STYŁA Sebastian 1 BOGUTA Artur 1 Wykorzystanie urządzeń pracujących w standardzie OBD w szkoleniu diagnostów samochodowych WSTĘP Wraz z rozwojem techniki nastąpił gwałtownym wzrost wymagań potencjalnych klientów firm samochodowych, dotyczący zarówno wyposażenia pojazdów, jak i obsługą gwarancyjną i pogwarancyjną użytkowanych samochodów. Wymagania dotyczące pojazdów określają trendy współczesnych badań rozwojowych. Dotyczą one m. in.: komfortu podróżowania, niezawodności, a w przypadku pojawienia się niesprawności, sposobów szybkiego jej wykrycia. Obecnie koszt wyposażenia elektronicznego pojazdów wynosi około 40% całkowitej ceny samochodu i ma tendencję wzrostową [6]. Zaostrzające się przepisy dotyczące emisji spalin, zmniejszenie zużycia paliwa, a także wymagania klientów, wpływają na rozwój systemów sterowania poszczególnymi układami pojazdów. Zastosowanie technologii informatycznych (sterowania mikroprocesorowego) umożliwiło spełnienie powyższych wymagań oraz pozwoliło na opracowanie systemów diagnostycznych pod zbiorczą nazwą systemu OBD (ang. On-Board Diagnostics). Zastosowanie informatycznych urządzeń diagnostycznych przyczynia się do skrócenia czasu naprawy oraz szybkiego i precyzyjnego uzyskania informacji o typie i rodzaju uszkodzenia, co poprawia poziom usług oferowanych przez warsztaty. Takie podejście wymusza także zmiany w szkoleniach osób pracujących w serwisach (diagnostów samochodowych). Ze względu na różnorodność urządzeń elektronicznych montowanych w pojazdach przez producentów, ważne jest ciągłe doskonalenie obsługi stacji diagnostycznych i zaznajomienie ich z nowymi rozwiązaniami w dziedzinie aparatury diagnostycznej. Ciągle zmieniające się wyposażenie pojazdów, aparatura pomiarowa i sposoby przeprowadzania badań oraz zmiany w prawie polskim i unijnym pociągają za sobą inne podejście do systemu szkolenia diagnostów. Muszą oni spełniać szereg uwarunkowań i posiadać odpowiednie dokumenty określone w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 4 listopada 2004 z póz. zm. w sprawie szczegółowych wymagań w stosunku do diagnostów (Dz. U. Nr.246, poz. 2469 z 2004 r.). Jedną z głównych wytycznych jest konieczność uczestnictwa w szkoleniach uzupełniających, co dwa lata, ze względu na zmiany prawa, konstrukcji przyrządów pomiarowych oraz sposobu przeprowadzania badań. 1. STANDARD OBD Wprowadzony w 1996 roku standard OBD II, który pod nazwą EOBD wprowadzono w roku 2000 w Europie, spowodował ustandaryzowanie testów, procedur, sposobów transmisji przez wszystkich producentów pojazdów. Wynikiem tego stało się wprowadzenie jednolitego złącza diagnostycznego (rysunek 1) oraz opracowanie jednolitych protokołów komunikacyjnych: PWM (SAE J1850), VPW (SAE J1850), ISO (ISO/DIS 9141-2), Keyword 2000 (ISO/DIS 14230-4), CAN (ISO/DIS 15765-4). Równocześnie z rozwojem samych procedur i protokołów przesyłu informacji rozwinęły się również magistrale komunikacyjne, z których największą popularność zyskała magistrala CAN [10, 11, 12]. 1 Politechnika Lubelska, Wydział Elektrotechniki i Informatyki, Katedra Inżynierii Komputerowej i Elektrycznej, ul. Nadbystrzycka 38A, 20-618 Lublin, e-mail: s.styla@pollub.pl, a.boguta@pollub.pl 6036
Rys. 1. Gniazdo diagnostyczne OBD: pin 2 i 10 transmisja danych wg. normy SAE J1850, pin 7 i 15 transmisja danych wg. normy 9141-2, pin 6 transmisja danych wg. normy 11898 CAN wysoki, pin 14 transmisja danych wg. normy 11898 CAN niski, pin 4 masa akumulatora, pin 5 masa diagnostyczna, pin 16 zacisk dodatni akumulatora Standaryzacja systemu diagnostyki pokładowej dała możliwość opracowania uniwersalnych urządzeń diagnostycznych. Posiadają one szerokie możliwości diagnostyczne [7, 8, 9]. Umożliwiają m. in. [3, 4, 6]: odczyt numerów identyfikacyjnych pojazdu, odczyt parametrów bieżących, odczyt ramek zamrożonych, odczyt parametrów sond lambda, odczyt i kasowanie kodów błędów, kasowanie inspekcji serwisowych, odczyt numerów seryjnych i wersji oprogramowania sterowników, adaptację urządzeń i zmiany parametrów zapisanych w sterowniku, edycję nastaw podstawowych, test elementów wykonawczych w czasie rzeczywistym. 