, že test proběhl neúspěšně a vykazuje chybu systému. Pokud systém OBD II je bez závad, měl by kód mít tvar 00000000. V tabulce 5. je uvedeno jaké komponenty kód zahrnuje a její pořadí je určeno maticí. Tabulka 5 -Readiness kód 1

2

3

4

5

6

7

8 Diagnostikovaný systém 0 Katalyzátor

0 0 0 0 0 0 0

Vyhřívání katalyzátoru (není-li pak 0) Odvětrání palivové nádrže Systém sekundárního vzduchu Klimatizace (není-li pak 0) Lambda sonda Vyhřívání lambda sondy Systém recirkulace (není-li pak 0)

39

Obrázek 4.18-Postup pro cyklus Readiness

4.13 Diagnostické rozhraní (DLC) Každé vozidlo spadající pod normu OBD II/EOBD je vybaveno konektorem SAEJ1962. Dle této normy je předepsaný tvar jednotlivých pinů, dle ISO požaduje piny na pozici 7 a 15 (plné zapojení, nové systémy mají běžně zapojen pouze obousměrný komunikační kanál přes vedení 7). Norma SAE J1850 (VPW i PWP) udává dostupnost OBD II na pinech 2 a 10. A také umístění diagnostické zásuvky ve voze. Diagnostická zásuvka by měla být umístěna v prostoru mezi sloupkem řízení a podélnou osou vozidla, však její přesné umístění je dáno od různých výrobců (Obr 4.19) a bývá popsáno v informačním systému dodavatelů diagnostické techniky.Rozdíl je v zapojení komunikačních kanálů (Obr. 4.20)

Obrázek 4.19-Možné umístění diagnostické zásuvky ve vozidle

40

Obrázek 4.20-Zapojení diagnostické zásuvky

4.14 ELM 327 Pro komunikaci mezi OBD- II a počítačem se používá převodník, který konvertuje data mezi oběma typy sběrnic. Převodník ELM 327 dokáže měnit formát OBD signálu na snadno rozpoznatelný kód ASCII. Převodník obsahuje mikroprocesor firmy Microship PIC18F2480. Jde o 28ti pinový a 16 bitový CMOS mikrokontroler. Komunikace s počítačem je zajištěna přes RS232 sériové připojení. Problémem je rychlost komunikace s řídící jednotkou, rychlost se pohybuje pří čtení jednoho parametru řádově v Hz. Pokud dochází ke čtení více parametrů, klesá rychlost komunikace pod 1 Hz, je to způsobeno zpracováním řídící jednotky jednotlivých požadavků ve volném programovém čase, jelikož prioritní je řízení běhu motoru. Rychlost čtení dat je u každé řídící jednotky jiná, v praxi se vyskytuje od 1Hz až po 10 Hz.

41

4.21 Převodník ELM 327 (Elmeletronic)

4.22 Schéma zapojení DPID a SOIC (Elmeletronic)

42

4.23 Blokové schéma (Elmeletronic)

5

Metodika měření

Experimentální část práce představuje soubor navazujících činností. V prvé části jsem vytvořil metodiku pro hodnocení odezvy diagnostického protokolu OBD-2 bez ohledu na fyzickou vrstvu, resp. podporovaný protokol, nap. ISO 9141, SAE J1850 či diagnostické protokoly na fyzické vrstvě CAN. Jelikož smyslem celé práce je možnost tato data analyzovat nadřazeným systémem na válcové, či motorové zkušebně s možností jejich záznamu, bylo nutné metodiku vytvořit tak, aby reálně vystihovala potřebu válcového dynamometru, zejména časových možností protokolu. Principálně se jedná o reálné chování protokolu vozidla při zatěžování dynamometrem tak, aby rychlost odezvy umožňovala nejen dostatečnou odezvu pro statické zkoušky, ale byla částečně využitelná i pro dynamické zkoušky motoru. Jsem si ovšem vědom faktu, že tyto zkoušky jsou do jisté míry kvazistatické, neboť se jedná o frekvence, resp. mohu použít významově i termín datarate na úrovni do 10 S/s. To je z pohledu některých dynamických zkoušek typu Transient testů velmi málo. Nutno však podotknout, že i stávající systém na bázi měření zvlnění palubní sítě monitorované zkušebním zařízením BOSCH ESA 3.250 zasílá údaj maximálně 3x za sekundu, ačkoliv do záznamu je pak interpolován na časovou bázi 55 ms. Motivem této práce je také nutnost vytvořit k zmíněnému systému alternativu, neboť současná palubní síť s nominální hodnotou 43

