汽车OBD系统发展综述

陈传灿，徐聪

(同济大学汽车学院，上海 201804)



汽车OBD系统发展综述

陈传灿，徐聪

(同济大学汽车学院，上海 201804)

介绍了OBD系统的发展历程，阐述了OBD系统的工作原理、结构以及数据流特点。基于目前的应用状况，预测OBD系统未来的主要发展趋势。

OBD系统；数据流；发展趋势

0　引言

环保已经成为全国性热门话题，汽车排放问题也成为人们关注的焦点。为了有效控制汽车尾气排放污染，各国采取了相应的措施，其中北美和欧洲地区的发达国家在早期就要求汽车加装OBD(On-BoardDiagnostics)系统，现在仍然在不断发展和完善该系统。OBD系统集成在发动机管理系统中，通过实时反映相关传感器和执行器的工作状态，能够有效地监测在用车的排放，是当今在用车排放管理的最有效手段之一[1]。随着环境污染问题日益严重，OBD系统的技术发展显得愈发重要。

1　OBD系统发展历程

OBD的全称是车载诊断系统，起源于19世纪80年代的美国。当时美国加州大气资源局为了控制汽车排放，规定1988年开始所有在加州销售的车辆必须装备车载诊断系统，这是最早的OBD系统，如今称作OBD-Ⅰ系统。当时的OBD系统监控范围小，仅仅包括氧传感器、排气再循环系统、燃油供给系统和发动机控制模块[2]。而且OBD-Ⅰ系统监测功能也不强，只能检测到与排放有关部件的连续性故障，却无法监测其渐进损坏情况。同时该系统缺乏统一标准，其诊断接口、故障代码和通信协议各不相同，投入使用后效果并不好。

针对OBD-Ⅰ系统存在的缺陷，OBD-Ⅱ系统应运而生。1994年，美国汽车工程师协会(SAE)制定了OBD-Ⅱ系统的一系列标准规范，并要求1996年后所有汽车制造商在美国销售的汽车按照新标准来设置OBD系统。相对于OBD-Ⅰ系统，OBD-Ⅱ系统采用了标准化的16针诊断座DLC(DataLinkConnector)、相同的故障代码DTC(DiagnosticTroubleCodes)和标准化通信协议，并扩充了系统的检测项目，如失火检测和催化转化器的老化监测等。

与此同时，欧共体也规定欧洲的汽车制造商生产的轿车必须配置车载诊断系统，即EOBD(EuropeanOn-BoardDiagnostics)。EOBD也采用统一的诊断座、通信协议和故障代码等，其标准由国际标准化组织(ISO)制定，但是基本原理和诊断项目与OBD-Ⅱ类似。

OBD系统在我国发展相对较晚。2005年4月15日，国家环保总局颁布了《轻型汽车污染排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》(GB18352.3-2005)，规定全国在2007年7月1日实施国Ⅲ排放法规，2008年7月1日开始第1类汽车需装配OBD系统[3]。由于我国汽车排放法规与欧洲排放标准一致，故我国汽车配置的OBD系统要求类似EOBD。

虽然OBD-Ⅱ系统对汽车排放起到了明显的控制作用，但是为了更及时地监测排放，OBD-Ⅲ系统诞生了。它的进步之处在于增加了无线通信方式来读取发动机、变速器和ABS系统ECU中的数据，将车辆识别代码(VIN)、故障码和一些动态数据自动传送到交通管理部门，这样交通管理部门可以实时监测所有汽车的运行状态和排放，当某辆汽车排放超出限值时，管理部门对其发出维修指令，必要时实施强制禁行。但是OBD-Ⅲ系统的应用可能涉及侵犯用户隐私，所以仍有待考察[4]。

2　OBD系统简介

2.1工作原理

OBD系统的监控对象是传感器、执行器以及电子控制系统自身，其基本原理是通过实时监测与排放相关的部件的工作信号，来判断汽车的尾气排放是否超标。如果某些信号发生异常变化而出现排放超标的现象，系统就会判断与这一信号有关的部件或者电路出现故障，点亮故障指示灯(MIL)并将对应的故障代码存入内部RAM，故障代码可以通过故障指示灯或诊断仪来读取。

