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 đƣợc xử lý ở chế độ thời gian thực nên nâng cao tính kinh tế cũng nhƣ 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 nhƣ vị trí bố trí trên xe của đầu nối này. Đầu nối với 16 chân (pins) của chuẩn OBD-2 đƣợc trình bày trên hình 2.13. Vị trí đầu nối DLC3 thƣờng đặt ở phía dƣới bảng điều khiển trƣớc mặt ngƣời 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. Lƣu giữ thông tin về trạng thái làm việc của động cơ tại thời điểm xảy ra lỗi. Tính năng thƣc 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
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
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
(SAE-J1962/ISO 15031), tiêu chuẩn về mã lỗi (SAE-J2012/ ISO 15031-6), tiêu chuẩn về các chế độ thử nghiệm (SAE-J2190 ), tiêu chuẩn về truyền tin mạng CAN (J2284/ISO15765-4)
Các giao thức truyền thông tin trong OBD-2: là các qui tắc về giao tiếp giữa ECU và thiết bị chẩn đoán.
Các qui tắc này bao gồm: dạng tín hiệu, đặc tính thời gian và trình tự truyền tín hiệu, địa chỉ nhận các lệnh, các công thức tính. Trong hệ thống OBD-2 hiện nay có 9 giao thức truyền tin đang đƣợc sử dụng (Bảng 2.1). Trƣớc khi sử dụng thiết bị chẩn đoán lỗi động cơ cần kiểm tra tính phù hợp giữa thiết bị và ECU động cơ về giao thức truyền tin. Hình 2.17 giới thiệu vị trí các chân (pin) ở đầu nối OBD-2, đầu nối OBD-2 đƣợc đặt cách vành lái khoảng 0.61 mét và trong tầm với của ngƣời lái.
Hình 2.17. Đầu nối OBD II chuẩn J1962
Việc sử dụng các giao thức giao tiếp trong hệ thống OBD II, phƣơng thức truyền dữ liệu giữa thiết bị và ECU đƣợc quy định thông nhất theo các tiêu chuẩn. Hiện nay đang sử dụng 9 giao thức với OBD-2. Thông thƣờng mỗi một xe chỉ sử dụng một giao thức.
Bảng 2.1. 9 giao thức truyền tin trong OBD-2
Giao thức Đặc tính
J1850 PWM 41.6 kbaud
J1850 VPW 10.4 kbaud
ISO KWP 5 baud init, 10.4 kbaud
ISO KWP fast init, 10.4 kbaud
ISO CAN 29 bit ID, 500 kbaud
ISO CAN 29 bit ID, 250 kbaud
ISO CAN 11 bit ID, 250 kbaud
ISO 9141-2 5 baud init, 10.4 kbaud (baud là đơn vị tốc độ truyền thông tin, 1 baud = 1 bit/sec)
Giao thức CAN khá phổ biến và đang giữ vai trò đáng chú ý trong thị trƣờng OBD2. Từ năm 2008 trở đi, tất cả các xe bán tại Mỹ yêu cầu phải sử dụng chuẩn CAN. Cần chú ý rằng, đối với tất cả các giao thức thì chân số 4 (Mát ắc quy) và 16 (Cực dƣơng ắc quy) đều giống nhau. Chuẩn ISO 9141-2 và ISO 14230 đều sử dụng chân giống nhau, do đó không thể phân biệt đƣợc bằng cách nhìn vào chân đầu nối.
Các hình 2.18, 2.19, 2.20, 2.21 giới thiệu một số vị trí chân cắm ở đầu DLC3 tƣơng ứng với các giao thức truyền thông tin khác nhau dùng trên động cơ ĐKĐT dùng chuẩn OBD-2.
Hình 2.18. Các chân sử dụng trong giao
thức J1850 VPW Hình 2.19. Các chân sử dụng trong giao thức ISO 9141-2 và KWP 2000
Sử dụng các chân 2, 4, 5, 16
Đầu nối chẩn đoán xe.
Dùng các chân 4, 5, 7 và 16, có thể dùng chân 15 Đầu nối chẩn đoán xe.