napětí 12 V nevykazuje téměř žádné zvlnění i při značném proudovém odběru. Dřívější způsoby měření tedy selhávají. Vlastní metodiku měření jsem koncipoval v souladu s požadavky metodik měření výkonových parametrů na zkušebnách, ať již válcových, tak motorových. Primárně se jedná o nutnost znalosti parametru otáček motoru, což je základním parametrem diagnostického protokolu bez ohledu na typ motoru, výrobci již od roku 2003 musejí tento parametr mít dostupný v módu 1 pro zážehové i vznětové motory. Testovací procedury byly určeny tak, že byly sledovány parametry na diagnostickém protokolu v režimu, kdy motor nebyl funkční, pouze byly napájeny palubní přístroje, resp. elektronická řídicí jednotka motoru, což je základní systém OBD-2 a je definován jako powetrain. Laicky se jedná o polohu ve spínací skříňce I. Mohu vyslovit hypotézu, že vlastní regulace motoru zde není nucena vykonávat různé typy regulačních procesů, které za běžného chodu nutně vyžadují značnou porci procesorového času. Uvažujemeli v intencích algoritmu regulátoru spalovacího procesu například u zážehového motoru, pak jakmile dochází například k detekci detonačního hoření, pak je regulátor nucen velmi aktivně zasahovat do regulace. Tedy prioritně řeší problém s předstihem zážehu a teprve ve zbytku procesorového času vyřizuje žádosti ostatních systémů a méně signifikantní systémy externího charakteru, což je právě komunikace s diagnostickým zařízením jsou v této chvíli značně eliminovány. V druhé testovací proceduře bylo postupováno tak, že motor byl v chodu a opět byly sledovány parametry v průběhu času, který je dominantním indikátorem odezvy systému na žádost. Jelikož zatížení systému samozřejmě roste s počtem žádaných veličin, pak jsem v programu vytvořil tři žádosti o parametr, jednu v 16ti bitové hodnotě – otáčky motoru, a dále dvě veličiny 8mi bitové.

5.1 Popis vytvořeného programu Vlastní vývojové prostředí pro převodník ELM327 jsem vytvářel ve vývojovém prostředí National Instruments – LabVIEW 2012. Toto prostředí bylo vybráno s ohledem na velmi rychlý způsob vývoje v grafickém prostředí s již vytvořenými rutinami. V mém případě se jednalo o využití VISA komponent pro ovládání sériového portu, přes který byl převodník připojen. Jak je patrné z obr. 5.1.1, vizuální část aplikace je možné rozdělit na tři části. V prvé části je seznam podporovaných parametrů 44

diagnostického protokolu, tzv. PIDy. Jedná se o rozsah PID 01-20 hex, další jsem již neintegroval z důvodu, že ne všechny další jsou striktně nařízeny protokolem OBD-2, resp. výrobce vozidla není zavazován k jejich implementaci. Nadto mohu říci, že v programové činnosti jsem pozoroval anomálii v žádosti na tyto rozšířené PIDy ve smyslu toho, že došlo k disfunkci převodníku. Po žádosti nebylo možné obnovit komunikaci a bylo nutné provést odpojení převodníku od napájení. V druhé části jsou zobrazeny indikátory zmíněných zkušebních veličin. Ty jsem volil de facto náhodně, neboť vzhledem k přenosu stejného počtu bitů, nehraje roli, jaký parametr systém žádá. Třetí část data o času vykonání proběhu smyčky zobrazovala v jednoduchém grafu.

Obrázek 5.1 Grafické rozhraní pomocí LabVIEW

45

Zdrojový kód aplikace je uveden v obrázku 5.2 v nativní podobě LabVIEW.