2. STANOWISKA LABORATORYJNE - DYDAKTYCZNE Ważnym aspektem podczas szkolenia przyszłych diagnostów samochodowych są zajęcia praktyczne (laboratoryjne). Dzięki tego rodzaju zajęciom można w łatwy sposób przybliżyć słuchaczom problemy oraz współczesne rozwiązania techniczne, a także dzięki odpowiednim modelom zasymulować różnego rodzaju procesy i zależności panujące w rzeczywistym obwodzie czy systemie. Przedstawione w niniejszej pracy stanowiska dydaktyczne odwzorowują rzeczywiste warunki i procedury występujące w układach sterowania silnikiem o zapłonie iskrowym i samoczynnym. Dają możliwość przeprowadzenia szeregu badań diagnostycznych wykorzystujących interfejsy diagnostyczne pracujące w standardzie OBD. Modele systemów sterowania zostały wykonane z użyciem rzeczywistych elementów montowanych w pojazdach osobowych w ramach prac dyplomowych [1, 2, 5]. Wykorzystywane one są w celu szkolenia przyszłych diagnostów samochodowych. 2.1. Układ sterowania silnika EDC Układ sterowania EDC jest powszechnie stosowany w samochodach koncernu VAG z silnikiem Diesla 1,9 TDI (VW Passat B5, Golf IV, Bora, Audi A3, A4, A6, Skoda Octavia, a także Ford Galaxy). Głównymi elementami, które zostały odwzorowane i zasymulowane w modelu laboratoryjnym (rysunek 2) są [5]: czujnik temperatury powietrza IAT, czujnik temperatury cieczy chłodzącej ECT, czujnik temperatury paliwa, masowy przepływomierz powietrza MAF, czujnik położenia dozatora (indukcyjny HDK), czujnik prędkości obrotowej wału korbowego, czujnik wzniosu igły rozpylacza, czujnik położenia pedału gazu, stycznik pedału sprzęgła, stycznik pedału hamulca, stycznik pedału gazu, czujnik ciśnienia absolutnego (zintegrowany ze sterownikiem), czujnik ciśnienia atmosferycznego (zintegrowany ze sterownikiem), sterownik silnika, panel instrumentów wraz z modułem immobilisera, gniazdo diagnostyczne, tarcza impulsowa, transponder. 6037
Rys. 2. Model laboratoryjny do badania układu sterowania silnikiem EDC: EJS Elektroniczna Jednostka Sterująca, IAT czujnik temperatury powietrza, ECT czujnik temperatury cieczy chłodzącej, MAF przepływomierz powietrza, CKP czujnik prędkości obrotowej silnika, EGR układ recyrkulacji spalin, ODB złącze diagnostyczne Za pomocą modelu laboratoryjnego istnieje m. in. możliwość przeprowadzenia szeregu badań układu sterowania pracą silnika wysokoprężnego, takich jak: nawiązanie połączenia ze sterownikami w standardzie OBD; badanie czujników: CKP, MAF, IAT, ECT, temperatury paliwa, pedału gazu, położenia dozatora; wyznaczenie zależności między sygnałami wejściowymi i wyjściowymi sterującymi pracą elementów wykonawczych; wyznaczenie charakterystyk korekcyjnych układu sterowania. Model został wykonany w taki sposób, że spełnia zarówno funkcję badawczą jak i dydaktyczną. Powiązanie sygnałów wejściowych z wyjściowymi oraz określenie ich zależności, zwłaszcza podczas pracy awaryjnej układu, jest niezmiernie istotne z punktu widzenia szkolenia diagnostów samochodowych. 2.2. Układ sterowania silnika Nissan ECCS Układ sterowania ECCS jest zintegrowanym układem wtrysku i zapłonu stosowanym w pojazdach marki Nissan [1]. Odpowiedzialny jest on także za pracę wentylatorów chłodnicy i klimatyzacji, sterowanie układem recyrkulacji spalin EGR, poprawne oczyszczanie spalin przez katalizator oraz funkcję diagnostyki. Model laboratoryjny (rysunek 3) [1] pozwala na przeprowadzenie szeregu symulacji i pomiarów typowych dla badania układów wtryskowych. Umożliwia on m. in.: nawiązanie połączenia ze sterownikami w standardzie OBD; 6038