Hình 2.20. Các chân sử dụng trong giao
thức J1850 PWM Hình 2.21. Các chân sử dụng trong giao thức ISO 15765 CAN
Hệ thống chẩn đoán OBD-2 có 9 chế độ (modes) làm việc: Mode 1: các số liệu về trạng thái làm việc hiện thời
Mode 2: các số liệu về trạng thái động cơ khi xuất hiện lỗi Mode 3: Hiển thị các lỗi lƣu trữ trong bộ nhớ
Mode 4: xoá lỗi và các trị số lƣu trong bộ nhớ Mode 5: kết quả kiểm tra cảm biến oxygen
Mode 6: kết quả kiểm tra các bộ phân khác của hệ thống Mode 7: hiển thị các lỗi chƣa nhận dạng đƣợc
Mode 8: kiểm tra sự làm việc của các bộ phận, hệ thống Mode 9: thông tin về động cơ, ôtô
Sử dụng thiết bị chẩn đoán làm việc với 9 modes trên sẽ mang lại khả năng linh hoạt, không chỉ là phát hiện lỗi mà còn có thể chủ động theo dõi, dự báo trạng thái kỹ thuật của động cơ, ôtô, chủ động các công tác bảo dƣỡng, sửa chữa dự phòng, tăng hiệu quả làm việc, tăng tính kinh tế và an toàn vận hành cho xe.
2.4.1. Nguyên lý chẩn đoán lỗi hệ thống OBD-2
Trên hình 2.22. trình bày sơ đồ khối của hệ thống ĐKĐT. Một hệ thống ĐKĐT có 3 thành phần chính: các cảm biến và tín hiệu đầu vào, bộ xử lý trung tâm, các cơ
Đầu nối chẩn đoán xe. Đầu nối chẩn đoán xe.
Sử dụng các chân 4, 5, 6, 14 và 16 Sử dụng các chân 2, 4, 5, 10 và 16
cấu chấp hành.Các cảm biến và tín hiệu đầu vào còn gọi là các thiết bị vào làm nhiệm vụ cung cấp các thông tin về trạng thái hiện thời của động cơ, các thông tin về môi trừơng liên quan đến đối tƣợng, hệ thống cần điều khiển. Ví dụ đối với hệ thống điều khiển định lƣợng nhiên liệu cấp cho xi lanh động cơ cần có các thông tin về trạng thái của động cơ nhƣ sau: lƣu lƣợng không khí nạp (hoặc áp suất chân không trên đƣờng nạp khí), tốc độ động cơ, nhiệt độ nƣớc làm mát, mức độ tải động cơ. các thông tin về môi trƣờng liên quan đến việc định lƣợng nhiên liệu trong trƣờng hợp này là: nhiệt độ khí nạp, độ ẩm không khí. Các thông tin về thông số trạng thái của động cơ và môi trƣờng trên dƣới dạng tín hiệu liên tục. Ngoài ra còn cần có các thông tin về trạng thái làm việc của các trang bị phụ liên quan đến tiêu hao công suất động cơ ví dụ các tải đèn chiếu sáng, tải từ bơm trợ lực lái, hệ thống điều hoà, các thông tin này cung cấp dƣới dạng các tín hiệu bât/tắt.
Bộ xử lý trung tâm (ECU) làm nhiệm vụ tiếp nhận các tín hiệu từ các thiết bị vào, tính toán, xử lý các tín hiệu nhận đƣợc theo một chƣơng trình đã đƣợc cài đặt sẵn rồi đƣa ra các tín hiệu điều khiển (tín hiệu ra). Thành phần chính của bộ điều khiển là bộ vi xử lý.
Hình 2.22. Sơ đồ hệ thống ĐKĐT Tín hiệu vào từ các cảm biến
Bộ xử lý trung
Bộ vi xử lý (MP) là bộ xử lý các tín hiệu số và làm việc với điện áp ổn định 5 vol. Trong mạch xử lý trung tâm còn có một mạch đặc biệt gọi là mạch tự chẩn đoán. Mạch này làm nhiệm vụ phát hiện các lỗi trong mạch các cảm biến, ECU va mạch điều khển cơ cấu chấp hành.