Obrázek 5.2– Zdrojový kód vytvořené aplikace

Aplikace, byť jednoúčelová byla tvořena tak, aby uživatel nebyl nucen nastavovat jakékoliv parametry, co se týče převodníku. Tedy první zelený blok byl naprogramován tak, že byly v systému vyhledány sériové porty a bylo automaticky testováno příkazem AT, zda-li převodník odpoví. Pokud ano, pak se přejde dále, kde se parametrizuje převodník tak, že dojde k vypnutí echa, které by zatěžovalo přenos na sběrnici zbytečným opakováním žádosti. Dále je povolena automatická detekce protokolu, což je defaultní stav. Poslední rutinou v bloku 1 je určení podporovaných PID. Pouze v tomto bloku je úmyslně vytvořena čekací smyčka s příkazem wait, a to 10 s. Ze zkušenosti jsem zjistil, že tato doba je dostatečně dlouhá k tomu, aby jednotka odpověděla. Snižováním doby docházelo k chybovosti : NO DATA, ale také někdy i k přerušení komunikace po odpovědi Unable to connect. Dále pokračoval program již skutečně rutinou, která četla parametry, jejichž volba byla realizována booleovskými přepínači, to je patrné ze struktury programu v části 2. Poslední část v bloku 3 se pak starala o odečet diference času, což je základní parametr na jehož znalosti je práce založena.

46

6

Výsledky časové odezvy palubní diagnostiky:

Měření se provádělo na třech vybraných vozech značky:  Škoda Superb 1,9 TDI, 125KW  Citroen C8 2,0 HDI, 100 KW  Nissan Qashqai 1,6, 86 KW U všech tří vozů byl stejný komunikační protokol ISO 15765-4. Měření odezvy se provádělo na každém voze ve dvou procesech, první byl motor ve statické poloze a ve druhé byl motor ve volnoběhu. V každém z těchto procesů se dále měřila odezva signálu ve třech fázích, první s přidaným parametrem Plnícího tlaku, druhá při spuštění parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny a třetí při vypnutí těchto dvou parametrů.

47

6.1 Superb 1,9 TDI, 125 KW 6.1.1 Vypnutý motor 6.1.1.1 Měření bez zatížení Při zkoušce tohoto vozidla, můžeme z obr. 6.1 vyčíst, že při vypnutém motoru a nulovém plnícím tlaku a nulové teplotě chladicí kapaliny se časová odezva při měření téměř neměnilo, hodnota časové smyčky je 0,23s.

Obrázek 6.1 Škoda Superb výsledky měření bez bez aktivace parametrů plnícího tlaku a teploty chladící kapaliny

48

6.1.1.2 Měření při spuštění parametru plnícího tlaku [kPa] Při spuštění jednoho parametru můžeme z obr. 6.1.2.1 vyčíst, že doba odezvy se nám zvýšila na hodnotu 0,46s, což je o proti prvnímu měření o 0,22s pomalejší. A však stále kolísání odezvy je téměř konstantní.

6.2 Škoda Superb, výsledky měření při spuštění parametru Plnícího tlaku

49

6.1.1.3 Vypnutý motor se zapnutými parametry pro měření plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny U tohoto měření se spuštění dalšího parametru, v tomto případě teploty chladící kapaliny, opět čas odezvy zpomalil na hodnotu 0,68s, zde už je z grafického znázornění vidět mírné kolísání času odezvy po dobu měření.

6.3 Škoda Superb, výsledky měření při aktivaci obou parametrů

50

6.1.2 Motor ve volnoběhu Motor běží na volnoběh přibližně 780 1/min. 6.1.2.1 Měření bez zapnutých parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny U tohoto měření při otáčkách motoru 779 1/min a vypnutých dvou dole zkoumaných parametrů je doba odezvy 0,22s a téměř bez žádného kolísání.

6.4 Škoda Superb, výsledky měření bez aktivace parametrů plnícího tlaku a teploty chladící kapaliny

51

6.1.2.2 Měření při spuštění parametru Plnícího tlaku Zde při otáčkách 779 1/min a plnícím tlaku 98 kPa je čas smyčky 0,45s a také zde nedochází v průběhu měření k vyšším odchylkám časové smyčky.

