Встроенные средства измерений

Встроенные средства диагностирования стали неотъемлемой частью оснащения автомобилей. Встроенным микропроцессорным средствам отводится задача контроля за техническим состоянием агрегатов, узлов и автомобиля в целом. Встроенные средства подразделяются на три группы:

• — системы датчиков и контрольных точек, обеспечивающие вывод сигналов на внешние средства диагностирования;
• — бортовые системы контроля для допускового контроля параметров функционирования и технического состояния с выводом результатов только на дисплеи в кабине водителя;
• — встроенные системы диагностирования — автономные или функционирующие со стационарными информационноуправляющими центрами.

Пример системы диагностирования, связанной со стационарной информационной установкой, приведен на рис. 8.12.

До 1994 года в мировой автомобильной промышленности применялись системы, стандарты и протоколы для диагностики, которые называются системами семейства OBD-I (On Board Diagnostic).

Рис. 8.12. Система диагностирования со стационарной информационной установкой

К 1995 году начали появляться так называемые расширенные системы, были повсеместно введены единые стандарты самодиагностики, протоколов обмена данными, унифицированы требования к диагностическим средствам и структуре кодов. Таким образом, начиная с этого времени все автомобили и грузовики малой грузоподъемности, произведенные для продажи в Соединенных Штатах Америки, оборудуются единой системой самодиагностики OBD-11, а с 2000 года, согласно директиве 98/69EG, все новые автомобили с бензиновыми двигателями и в Европе диагностируются только по этому стандарту.

Назначение всех диагностических систем — унифицированное определение неисправностей в различных узлах и агрегатах автомобиля для принятия решения о последующем ремонте. Но если в системах семейства OBD-I было предусмотрено определение неисправностей ограниченного спектра — двигателя, подушек безопасности, тормозной системы ABS и автоматической коробки передач, то в OBD-II перечень диагностируемых узлов расширен, были добавлены также климатическая установка, иммобилайзер и различное дополнительное оборудование. Кроме того, количество диагностических кодов превысило 3000.

Современные электронные системы, предназначенные для управления узлами и агрегатами автомобиля, оснащены системами самодиагностики, которые информируют водителя о появлении разных неисправностей. Так, например, на приборном щитке многих автомобилей имеется многофункциональный световой индикатор наличия неисправности Check Engine, который обычно включается при включении зажигания и гаснет через некоторое время после запуска двигателя. Если же при самодиагностике обнаружатся неисправности компонентов, подлежащих диагностике, то индикатор не погаснет. В случае возникновения некоторых неисправностей во время движения индикатор также загорается. Диагностика электронной системы управления двигателем сводится к анализу сигналов, поступающих от датчиков, анализу управляющих сигналов, вырабатываемых блоком управления и локализации неисправности на уровне трактов.

Системы диагностики на разных автомобилях могут различаться, но принцип действия всех систем одинаков, а именно: блок управления считывает показания датчиков на разных режимах работы в процессе эксплуатации автомобиля, например, при запуске, прогреве, холостом ходе, разгоне и торможении.

Показания датчиков бывают статическими или динамическими. Статические показания датчиков обычно определяются импульсом определенного уровня, а динамические, как правило, передают изменения параметра и проверяются на допустимые диапазоны. Все диагностические системы хранят и отображают статические данные в виде кодов ошибок и динамические характеристики.

На дискретные показания датчиков система самодиагностики реагирует обычно только при отсутствии электрического контакта, а изменение динамических показателей отслеживается по таблицам, хранящимся в памяти устройства управления. Впрочем, один и тот же датчик может проверяться как на электрический контакт, так и на допустимые пределы изменения. И тогда для одного устройства могут быть две ошибки: либо отсутствие сигнала, либо выход за предельные параметры.

Устройство управления может состоять из нескольких блоков: отдельно для двигателя — ECU {Engine Control Unit) или ECM {Engine Control Module), отдельно для антиблокировочной системы тормозов — ABS, для подушек безопасности — SRS {Air

Bag Supplemental Restraint System), для автоматической коробки передач — А/Т (Electronic Automatic Transaxles) и для других систем. При получении сигнала об ошибке современная система диагностики обязана классифицировать неисправность по коду ошибки и запомнить этот код в долговременной памяти, а также предпринять корректирующие действия, предусмотренные на этот случай управляющей программой. После этого сохраненные в памяти коды ошибок считываются сканером при помощи определенной процедуры, которая вводит электронный блок управления в режим индикации кодов самодиагностики. После их изучения и анализа дополнительных данных принимается решение о последующих действиях.

