Nghiên cứu thiết kế hệ thống chẩn đoán OBD – 2 để chẩn đoán lỗi các hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô

Hệ thống chẩn đoán trạng thái kỹ thuật là kết hợp các trang bị đo và chiến lược xử lý các số liệu đo nhằm đánh giá trạng thái kỹ thuật hiện thời hoặc phát hiện hư hỏng trong cụm chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi Những nội dung trình bày trong luận văn này do tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của

PGS.TS Phạm Hữu Nam và các giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nội dung của luận văn hoàn toàn phù hợp với Đề tài đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Quang Hưng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……… 1

MỤC LỤC……… 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU………7

LỜI NÓI ĐẦU………9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN TRÊN Ô TÔ……… … 10

1.1 Nhiệm vụ ý nghĩa của công tác chẩn đoán trạng thái kỹ thuật trên ô tô… 11

1.2 Các phương pháp chẩn đoán cũ và hạn chế……… 18

1.3 Đặc điểm chẩn đoán lỗi các hệ thống trên ô tô có hệ thống điều khiển điện tử ( ĐKĐT )……….20

1.4 Hệ thống chẩn đoán OBD trên ô tô………22

1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu của đề tài……… 23

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN OBD-2 TRÊN Ô TÔ……… …27

2.1 Hệ thống chẩn đoán trên ô tô có hệ thống điều khiển điện tử……… 27

2.2 Sự phát triển của hệ thống chẩn đoán………27

2.3 Đặc điểm của chẩn đoán OBD-1 và hạn chế……… 29

2.3.1 Đặc điểm chẩn đoán OBD-1……… 29

2.3.2 Nguyên lý chẩn đoán OBD-1……….35

2.3.3 Thao tác chẩn đoán OBD-1………36

2.3.4 Hạn chế của chẩn đoán OBD-1……….… 37

2.4 Đặc điểm của chẩn đoán OBD-2……… ……….38

2.4.1 Nguyên lý chẩn đoán lỗi hệ thống OBD2……… 43

2.4.2 Thao tác chẩn đoán OBD-2………44

CHUẨN OBD 2………47

3.1 Yêu cầu và ý nghĩa của việc thiết kế ……… ……… 47

3.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế……… 47

3.2.1 Các thành phần của HTCĐ trên cơ sở kết nối máy tính……….49

3.2.2 Phương án thiết kế các thành phần của hệ thống chẩn đoán OBD-2… 50

3.3 Thiết các thành phần……… ……… 51

3.3.1 Thiết kế bộ kết nối……… ……… 51

3.3.2 Thiết kế phần mềm ………58

3.3.3 Thiết kế giao diện… ……….…65

CHƯƠNG 4: KHẢO NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA THIẾ BỊ……….……… 73

4.1 Mục đích và các chế độ khảo nghiệm………73

4.2 Tiến hành khảo nghiệm và phân tích kế quả ……… … 73

4.3 Nhận xét ……… 84

KẾT LUẬN ……… 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….88

Phụ lục……….… 89

Phụ lục 1: Các mã lỗi P……….…89

Phụ lục 2: Bảng các tham số PID……… 93

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Minh hoạ các loại thông số chẩn đoán……….11

Bảng 1.2 Quan hệ thông số chẩn đoán và trạng thái kỹ thuật của hệ thống………12

Bảng 1.3 Xác suất xuất hiện các thông số chẩn đoán……… 13

Bảng 1.4 Ma trận chẩn đoán………15

Hình 1.1 Qúa trình hiệu quả và quá trình kèm theo trong mối ghép bạc-trục…….18

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống ĐKĐT……… 19

Hình 1.3 Thiết bị chẩn đoán của hãng KIA……….21

Hình 1.4 Thiết bị chẩn đoán của hãng TOYOTA ……… 21

Hình 2.1 Quá trình phát triển hệ thống chẩn đoán OBD ……….25

Hình 2.2 Mắc cảm biến kiểu biến trở ……… 25

Hình 2.3 Mắc cảm biến kiểu điện trở nhiệt ……….25

Hình 2.4 Cảm biến kiểu phát điện………26

Hình 2.5 Ví dụ phát hiện lỗi nhờ tín hiệu của cảm biến……… 26

Hình 2.6 đèn check trên bảng tableau ……….28

Hình 2.7 Các phương pháp phát hiện lỗi……….29

Hình 2.8 Nguyên lý phát mã lỗi bằng đèn sáng/tắt……… 29

Hình 2.9 Mạch chẩn đoán OBD-1 của Toyota ………30

Hình 2.10 Dạng xung nhận từ chân w của đầu DLC1 (mã lỗi 2 ký tự)………31

Hình 2.11 Dạng xung khi động cơ không có lỗi (mã lỗi 2 ký tự) ……… 32

Hình 2.12 Nối tắt các chân TE1 và E1 khi thao tác đọc mã lỗi……… 33

Hình 2.13 Đầu nối DLC3 tiêu chuẩn của OBD-2………34

Hình 2.14 Cấu trúc mã lỗi của OBD-2……….35

Hình 2.15 Ý nghĩa các vị trí trong mã lỗi 5 ký tự………36

Hình 2.16 Mạch của hệ thống chẩn đoán OBD-2………36

Hình 2.17 Đầu nối OBD II chuẩn J1962……….37

Hình 2.18 Các chân sử dụng trong giao thức J1850 VPW……… 38

Hình 2.19 Các chân sử dụng trong giao thức ISO 9141-2 và KWP 2000……… 38

Hình 2.20 Các chân sử dụng trong giao thức J1850 PWM……….38

Hình 2.21 Các chân sử dụng trong giao thức ISO 15765 CAN……… 38

Hình 2.22 Sơ đồ hệ thống ĐKĐT………40

Hình 2.23 Thiết bị chẩn đoán CARMAN SCAN II ………41

Hình 2.24 Thiết bị chẩn đoán CARMAN SCAN VG ……….42

Hình 3.1 Thiết bị cầm tay để chẩn đoán lỗi OBD-2………44

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống chẩn đoán trên cơ sở kết nối máy tính ………45

Hình 3.3 Chip vi xử lý ELM 327 ………47

Hình 3.4 Đầu nối chẩn đoán OBD-2 là đầu nối tiêu chuẩn ………47

Hình 3.5 Sơ đồ khối ELM327 ……….……48

Bảng 3.1 Chức năng của ELM327 ……….……….49

Hình 3.6 Mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn CAN……….….…… 50

Hình 3.7 Mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn ISO 9141-2 và KWP 2000 ………….50

Hình 3.8 Mạch chuyển đổi giao tiếp chuẩn SAE J1850 ……….51

Hình 3.9 Mạch chuyển đổi UART-USB ……….………51

Hình 3.10 Sơ đồ mạch điện tử của thiết bị chẩn đoán chuẩn OBD-2 ………52

Hình 3.11 Mạch hoàn thiện của thiết bị chẩn đoán chuẩn OBD-2.……….53

Hình 3.12 Sản phẩm hoàn thiện ……… 53

Hình 3.13 Giao tiếp giữa xe và máy tính ………56

Hình 3.15 Giao tiếp giữa máy tính và thiết bị chẩn đoán………56

Hình 3.16 Đầu nối giữa thiết bị với đầu DLC3 của động cơ……… 57

Bảng 3.2 Ví dụ về P-codes ……….58

Bảng 3.3 chuyển đổi số hex đầu tiên của byte mã lỗi với mã lỗi 5 ký tự………….60

Hình 3.17 Trình tự kiểm tra và xoá lỗi……….61

Hình 3.18 Màn hình khởi động của phần mềm………63

Hình 3.19 Giao diện chính của phần mềm……… 63

Hình 3.20 Giao diện kết nối và chọn loại xe………64

Hình 3.21 Xác nhận việc chọn loại xe ………64

Hình 3.22 Giao diện kiểm tra lỗi……….65

Hình 3.23 Lỗi trên xe được hiện thị trong khung mã lỗi ………65

Hình 3.24 Giải thích mã lỗi và các thông tin dùng cho chẩn đoán……… 66

Hình 3.25 Xác nhận việc xóa lỗi lưu trên xe………66

Hình 3.26 Xóa lỗi hoàn tất……… 67

Hình 3.27 Giao diện hiển thị các thông tin hiện thời của xe………67

Hình 3.28 Giao diện hiển thị các thông tin hiện thời của xe………68

Bảng 4.1 Các kết quả khảo nghiệm……… 71

Bảng 4.2 Các kết quả khảo nghiệm với thiết bị Carman scan VG ……… 73

Hình 4.1 Xe thử nghiệm ……… 74

Hình 4.2 Trạng thái khi xe chưa có lỗi……….74

Hình 4.3 Đánh lỗi cảm biến lưu lượng khí……… 74

Hình 4.4 Đèn check sang xe đang có lỗi ……….74

Hình 4.5 Kết nối thiết bị thử nghiệm với ve Vios………75

Hình 4.6 Màn hình khởi động của thiết bị Carman Scan VG……… 75

Hình 4.7 Các mã lỗi hiển thị trên thiết bị thử nghiệm, đèm Check sáng………….76

Hình 4.8 Các mã lỗi hiển thị trên thiết bị Carman Scan VG………76

Hình 4.9 Xác nhận xóa lỗi ……… 77 Hình 4.10 Thông báo việc xóa lỗi hoàn tất trên thiết bị Carman scan VG……… 77 Hình 4.11 Đánh lỗi van không tải (ISC)……… 78 Hình 4.12 Đèn check sáng xe đang có lỗi……… 78 Hình 4.13 Các mã lỗi hiển thị trên thiết bị Carman Scan VG……….78 Hình 4.14 Các mã lỗi hiển thị trên thiết bị thử nghiệm, đèm Check sang……… 79 Hình 4.15 Thông tin hiện thời của xe đƣợc cập nhập liên tục……….79 Hình 4.16 Thông tin hiện thời của xe hiển thị trên thiết bị Carman scan VG…….80