6.5 Škoda Superb, výsledky měření při spuštění parametru Plnícího tlaku

52

6.1.2.3 Měření při spuštění obou parametrů Při otáčkách 780,5 1/min, plnícím tlaku 98 kPa a teplotě chladicí kapaliny 47°C, se čas odezvy zvýší na hodnotu 0,68s.

6.6 Škoda Superb, výsledky měření při aktivaci obou parametrů

53

6.2 Citroen C8 2,0 HDI, 100 kW 6.2.1 Motor vypnutý 6.2.1.1 Měření bez zapnutých parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny Časová smyčka u tohoto měření při vypnutém motoru bez zátěže parametrů teploty chladící kapaliny a plnícího tlaku měla hodnotu 0,23s.

6.7 Citroen C8, výsledky měření bez aktivace parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny

54

6.2.1.2 Měření při spuštění parametru Plnícího tlaku U tohoto měření je opět vypnutý motor, tedy otáčky jsou nulové, zapnutý je parametr plnícího tlaku, který má hodnotu 97 kPa a čas smyčky je 0,45s.

6.8 Citroen C8, výsledky měření při spuštění parametru Plnícího tlaku

55

6.2.1.3 Měření při spuštění obou parametrů Při měření s aktivovanými parametry plnícího tlaku a teploty chladící kapaliny u vypnutého motoru, kde hodnota plnícího tlaku je 97 kPa a teplota chladící kapaliny 0,69°C je čas smyčky 0,68s. Na grafickém znázornění můžeme vidět, že časová smyčka v jeden moment klesla na nižší hodnotu, vlivem nějaké momentové zátěže.

6.9 Citroen C8, výsledky měření při aktivaci obou parametrů

56

Volnoběh

6.2.1.4 Měření bez zapnutých parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny Při tomto měření jsme zvýšili otáčky a hodnotu 2056 1/min a čas smyčky při těchto otáčkách byl O,23s. Zde také došlo k malé výchylce času odezvy, jak je vidět z grafického znázornění, ale je to jen chvilková záležitost, takže jí není nutno klást větší pozornosti.

6.10 Citroen C8, výsledky měření bez aktivace parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny

57

6.2.1.5 Měření při spuštění parametru Plnícího tlaku Při aktivaci parametru plnícího tlaku se nám čas smyčky zvýší na hodnotu cca 0,46 a to při tlaku 97 kPa a otáčkách 749 1/min. Zde k žádné větší odchylce časové smyčky nedošlo.

6.11 Citroen C8, výsledky měření při spuštění parametru Plnícího tlaku

58

6.2.1.6 Měření při spuštění obou parametrů Při aktivaci obou parametrů, jak plnícího tlaku, tak teploty chladicí kapaliny, nám čas smyčky ukazuje hodnotu 0,69s při otáčkách motoru 746 1/min, plnícím tlaku 97 kPa a teploty chladicí kapaliny 731°C. U tohoto měření se nám také na okamžik časová smyčka snížili oproti téměř konstantnímu času.

6.12 Citroen C8, výsledky měření při aktivaci obou parametrů

59

6.3 Nissan QASHQAI 1,6, 86 KW 6.3.1

Motor bez zatížení

6.3.1.1 Měření bez zapnutých parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny U tohoto měření, kdy jsou oba parametry vypnuty je časová smyčka 0,22s, ale opět v průběhu měření došlo v určitý momentu ke snížení časové smyčky, téměř až a nulu.

6.13 Nissan Qashqai, výsledky měření bez aktivace parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny

60

6.3.1.2 Měření při spuštění parametru Plnícího tlaku Při aktivaci Plnícího tlaku o hodnotě 97 kPa vidíme, že čas smyčky už není tak stejnosměrný a dochází k většímu kolísání. Ale stále to není větší problém, po většinu času měření je čas smyčky téměř stejný.

6.14 Nissan Qashqai, výsledky měření při spuštění parametru Plnícího tlaku

61

6.3.1.3 Měření při spuštění obou parametrů U aktivace obou parametrů u tohoto vozu, při hodnotě plnícího tlaku 97 kPa a teplotě chladicí kapaliny 28°C je čas odezvy 0,67s. Po celou dobu měření byl téměř konstantní až u konce opět došlo k výchylce.

