Бортові системи самодіагностики

Загальна характеристика

Система бортової самодіагностики (СД) є складовою частиною систем керування двигуном та агрегатами автомобіля. Система СД може бути інтегрована в окремі системи керування (двигуном, паливною системою, трансмісією, ABS) або реалізована на базі центрального бортового комп’ютера, який контролює функціонування декількох систем керування одночасно. Необхідність впровадження систем СД пов’язана з підвищенням складності й вартості електронних автомобільних систем та з підвищенням витрат на проведення діагностичних операцій традиційними методами.

Система СД контролює за стан датчиків системи керування, впливає на функціонування виконавчих пристроїв, повідомляє водія (оператора) про наявність несправності, локалізує та ідентифікує несправність під час її проявлення, виконує захисні функції (рис. 1).

Функціонування системи СД полягає у постійному порівнянні електричних сигналів (параметрів) кіл електронного блоку керування (ЕБК) з переліком контрольованих параметрів, які занесені до пам’яті ЕБК. В пам’яті ЕБК для порівняння зберігаються верхні і нижні значення (рівні) сигналів, кількість помилкових сигналів за певний період часу, недостовірні комбінації сигналів, рівні сигналів за межами адаптивних значень. Якщо параметр, який порівнюється (перевіряється), має недопустимі або недостовірні значення то до пам’яті ЕБК заноситься несправність у вигляді відповідного коду. При необхідності код несправності може буди вилучений оператором для ідентифікації несправності та подальшої її локалізації та усунення.

Під час роботи системи керування у справному стані параметри сигналів мають допустимі значення, які знаходяться у межах робочого діапазону (від верхнього до нижнього рівня). Недопустимі значення мають місце при несправному стані системи та виходять за межі робочого діапазону.

Рис.2. Функції бортової системи самодіагностики

Недостовірні сигнали не виходять за межі значень робочого діапазону, але не можуть мати місце на заданому режимі функціонування системи у справному її стані. Так на приклад, двигун працює на потужнісному режимі, а значення сигналу датчика положення дросельної заслінки відповідають її зачиненому стану або значення сигналу датчика масової витрати повітря вказує на малу витрату повітря.

Процес самодіагностики має ряд обмежень, які обумовлені неможливістю або недоцільністю локалізації несправності без участі оператора.

1. Визначення несправності відбувається тільки при наявності відповідного коду несправності у бібліотеці даних системи СД.

2. Вилучення кодів несправностей можливо тільки за умовами, які передбачені у програмі діагностування системи СД.

Несправності та пошкодження механічного характеру, які не підтверджуються реакцією електричних датчиків, не охоплюються системою СД.

4. Несправності та пошкодження вторинного кола системи запалювання не охоплюються системою СД (за винятком систем останнього покоління).

5. Код несправності зазвичай визначає несправність у певному колі системи, але не дозволяє локалізувати місце пошкодження.

6. Несправності електрообладнання (особливо високовольтних кіл) можуть призводити до генерації (випромінювання) електромагнітних перешкод та викликати помилкові коди несправностей. Це також може привести до неадекватної реакції системи керування в цілому.

7. Не кожна система СД здатна реагувати на «загальмовані» сигнали датчиків (відсутність відповідної реакції датчика на зміну вимірюваної фізичної величини).

8. Не кожна система СД здатна визначити недостовірні сигнали, параметри яких знаходяться в межах допустимих значень.

Вилучення діагностичної інформації

Вилучення діагностичної інформації (кодів несправностей) оператором здійснюється за допомогою індикаторів у якості яких в різних системах СД використовуються контрольна лампа СЕ, що міститься на панелі приладів у салоні автомобіля; світодіод (або два різного кольору), який міститься у корпусі ЕБК; пристрій зчитування кодів несправностей (сканер), що підключається до діагностичного рознімання системи керування.

Реакція засобів індикації може свідчити про справність системи СД (при вмиканні запалювання), встановлювати факт наявності несправності у системі керування (під час руху автомобіля) та визначати код, який локалізує несправність (при діагностуванні системи керування).

Перша процедура виконується при вмиканні запалювання. В цьому випадку індикатор засвічується, а після запуску двигуна (або після фіксованого часу) гасне. Постійне горіння індикатору після пуску двигуна або в процесі експлуатації автомобіля вказує на наявність несправності в системі керування. Третій режим індикації ініціюється оператором для зчитування коду несправності після встановлення факту її наявності.

Розрізнюють «повільні» коди, які регіструють за допомогою лампи СЕ, або світо діода, та «швидкі» двійкові коди, які зчитуються за допомогою сканеру з подальшим їх повільним відтворенням на табло у вигляді десятинного числа.