OBD系统判断传感器信号为异常变化的情形主要分为两类：

(1)单个传感器信号电压的数值范围或变化频率不符合标准。例如某一氧传感器在发动机热车后的某一转速范围内正常输出电压在80～800mV之间变化，而且每10s内变化次数要大于7次。如果检测到其输出电压数值低于80mV或高于800mV，或频率低于0.7Hz，则判断为氧传感器有故障。

(2)多个传感器信号的测量值在同一工况中不匹配。例如某一发动机转速为2 000r/min，测得其进气歧管绝对压力为70kPa，但是测得节气门开度为1%，这显然不符合实际，故判断为故障。

2.2系统结构

车载中的诊断软件、传感器、执行器、诊断座以及外围的诊断设备一起共同组成了OBD系统[5]。

其中OBD-Ⅱ诊断座统一为16针，一般安装在方向盘下方的内饰板中、靠近驾驶员膝盖的位置，其分布见图1。

各个针脚功能定义如下：

(1)数据传输线。2针和10针为符合SAEJ1962标准的数据传输线；7针和15针为符合ISO9141标准的数据线。

(2)电源线。16针为蓄电池正极，4针为车身地线，5针为信号地线。

(3)自定义线。其他针没有明确规定，由厂家自行定义功能。

2.3数据流输出信息

通过使用OBD适配器或专用诊断仪，接入OBD系统的诊断座，可以读取汽车电控系统的数据流。对汽车数据流进行挖掘和分析，是OBD系统的应用基础，也是企业和科研机构研究的重要课题。

根据显示形式的不同，数据流参数可以分为数值参数和状态参数。数值参数是有一定单位、一定变化范围的参数，它通常反映出电控系统中各部件的工作电压、温度、时间和速度等。状态参数只有两种工作状态，如开或关、闭合或断开、高或低、是或否等，它通常表示电控装置中的开关和电磁阀元件的工作状态[6-7]。

这些汽车数据流参数多达数百条，按照其相关控制系统主要分为5类，其中基准参数是在对其他系统进行综合诊断时用来作为参考基准的。主要诊断项目见表1。

表1　OBD系统主要检测参数

这些数据参数主要用于汽车的检测与诊断，其分析方法主要有数值分析法、时间分析法、因果分析法、关联分析法和比较分析法。

数值分析法是对数据的数值变化规律和数值变化范围的分析，即数值的变化，如转速、车速的电脑读值和实际值的差异等[8]。

时间分析法要求不仅要考虑传感器信号的数值，而且还要判断其响应的速率，以获得最佳效果。

因果分析法是对存在关联的传感器信号响应情况和响应速度的分析。ECU根据给定的输入必定会给出一个输出参数，将这些输入、输出参数连贯起来进行故障分析。

关联分析法多运用在几个传感器信号出现不合理的情形。ECU根据多个传感器的内在关系判断出检测到的参数不符合实际情形，给出一个或几个故障代码，此时不能轻易判断某个传感器有故障，需要进一步检验。

比较分析法是对相同车型及系统在相同条件下的相同数据组进行的分析[9]。

通过这5种主要的数据流分析方法，对检测参数进行综合分析，不仅能监测汽车零部件的工作状态，还能为故障诊断提供可靠依据。

3　OBD系统的应用

OBD系统设计之初，主要是基于排放控制的目的。近年来，其应用越来越广泛。各个企业和研发机构都在不断地开发OBD产品。OBD系统不仅能给出故障代码以供检测维修，而且能记录车辆的各种工况数据。因为汽车仪表盘上显示的数据仅仅只是ECU里记录的数据很小的一部分，所以一些研发机构开发出了一些专门的ECU数据显示产品，利用OBD接口来输出油耗、空燃比和节气门开度等数据。

这一类OBD产品主要有两种：一种是专用数据线和显示仪形式。将显示屏固定在车上，再用专用数据线连接OBD接口和显示仪，车主就可以选择自己想要观察的数据。另一种是OBD适配器和移动端软件形式。该产品体积小，可以通过蓝牙或者移动流量的无线手段将ECU数据显示在手机屏幕上。

这些产品大多数已经能实现OBD故障检测、行车轨迹记录、油耗显示、驾驶习惯分析和故障救援等功能，这极大地满足了用户的生活需求。

还有一类OBD产品，不以显示汽车数据为主，而是与其他企业互通数据，为车主提供一些服务。国外一家生产OBD产品的Automatic公司与被谷歌收购的智能恒温器合作，让使用AutomaticOBD产品的汽车变成一个智能家居的控制器。当车主启动汽车，与OBD互联的恒温器会自动关闭家中的电器设备。