Сканеры подключаются к диагностическому разъёму автомобиля и в зависимости от исполнения позволяют:

• — считывать из памяти коды ошибок,
• — классифицировать их на текущие и запомненные,
• — расшифровывать коды в текстовом виде,
• — отображать интерпретацию блоком управления текущих значений сигналов от датчиков и расчётных величин,
• — активизировать некоторые исполнительные элементы системы управления двигателем (форсунки, регулятор холостого хода, клапан продувки, адсорбер и др.),
• — перезаписывать в память блока управления значения некоторых коэффициентов, например, коэффициента коррекции топливоподачи и величину сдвига угла опережения зажигания.

Применяемость сканеров определяется протоколом обмена. Например, все автомобили группы VAG имеют одинаковый протокол обмена между ECU и сканером. Поэтому для диагностики любого автомобиля этой группы (VW, Audi, Seat, Skoda) достаточно иметь один сканер. Стремление сделать сканеры универсальными привело к появлению сканеров со сменными картриджами и переходниками для разных диагностических разъёмов. После введения стандарта OBD-II все американские и большинство европейских производителей устанавливают на автомобиле одинаковый диагностический разъём. Протокол OBD-II позволяет считывать те параметры, которые непосредственно влияют на безопасность и токсичность отработавших газов. При этом протокол обмена производителя позволяет считывать гораздо большее количество данных.

Сканерная диагностика электронных систем автомобиля подразумевает проверку работы следующих систем: управления двигателем; управления трансмиссией; пассивной и активной безопасности (ABS, SRS, ADS, ESP и др.); штатной системы охраны; систем комфорта (круиз-контроль, климат-контроль и др.) В ходе диагностики осуществляется:

• — комплексное сканирование электронных систем;
• — проверка и сброс ошибок электронных блоков управления
• — проверка эффективности работы датчиков систем и периферийных устройств каждого блока управления в режиме реального времени;
• — проверка датчиков в режиме симуляции;
• — адаптация датчиков и периферийных устройств;
• — установка базовых настроек завода-изготовителя;
• — сброс и установка межсервисных интервалов;
• — чтение и программирование иммобилайзера.

В качестве устройств для компьютерной диагностики применяются стационарные мотор-тестеры, специализированные дилерские сканеры и компьютерные тестовые системы.

Стационарные мотортестеры представляют собой многофункциональные устройства всесторонней автомобильной диагностики, в которых сканер присутствует как малая часть универсальной системы газоанализатора, измерения компрессии, давления топлива, разряжения во впускном коллекторе и многого другого.

Специализированные дилерские сканеры — это многофункциональные цифровые устройства, представляющие собой комбинацию мультиметра, осциллографа и микрокомпьютера со специализированной базой на сменном картридже для конкретной модели автомобиля.

Компьютерные тестовые системы представляют собой обычный персональный компьютер, ноутбук или карманный компьютер произвольной конфигурации с соответствующим программным обеспечением и специальным кабелем OBD-II RS-232. В таком соединительном кабеле стоит программируемый микроконтроллер с зашитыми протоколами обмена.

Компьютерная тестовая система является самой гибкой из всех перечисленных. Она позволяет считывать коды OBD-II и потоки данных в режиме реального времени и представлять их в интуитивно понятном формате, в численной форме, в виде описания возможных неисправностей, в виде таблиц, а также в графическом виде, в том числе в форме мультипараметрических графиков. Все данные можно распечатать в удобной для чтения форме, сохранить в формате MS Excel и оставить резервную копию на внешнем носителе.

Поскольку для полной и всесторонней диагностики автомобиля требуется исследование различных параметров в движении, то наиболее удобными являются системы на базе миниатюрных карманных компьютеров. Кроме того, такие устройства можно использовать и как бортовые компьютеры для учета расхода топлива, определения времени разгона, измерения мощности автомобиля и т. д. Получение владельцем автомобиля текущей информации о состоянии датчиков, исполнительных устройств и других компонентов автомобиля поможет ему также определять состояние и износ узлов, чтобы своевременно произвести их замену или ремонт. Это предоставляет возможность предупредить поломку и избежать дорогостоящего ремонта. При серьезных неисправностях в пути подобные диагностические системы позволят оперативно определить их характер и принять решение по поводу обращения к специалистам.

Необходимо, чтобы сканер разрешил просмотр данных в режиме реального времени. Эта функция обычно называется Data Stream — отображение потока данных. Она может использоваться для проверки сигналов датчиков и других элементов систем управления в режиме реального времени. Таким образом, на дисплей сканера выводятся сигналы датчиков автомобиля и параметры системы впрыска топлива в течение некоторого времени в режимах холостого хода, а также увеличения и сброса скорости вращения вала двигателя. После этого проводится анализ полученных результатов и делаются выводы о правильности работы системы, наличии и характере неисправностей. Одним из основных преимуществ того или иного сканера в этом случае является возможность работы в режиме многоканального осциллографа, то есть получения графиков зависимости параметров не только от времени, но и от других параметров, а также исследование влияния изменения определенного параметра на тот, что выбран для анализа. Еще больше облегчает нахождение причин неисправностей возможность сравнения осциллограмм, полученных при тестировании, со стандартными осциллограммами для подобных автомобилей.