5 DLC1 Đầu giắc chẩn đoán OBD1

6 DLC2 Đầu giắc chẩn đoán OBD1

7 EML327 Chíp vi xử lý đa năng

8 OBD Hệ thống chẩn đoán trên các ô tô hiện đại

9 ĐKĐT Điều khiển điện tử

10 CSDL Cơ sở dữ liệu

LỜI NÓI ĐẦU

Các năm gần đây, giao thông ô tô trong nước phát triển với tốc độ lớn, đặc biệt

số lượng các xe ôtô con dùng cho mục đích đi lại của cá nhân Cùng với sự phát triển của xe ô tô thì nhu cầu, bảo dưỡng, sửa chữa cũng tăng, số lượng các xưởng sửa chữa ôtô có qui mô vừa và nhỏ trong hai thành phố Hà Nội và TP Hồ Chí Minh trong năm 2009 tăng gần gấp 2 lần so với năm 2006 Trên ôtô ngày nay sử dụng phổ biến các hệ thống điều khiển điện tử, trong sửa chữa cần phải có các thiết bị chẩn đoán chuyên dụng của riêng hãng sản xuất Nhu cầu được trang bị thiết bị chẩn đoán dùng cho sửa chữa ôtô của các xưởng cũng như dùng cho công tác đào tạo nghề sửa chữa ôtô ngày càng trở nên cấp bách tuy nhiên các trang thiết bị chẩn đoán nhập ngoại thường có giá bán cao và giao diện điều khiển bằng tiếng anh gây không ít khó khăn khi sử dụng

Đề tài "Nghiên cứu thiết kế hệ thống chẩn đoán OBD – 2 để chẩn đoán lỗi các

hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô" mà tôi đăng ký nghiên cứu xuất phát từ nhu

cầu thực tiễn của công tác sửa chữa ôtô trong nước cũng như nhu cầu đào tạo của nhà trường Để thực hiện đề tài tôi đã nghiên cứu cơ sở lý thuyết chẩn đoán, lựa chọn phương án thiết kế phù hợp với nội dung đề tài, thuận tiện cho việc tìm kiếm các linh kiện ở trong nước

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Hữu Nam người trực tiếp hướng dẫn cùng các thầy cô trong bộ môn ô tô, Viện Cơ Khí Động Lực - Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, chân thành cảm ơn tập thể giáo viên khoa Động lực Trường CĐN Việt đức Vĩnh Phúc đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Quang Hưng

CHƯƠNG 1

T ỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN TRÊN Ô TÔ

Các căn cứ để tiến hành chẩn đoán đánh giá trạng thái kỹ thuật một cụm chi tiết hệ thống bao gồm các yếu tố sau

Các kinh nghiệm tích luỹ, các quan sát trong quá trình vận hành lâu dài, lặp lại nhiều lần đối với một hệ thống, cụm chi tiết Các kinh nghiệm tích luỹ về các hư hỏng đặc trưng của hệ thống trong các điều kiện vận hành nhất định nào đó

Quan sát các dấu hiệu bên ngoài đặc trưng cho sự làm việc bình thường và không bình thường (xảy ra hư hỏng, sự cố) của hệ thống trong khi nó đang hoạt động Ví dụ về các dấu hiệu bên ngoài như sự thoát nhiệt, rò rỉ dầu, tiếng gõ bất thường đặc trưng cho một hư hỏng, sự cố của hệ thống

Đo trực tiếp được các thông số làm việc của hệ thống

Đo trực tiếp, liên tục các thông số liên quan đến trạng thái làm việc của cụm chi tiết, hệ thống

Các yếu tố kinh nghiệm và dấu hiệu bề ngoài thường không khách quan, phụ thuộc nhiều vào trình độ chuyên môn vào thói quen của kỹ thuật viên Các yếu tó này không phát huy được hiệu quả khi chẩn đoán trạng thái kỹ thuật các hệ thống có kết cấu mới, phức tạp chưa có các kinh nghiệm vận hành chúng

Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật thông qua việc đo trực tiếp các thông số làm việc hoặc các thông số trạng thái làm việc vừa chính xác, vừa mang tính khách quan Tuy nhiên nếu phải lắp bổ sung các dụng cụ đo vào hệ thống sẽ làm gián đoạn sự làm việc và trong nhiều trường hợp bố trí thiết bị đo là không khả thi

Hệ thống chẩn đoán trạng thái kỹ thuật là kết hợp các trang bị đo và chiến lược

xử lý các số liệu đo nhằm đánh giá trạng thái kỹ thuật hiện thời hoặc phát hiện hư hỏng trong cụm chi tiết, hệ thống mà không phải tháo rời các chi tiết thành phần Một hệ thống chẩn đoán trạng thái kỹ thuật (hiện đại) bao gồm các thành phần chính như sau: bộ các thông số chẩn đoán, các trang thiết bị đo và thu thập dữ liệu,

hệ thống các suy diễn logic để phân tích so sánh các số liệu đo được với các giá trị tiêu chuẩn hoăc cho phép và đưa ra kết luận

1.1 Nhiệm vụ ý nghĩa của công tác chẩn đoán trạng thái kỹ thuật trên ô tô Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ôtô là một loại hình tác động kỹ thuật vào quá

trình khai thác sử dụng ôtô nhằm đảm bảo cho ô tô hoạt động có độ tin cậy, an toán

và có hiệu quả cao bằng cách phát hiện và dự báo kịp thời các hư hỏng và tình trạng

kỹ thuật hiện tại mà không cần phải tháo rời ô tô hay tổng thành máy của ô tô

Một hệ thống chẩn đoán trạng thái kỹ thuật bao gồm các thành phần chính như sau: các thông số chẩn đoán, các trang thiết bị đo và thu thập dữ liệu, hệ thống các suy diễn logic để phân tích so sánh các số liệu đo được với các giá trị tiêu chuẩn hoăc cho phép và đưa ra kết luận

a Các thông số chẩn đoán

Các thông số cấu trúc cần đo đạc trong quá trình chẩn đoán và căn cứ vào kết quả đo để đánh giá trạng thái kỹ thuật của đối tượng gọi là thông số chẩn đoán Các thông số chẩn đoán được chọn tuỳ theo mục đích chẩn đoán cũng như khả năng của phương tiện, dụng cụ đo khi tiến hành chẩn đoán Để nâng cao hiệu quả của chẩn đoán, các thông số chẩn đoán còn được chọn theo các tiêu chuẩn sau:

Tính đơn trị – qui định mỗi một giá trị của thông số cấu trúc đặc trưng cho trạng thái kỹ thuật cụ thể của cụm chi tiết, hệ thống chỉ có tương ứng với một giá trị của thông số chẩn đoán

Tính nhạy – yêu cầu lượng biến đổi của thông số chẩn đoán cần phải lớn hơn lượng biến đổi của thông số cấu trúc tương ứng Căn cứ vào tính chất này để lựa chọn thông số chẩn đoán trong trường hợp có thể có nhiều thông số có thể sử dụng chẩn đoán cho cùng một thống số cấu trúc (một trạng thái kỹ thuật cụ thể, một lỗi đặc trưng của hệ thống)

Tính đo được – yêu cầu các thông số chẩn đoán phải có thể đo được bằng các trang thiết bị phù hợp với khả năng hiện có

Tính thuận tiện – yêu cầu về khả năng lắp đặt, bố trí các cảm biến, các thiết bị

đo trong khi tiến hành chẩn đoán một cách dễ dàng, thuận lợi mà không ảnh hưởng đến cấu trúc, không làm gián đoạn sự làm việc của hê thống