除了以上这些产品功能之外，OBD系统还可以为主机厂进行ECU的更新升级提供入口。车主可以通过OBD接口来改写ECU中的控制程序来进行软件升级，从而改善发动机的性能。其中有些厂家开发了针对变速器的可刷写TCU(TransmissionControlUnit)，即变速器控制单元。在发现DSG变速器存在问题时，大众集团就通过在其经销商店用电脑刷写TCU的方式来改变DSG变速器的一些相应参数来控制变速器的工作。

4　OBD系统发展趋势

随着传感器技术、软件技术和数据存储技术的发展，有关OBD系统的研究将会取得更大的突破。立足于OBD的发展现状，预测主要会有以下这些趋势：

(1)OBD系统的功能将不断完善。目前通过OBD接口进行检测和维修的范围主要集中在发动机电子控制系统，在以后将扩大到全车范围，同时相关的通信协议和故障代码实现全球范围内的统一。

(2)OBD系统将为用户提供更多的数据信息，包括驾驶员个人信息及其驾驶行为习惯、车辆电子控制系统的工作现状和问题以及潜在故障分析等，往驾驶的智能化方向发展。

(3)OBD系统将为交通管理部门提供管理入口。通过OBD系统进行远程信息传输，为智能交通系统提供更加实时全面的数据，实现车、路、人协同，帮助交通管理部门更有效地管理交通，降低道路事故发生概率。

(4)随着跨界跨企业的合作增多，OBD系统数据的挖掘与分析将为车主提供更多个性化的增值服务，甚至为车主实现全天候智能出行。

5　结束语

OBD系统目前主要用于故障检测与诊断中，但是近年来其功能逐渐被开发，成为汽车技术发展的重点，其主要价值在于它提供的数据流。通过对OBD数据流的分析，许许多多的产品和服务将会向着智能化的方向发展。随着不同领域的技术发展和频繁合作，OBD系统将会更加复杂，功能将不断完善，为车主、企业和政府部门提供各自所需的服务。

【1】潘鹏，颜伏伍，方茂东.OBD系统的现状及其发展趋势[J].交通节能与环保，2007(5)：36-39.

【2】马杰.车辆诊断系统(OBD)应用研究[D].长春：吉林大学，2007.

【3】GB18352.3-2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)[S].

【4】SOSNOWSKID，GARDETTOE.PerformingOnboardDiagnosticSystemChecksasPartofaVehicleInspectionandMaintenanceProgram[C]//EnvironmentalImpacts,2001.

【5】牛晓晓，刘强.OBD车载诊断系统综述[J].汽车零部件，2010(4):73-76.

NIUXiaoxiao,LIUQiang.TheOverviewofOn-BoardDiagnosticsSystem[J].AutomobileParts,2010(4):73-76.

【6】鲁值雄，鞠卫平.汽车动态数据流测试分析[M].北京：人民交通出版社，2006：1-2，16-48.

【7】敖建华，沈一峰，苗晓坤.数据流在电控汽车故障诊断中的应用[J].汽车电器，2006(5)：43-44.

AOJianhua,SHENYifeng.ApplicationofDataFlowinFaultDiagnosisonElectricControlVehicle[J].AutoelectricParts,2006(5):43-44.

【8】周有银.汽车数据流分析与应用研究[D].西安:长安大学，2010.

【9】王雷.发动机电控系常用参数分析[J].黑龙江科技信息，2010(7):15,45.

ReviewofAutomotiveOBDSystemDevelopment

CHENChuancan，XUCong

(SchoolofAutomotiveStudies,TongjiUniversity,Shanghai201804,China)

Thedevelopinghistory,workingprinciple,compositionanddatastreamofOBDsystemwereintroduced.BasedonthecurrentapplicationofOBDsystem,themajordevelopmenttrendswerepredicted.

OBDsystem;Datastream;Developmenttrends

2016-04-25

陈传灿(1960—)，男，硕士研究生导师，副教授，研究方向为汽车零部件开发及管理、汽车产品电商解决方案、二手车鉴定评估及商业模式、汽车后市场有形及无形产品开发及技术咨询。E-mail：chenchc@163.com。

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1674-1986(2016)07-094-03