obsługę funkcji logowania parametrów; wyznaczenie zależności między sygnałami wejściowymi i wyjściowymi sterującymi pracą układu wtryskowego i zapłonowego; wyznaczenie charakterystyk korekcyjnych układu sterowania; obserwację oscylogramów czujnika prędkości obrotowej pojazdu oraz sygnałów sterujących wtryskiwaczami i zapłonem. Rys. 3. Model laboratoryjny do badania układu sterowania silnikiem Nissan ECCS: EJS Elektroniczna Jednostka Sterująca 2.3. Układ sterowania silnika Bosch Mono-Motronic Elektroniczna jednostka sterująca EJS zastosowana w modelu laboratoryjnym systemu wtrysku Bosch Mono-Motronic pochodzi z samochodu Volkswagen Golf 1.8, silnik ABS [2]. Jest to system sterowania jednopunktowym wtryskiem oraz zapłonem. Sterownik kontroluje poszczególne elementy obwodu, a w przypadku ich uszkodzenia przechodzi w tryb pracy awaryjnej, symulując typowe wartości, w celu kontynuowania dalszej jazdy. Zapobiega to uszkodzeniu poszczególnych elementów obwodu. W modelu laboratoryjnym, którego uproszczony schemat blokowy przedstawia rysunek 4, zasymulowane zostały podstawowe elementy obwodu sterowania, takie jak: czujnik prędkości obrotowej, czujnik temperatury cieczy chłodzącej, czujnik temperatury zasysanego powietrza, sygnał z sondy lambda oraz czujnik położenia przepustnicy. 6039
Rys. 4. Uproszczony schemat blokowy układu sterowania Mono-Motronic użyty w badaniach wraz z numeracją pinów sterownika [7] 2.4. Możliwości dydaktyczne modeli laboratoryjnych W ramach zajęć laboratoryjnych przyszli diagności mają możliwość zapoznania się z budową i zasadą działania poszczególnych układów sterowania oraz sposobami ich badania wykorzystując urządzenia pracujące w standardzie OBD. Zakres badań obejmuje: nawiązanie komunikacji ze sterownikiem, odczyt i kasowanie kodów błędów, odczyt parametrów rzeczywistych, odczyt ramek zamrożonych, kasowanie inspekcji serwisowych, przeprowadzenie testów elementów wykonawczych, przeprowadzenie adaptacji, wyznaczenie charakterystyk korekcyjnych układu sterowania. Przykładowe badania z wykorzystaniem przenośnego diagnoskopu V-Scan DS-936 firmy Viaken zostaną przedstawione w kolejnym rozdziale. 3. BADANIA Badania diagnostyczne przeprowadzono z wykorzystaniem testera diagnostycznego Viaken. Tester ten jest uniwersalnym skanerem diagnostycznym. Zestaw skanera zawiera wiele przejściówek umożliwiających podłączenie go do aut amerykańskich europejskich i azjatyckich. Urządzenie umożliwia odczyt błędów zapisanych w pamięci sterownika silnika, AirBag, ESP, ABS, Climatronic oraz ich kasowanie. Tester diagnostyczny ocenia stan techniczny poszczególnych układów i zespołów pojazdów mechanicznych na podstawie porównania wartości parametrów pracy układu z wartościami parametrów określonych przez producenta. Diagnosta po podłączeniu skanera do złącza diagnostycznego auta uruchamia urządzenie a następnie wybiera markę pojazdu, do którego jest on podłączony. Po wyborze marki auta dokonuje wyboru odpowiedniego model auta a następnie jego rocznika (rysunek 5). Na Tym etapie następuje nawiązane komunikacji z ze sterownikiem 6040
Rys.5. Menu wyboru roku produkcji auta Po wybraniu auta i nawiązaniu komunikacji skaner wyświetla, jakie moduły są zainstalowane w aucie (rysunek 6) oraz pozwala na odczytanie bieżących informacji w postaci liczbowej lub w postaci wykresu danego parametru w funkcji czasu. Rys.6. Nazwy modułów sterujących odnalezionych przez skaner Przykład odczytanych informacji z pracującego silnika przedstawiono na rysunku 7. 6041
Rys.7. Przykład bieżących parametrów pracy silnika spalinowego Diagnostyka wykorzystujący prosty diagnoskop Viaken DS936 może za jego pomocą kasować inspekcje, kasować błędy oraz odczytywać bieżące awarie. Przykład znalezionych błędów przedstawiono na rysunku 8. Rys.8. Przykładowe błędy odczytane z pamięci sterownika silnika Diagnosta dysponujący skanerem Viaken może testować poszczególne podzespoły uruchamiając je z menu dostępnego na ekranie skanera. Standard OBD stosowany w diagnostyce pojazdów pozwala na szybką lokalizację oraz przewidywanie przyszłych awarii w urządzeniach sterujących i wykonawczych współczesnych aut. WNIOSKI Technologia komputerowa, która znalazła szerokie zastosowanie w pojazdach samochodowych pozwala na spełnianie rosnących wymogów związanych z ekologią oraz oszczędnością paliwa. Zostało to osiągnięte przez precyzyjne pomiary opierające się na wynikach dostarczonych przez czujniki pokładowe, które przy współpracy z elementami wykonawczymi pozwalają na precyzyjne 6042