Các thiết bị đầu ra của hệ thống điều khiển điện tử còn gọi là các cơ cấu chấp hành. Các cơ cấu chấp hành là các thiết bị điện hoặc kết hợp điện-thuỷ lực, điện-khí nén, nhiệt-điện, áp điện... Trên động cơ có các thiết bị đầu ra nhƣ bơm xăng kiểu điện, vòi phun xăng, các van điện từ, động cơ DC, động cơ bƣớc. Các thiết bị đầu ra đƣợc nối với nguồn điện 12 vol phù hợp với các tín hiệu điều khiển từ ECU.
2.4.2. Thao tácchẩn đoán OBD-2
Tiến hành chẩn đoán OBD-2 theo trình tự các bƣớc sau: Chuẩn bị động cơ khảo nghiệm
Kết nối thiết bị chẩn đoán với động cơ khảo nghiệm (qua đầu nối DLC3) và thiết bị với máy tính.
Tiến hành các thao tác khai báo ban đầu (khai báo kết nối thiết bị, khai báo động cơ, năm sản xuất)
Khởi động động cơ, cho động cơ hoạt động ổn định Kiểm tra chế độ đọc dữ liệu hiện thời
Kiểm tra hiển thị các mã lỗi đƣợc lƣu trong ECU
Tắt động cơ, khắc phục sự cố (nếu phát hiện thấy mã lỗi) Bật khóa điện ở vị trí ON, tiến hành xoá lỗi.
Các hình 2.23, 2.24 giới thiệu thiết bị chẩn đoán nhập ngoại đƣợc sử dụng trong nƣớc
Hình 2.23. Thiết bị chẩn đoán CARMAN SCAN II
Hình 2.24. Thiết bị chẩn đoán CARMAN SCAN VG
Kết Luận:
Với hệ thống chẩn đoán OBD1 còn nhiều hạn chế nhƣ khả năng kiểm soát các thông tin trên xe ít, các mã lỗi trên xe của mỗi hãng xe lại khác nhau mà nỗi 1, 2 ký tự, đầu giắc chẩn đoán cũng chƣa thống nhất (DLC1, DLC2). Không giống nhƣ chẩn đoán OBD1, OBD2 đã đƣợc nâng cấp, cải tiến rất nhiều nhƣ khiểm soát các thông tin trên xe hơn OBD1, mã nỗi đƣợc chuẩn hóa 5 ký tự, các hãng xe đều dùng chung 1 đầu gắc chẩn đoán DLC3.
Để chẩn đoán OBD2 cần phải có thiết bị để đọc lỗi, xóa lỗi sau khi đã khắc phục sự cố, hiện nay có hai loại thiết bị chẩn đoán: thiết bị chẩn đoán dùng riêng cho từng hãng xe và thiết bị dùng chung cho các hãng xe (thiết bị đa năng), thiết bị có thể làm việc đƣợc với các giao thức khác nhau của chẩn đoán OBD-2.
CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN LỖI THEO CHUẨN OBD 2 3.1. Yêu cầu và ý nghĩa của việc thiết kế
Mục tiêu nghiên cứu quan trọng của đề tài là: nghiên cứu thiết kế hệ thống chẩn đoán OBD – 2 để chẩn đoán lỗi các hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô. Các yêu cầu chính mà hệ thống đƣợc thiết kế phải đạt đƣợc bao gồm:
Hệ thống phải có các khả năng chẩn đoán lỗi, xóa lỗi, hiển thị các thông số làm việc hiện thời của động cơ, xe ô tô và có thể mô tả lỗi, phân tích các nguyên nhân, vị trí (trong hệ thống) mà ở đó có khả năng là nguyên nhân gây ra lỗi,
Hệ thống phải có tính khả thi trong điều kiện nghiên cứu chế tạo đơn chiếc, có thể thiết kế chế tạo trong nƣớc trên cơ sở các linh kiện, nguyên vật liệu thông dụng trên thị trƣờng trong nƣớc, có khả năng chẩn đoán lỗi các hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô đang lƣu hành thông dụng ở trong nƣớc. Giao diện điều khiển cũng nhƣ các thông báo lỗi đƣợc biểu thị bằng tiếng việt để phù hợp và thuận tiện cho phần lớn các kỹ thuật viên sửa chữa ôtô, các xƣởng qui mô vừa và nhỏ. Hệ thống chẩn
đoán lỗi cần phải linh hoạt, thao tác nhanh chóng không làm gián đoạn sự làm việc của động cơ, có thể cập nhật các số liệu mời thuận lợi.