Đối chiếu với các yều cầu chọn thông số chẩn đoán nêu trên có thể rút ra nhận xét: trong các hệ thống ĐKĐT, có thể sử dụng các tín hiệu của cảm biến để phục vụ cho mục đích chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của bản thân hệ thống Các mạch xây dựng để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật cho hệ thống ĐKĐT trên cơ sở các tín hiệu từ các cảm biến của hệ thống được gọi là mạch tự chẩn đoán Các thông số chẩn đoán còn được phân loại ra thông số chẩn đoán riêng, thông số chẩn đoán chung và thông

số chẩn đoán kết hợp

Thông số chẩn đoán riêng (hay thông số chẩn đoán độc lập) là thông số mà giá trị của nó là đặc trưng cho một trạng thái kỹ thuật cụ thể (một lỗi, hư hỏng cụ thể) của cụm chi tiết, hệ thống Trong công tác chẩn đoán, việc chọn được các thông số chẩn đoán riêng là rất có ý nghĩa với hiệu quả chẩn đoán cũng như tiết kiệm thời gian, chi phí cho việc chẩn đoán Tuy nhiện, khả năng chọn này rất ít vì một trạng thái kỹ thuật liên quan đến nhiều thông số cũng như một thông số lại có mặt trong nhiều trạng thái kỹ thuật khác nhau của cụm chi tiết, hệ thống

Thông số chẩn đoán chung là thông số đặc trưng cho trạng thái kỹ thuật chung của cụm chi tiết, hệ thống Nói cách khác, thông số loại này có mặt trong mọi trạng thái kỹ thuật của hệ thống Thông số chẩn đoán chung ít có ý nghĩa đối với quá trình chẩn đoán, đặc biệt trong các chẩn đoán nhằm mục đích phát hiện hư hỏng, lỗi cụ thể của hệ thống

Thông số chẩn đoán kết hợp là các thông số mà giá trị đo được của chúng được xác định đồng thời và phối hợp thành bộ với nhau để xác định một trạng thái kỹ thuật cụ thể, một hư hỏng, lỗi cụ thể của hệ thống, cụm chi tiết Trong quá trình chẩn đoán thường phải sử dụng các thông số chẩn đoán kết hợp Phân tích, lựa chọn đúng phương pháp kết hợp cũng như bộ các giá trị đo cụ thể khi kết hợp có tính chất quyết định đến tính chính xác của kết quả chẩn đoán

Bảng 1.1 minh hoạ vai trò các thông số chẩn đoán Ci trong chẩn đoán kỹ thuật đối tƣợng Trong ví dụ, sử dụng 4 thông số chẩn đoán Ci (i = 1,2,3,4) để chẩn đoán các trạng thái kỹ thuật khác nhau của đối tƣợng Hj (j = 0,1,2,3)

Phân tích kết quả chẩn đoán trong bảng cho thấy:

C1 là thông số chẩn đoán riêng ứng với trạng thái kỹ thuật H3

C2 là thông số chẩn đoán chung cho các trạng thái kỹ thuật H1, H2 và H3

C1, C3 và C4 là bộ thông số chẩn đoán kết hợp C1 phối hợp với bộ các giá trị khác nhau của C3 và C4 để xác định các trạng thái kỹ thuật H1 và H2

Bảng 1.1 Minh hoạ các loại thông số chẩn đoán

Xét hệ thống có m trạng thái kỹ thuật khác nhau, giả sử rằng các trạng thái có xác suất xuất hiện đồng khả năng là p(hi) , i = 1 m Mối trạng thái đƣợc xác định bởi bộ thông số chẩn đoán kết hợp sj, mỗi sj là tập của các thông số chẩn đoán ck Xác suất không điều kiện để xác định một trạng thái kỹ thuật cụ thể của hệ thống sẽ

là:

j j

s m

k p s c

p( ) ( ) Trị số p(ck) càng lớn

có nghĩa thông số chẩn đoán ck tham gia vào thành phần của nhiều bộ thông số chẩn đoán kết hợp để chẩn đoán nhiều trạng thái kỹ thuật khác nhau của hệ thống, do đó

ý nghĩa của thông số ck để xác định cụ thể một trong số các trạng thái kỹ thuật đó là rất bé so với các thông số chẩn đoán thành phần khác Nói cách khác, thông số chẩn đoán thành phần nào có xác suất xuất hiện trong các trạng thái kỹ thuật (khác nhau của hệ thống) càng nhỏ thì ý nghĩa của thông số đó với chẩn đoán kỹ thuật càng lớn

Ví dụ, một hệ thống có 3 trạng thái kỹ thuật khác nhau (m = 3) Có 4 thông số chẩn đoán (r = 4) với các kết hợp cho ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Quan hệ thông số chẩn đoán và trạng thái kỹ thuật của hệ thống

Bảng 1.3 Xác suất xuất hiện các thông số chẩn đoán

Từ kết quả tính toán cho thấy, thông số chẩn đoán c3 có xác suất xuất hiện lớn nhất nhưng lại có ý nghĩa thông tin nhỏ nhất (vì không có khả năng xác định một trạng thái kỹ thuật cụ thể nào) còn c4 có xác suất xuất hiện nhỏ nhất song lại mang ý nghĩa thông tin chẩn đoán lớn nhất (xác định trạng thái kỹ thuật h3)

Để có thể chẩn đoán được nhiều trạng thái kỹ thuật khác nhau cần phải có một

số lượng thông số chẩn đoán đủ lớn Theo lý thuyết thông tin, nếu đối tượng có n trạng thái thì cần ít nhất n thông tin độc lập nhau để xác định một trạng thái cụ thể của đối tương Điều này có nghĩa, muốn xác định chính xác một trong số n trạng thái kỹ thuật khác nhau (n trạng thái lỗi khác nhau) của động cơ cần ít nhất bộ n thông số chẩn đoán (độc lập hoặc kết hợp)

b Các trang thiết bị đo và thu thập dữ liệu

Các trang thiết bị đo và thu thập dữ liệu có ý nghĩa quyết định đến mức độ

chính xác, tin cậy của các kết quả chẩn đoán

Trong quá trình chẩn đoán cần tiến hành đo đồng thời nhiều thông số, vì vậy hợp lý hơn cả là sử dụng trang bị đo có khả năng đo ghi đồng thời nhiều thông số, thay vì phải sử dụng các thiết bị trung gian để kết nối và thu thập dữ liệu từ các trang bị đo riêng rẽ, độc lập

Tuỳ thuộc và mục đích chẩn đoán và thông số chẩn đoán mà các trang bị đo sử dụng hoàn toàn khác nhau mặc dù có thể là đối với cùng một đối tượng chẩn đoán

Ví dụ, thiết bị để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật chung của hệ thống dẫn hướng thường dùng là băng thử side slip đo độ trượt bên của các bánh xe dẫn hướng, tuy nhiên để chẩn đoán phát hiện lỗi trong hệ thống lái phải sử dụng trang bị đo các góc đặt bánh xe

Các yêu cầu khác đối với thiết bị đo là nguồn cung cấp cũng như khả năng chống rung xóc khi bố trí thí nghiệm trên động cơ ôtô

Nguồn điện áp cấp cho các trang bị đo sử dụng trong chẩn đoán động cơ ôtô nên

sử dụng là nguồn DC, 12 vol (hoặc 24 vol) phù hợp với điện áp làm việc của

động cơ ôtô Các trang bị đo dùng trong chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ ôtô phải chịu được rung xóc, ồn, nóng và ẩm ướt

Mạch truyền dữ liệu trong thiết bị đo cần phải được bọc chống nhiễu

c Hệ thống suy diễn logic

Các số liệu thu thập được sau khi đo cần được phân tích đánh giá để đưa ra kết luận chẩn đoán cuối cùng Các lập luận, căn cứ để phân tích đánh giá các số liệu đo được sắp xếp thành hệ thống suy diễn logic của chẩn đoán Các nguyên tắc chung

để tiến hành xây dựng hệ thống logic chẩn đoán là:

Xuất phát từ các thông số cấu trúc của hệ thống, nói cách khác là phải nắm vững kết cấu các thành phần và đặc điểm vận hành của hệ thống cũng như các nhân

tố ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống

Xây dựng được mô hình toán học biểu diễn quan hệ các thông số cấu trúc

và các trạng thái kỹ thuật của hệ thống

Các thông số chẩn đoán được lựa chọn trên cơ sở phân tích mô hình toán

học sẽ là các thông số chẩn đoán có ý nghĩa nhất đối với trạng thái kỹ thuật khảo sát Khi hệ thống đang ở trạng thái làm việc bình thường, các giá trị đo được của thông số chẩn đoán thường nằm trong dải giá trị nhất đinh gọi là dải làm việc của thông số đó Khi hệ thống làm việc có lỗi khi đó trị số đo được của thông số chẩn đoán sẽ nằm ngoài dải làm việc Như vậy khi chẩn đoán, thông qua phân tích so sánh giá trị đo được của thông số chẩn đoán với dải làm việc tiêu chuẩn của nó để đánh giá trạng thái kỹ thuật (hoặc phát hiện một trạng thái lỗi) của hệ thống