dozowanie paliwa, ilość mieszanki oraz ustawianie kąta wyprzedzenia zapłonu (zgodnie z zapisanymi wewnątrz pamięci sterownika algorytmami). Prawidłowe funkcjonowanie wymaga odpowiedniej wiedzy i umiejętność od osób przeprowadzających diagnozę i naprawę. Pomocą w tym są bardzo popularne w warsztatach diagnoskopy wykorzystujące standard OBD, ale menu oraz zapisane diagnozy wymagają pewnej wiedzy. Wiedzy tej można nabyć wykorzystując odpowiednie stanowiska dydaktyczne oraz różnego rodzaju diagnoskopy. Kontakt z oraz możliwość wykonania testów na stanowiskach dydaktycznych przygotowuje przyszłych diagnostów do pracy w warsztatach naprawczych. Streszczenie Rozwój techniki komputerowej stosowanej w współczesnych autach spowodował zapotrzebowanie na wyszkolony personel, który przeprowadza testy diagnostyczne oraz dokonuje napraw samochodów. Zastosowanie coraz to nowszych rozwiązań konstrukcyjnych i zaawansowanej techniki sterowania wymaga od obsługi ciągłego nadążania wraz z następującymi zmianami. Aby sprostać tym wymaganiom istnieje potrzeba ciągłego doskonalenia zawodowego, które można przeprowadzić na stanowiskach dydaktycznych. W artykule przedstawiono możliwości szkolenia diagnostów z wykorzystaniem stanowisk dydaktycznych sterownika silnikiem diesla EDC samochodu marki Audi, silnikiem benzynowym Nissan ECC przy wykorzystaniu diagnoskopu Viaken DS936. The use of devices in standard OBD automotive training diagnosticians Abstract The development of computer technology used in today's cars caused a demand for trained personnel who carry out diagnostic tests and make car repairs. The use of newer and newer design solutions and advanced control techniques requires the handling of continuous lag with the following amendments. To meet this requirement, there is a need for continuous training, which can be performed in positions of teaching. The article presents opportunities for training diagnosticians using teaching positions driver EDC diesel car brand Audi, Nissan gasoline engine ECC using testing devices, Viaken DS936. mgr inż. Sebastian Styła - uczestnik projektu "Kwalifikacje dla rynku pracy - Politechnika Lubelska przyjazna dla pracodawcy" współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego. BIBLIOGRAFIA 1. Chmielowiec G., Stanowisko dydaktyczne do badania elektronicznych układów wtryskowych. Praca dyplomowa - promotor S. Walusiaka, Politechnika Lubelska, Lublin 2008. 2. Goliński P., Diagnostyka pojazdów z wykorzystaniem pakietu programu DeltaScan. Praca dyplomowa - promotor S. Walusiaka, Politechnika Lubelska, Lublin 2008. 3. Merkisz J., Mazurek St., Pokładowe systemy diagnostyczne pojazdów samochodowych. WKŁ, Warszawa 2007. 4. Myszkowski S., Diagnostyka pokładowa standard OBD II/EOBD. Poradnik serwisowy nr. 5/2003, Instalator Polski Sp. z o.o., Warszawa 2003. 5. Piłat M., Elektroniczne układy sterowania silnikami Diesla. Praca dyplomowa - promotor W. Pietrzyka, Politechnika Lubelska, Lublin 2010. 6. Rokosch U., Układy oczyszczania spalin i pokładowe systemy diagnostyczne samochodów OBD. WKŁ, Warszawa 2007. 7. Styła S., Stanowisko dydaktyczne do badania algorytmów sterujących silnikiem ZI w standardzie OBD. Logistyka 6/2011, s. 2779-2787. 8. Styła S., On-board diagnostics in the tests of spark ignition vehicles on the example of deltascan software. Electrical Engineering, Issue 60, Poznań 2009, s. 213-223. 9. Styła S., Boguta A., Możliwości diagnostyczne interfejsów pracujących w standardzie OBD. Autobusy Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe 3/2013, s. 33-37. 6043
10. Sumorek A., Zróżnicowanie parametrów elektrycznych sygnałów protokołu CAN w pojazdach. Logistyka 6/2010, s. 3263-3272. 11. Sumorek A., Safe Communications Among Vehicle Sub-assemblies on the Basis of the Embedded Functions of CAN Protocol. Teka Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa, vol. X, s.432-439. 12. Zimmermann W., Schmidgall R., Magistrale danych w pojazdach. Protokoły i standardy. WKŁ, Warszawa 2008. 6044