Процедура вилучення «повільних» кодів полягає у наступному. На діагностичному розніманні або розніманні ЕБК перемикають визначені виводи, що ініціює надходження коду на індикатор. Код відтворюється у вигляді спалахів індикатора з певною тривалістю та періодичністю. Якщо в системі керування не передбачено лампи СЕ або вмонтованого світодіода, як індикатор використовується зовнішній світодіодний пробник або вольтметр, які підключаються до визначених виводів діагностичного рознімання або рознімання ЕБК. Формати та система «повільного» кодування можуть бути різними (рис. 3)

Для зчитування «швидких» кодів сканер підключають до діагностичного рознімання та натискуванням на відповідну клавішу викликають інформацію на табло пристрою. Коди, що зчитуються та перетворюються за допомогою сканера, мають різні формати (кількість цифр та знаків у номері коду) і можуть співпадати або не співпадати з «повільними» кодами, якщо у системі СД передбачено обидві форми кодового надання.

Рис.3. Приклад форматів повільних кодів: а 1223 – з однаковою тривалістю спалахів; б 12, 23 – з різною тривалістю спалахів

Після локалізації та усунення несправності виконується стирання кодів з пам’яті ЕБК. Існує декілька методів (залежно від виробника системи керування та часу її впровадження) очищення пам’яті від кодів несправностей. Спочатку в системах СД коди автоматично знищувались при вимиканні запалювання, потім ЕБК було забезпечено безперебійною напругою живлення і коди та інші дані пам’яті ЕБК зберігалися після вимикання запалювання.

В цьому випадку стирання кодів виконувалося за допомогою сканерів або перемиканням відповідних виводів рознімання ЕБК. Знищення кодів також можна домогтися від’єднанням клеми АКБ або рознімання від ЕБК. У деяких сучасних системах керування використовується довгочасна пам’ять, яка дозволяє зберігати інформацію про несправності навіть після відключення живлення всієї системи. Стирання кодів у таких системах здійснюється тільки за допомогою сканерів.

Фірмами-виробниками діагностичного устаткування розроблено декілька видів сканерів з різним функціональним наповненням. Умовно пристрої такого типу можна поділити на три покоління.

Сканери першого покоління виконують функції інтерфейса, який зчитує «повільні» коди та перетворює їх до вигляду десятинного повідомлення. За їх допомогою також виконується стирання кодів з пам’яті системи.

Сканери другого покоління, крім перелічених, мають додаткову функцію, що полягає в зчитуванні «швидких» кодів та перетворенні їх у текстові діагностичні повідомлення.

Сканери третього покоління отримали назву діагностичних комп’ютерів. Такі прилади крім забезпечення безпосередніх функцій зчитувача кодів додатково дозволяють спостерігати за поточною інформацією з датчиків та виконавчих пристроїв системи; тестувати (активізувати) виконавчі пристрої; перекодувати ЕБК; виконувати регулювальні операції; забезпечувати запис поточної інформації.

Додаткові функції системи

Діагностична інформація, яка формується у системі СД, використовується не тільки для пасивного повідомлення водія чи оператора про наявність та вид несправності, але й активно впливає на несправну систему керування, нормалізуючи її роботу. Такий автоматичний вплив (аварійний режим) необхідний для забезпечення працездатності автомобіля на режимах, близьких до оптимальних, доки несправності буде усунено.

Якщо виникає несправність кола будь якого-датчика система СД разом із записом коду несправності і вмиканням лампи СЕ забезпечує заміщення відсутнього сигналу (сигналу, параметри якого вийшли за межі допустимих значень на певний період часу). Сигнал, який втрачено, в цьому разі, формується на підставі аналізу даних від інших датчиків системи керування, які непрямо (у першому наближенні) відтворюють втрачену інформацію. Заміщення сигналів деяких датчиків відбувається шляхом вилучення їх значень безпосередньо з пам’яті ЕБК. При несправностях кіл основних датчиків (наприклад датчик положення колінчастого валу у системі керування двигуном) система СД забезпечує фіксований обмежений режим роботи або зупиняє ДВЗ доки несправність буде усунено.

У процесі експлуатації автомобіля відбувається поступове зношення деталей об’єкта керування, датчиків та виконавчих пристроїв системи керування. Як наслідок це викликає відхилення від оптимальних режимів процесу керування об’єктом. Такі відхилення також можуть виникати в результаті заміни окремих елементів системи, якщо параметри елемента, який замінюється, не є ідентичними. Система СД при таких відхиленнях не переходить до аварійного режиму та не сигналізує про несправність аж доки значення структурних діагностичних параметрів не вийдуть за межі допустимих. Таким чином відбувається поступове погіршення вихідних параметрів об’єкта керування (підвищення токсичності, зниження активної потужності та паливної економічності).

Ці недоліки можна усунути в системах керування зі зворотнім зв’язком по вихідному параметру (системи керування двигуном з датчиками кисню, детонації). Зворотний зв’язок дозволяє реалізувати адаптивний режим системи СД , який полягає в корегуванні базових даних, що містяться в характеристичних картах ЕБК, у відповідності зі зміною вихідних параметрів відносно їх оптимальних значень.