Признаком того, что автомобиль поддерживает OBD-I1 диагностику, является наличие 16-контактного диагностического разъема DLC (Diagnostic Link Connector) трапециевидной формы. На подавляющем большинстве OBD-II автомобилей он находится под приборной панелью со стороны водителя (рис. 8.13).

Рис. 8.13. Диагностический разъем

Основная функция диагностического разъема заключается в том, чтобы обеспечить связь диагностического сканера с блоками управления, совместимыми с OBD-II. Каждый контакт разъема имеет свое назначение. Примерами систем, применяющих такие разъемы, являются SRS (дополнительная ограничительная система) и ABS (антиблокировочная система колес).

Внешний вид сканеров BrainBee AD-9000 и ST-6000 представлен на рис. 8.14.

Рис. 8.14. Диагностические сканеры

Диагностический сканер AD-9000 позволяет производить диагностику различных электронных систем автоматического управления, включая поддержку шины данных CAN, автомобилей европейского и азиатского производства. Сканер работает под управлением персонального компьютера или ноутбука. С помощью AD-9000 можно проверить работу таких систем, как система впрыска, ABS, иммобилайзер, подушки безопасности, автоматическая коробка передач, системы комфорта и круиз контроля. Программное обеспечение включает интерактивный справочник и схемы электрооборудования диагностируемых автомобилей. После ввода данных диагностируемого автомобиля можно получить иллюстрированные подсказки о местонахождении диагностического разъема и конфигурации коннекторов для присоединения к нему. Программа охватывает практически все системы автомобиля, управляемые бортовым компьютером. Адаптеры, входящие в состав сканера, обеспечивают подключение ко всем известным диагностическим разъемам европейских и азиатских автомобилей.

Пример отображаемых данных приведен на рис. 8.15.

Технология Bluetooth позволяет различным устройствам автоматически связываться с достаточно близко расположенными аналогичными устройствами для обмена информацией. Для связи используется диапазон радиочастот 2,4 ГГц. Скорость передачи данных при использовании Bluetooth может составлять до 721 Кбит/с, а расстояние -20 метров и больше. С помощью данной технологии можно получать информацию от автомобиля не используя провода (рис. 8.16).

Рис. 8.15. Пример отображаемых данных

Рис. 8.16. Использование технологии Bluetooth для диагностики автомобиля

С мобильного телефона считывается код неисправности, если в дороге загорелся индикатор Check Engine при неисправности двигателя или индикатор MIL (.Malfunction Indicator Lamp), отправляется SMS-сообщение с кодом неисправности мастеру на станцию технического обслуживания для получения оперативных рекомендаций. Можно также проверить температуру охлаждающей жидкости двигателя и средний расход топлива.

Адаптер ВТ-ECU (рис. 8.17) и программа Check-Engine, предоставляют владельцу автомобиля возможность выполнить диагностику самостоятельно при помощи своего мобильного телефона или КПК (карманного компьютера).

Рис. 8.17. Адаптер ВТ-ECU и КПК

Адаптер ВТ-ECU подключается к диагностическому разъему автомобиля и передает информацию от бортовой системы самодиагностики автомобиля на мобильный телефон или КПК по беспроводному соединению Bluetooth. Программа «CheckEngine», установленная на мобильном телефоне или КПК, расшифровывает коды неисправностей в соответствии с данными производителя автомобиля, а также выводит комментарий к коду неисправности, упрощающий владельцу принятие решения, автоматически формирует текст и отправляет сообщение по указанному телефонному номеру (рис. 8.18).

Статус кода неисправности определяет система самодиагностики автомобиля. Программа Check-Engine выводит основные параметры работы двигателя в режиме реального времени. Список отображаемых параметров индивидуален для каждой модели автомобиля. Типичный перечень параметров:

• — обороты коленчатого вала, об/мин;
• — скорость автомобиля, км/ч;
• — температура охлаждающей жидкости, ° С;
• — температура воздуха впуска, ° С;
• — расход воздуха, кг/ч;

Рис. 8.18. Коды неисправностей на КПК

• -угол опережения зажигания, гр. Г1КВ;
• — положение дроссельной заслонки, % ;
• — напряжение датчика кислорода до катализатора, мВ;
• — напряжение датчика кислорода после катализатора, мВ;
• — величина нагрузки на двигатель, %;
• — VIN номер автомобиля;
• — пробег со включенным индикатором Check Engine, км;

Контрольные вопросы

• 1. Как устроен компрессометр для бензиновых двигателей?
• 2. Как определяются зазоры в кривошипно-шатунном механизме?
• 3. Для чего используется денсиметр?
• 4. Как функционирует нагрузочная вилка?
• 5. Что представляют собой диагностические сканеры?