Xây dựng ma trận chẩn đoán – là hình thức biểu diễn dưới dạng ma trận mối quan hệ giữa các thông số chẩn đoán và các trạng thái kỹ thuật xác định của hệ thống Bảng 1.4 Biểu diễn ma trận chẩn đoán giữa các thông số chẩn đoán ci và trạng thái kỹ thuật Hj Giao điểm giữa cột Hj và hàng Cj có giá trị 0 hoặc 1 biểu thị cho sự không hoặc có tham gia trong bộ thông số chẩn đoán kết hợp để xác định

trạng thái kỹ thuật Hj Quan hệ giữa thông số chẩn đoán và trạng thái kỹ thuật là quan hệ hỗn hợp: một thông số chẩn đoán (một triệu chứng) có thể tham gia trong nhiều bộ thông số chẩn đoán kết hợp để xác định các trạng thái kỹ thuật khác nhau (các hư hỏng khác nhau), ngược lại một trạng thái kỹ thuật (một hư hỏng cụ thể) lại

có quan hệ với nhiều thông số chẩn đoán (biểu hiện qua nhiều triệu chứng)

Có nhiều trường hợp, một số trạng thái kỹ thuật của hệ thống (các dạng hư hỏng khác nhau của hệ thống) có cùng bộ thông số chẩn đoán nhưng giá trị các thông số đo tương ứng với mỗi trạng thái kỹ thuật lại là khác nhau vì vậy xây dựng

ma trận chẩn đoán thực tế sẽ phức tạp hơn nhiều so với bảng 1.4 Ma trận chẩn đoán được xây dựng trên cơ sở mục tiêu chẩn đoán đề ra ban đầu Thông thường, ma trận chẩn đoán có hai dạng: ma trận chẩn đoán xác định trạng thái kỹ thuật chung của hệ thống và ma trận chẩn đoán trạng thái lỗi

Ma trận chẩn đoán trạng thái kỹ thuật chung thường sử dụng các thông số chẩn đoán là các thông số đo trực tiếp hiệu quả làm việc của hệ thống, vị dụ công suất động cơ, mô men động cơ, tốc độ làm việc max Trạng thái kỹ thuật cần xác định trong trường hợp này chỉ nhận một trong hai giá trị “đat/không đạt”

Ma trận chẩn đoán xác định trạng thái lỗi phải sử dụng các thông số chẩn đoán riêng hoặc các thông số chẩn đoán kết hợp đặc trưng cho các trạng thái lỗi cần xác định Các trạng thái kỹ thuật của ma trận này là các lỗi cụ thể của hệ thống Nhìn chung, các ma trận để xác định trạng thái lỗi cụ thể thường phức tạp, yêu cầu số lượng các thông số chẩn đoán nhiều hơn trong trường hợp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật chung

Trong nhiều trường hợp, số lượng các thông số chẩn đoán không đủ để xác định chính xác trạng thái kỹ thuật (xác định chính xác lỗi) của hệ thống, khi đó thường phải sử dụng các phương pháp thử để loại trừ và thu hẹp dần phạm vi hoặc các bộ phận mà ở đó có khả năng xảy ra lỗi Cách chọn phép thử, loại trừ cũng ảnh hưởng rất lớn tới thời gian và hiệu quả chẩn đoán

d Phân tích ra quyết định

Phân tích ra quyết định là bước kết thúc của một chu trình chẩn đoán

Trong các hệ thống chẩn đoán hiện đại, các bước phân tích, xử lý và ra quyết định chẩn đoán được thực hiện tự động Căn cứ vào các quyết định này kỹ thuật viên sẽ tiến hành các công việc phù hợp: chỉ định sửa chữa, thay thế các cụm chi tiết hoặc tiến hành các bảo dưỡng sửa chữa dự phòng

1.2 Các phương pháp chẩn đoán cũ và hạn chế

Phương pháp chẩn đoán kỹ thuật dựa vào kinh nghiệm thường có hiệu quả đối với các hệ thống, cụm chi tiết thường xuyên sử dụng và điều kiện vận hành ít thay đổi Khi thay đổi điều kiện vận hành hoặc làm việc với các cụm chi tiết hệ thống có kết cấu và nguyên lý hoạt động khác với hệ thống cũ, các kinh nghiệm làm việc với

hệ thống cũ sẽ không còn thích hợp với hệ thống mới nữa Hiện nay, trên động cơ

sử dụng hệ thống phun xăng điện tử EFI, do đó các kinh nghiệm chẩn đoán lỗi của động cơ dùng chế hòa khí sẽ không còn đúng đối với động cơ phun xăng EFI nữa Phương pháp chẩn đoán theo kinh nghiệm phụ thuộc nhiều vào trình độ thành thạo nghề nghiệp của kỹ thuật viên, trong nhiều trường hợp các kết quả chẩn đoán

mang tính chủ quan, không có cơ sở khoa học chắc chắn, tin cậy

Phương pháp chẩn đoán theo các dấu hiệu bề ngoài, các dấu hiệu kèm theo quá trình hiệu quả Trong quá trình cụm chi tiết, hệ thống làm việc, song song với quá trình hiệu quả (thực hiện truyền mô men, sinh lực, chuyển động tịnh tiến, quay ) thường kèm theo các quá trình như phát nhiệt, tiếng ồn, rung động đặc trưng cho quá trình làm việc hiệu quả sinh công của hệ thống Các hiện tương, quá trình kèm theo này thường thay đổi về hình dạng, cường độ trong quá trình vận hành hệ thống

Ví dụ khi khe hở nhiệt của các van lớn quá mức, tiếng gõ sẽ lớn và thường xuyên hơn khi khe hở nhiệt đúng tiêu chuẩn, hoặc tiếng ồn của ổ trục chính khác tiếng ồn đặc trưng của ổ trục thanh truyền Hình 1.1 mô tả cặp chi tiết trục và ổ, các quá trình hiệu quả và kèm theo khi cặp chi tiết làm việc

Phương pháp chẩn đoán dựa vào các dấu hiệu bên ngoài, dựa vào các đặc trưng của quá trình xảy ra kèm theo khi hệ thống làm việc là một phương pháp phổ biến dùng trong khoảng thập niên 80 thế kỷ trước

Ưu điểm chính của phương pháp chẩn đoán này là không phải tháo rời các chi tiết, không làm gián đoạn quá trình làm việc của cụm chi tiết, hệ thống, tuy nhiên độ chính xác, tin cậy của chẩn đoán theo phương pháp này không cao, không cho kết quả đo trực tiếp các thông số cấu trúc của hệ thống Mỗi dấu hiệu bề ngoài (ví dụ rò rỉ dầu, hoặc nhiệt độ mặt ngoài của hệ thống tăng cao) có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau do đó mức độ chính xác của kết luận chẩn đoán không cao Phương pháp này chỉ có hiệu quả trong trường hợp sử dụng các dấu hiệu bề ngoài đặc trưng cho một hư hỏng nhất định

Hình 1.1 Qúa trình hiệu quả và quá trình kèm theo trong mối ghép bạc-trục

1.3 Đặc điểm chẩn đoán lỗi các hệ thống trên ô tô có hệ thống điều khiển điện

tử ( ĐKĐT )

Đặc điểm của chẩn đoán lỗi các hệ thống điều khiển điện tử là sử dụng trang thiết bị để đo các thông số làm việc hoặc các thông số liên quan trực tiếp tới trạng thái làm việc của hệ thống Sau đó, tiến hành phân tích các trị số đo đạc để đánh giá, kết luận về trạng thái kỹ thuật của hệ thống

Phương pháp chẩn đoán lỗi các hệ thống điều khiển điện tử có các đặc điểm cơ bản sau: Việc đo các thông số làm việc của hệ thống giúp cho chẩn đoán kỹ thuật

hiện đại có tính chính xác, khách quan khi đưa ra các kết quả chẩn đoán

Việc sử dụng các trang bị đo cho các kết quả đo khách quan, các qui trình phân tích chuẩn mực tạo điều kiện cho các kỹ thuật viên tham gia có hiệu quả trong quá trình chẩn đoán khác với các yêu cầu thiên về tuổi nghề, kinh nghiệm chủ quan như các phương pháp chẩn đoán cũ

Phụ thuộc vào trang bị và mục đích, khả năng thiết bị đo hiệu quả việc chẩn đoán khác nhau Ví dụ các kết quả đo là các thông số làm việc của hệ thống (mô men, lực, công suất đầu ra ) khi đó kết quả chẩn đoán là đánh giá chung về trạng thái kỹ thuật của hệ thống Trường hợp, kết quả đo là các thông số trạng thái làm việc khi đó kết quả chẩn đoán sẽ đánh giá cụ thể trạng thái kỹ thuật riêng (một tính năng riêng hoặc chi tiết, vị trí xảy ra lỗi, hư hỏng)

Trong kỹ thuật đo hiện đại thường sử dụng phương pháp đo lường điện Hệ thống đo này sử dụng các cảm biến nhận thông tin về trạng thái biến đổi của đối tượng đo và biến đổi các thông tin đó thành tín hiệu điện Các tín hiệu điện sau khi qua các bộ biến đổi trung gian (khuếch đại, modun hoá, truyền dẫn) được gửi về mạch xử lý trung tâm Qua xử lý, kết quả đo được hiển thị trên đồng hồ chỉ thị, các dạng đồ thị hoặc có thể lưu trữ kết quả đo Đo lường điện còn cho phép thực hiện