6.15 Nissan Qashqai, výsledky měření při aktivaci obou parametrů

62

6.3.1.4 Volnoběh 6.3.1.5 Měření bez zapnutých parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny Zde při otáčkách 837,5 1/min měla časová smyčka hodnotu 0,22s a po celou dobu měření nedošlo k větší odchylce.

6.16 Nissan Qashqai, výsledky měření bez aktivace parametrů plnícího tlaku a teploty chladicí kapaliny

63

6.3.1.6 Měření při spuštění parametru Plnícího tlaku Při aktivaci Plnícího tlaku o velikosti 97 kPa, při otáčkách 875 1/min je časová smyčka 0,25s, kdy je po celou dobu téměř konstantní.

6.17 Nissan Qashqai, výsledky měření při spuštění parametru Plnícího tlaku

64

6.3.1.7 Měření při spuštění obou parametrů Zde při aktivaci obou parametrů, jak Plnící kapaliny o velikosti 97 kPa a teploty chladící kapaliny 43°C a při otáčkách 1012 1/min, je hodnota časové smyčky 0,67s a také se téměř po celou dobu tato hodnota nemění.

6.18 Nissan Qashqai, výsledky měření při aktivaci obou parametrů

65

7

Závěr

Dnešní doba vyžaduje vysoké nároky pro výrobu motorových vozidel, musí splnovat mnoho předpisů pro provoz na veřejných komunikacích. Mezi jedny z hlavních v této době patří i emise škodlivin ve výfukových plynech, které se stále zvyšují s rostoucím množstvím vozidel pohybujících se na komunikacích. Proto jsou stále vydávány nové předpisy, které ukládají automobilkám zdokonalování jejich vývoje. Přímo pro monitorování složení výfukových plynů byla vyvinuta palubní diagnostika OBD, která se dále vyvíjela s rostoucími nároky. V mé práci jsem popisoval diagnostiku OBD od jeho počátku až po současnost, jak se postupně vyvíjela a jaké byly požadavky na ní. Detailně jsem popsal hlavní funkce, jako jsou: diagnostická funkce katalyzátoru, diagnostika kyslíkových sond, EGR (recirkulace výfukových plynů), kontrola vynechání zapalování funkce, odvzdušnění palivové nádrže a dalších. Ve své práci jsem provedl i měření, které probíhalo ve vozidlové zkušebně Mendelovy univerzity v Brně. Pro měření bylo nutné vytvořit hardwarový převodník, pomocí kterého jsem pak prováděl samotné měření na třech vybraných vozech značky Citroen C8, Škoda Superb a Nissan Qashqai. Výsledky měření jsem zde uvedl převážně v grafické podobě, doplněné o slovní popsání dané zkoušky u každého vozidla za provozu, nebo ve statické podobě. Výsledky mé práce ukazují na to, že přesnost a rychlost odezvy diagnostického protokolu jsou v této době již už na vysoké úrovni, a však nepochybuji, že s rychlostí vývoje jakou jde nyní technika diagnostiky kupředu, bude ještě rychlejší, tudíž i přesnost měření bude mít vyšší kvalitu.

66

8

Seznam obrázků

Obrázek 4.1 -Průběh signálu lambda sondy před a za katalyzátorem (Čupera, 2009) .. 17 Obrázek 4.2- Odezva kyslíkové sondy ......................................................................... 18 Obrázek 4.3Čas aktivace ............................................................................................. 18 Obrázek 4.4 -Čas odezvy lambda sondy v průběhu regulace ........................................ 19 Obrázek 4.5- Adaptace při netěsností sání (Čupera, 2009)........................................... 20 Obrázek 4.6- Funkce recirkulace spalin (EGR) (Čupera. 2009) ................................... 21 Obrázek 4.7-Algoritmus zjišťování výpadku zapalování ............................................... 23 Obrázek 4.8Úhlové zrychlení při výpadku zapalování .................................................. 24 Obrázek 4.9Vliv povrchu vozovky na zrychlení klikové hřídele .................................... 25 Obrázek 4.10-Komunikační vrstvy pomocí OSI (Open Systems Interconnection) ......... 27 Obrázek 4.11-Systém vedení ISO 9141 ........................................................................ 30 Obrázek 4.12-Požadované úrovně signálu dle ISO ...................................................... 31 Obrázek 4.13Elektrické schéma zapojení prokomunikaci ............................................. 31 Obrázek 4.14-Řízení přístupu ...................................................................................... 32 Obrázek 4.15- základní složení zprávy ......................................................................... 33 Obrázek 4.16-Stavy při přenosu datových bitů ............................................................. 34 Obrázek 4.17-Rozšířený formát zprávy ........................................................................ 34 Obrázek 4.18-Postup pro cyklus Readiness.................................................................. 40 Obrázek 4.19-Možné umístění diagnostické zásuvky ve vozidle .................................... 40 Obrázek 4.20-Zapojení diagnostické zásuvky ............................................................... 41 Obrázek 5.1 Grafické rozhraní pomocí LabVIEW ........................................................ 45 67