3.2. Phân tích lựa chọn phƣơng án thiết kế.
Có nhiều phƣơng án thiết kế hệ thống chẩn đoán lỗi các hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô, trong số đó các phƣơng án khả thi có thể là:
Thiết kế hệ thống chẩn đoán chuyên dụng cho từng loại động cơ. Trên cơ sở các số liệu khảo sát động cơ cụ thể, các mã lỗi và giao thức phát mã (đối với chuẩn OBD-2), để tiến hành thiết kế hệ thống chẩn đoán. Ƣu điểm chính của phƣơng án này là chỉ sử dụng chẩn đoán có hiệu quả với đúng loại động cơ làm cơ sở chọn thiết kế. Hệ thống chẩn đoán nhƣ trên không có khả năng chẩn đoán lỗi cho nhiều loại động cơ.
Phƣơng án thiết kế hệ thống chẩn đoán đa năng có khả năng chẩn đoán lỗi cho nhiều loại động cơ khác nhau: một hệ thống chẩn đoán đa năng sẽ tiện lợi trong việc chẩn đoán, sửa chữa. Tuy nhiên để xây dựng một hệ thống chẩn đoán nhƣ vậy cần phải có cơ sở dữ liệu đầy đủ về các mã lỗi cũng nhƣ giao thức phát mã của các loại động cơ, có mạch xử lý mạnh kết hợp phần mềm điều khiển linh hoạt. Hiện tại nhiều hãng sản xuất thiết bị đã cung cấp nhiều loại thiết bị chẩn đoán đa năng. Tuy nhiên, các thiết bị này sử dụng giao diện tiếng anh, nhiều từ chuyên môn viết tắt gây khó khăn cho ngƣời sử dụng, thêm nữa, giá bán các thiết bị nhập ngoại này khá cao chƣa phù hợp với điều kiện trang bị của các xƣởng sửa chữa bảo dƣỡng xe loại vừa và nhỏ trong nƣớc.
Thành phần quan trọng của hệ thống là thiết bị chẩn đoán. Cho đến nay thiết bị chẩn đoán cầm tay vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi. Trong một thiết bị nhỏ gọn (cầm tay) tích hợp các mạch xử lý điên tử và màn hình LCD để hiển thị các thông tin và giao diện sử dụng (hình 3.1). Thiết bị chẩn đoán cầm tay có nhƣợc điểm cơ bản là hạn chế lƣợng các thông tin hiển thị, do đó gây khó khăn cho ngƣời sử dụng.
Hình 3.1. Thiết bị cầm tay để chẩn đoán lỗi OBD-2
Phƣơng án xây dựng hệ thống chẩn đoán trên cơ sở kết nối máy tính là một giải pháp sử dụng có hiệu quả cao cả về khả năng xử lý thông tin cũng nhƣ thiết kế giao diện sử dụng thân thiện. Hệ thống chẩn đoán này nhận các thông tin từ ECU của hệ thống ĐKĐT, chuyển đổi chúng và hiển thị trên màn hình máy tính. Khi thiết kế chƣơng trình máy tính có thể tạo các menu, thực hiện các tính toán chuyển đổi, các giao diện, các hình thức hiển thị thông tin linh hoạt. Ngoài ra, việc lƣu trữ các thông tin, in ấn các kết quả chẩn đoán qua máy tính thuận lợi và đầy đủ hơn so với sử dụng thiết bị cầm tay.
Phƣơng án thiết kế có hiệu quả nhất là sử dụng các thông tin của hệ thống tự chẩn đoán có sẵn trong hệ thống ĐKĐT cho các động cơ theo chuẩn OBD-2 mà đề