đo đồng thời nhiều thông số, nhờ đó có thể tiến hành phân tích chính xác, kịp thời

Nguyên lý hoạt động của hệ thống ĐKĐT cũng dựa trên các thông tin nhận được từ cảm biến về trạng thái làm việc của động cơ Từ các phân tích so sánh đặc điểm giống nhau này của hai hệ thống (hệ thống đo lường điện và hệ thống ĐKĐT trên động cơ) có thể xây dựng phương án sử dụng ngay tín hiệu của các cảm biến trong hệ thống ĐKĐT động cơ phuc vụ cho mục đích đo lường, chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống ĐKĐT Tín hiệu từ các cảm biến là các tím hiệu điện, nó đóng vai trò là thông số chẩn đoán, được đo trực tiếp từ các cơ cấu hay hệ thống trên xe ôtô, các tín hiệu mày được cung cấp cho ECU để làm cơ sở dữ liệu, ECU dựa trên các cơ sở này để ra các lệnh điều khiển cơ cấu chấp hành làm việc theo đặc tính của cơ cấu hay hệ thống điều khiển

1.4 Hệ thống chẩn đoán OBD trên ô tô

Xuất phát từ yếu cầu đảm bảo cho khả năng kiểm soát thành phần hỗn hợp

công tác cấp cho xi lanh động cơ, dẫn tới sự xâm nhập mạnh mẽ của các thiết bị điện tử vào ô tô Mục tiêu của các thiêt bị điện tử này là thay thế chức năng cho các

bộ phận cơ khí và giúp ô tô vận hành tốt hơn, thời gian dài hơn

Khi ngành điện tử và điều khiển tự động thâm nhập vào ô tô, những chiếc xe xuất xưởng thời kỳ đó thấy trên bảng táp lô một chiếc đèn báo mới Đèn báo có chữ

“Check Engine” hoặc có hình vẽ nhỏ của động cơ ở bên dưới Khi có bất kỳ vấn đề lỗi nào liên quan tới sự hoạt động bình thường của động cơ, đèn báo sẽ bật sáng báo động cơ có lỗi hoặc nhấp nháy theo quy luật báo mã lỗi

Bên trong bộ điều khiển trung tâm của động cơ ECU bao gồm phần cứng và phần mềm Trung tâm của phần cứng của ECU là vi điều khiển có khả năng lập trình Quá trình phát triển phần cứng này là quá trình phát triển của vi điều khiển từ

Bộ điều khiển trung tâm

loại 8, 16, 32-bit đồng thời tăng tốc độ xử lý tín hiệu lên ngày càng cao nhằm đáp ứng nhu cầu xử lý thông tin ngày càng nhiều của các hệ thống trên ô tô Phần mềm được nhúng bên trong phần cứng của ECU cho phép ECU xử lý thông tin từ cảm biến gửi về và điều khiển các cơ cấu chấp hành của các hệ thống trên xe Một trong các hệ thống được nhúng bên trong ECU là hệ thống tự chẩn đoán, hệ thống này đóng vai trò phát hiện ra các vấn đề đối với sự hoạt động của động cơ On Board Diagnostic – OBD là hệ thống được sử dụng để phát hiện lỗi xảy ra với xe

Nhiệm vụ của OBD là kiểm tra các lỗi của tín hiệu đầu vào – các cảm biến – nằm ngoài dải hoạt động, hoặc lỗi mất tín hiệu cảm biến do đứt dây, hỏng hóc… OBD không chỉ kiểm tra đầu vào mà còn kiểm tra cả hoạt động của tín hiệu đầu ra nhằm đảm bảo các cơ cấu chấp hành hoạt động đúng với điều khiển

Ngày nay OBD là một hệ thống phức tạp, bao gồm nhiều thông tin và dữ liệu Ban đầu thì OBD chỉ được thiết kế ra nhằm kiểm soát lượng khí thải thải ra của động cơ Khi các nhà sản xuất thấy hệ thống này có những ưu điểm tốt thì những xe sản xuất ra bắt đầu được tích hợp thêm hệ thống OBD Cho tới năm 1987, tất cả các

xe mới sản xuất ở California, Mỹ đều có hệ thống tự chẩn đoán này, và được gọi là

On Board Diagnostic Level I (OBD I)

Nền khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, bên cạnh việc giúp cho kiểm soát khí thải, OBD được phát triển thêm các hệ thống khác như kiểm tra mạch phun xăng, kiểm tra thời gian đánh lửa, cảm biến oxi… đồng thời chuẩn hóa đầu nối cắm chẩn đoán này Bắt đầu từ năm 1996, các xe ô tô sản xuất ra đều có chức năng OBD này, và được đặt tên là On Board Diagnostic Level II (OBD II)

1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu của đề tài

Trong nước ta cho đến nay, chưa có công trình nghiên cứu chuyên sâu về

lý thuyết chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ, ôtô có trang bị hệ thống điều khiển điện tử

Trên thế giới đã có một số tác giả viết về các hệ thông điện điện tử trên ô tô, họ

đã đưa ra phương pháp luận chứ chưa đưa ra phương pháp chẩn đoán cụ thể, như

tác giả và sách của ông Allan W.M BonnickAutomotive Computer Controlled

Systems-Diagnostic Tools and Techniques, Great Britain, 2001 và Une

Kiencke Lars Nielsen Automotive Control Systems, SAE International, 2004

Họ đã trình bày phương pháp luận, nguyên lý chung để chẩn đoán hệ thông

ĐKĐT trên ô tô Tác giả Bosch Automotive Electrical and Electronic

Systems, Germany, 1998 và Tom Denton Advanced Automotive Fault

Diagnosis, United Kingdom, 2006 đã trình bày một số phương pháp chẩn

đoán, trang thiết bị chẩn đoán, tuy nhiên các công trình này chưa trình bày cụ thể phương pháp chẩn đoán OBD.

Trên thế giới các trang thiết bị để chẩn đoán hệ thống điều khiển điện tử trên ô

tô, các hãng xe cũng đã nghiên cứu và chế tạo ra các thiết bị chẩn đoán riêng của từng hãng, model xe riêng, phạm vi áp dụng bị hạn chế rất nhiều Cũng có các thiết

bị chẩn đoán đa năng nhưng giao diện hoàn toàn là tiếng anh, khó sử dụng, giá thành cao Các cơ sở sửa chữa xe trong nước rất nhiều và còn nhỏ lẻ, chưa có điều kiện để mua thiết bị chẩn đoán phục vụ cho đánh giá trạng thái kỹ thuật cũng như sửa chữa động cơ, ôtô Một số đại lý của hãng xe, một số đơn vị sửa chữa lớn đã mua các thiết bị chẩn đoán tuy nhiên các thiết bị này chỉ phục vụ sửa chữa cho một vài loại xe riêng cho từng hãng Các hình 1.3, 1.4 giới thiệu thiết bị chẩn đoán nhập ngoại của hãng xe

Hình 1.3 Thiết bị chẩn đoán của hãng KIA Hình 1.4 Thiết bị chẩn đoán của hãng

TOYOTA

Trong các trường nghề các kiến thức về chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ô tô hiện

đại cung cấp cho các học viên còn hạn chế, do đó ảnh hưởng lớn đến chất lượng chuyên môn của người kỹ thuật viên sửa chữa ô tô sau này

Xuất phát từ các nhu cầu thực tế sản xuất cũng như nhu cầu nâng cao chất

lượng đào tạo của nhà trường, việc Nghiên cứu thiết kế hệ thống chẩn đoán

OBD2 để chẩn đoán lỗi các hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô là rất cần thiết,

có thể trang bị cho các trường dạy nghề hoặc các cơ sở sửa chữa nhỏ lẻ trong nước

Xây dựng hệ thống chẩn đoán, thiết bị phục vụ cho giảng dạy và các cơ sở sửa

chữa nhỏ lẻ Nghiên cứu phương pháp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật các động cơ, ôtô có trang bị hệ thống điều khiển điện tử

Thu thập dữ liệu về các cảm biến sử dụng trong hệ thống điện tử của các động

cơ ôtô thông dụng trong nước nhằm phục vụ cho thiết kế thiết bị chẩn đoán cũng như cho công tác đào tạo nghề sửa chữa ôtô của nhà trường và các cơ sở sửa chữa

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm thiết bị chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ ôtô sử dụng hệ thống điều khiển điện tử

Thiết bị có thể thực hiện được các công việc sau: Hiển thị lỗi hiện thời, xóa lỗi

và hiển thị các thông số làm việc hiện thời của động cơ, xe ôtô

Ý nghĩa khoa học và tính kinh tế của đề tài

Việc nghiên cứu chế tạo thiết bị chẩn đoán trạng thái kỹ thuật có ý nghĩa:

Nâng cao năng lực tiếp cận kỹ thuật, công nghệ chẩn đoán tiên tiến trong sửa chữa quản lý ôtô

Giảm chi phí do nhập ngoại, chủ động chế tạo trong nước nâng cao chất lượng sửa chữa của các đơn vị sửa chữa xe trong nước

Phục vụ trực tiếp có hiệu quả trong công tác giảng dạy, thực hành đào tạo nghề công nghệ ôtô của nhà trường

Nội dung của luận văn được trình bày trong 4 chương sau:

Chương1: Tổng quan về chẩn đoán trên ô tô

Giới thiệu nhiệm vụ, các thành phần của hệ thống chẩn đoán, các phương pháp chẩn đoán cũ và nhược điểm, giới thiệu sơ qua về hệ thống chẩn đoán OBD

trên ô tô và đặt vấn đề nghiên cứu của đề tái, nêu rõ mục tiêu nghiên cứu của đề tài,

ý nghĩa khoa học và tính kinh tế khi thực hiện đề tài thành công

Ở chương này tác giả đã trình báy sự phát triển của hệ thông chẩn đoán OBD trên ô tô, đặc điểm của chẩn đoán OBD1, OBD2 sự khác nhau giữa chẩn đoán OBD1 và OBD2

Trình bày rõ nguyên lý chẩn đoán OBD1 và OBD2, các thao tác chẩn đoán OBD trên ô tô

Tác giả đã trình báy yêu cầu và ý nghĩa của việc thiết kế phân thích và chọ các phương án thiết kế, các nội dung phải thiết kế: thiết kế thiết bị kết nối (thiết kế phần cứng), thiết kế phần mềm ( thiết kế phần mềm chẩn đoán OBD-2 thiết kế giao diện giữa người và máy)

Chương 4 Khảo nghiệm và đánh giá, so sánh

Trình bày mục đích của việc khảo nghiệm, các công tác chuẩn bị cho việc khảo nghiệm Sử dụng thiết bị chế tạo thử để chẩn đoán động cơ, xe ô tô để so sánh

với các thiết bị nhập ngoại khác rồi rút ra nhận xét về thiết bị khảo nghiệm

bộ điều khiển trung tâm và mạch điều khiển cơ cấu chấp hành

Chẩn đoán OBD áp dụng lần đầu tiên trên các xe sản xuất và lưu hành ở bang California (nước Mỹ) từ những năm 70 thế kỷ 20 Các chức năng đầu tiên của hệ thống tự chẩn đoán chỉ là phát hiện trạng thái lỗi có liên quan đến việc kiểm soát thành phần khí xả trong hệ thống ĐKĐT của động cơ mà không yêu cầu nêu rõ bản chất của các trạng thái lỗi đó Trên bảng điều khiển của động cơ bố trí một đèn cảnh báo lỗi MIL (Malfunction Indicator Light) hoặc đèn Check engine Đèn MIL (hoặc Check engine) sẽ sáng màu đỏ mỗi khi trạng thái lỗi được phát hiện

Do nhận thấy tác dụng tích cực của chức năng tự chẩn đoán trong việc phát hiện, khoanh vùng các hư hỏng khi kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa động cơ, nên các nhà sản xuất đã phát triển thêm các tính năng mới cho hệ thống chẩn đoán OBD Ngày nay, hệ thống chẩn đoán OBD được sử dụng rộng rãi và đã trở thành một yêu cầu bắt buộc đối với các hệ thống ĐKĐT trên động cơ, ôtô

Hệ thống tự chẩn đoán OBD trên các động cơ ôtô sản xuất trước 1996 gọi là hệ thống chẩn đoán OBD-1 Các hệ thống chẩn đoán trên động cơ ôtô sản xuất từ 1996 đến nay là hệ thống chẩn đoán OBD-2 Các hệ thống chẩn đoán OBD-1 và OBD-2 hoạt động theo nguyên lý, các tính chất làm việc, các thao tác vận hành khác nhau

2.2 Sự phát triển của hệ thống chẩn đoán

1982 hãng General Motors sử dụng trên các động cơ do hãng sản xuất một hệthống chẩn đoán gọi là Assembly Line Diagnostics Link (ALCL) Giao thức

truyền thông của ALCL có tốc độ 160 baut và sử dụng kỹ thuật PWM

1987 California Air Resources Board (CARB) qui định tất cả ôtô bán ở California từ năm 1988 phải có khả năng chẩn đoán OBD để kiểm soát khí xả phát

ra từ động cơ Hê thống chẩn đoán này được gọi là chẩn đoán OBD-1 Trong chẩn đoán OBD-1 không qui định các tiêu chuẩn về vị trí và đầu nối của đường truyền dữ liệu cũng như không qui định về giao thức truyền thông tin

1988 Hội kỹ sư ôtô quốc tế (Society of Automotive Engineers - SAE) khuyến nghị về tiêu chuẩn hoá hình dạng, kích thước đầu nối và các tín hiệu mã lỗi khi chẩn đoán

1994 để thúc đẩy nhanh chương trình kiểm soát khí thải, CARB ban hành chuẩn OBD-2 và qui định tất cả ôtô sản xuất ơ California từ 1996 phải đáp ứng các qui định của OBD-2 Hình dạng, kích thước đầu nối và các tín hiệu mã lỗi phải theo khuyến nghị của SAE

1996 ban hành đạo luật qui định tất cả các bộ phân liên quan đến hệ thống kiểm soát khí xả khi bị hư hỏng (khi đèn báo lỗi MIL sáng) bắt buộc phải tiến hành khắc phuc, sửa chữa ngay Đạo luật này đã góp phần thúc đẩy việc kiểm soát khí thải từ ôtô chặt chẽ hơn trước

1998 Chẩn đoán OBD-2 là bắt buộc đối với ôtô sản xuất tại Mỹ

2001 Cộng đồng châu âu ban hành tiêu chuẩn EOBD có các yêu cầu tương tự như OBD-2 Tiêu chuẩn EOBD áp dụng cho tất cả ôtô dùng động cơ xăng sản xuất

Hình 2.1 Quá trình phát triển hệ thống chẩn đoán OBD

2.3 Chức năng và nguyên lý làm việc của hệ thống chẩn đoán OBD-1

2.3.1 Chức năng

Hệ thống chẩn đoán OBD-1 làm việc dựa trên nguyên lý phát hiện lỗi khi các tín hiệu từ các cảm biến gửi về ECU nằm ngoài dải làm việc, ví dụ như các loại cảm biến được sử dụng sau

Mạch nối ghép cảm biến với ECU: bộ vi xử lý làm việc với điện áp thấp (5 vol) nên nguồn điện áp cấp cho các cảm biến làm việc cũng là nguồn 5 vol (một số trường hợp đặc biệt mà điện áp là 12 vol) Mạch nguồn này bố trí trong bộ xử lý trung tâm Các sơ đồ cơ bản nối ghép cảm biến với bộ điều khiển trung tâm được trình bày trên hình 1.2, 1.6

Hình 2.2 Mắc cảm biến kiểu biến trở Hình 2.3 Mắc cảm biến kiểu điện trở nhiệt

0-5

V 5V

Microprocesso r

Vi xử lý

Điện áp không đổi 5V

ECU

Cảm biến

R

E2 E1

Điện áp không đổi

Vi xử lý

A 5V

Cản biến này đựơc dùng trên xe ở cảm

biến vị trí bướm ga, cảm biến chân ga

Dải làm việc của cảm biến từ 0→5v, nếu

điện áp gửi về ECU nằm ngoài dải trên

tức hệ thống đang có lỗi

Cản biến này đựơc dùng trên xe ở cảm biến nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp Dải làm việc của cảm biến này từ 0,1→4,8v, nếu điện áp gửi về ECU nằm ngoài dải trên tức hệ thống đang có lỗi

Hình 2.4 Cảm biến kiểu phát điện

cảm biến trục khuỷu, trục cam hay bánh

đà Khi động cơ làm việc cảm biến này

sẽ phát ra điện áp và gửi về ECU

Ví dụ, cảm biến nhiệt độ nước làm mát làm nhiệm vụ cấp thông tin về nhiệt độ nước làm mát của động cơ

Dải làm việc của cảm biến nhiệt độ nước làm mát Điện áp đầu ra của cảm biến nhiệt độ nước làm mát (đo ở đầu THW) nằm trong dải 4,8 V đến 0,1V, tương ứng

với nhiệt độ nước làm mát động cơ trong phạm vi từ -400C tới 1050C Khi điện áp ở đầu ra THW nhỏ hơn 0,1V (nhiệt độ nước làm mát > 1300C) hay lớn hơn 4,8V (nhiệt độ nước làm mát là <-500C) có nghĩa đã xuất hiện sự cố trong các bộ phận liên quan đến hệ thống làm mát (hỏng cảm biến, sự cố trên đường truyền dẫn, hư hỏng các phần cơ khí)