Obrázek 5.2– Zdrojový kód vytvořené aplikace ............................................................ 46 Obrázek 6.1 ................................................................................................................. 48

Tabulka 1 - Hlavička zprávy ........................................................................................ 33 Tabulka 2- Složení hlavičky ......................................................................................... 34 Tabulka 3 -Označení testovacích módů dle J1979........................................................ 35 Tabulka 4 - Rozsahy adres funkčních skupin řízení dle SAE J1979 .............................. 36 Tabulka 5 -Readiness kód ............................................................................................ 39

68

9

Použitá literatura 1. ČUPERA, J. -- HAVLÍČEK, M. -- SEDLÁK, P. Integrace OBD-2 do systému zkoušení vozidel na válcovém dynamometru. In MAREŠ, B. Sborník přednášek XXXVI. mezinárodní konference kateder a pracovišť spalovacích motorů českých a slovenských vysokých škol. 1. vyd. Technická 4, 166 07 Praha, Česká republika: České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní, 2005, s. 59-66. ISBN 80-01-03293-0. 2. ČUPERA, J. Diagnostika motorových vozidel, 32 str., Učební materiál 2009 3. VLK, F. Zkoušení a diagnostika motorových vozidel : výkon vozidla, brzdné vlastnosti, převodová ústrojí, řízení, geometrie kol, tlumiče a pružiny, řiditelnost a ovladatelnost, životní zkoušky, motor, zapalování, elektronické systémy. 2. vyd. Brno: František Vlk, 2005. 576 s. ISBN 80-239-3717-0. 4. VLK, F. Elektronické systémy motorových vozidel 1. Brno: Vlk, 2002. 298 s. ISBN 80-238-7282-6. 5. Dofek, R.: Diplomová práce, 56 str, Brno 2010 6. ISO 14230 7. ISO 0141 8. SAE J1850 9. Elmeletronic, ELM 327, [online], 2013 [cit. 15.3.2013], Dostupné na www.:

69

10 PŘÍLOHA Přehled chybových kódů P0xxx

Kódy nezávislé na výrobci (pod ISO/SAE)

P01xx

Odměřování vzduchu nebo paliva

P02xx


P03xx

Systém zapalování, poruchy zapalování

P04xx

Přídavné zařízení pro snížení emisí

P05xx

Rychlost vozidla, nastavení volnoběhu a ostatní výstupní signály

P06xx

Palubní počítač a ostatní výstupní signály

P07xx

Převodovka

P08xx

Převodovka

P09xx

Volné pro ISO/SAE

P00xx

Volné pro ISO/SAE

P1xxx

Kódy zadávané výrobcem (volně volitelné)