Слід зазначити, що процес адаптації, який реалізує система СД, може виключити функціонування системи в аварійному режимі у випадку, коли з датчиків системи надходять недостовірні сигнали. Щоб уникнути цього недоліку, в пам’яті ЕБК встановлюється кількісна характеристика для корегуючих коефіцієнтів, яка визначає максимально допустиме співвідношення між скорегованим та базовим значенням параметра (рівні сигналів за межами адаптованих значень).

Зміст діагностичної інформації

Діагностична інформація у багатьох випадках надається у вигляді десятинних кодів на табло сканера, а потім розшифровується за допомогою таблиць несправностей. За змістом перелік діагностичних повідомлень умовно можна поділити на декілька груп: процедурні повідомлення; повідомлення про несправності елементів системи або їх кіл; характеристика сигналу; несправності окремих систем; відхилення процесів. Безвідносно до борту конкретного автомобіля (системи керування) наведемо приклади діагностичних повідомлень по групах. Процедурні повідомлення:

- початок діагностування;

- кінець діагностування;

- кінець виводу кодів несправностей;

- ЕБК невірно закодовано;

- робота двигуна не можлива;

- виконайте операції – «запалювання увімкнено, двигун не працює»;

- запустить двигун, натисніть на педаль акселератора, оберти мають перевищити 2500 хв^-1;

- процедура діагностування;

- усуньте несправності, коди яких слідкують за кодом 998;

- спроба запуску, коли інфрачервона система заблокована;

- підвищена температура в корпусі ЕБК;

- контрольні оберти двигуна занадто низькі;

- помилка при проведенні самодіагностики; повторити процедуру.

Повідомлення про несправності елементів системи та їх кіл поєднують несправності датчиків, ЕБК, виконавчих пристроїв:

- вимикач дросельної заслінки;

- датчик детонації;

- датчик температури охолоджуючої рідини;

- датчик кута повороту колінчастого валу;

- регулятор концентрації СО;

- датчик абсолютного тиску;

- датчик масової витрати повітря;

- датчик ідентифікації циліндрів;

- датчик кисню;

- термістор вентилятора охолодження;

- електронний перетворювач тиску;

- клапан керування обертами неробочого ходу;

- форсунки (по номерах);

- керування кондиціонером;

- автоматична коробка передач (датчик швидкості);

- реле паливного насоса;

- соленоїдний клапан вугільного фільтра;

- пускова форсунка;

- розподільник запалювання;

- клапан рециркуляції відпрацьованих газів;

- нагрівач датчика кисню;

- вторинний вакуумний клапан;

- комутатор запалювання;

- лампа контролю СЕ;

- октан-коректор;

- котушка запалювання;

- електронний вакуумний регулятор;

- вентилятор з електроприводом;

- виконавчий механізм керування правим розподільним валом;

- несправність внутрішнього кола ЕБК;

- електронний блок керування;

- постійна пам’ять ЕБК;

- несправність оперативної пам’яті ЕБК.

Сигнали параметри, яких свідчать про несправність (мають недопустимі або недостовірні значення):

- сигнали запалювання (випередження запалювання);

- сигнал від стартера;

- сигнал від вимикача режиму неробочого ходу;

- сигнал від датчика абсолютного тиску;

- сигнал датчика системи запалювання (кількість кутових імпульсів на оберт диска не дорівнює 58);

- контрольні оберти;

- опорна напруга ЕБК;

- сигнал упорскування палива від автоматичної коробки передач;

- сигнал тиску наддування;

- при обертанні двигуна нема сигналу про число обертів;

- сигнал про навантаження відсутній або помилковий;

- сигнал про навантаження двигуна, низька напруга;

- сигнал від інтеркулера;

- сигнал інфрачервоного блоку керування;

Повідомлення про несправності, що ідентифікуються за вихідними параметрами систем:

- система керування моментом запалювання;

- напруга живлення ЕБК;

- система сигналізації;

- система ідентифікації циліндрів;

- система рециркуляції відпрацьованих газів;

- спізнювання (випередження) системи круіз-контроль;

- паливна система (система паливних форсунок);

- несправність системи імпульсної подачі повітря;

- електронна система зворотної подачі різниці повітря;

- система впуску зі змінним резонансом;

- система вторинного повітряного насоса;

- несправність системи імобілайзера;

- система електроживлення (АКБ).

Діагностичні повідомлення про відхилення робочих процесів у системах:

- відсутня рециркуляція відпрацьованих газів;

- нема підвищення контрольних обертів;

- втрата потужності – циліндр №1;

- суміш у режимі неробочого ходу занадто збіднена (збагачена);

- тиск відпрацьованих газів занадто високий;

- пропуски запалювання у циліндрі №1;

- тиск наддування на неробочому ході вище (нижче) норми.

Якщо у систему керування інтегрована підсистема імобілайзера, в системі діагностики додатково можуть формуватися повідомлення такого змісту: кодове слово не зареєстровано; ідентифікаційні номери не підходять.