Phương pháp xác định lỗi căn cứ vào dải điện áp làm việc gọi là phương pháp xác định lỗi ngoài dải làm việc Phương pháp này cho phép khoanh vùng hư hỏng

để hạn chế thời gian cũng như chi phí để phát hiện và khắc phục hư hỏng sửa chữa Ngoài ra, hạn chế của phương pháp này là chỉ phát hiện sau khi lỗi đã xảy ra, không

có khả năng dự đoán trước để chủ động có biện pháp ngăn ngừa, chủ động khắc phục trước Trong quá trình làm việc, các thông tin trong hệ thống ĐKĐT là thông tin liên tục do đó có thể căn cứ vào sự biến đổi của các thông tin này để đánh giá trạng thái kỹ thuật của các bộ phận thành phần của hệ thống Phương pháp quan sát liên tục các thông tin về trạng thái đối tượng trong khi hoạt động gọi là phương pháp đánh giá trạng thái kỹ thuật theo các thông số trạng thái Trong hệ thống ĐKĐT, mỗi thông tin từ cảm biến, từ ECU hoặc từ mạch công tác của cơ cấu chấp hành có thể coi là những thông số chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của hệ thống Một trạng thái kỹ thuật là tập hợp bộ giá trị các thông tin tại thời điểm khảo sát Do đó muốn khoanh vùng hoặc xác định chính xác vị trí xảy ra lỗi cần có một bộ giá tương ứng các thông tin chẩn đoán Việc xác định giá trị cụ thể của bộ thông số đặc trưng cho từng hư hỏng đòi hỏi phải hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động, kết cấu các mạch, phần mềm thiết kế chuyên biệt cho chức năng chẩn đoán lỗi trong hệ thống ĐKĐT Do nguyên lý làm việc của hệ thống dựa trên cơ sở phát hiện các lỗi trong mạch điện điều khiển nên hệ thống chẩn đoán không có khả năng phát hiện các lỗi,

sự cố ở các bộ phận thuần tuý cơ khí, ở các vị trí không có bố trí các cảm biến

Các chức năng chẩn đoán của OBD-1 cũng như các qui định chung đối với hệ thống chẩn đoán cụ thể như sau: Chức năng kiểm tra hư hỏng trong các mạch điện của xe (kiểm tra phát hiện các sự cố đứt hoặc chập mạch)

Chức năng kiểm soát thành phần hỗn hợp công tác cấp cho xi lanh động cơ, kiểm soát sự làm việc của hệ thống luân hồi khí xả

Chức năng kiểm soát một số các thông số trạng thái làm việc của động cơ liên quan đến quá trình cháy của nhiên liệu (số thông số kiểm soát <20)

Không có qui định thống nhất về ký hiệu mã lỗi và giao thức truyền thông tin Không có qui định thống nhất về đầu kết nối cũng như phương thức kiểm tra, hiển thị lỗi

Đèn báo MIL hoặc đèn Check Engine được bố trí trên bảng điều khiển Mỗi khi xuất hiện lỗi trong các mạch của hệ thống ĐKĐT, đèn MIL sẽ sáng (hình 2.6)

Hình 2.6 Đèn check trên bảng tableau

Mã lỗi của OBD-1: mã lỗi thông dụng của hệ thống chẩn đoán OBD-1 thường

là mã lỗi kiểu 2 ký tự Tuy nhiên ký hiệu mã lỗi của các hãng không giống nhau, vị

dụ mã 13 đối với động cơ xe Huyndai là lỗi liên quan đến cảm biến nhiệt độ khí nạp, tuy nhiên mã 13 đối với động cơ xe Ford lại liên quan đến van điều khiển không tải ISC Mã lỗi được lưu tại bộ nhớ RAM vì vậy đối với các động cơ ôtô có trang bị hệ thống ĐKĐT qui định không được ngắt nguồn ắc qui

Cách phát mã lỗi trong hệ thống chẩn đoán OBD-1: trong hệ thống chẩn đoán OBD-1, các lỗi có thể quan sát bằng nhiều cách khác nhau (dùng volmeter, dùng đèn, dùng thiết bị chuyên dụng đọc lỗi của nhà sản xuất xe)

Hình 2.7 Các phương pháp phát

hiện lỗi

Chức năng phát mã lỗi bằng đèn Check Engine là một chức năng phổ biến trên nhiều động cơ ôtô Hình 2.8 mô tả nguyên lý phát mã lỗi bằng đèn, theo các qui định về thời gian sáng/tắt của đèn để phân biệt các lỗi khác nhau và phát lặp lại các lỗi

Hình 2.8 Nguyên lý phát mã lỗi bằng đèn sáng/tắt Hình 2.9 trình bày mạch điện hệ thống chẩn đoán lỗi OBD-1 của Toyota Đèn MIL có hai nhiệm vụ: báo trạng thái lỗi và phát mã lỗi

Hình 2.9 Mạch chẩn đoán OBD-1 của Toyota

Để đèn phát mã lỗi, ta dùng đoạn dây nối tắt các cực TE1 và E1 của đầu nối DLC1 hoặc đầu nối DLC2, bật khoá điện sang vị trí IG và không khởi động động cơ Khi

đó đèn MIL sẽ phát sáng theo chu kỳ tương ứng với ký hiệu mã lỗi, các tín hiệu điện áp đo ở đầu w có dạng xung đồng bộ với tần số nhấp nháy của đèn MIL Mức cao của xung điện áp đo ở w có trị số 12 vol Tín hiệu xuất hiện ở đầu ra ở VF1 (khi nối tắt TE2 với E1) cũng có dạng xung đồng bộ với tần số xung của mã lỗi, tuy nhiên mức điện áp cao của xung đo ở VF1 là 5 vol

Trong hệ thống chẩn đoán OBD-1 các thông tin chỉ truyền theo một chiều từ ECU tới các chân W hoặc VF1 của đầu nối kiểm tra Nói cách khác, với hệ thống chẩn đoán OBD-1 ta chỉ có thể quan sát (nhận biết) các thông tin về hệ thống

Tới cảm biến Điện áp

ĐKĐT mà không thể tác động can thiệp vào sự làm việc của hệ thống điều khiển này

2.3.2 Nguyên lý chẩn đoán OBD-1

Hệ thống chẩn đoán cho động cơ theo chuẩn OBD-1 hoạt động theo nguyên lý tiếp nhận các thông tin theo một chiều truyền từ ECU tới đầu nối kiểm tra DLC1 (hoặc DLC2) Các thông tin này có dạng xung (với mức điện áp cao là 12 vol khi lấy ra từ chân w, hoặc mức điện áp cao 5 vol khi lấy ra từ chân VF1) Chức năng chính của hệ thống chẩn đoán cho động cơ theo chuẩn OBD-1 là phát hiện và phát

mã lỗi phù hợp với các động cơ khác nhau Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống trình bày trên hình 2.9 có các cấu trúc cơ bản sau: Kết nối thiết bị chẩn đoán với động cơ và với máy tính điều khiển: thiết bị chẩn đoán phải có 2 đầu kết nối, một đầu kết nối với thiế bị và một đầu kết nối với đầu nối chẩn đoán DLC1 hoặc DLC2 của động cơ

Nhận dạng hệ thống ĐKĐT của động cơ cần chẩn đoán lỗi: trong chẩn đoán OBD-1, mỗi loại động cơ có qui cách mã lỗi riêng vì vậy bước đầu tiên cần nhận dạng động cơ (loại động cơ, năm sản xuất) để từ đó chọn bộ số liệu phù hợp từ cơ

sở dữ liệu đã xây dựng sẵn trong phần mềm máy tính Trường hợp bộ số liệu về động cơ chưa được thiết lập, hệ thống cần hiển thị thông báo lỗi để kiểm tra phần khai báo nhận dạng (trong trường hợp khai báo sai) hoặc kết thúc chương trình Đọc mã lỗi: chức năng này yêu cầu thiết bị tiếp nhận các tín hiệu mã lỗi mà ECU động cơ gửi tới chân w (hoặc VF1) của đầu nối DLC1 hoặc DLC2 Các tín hiệu này có dạng xung chữ nhật và nhịp xung thay đổi như trên hình 2.10 (với loại

mã lỗi 2 ký tự)

Hình 2.10 Dạng xung nhận từ chân w của đầu DLC1 (mã lỗi 2 ký tự)

Chu kỳ phát mã lỗi gồm có các thành phần: phát từng lỗi liên tiếp, phát lặp lại Dấu hiệu để phân biệt các thành phần hàng chục và hàng đơn vị của một mã lỗi (như trong trường hợp mã lỗi 2 ký tự) cũng như phân biệt hai mã lỗi khác nhau, phát lặp lại các mã lỗi là khoảng nghỉ của mỗi xung như mô tả trên hình 2.10 Thuật toán đếm một chu kỳ phát xung được trình bày trên hình 2.8 được lấy làm cơ sở để lập trình điều khiển quá trình đếm xung khi đọc mã lỗi