P11xx


P12xx


P13xx

Systém zapalování, poruchy zapalování

P14xx

Přídavné zařízení pro snížení emisí

P15xx

Rychlost vozidla, nastavení volnoběhu a ostatní výstupní signály

P16xx

Palubní počítač a ostatní výstupní signály

P17xx

Převodovka

P18xx

Převodovka

P19xx

Kategorie ISO/SAE

P20xx

Kategorie ISO/SAE

70

Popis PID dle SAE J1979 PID 0

Popis

Min

Standardní PIDy, 01 - 20 MIL-Status,

počet

Max

Rozlišení

bitově (výčet podporovaných systémů) dostupných

1

chybových kódů

4 Bajty (bitově)

2

DTC Freeze Frame

2 Bajty aktivní, pasivní,

3

Status vstřikování

4

Vypočtená hodnota zatížení

2 Bajty (bitově) 0%

smyčka 100%

100/255 % 1 °C s -40 °C

5

Teplota chladící kapaliny

-40 °C

+215 °C

ofsetem

6

Krátkodobé adaptace paliva řada 1

-100%

99,22%

100/128 %

07

Dlouhodobé adaptace paliva řada 1

-100%

99,22%

100/128 %

08

Krátkodobé adaptace paliva řada 2

-100%

99,22%

100/128 %

09

Dlouhodobé adaptace paliva řada 2

-100%

99,22%

100/128 %

0A

Tlak paliva

0 kPa

765 kPa

3 kPa na Bit

0 kPa

255 kPa

(absolutní)

(absolutní)

1 kPa na Bit

16383,75

0,25 ot/min na

-1

Bit

255 km/h

1 km/h na Bit

0B

Absolutní tlak v sacím potrubí

-1

0C

Otáčky motoru

0 min

0D

Rychlost

0 km/h

min

0,5 ° s 0 ° při 0E

Předstih (předvstřik)

-64 °

71

63,5 °

128

1 °C s -40 °C 0F

Teplota nasávaného vzduchu

10

Průtokový poměr MAF senzoru

11

Poloha škrtící klapky

12

Systém sekundárního vzduchu

bitově kódováno

13

Uspořádání lambdasond

bitově kódováno

Napětí na lambdosondě řada 1, senzor 1

-40 °C

+215 °C

ofsetem

0 g/s

655,35 g/s

0,01 g/s

0%

100%

100/255 %

0V

1,275 V

0,005 V

-100%

99,22%

100/128 %

0V

1,275 V

0,005 V

-100%

99,22%

100/128 %

0V

1,275 V

0,005 V

-100%

99,22%

100/128 %

0V

1,275 V

0,005 V

-100%

99,22%

100/128 %

0V

1,275 V

0,005 V

-100%

99,22%

100/128 %

0V

1,275 V

0,005 V

-100%

99,22%

100/128 %

0V

1,275 V

0,005 V

Krátkodobá adaptace paliva řada 1, 14

senzor 1 Napětí na lambdosondě řada 1, senzor 2 Krátkodobá adaptace paliva řada 1,

15


16


17


18


19

senzor 2

1A

Napětí na lambdosondě řada 2, senzor 3

72

Krátkodobá adaptace paliva řada 2, senzor 3

-100%

99,22%

100/128 %

0V

1,275 V

0,005 V

-100%

99,22%

100/128 %

Napětí na lambdosondě řada 2, senzor 4 Krátkodobá adaptace paliva řada 2, 1B

senzor 4

1 Byte, Hexa: 04=OBD1, 01=OBD2(CARB), 1C

OBD kompatibilita

06=EOBD, 05=neOBD systém bitově kodováno (jen pokud nebyl aktivován

1D

Umístění lambdasondy

PID 13)

Statut nápovědy 1E

Power Take Off (PTO) Status

bitově kódováno 2 Byte, 1

1F

Čas od startu

20

Nadstandardní PIDy, 21 - 40

0 Sek.

65535 Sek.

Sek./Bit

bitově kódováno 2 Byte, 1

21

Kilometry najeté s aktivní MIL

0 km

65 535 km

km/Bit 0,079 kPa pro

22

Tlak paliva vzhledem k podtlaku v sání

0 kPa

5177,27 kPa

Bit 10 kPa na Bit, jen PID 0A, 22

23

Tlak paliva

0 kPa

655.350 kPa

nebo 23 chybí

0

1,999

0,0000305

0V

7,999 V

0,000122 V

0

1,999

0,0000305

0V

7,999 V

0,000122 V

Ekvivalentní poměr lambdasonda řada 1, senzor 1 24

napětí Ekvivalentní poměr lambdasonda řada 1, senzor 2

25

napětí

73


napětí

0

1,999

0,0000305

0V

7,999 V

0,000122 V

0

1,999

0,0000305

0V

7,999 V

0,000122 V

0

1,999

0,0000305

0V

7,999 V

0,000122 V

0

1,999

0,0000305

0V

7,999 V

0,000122 V

0

1,999

0,0000305

0V

7,999 V

0,000122 V

0

1,999

0,0000305

0V

7,999 V

0,000122 V

0%

100%

100/255 %



28


29


2A


2B

napětí Požadované množství recirkulovaných

2C

výfukových plynů Poměr požadovaného k aktuálnímu

2D

množství recirkulovaných výf. plynů

2E 2F

100/128 % (0 -100%

99,22%

% při 128)