Trong trường hợp động cơ không có lỗi, các tín hiệu xung ở đầu ra w có dạng như trên các hình 2.11 (mã 2 kỹ tự)

Hình 2.11 Dạng xung khi động cơ không có lỗi (mã lỗi 2 ký tự) Nhận dạng và hiển thị mã lỗi: phần mềm điều khiển tiến hành tham chiếu các

mã lỗi đã "đọc" được với bộ số liệu chuẩn về mã lỗi tương ứng với động cơ đã được nhận dạng Kết quả tham chiếu được hiển thị trên màn hình thông báo các mã lỗi của động cơ tại thời điểm chẩn đoán Giải thích mã lỗi: dữ liệu dưới dạng text được tham chiếu tương ứng với từng mã lỗi được hiển thị

Hướng dẫn xử lý lỗi: dữ liệu dưới dạng text hoặc đồ hoạ sẽ được nhúng vào phần mềm điều khiển Để xây dựng phần thông tin này cần thu thập, tham khảo các tài liệu hướng dẫn sửa chữa xe của các hãng

2.3.3 Thao tác chẩn đoán OBD-1

Trình tự thao tác chung để đọc mã lỗi theo OBD-1:

Động cơ ở trạng thái không hoạt động, tắt tất cả các trang bị điện phụ (đèn, radio )

Sử dụng dây nối chuyên dụng để nối tắt các chân (pins) TE1 với E1 của đầu

nối kiểm tra DLC1 hoặc DLC2 (hình 2.12)

Hình 2.12 Nối tắt các chân TE1 và E1 khi thao tác đọc mã lỗi

Bật khoá điện tới vị trí ON Quan sát ghi lại tần số nhấp nháy của đèn MIL Đối chiếu kết quả quan sát với bảng qui định mã lỗi của nhà sản xuất để biết được nội dung của mã lỗi

Có thể sử dụng đồng hồ vạn năng để đọc mã lỗi bằng cách đo điện áp ở các chân w-E1, quan sát tần số dao động của kim đồng hồ để nhận biết mã lỗi

Khi sử dụng thiết bị kiểm tra lỗi chuyên dụng của hãng (Hand-Tester), đầu để nhận tín hiệu ra là chân VF1

Xoá lỗi trong chẩn đoán OBD-1: sau khi đã khắc phục, xử lý các phần tử gây ra lỗi, cần phải thực hiện thao tác xoá mã lỗi trước khi khởi động lại động cơ Thao tác xoá mã lỗi bằng cách rút cầu chì EFI hoặc ngắt cực của ắc qui trong khoảng 30 sec Sau đó, khởi động động cơ, nếu các lỗi đã được khắc phục hết thì đèn MIL không sáng nữa, nếu lỗi chưa được khắc phục hoặc phát sinh lỗi mới thì đèn MIL lại sáng

2.3.4 Hạn chế của chẩn đoán OBD-1

Hệ thống chẩn đoán OBD-1 ra đời, nó đã cải thiện đáng kể cho sự điều khiển

hệ thống nhiên liệu và hệ thống đánh lửa của động cơ, nhằm mục đích kiểm soát lượng khí phát thải của các động cơ, ngành công nghệ ô tô bước sang một giai đoạn

phát triển mới nhưng việc kiểm tra chẩn đoán theo OBD-1 còn gặp nhiều các khó

khăn: do mỗi loại xe có mã lỗi riêng, không chẩn đoán được lỗi khi động cơ đang làm việc, chỉ phát hiện lỗi sau khi chi tiết hay cơ cấu đã bị hỏng, vị trí bố trí cũng

Giắc kiểm tra

như hình dạng đầu nối kiểm tra DLC1, DLC2 không giống nhau nên việc chẩn đoán và mô tả lỗi mất nhiều thời gian, cần tài liệu hướng dẫn cụ thể của nhà sản xuất

Hệ thống chẩn đoán OBD-1 chỉ cung cấp các thông tin về trạng thái lỗi mà

không cung cấp được thông tin đầy đủ về trạng thái làm việc của động cơ khi xảy ra lỗi do đó việc khoanh vùng tìm nguyên nhân hư hỏng còn mất nhiều thời gian

2.4 Đặc điểm của chẩn đoán OBD-2

Kiểm tra, cấp thông tin liên tục trạng thái làm việc của các mạch điện, sự làm việc của các cảm biến và cơ cấu chấp hành Các thông tin, tín hiệu được xử lý ở chế

độ thời gian thực nên nâng cao tính kinh tế cũng như an toàn chuyển động của xe

Sử dụng hệ thống tiêu chuẩn thống nhất về mã lỗi đối với tất cả các loại xe

và các giao thức truyền dữ liệu giữa hệ thống ĐKĐT của xe và thiết bị chẩn đoán OBD-2 qui định qui cách của đầu kết nối DLC3 của xe với thiết bị chẩn đoán cũng như vị trí bố trí trên xe của đầu nối này Đầu nối với 16 chân (pins) của chuẩn OBD-2 được trình bày trên hình 2.13 Vị trí đầu nối DLC3 thường đặt ở phía dưới bảng điều khiển trước mặt người lái, vùng gần với trục tay lái

Sử dụng thuật toán để kiểm tra trạng thái làm việc của các thành phần và hệ thống hợp lý Lưu giữ thông tin về trạng thái làm việc của động cơ tại thời điểm xảy

ra lỗi Tính năng thưc hiện các phép thử (test) để kiểm tra trạng thái làm việc của động cơ khi xảy ra lỗi

Hình 2.13 Đầu nối DLC3 tiêu chuẩn của OBD-2

Đầu nối dữ liệu (Đấu nối chuẩn OBD2)

Mã lỗi qui định thống nhất của OBD-2 gọi là mã lỗi 5 ký tự (hình 2.14), ý nghĩa của các ký tự trong mã lỗi đƣợc trình bày trong hình 2.15 Các mã lỗi qui định trong OBD-2 qui định dùng chung cho các hệ thống của xe (động cơ, hệ thống truyền lực, thân xe và hệ thống truyền thông trên xe)

Hình 2.14 Cấu trúc mã lỗi của OBD-2 Đèn MIL trong chẩn đoán OBD-2 chỉ có chức năng báo trạng thái lỗi mà không còn chức năng phát mã lỗi nhƣ trong OBD-1

Trong OBD-2 phải sử dụng thiết bị (scanTool) để đọc mã lỗi Mạch của hệ thống chẩn đoán OBD-2 đƣợc trình bày trên hình 2.16 Thiết bị chẩn đoán đƣợc nối với đầu nối DLC3 của xe, khí đó thông tin đƣợc truyền hai chiều giữa thiết bị chẩn đoán và ECU của động cơ Với cơ chế giao tiếp nhƣ vậy, qua thiết bị chẩn đoán không chỉ nhận thông tin về các trạng thái làm việc của động cơ (do ECU cung cấp)

mà còn có thể tác động trở lại ECU, qua đó tác động trở lại sự làm việc của động

cơ

Việc đọc lỗi trong OBD-2 có thể thực hiện cả khi động cơ đang làm việc Sau khi kết nối vào đầu DLC3, thiết bị chẩn đoán có thể làm việc khi động cơ không làm việc (nhƣng khoá điện ở vị trí ON) cũng nhƣ khi động cơ đang làm việc

VD Lỗi P0500: Cảm biến tốc độ xe không hoạt động

Số đánh tuần tự

Hệ thống hay thành phần

0 hay 2: SAE/ISO tiêu chuẩn Viết mã

1 hay 3: Nhà sản xuất-đắc biệt

P: Hệ thống truyền lức(động cơ) B: Toàn bộ hệ thống(thân xe) C: Khung gầm

U: Mạng

Hình 2.15 Ý nghĩa các vị trí trong mã lỗi 5 ký tự Trong OBD-2 muốn xoá lỗi phải sử dụng tính năng xoá lỗi của thiết bị chẩn đoán mà không thể xoá lỗi bằng cách ngắt cực của ắc qui nhƣ trong OBD-1

Các tiêu chuẩn qui định áp dụng trong hệ thống chẩn đoán OBD-2 bao gồm tiêu chuẩn qui định về các định nghĩa dùng chung trong chẩn đoán, các từ viết tắt, các ký hiệu (SAE-J1930/ISO15031), tiêu chuẩn về đầu nối DLC3

Hình 2.16 Mạch của hệ thống chẩn đoán OBD-2

Vi xử lý

Thiết bị quét lỗi

Lỗi từ 0 - 99

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

1st Qtr 2nd Qtr 3rd Qtr 4th Qtr

East West North

1-Tỉ lệ hòa khí 2-Tỉ lệ hòa khí đƣợc kiểm soát 3-Hệ thống đánh lửa 4-Điều khiển khác 5-Điều khiển tốc độ và điều khiển ngừng lại 6-Mạch ra máy tính

7-Transmission 8-Transmission 0-Tiêu chuẩn chung SAE 1-Tiêu chuẩn riêng B-Toàn bộ hệ thống C-Khung gầm P-Hệ thống truyền lực U-Mạng