Odvzdušnění

0%

100%

100/255 %

Množství paliva v nádrži

0%

100%

100/255 % 1 znamená jeden cyklus

30

Počet cyklů od vzniku chyby - výmaz

0

74

255

(FTP)

Vzdálenost (ujetá) od vzniku chyby 31

výmaz

32

Tlak plynů (odvzdušnění)

33

Barometrický tlak

0 km

65.535 km

1 km

-8192 Pa

+8192 Pa

0,25 Pa na Bit

0 kPa

255 kPa

(absolutní)

(absolutní)

1 kPa na Bit

0

1,999

0,0000305

Ekvivalentní poměr lambdasonda řada 1, senzor 1 Proudový výstup (PID 34 je-li PID 13 34

podporován)

0,00390625 -128 mA

127,996 mA

mA

0

1,999

0,0000305


podporován)

0,00390625 -128 mA

127,996 mA

mA

0

1,999

0,0000305


podporován)

0,00390625 -128 mA

127,996 mA

mA

0

1,999

0,0000305


podporován)

0,00390625 -128 mA

127,996 mA

mA

0

1,999

0,0000305


podporován)

0,00390625 -128 mA

127,996 mA

mA

0

1,999

0,0000305


podporován)

0,00390625 -128 mA

75

127,996 mA

mA

Ekvivalentní poměr lambdasonda řada 2, senzor 3

0

1,999

0,0000305

Proudový výstup (PID 3A je-li PID 13 3A

podporován)

0,00390625 -128 mA

127,996 mA

mA

0

1,999

0,0000305

Ekvivalentní poměr lambdasonda řada 2, senzor 4 Proudový výstup (PID 3B je-li PID 13 3B

podporován)

0,00390625 -128 mA

127,996 mA

Teplota katalyzátoru (substrát) řada 1, 3C

senzor 1

0,1 °C/Bit s -40 -40 °C

+6513,5 °C

Teplota katalyzátoru (substrát) řada 1, 3D

senzor 2

-40 °C

senzor 1

+6513,5 °C

senzor 2

40

Podporované PIDy (více než 40)

°C ofsetem 0,1 °C/Bit s -40

-40 °C

+6513,5 °C

Teplota katalyzátoru (substrát) řada 2, 3F


Teplota katalyzátoru (substrát) řada 2, 3E

mA


-40 °C

+6513,5 °C

°C ofsetem

bitově kódováno bitově

kódováno

(pro

kontinuální

i

41

Kontrolní status jízdního cyklu

sporadickou kontrolu systémů)

42

Vstupní napětí ECU

0V

65,535 V

0,001 V na Bit

43

Absolutní zatížení

0%

25700%

100/255 %

44

Požadovaný ekvivalentní poměr

0

1,999

0,0000305

45

Poloha škrtící klapky (relativní)

0%

100%

100/255 % 1 °C s -40 °C

46

Teplota okolí

-40 °C

+215 °C

ofsetem

47

Poloha škrtící klapky(absolutní) B

0%

100%

100/255 %

48

Poloha škrtící klapky (absolutní) C

0%

100%

100/255 %

76

49

Poloha pedálu akcelerátoru D

0%

100%

100/255 %

4A

Poloha pedálu akcelerátoru E

0%

100%

100/255 %

4B

Poloha pedálu akcelerátoru F

0%

100%

100/255 %

0%

100%

100/255 %

Požadovaná poloha škrtící klapky 4C

kontrola

4D

Čas chodu motoru od vzniku chyby

0 min.

65535 min.

1 min.

4E

Čas od vzniku chyby - výmaz

0 min.

65535 min.

1 min.

4F

...FF rezervováno pro rozšíření

77

Analýza odezvy diagnostického protokolu osobního automobilu Diplomová práce

Recommend Documents