Практическая работа № 4
КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ПОМОЩИ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ТЕСТЕРА
1 Цель работы
Приобрести теоретические знания по устройству систем самодиагностики автомобилей, способом обмена информации между системами управления и внешними диагностическими устройствами. Получить навыки работы с диагностическими сканерами, ознакомиться с их техническими возможностями и особенностями работы в различных режимах.
2 Принадлежности
Учебно – методическое пособие по выполняемой практической работе;
Диагностический сканер;
Паспорт и руководство по эксплуатации диагностического сканера;
Диагностируемый автомобиль.
3 Теоретические сведения
3.1 Принципы работы диагностических сканеров и требования стандартов к ним
Работа современных систем и агрегатов автомобиля осуществляется при помощи электронных блоков управления и контроллеров, имеющих функции самодиагностики. В результате внедрения международных стандартов, системы самодиагностики стали неотъемлемой частью современных систем автоматизированного управления агрегатами автомобилей. Основной функцией системы самодиагностики является проверка целостности цепей, подключенных к контроллеру, и правдоподобность значений рабочих параметров системы управления. Проверка осуществляется контролем электрических параметров цепей, и рабочих параметров системы управления. При достижении какого-либо параметра предельного значения, фиксируется неисправность (ошибка системы управления) и в специальную область памяти заносится соответствующий код ошибки. Кроме того, система самодиагностики оповещает о наличии ошибок самодиагностики активизацией (высвечиванием) контрольной лампы неисправностей. Контрольные лампы неисправностей ("MIL" или Malfunction Indicator Light) имеют надписи «CHECK ENGINE», «CHECK» или изображение контура двигателя.
Вывод информации об ошибках диагностики из памяти контроллера может осуществляться двумя способами:
«блинк-кодами» - вспышками контрольной лампы неисправностей. Этот метод трудоемок, не позволяет контролировать параметры работы системы, осуществлять сервисные настройки и другие важные функции.
специальными диагностическими тестерами, которые подключаются к контроллеру через колодку диагностики.
Диагностические тестеры - сканеры имеют в своей конструкции микроконтроллер с портом ввода-вывода данных, монитор для отображения информации и клавиатуру. В постоянной памяти сканера размещают программы, для поддержания диалога с электронными блоками управления различных автомобилей. К электронному блоку управления автомобиля сканер подключается при помощи колодки диагностики.
Функции интерфейса. Все контроллеры современных автомобильных систем управления имеют модуль обмена данными по последовательному порту - интерфейсу, который и обеспечивает передачу данных из блока управления сканеру. Сканер должен иметь совместимый с блоком управления, электрический (аппаратный) и программный интерфейс. Помимо передачи диагностической информации, интерфейс используется и в целях отладки программного обеспечения и калибровки данных в контроллере. Интерфейс выполняет следующие важные функции:
согласование логических уровней сигналов;
поддержание заданной скорости обмена данными;
синхронизацию работы приемника и передатчика;
выполнение протоколов обмена данными.
На сегодняшний день существует множество интерфейсов и протоколов обмена данными между блоком управления и сканером. Протоколы определяют порядок обмена информацией через последовательный интерфейс, устанавливает методику доступа к внутрисистемным данным, к кодам неисправностей, параметрам работы, коэффициентам топливоподачи, матрицам, а также регламентируют испытательное (инструктивное) управление системами автомобиля с помощью сканера. Описание наиболее распространенных интерфейсов и протоколов обмена данными приводятся в следующих стандартах:
1) ISO 9141-1, ISO 9141-2, ISO 9141-3, ISO 9141-4;
2) ISO 14230-1, ISO 14230-2, ISO 14230-3, ISO 14230-4 (KVP2000);
3) SAE J 1850 PWM, SAE J 1850 VPW;
4) ISO 15765-1, ISO 15765-2, ISO 15765-3, ISO 15765-4 (CAN bus);
Физическая архитектура. Концепция физической реализации последовательного интерфейса в системах самодиагностики показана на рисунке 1.
Рисунок 1 – Физическая архитектура последовательного канала связи
Сканер соединяется с ЭБУ по одному проводу (К-линия) или по двум проводам (К- и L-линии). Для надежного электрического соединения используется диагностический разъем. Линия К задействована практически во всех системах самодиагностики, она двунаправленная и по ней передаются данные в обе стороны. Линия L используется не на всех моделях автомобилей и является вспомогательной. При установлении электрического контакта сканер посылает по линии связи специальный код в блок управления для инициализации обмена данными. После успешной инициализации происходит обмен данными.
Передача данных и синхронизация. В последовательном интерфейсе биты данных передаются один за другим см. рисунок 2. На передачу каждого бита отводится определенное время t. Это время обратно пропорционально выбранной скорости передачи. Считывание очередного бита данных происходит по сигналу внутреннего строба. При правильной синхронизации в момент очередного строба должен передаваться соответствующий по счету бит. То - есть первому биту соответствует первый строб, второму биту – второй строб и т.д. Если по каким либо причинам очередной бит сместится по времени относительно строба, то произойдет ошибка в приеме данных. В связи с этим аппаратные и программные средства интерфейса должны обеспечивать надежную синхронизацию на протяжении всего сеанса связи.
Рисунок 2 – Схема синхронизации при передаче данных
Согласование логических уровней сигналов. На рисунке 3 схематически показан фрагмент электрического сигнала, передаваемого по каналу связи, сканер-блок управления с разметкой уровней логического нуля и логической единицы. Если уровни сигналов, поступающие в приемник, не попадают в соответствующий диапазон, то данные будут приниматься с ошибками. Рассогласование уровней сигналов может происходить по разным причинам, например, вследствие использования микросхем разных серий, или вследствие разной величины питающего напряжения в приемнике и передатчике.
Рисунок 3 - Схема расположения логических уровней сигнала
Международные стандарты предписывают производителям автомобилей и диагностического оборудования обеспечивать определенные значения уровней сигналов и типовую конструкцию входных и выходных цепей. На рисунке 4 приведены рекомендации стандарта ISO 14230 относительно электрического интерфейса сканера и блока управления. Выполнение рекомендаций стандартов позволяет достичь совместимости диагностических тестеров и бортовых систем автомобиля.
а) – уровни логического "0" и логической "1"
в) – схема входных и выходных цепей
Рисунок 4 – Предписания стандарта ISO 14230 для производителей сканеров
Структура сообщения. Пример структуры сообщения, посылаемого диагностическим тестером блоку управления, показан в таблице 1. В общем виде сообщение состоит из трех частей:
1) заголовок (Header);
2) байты данных (Data bytes);
3) контрольная сумма (Checksum).
Таблица 1 - Структура заголовка сообщения для контроллера Motronic 1.5.4N
Header |
Data bytes |
Checksum |
|||||||
Fmt |
Tgt |
Src |
|
SId1 |
... |
Data |
... |
|
CS |
3 байта |
макс. 63 байта |
1 байт |
|||||||
Где:
Fmt – байт, определяющий формат (тип) сообщения;
Tgt – байт, определяющий адрес приемника сообщения;
Src – байт, определяющий адрес источника сообщения;
SId 1 – идентификатор, этот байт определяет тип передаваемых данных и формат поля данных, является частью байтов данных;
CS - байт контрольной суммы.
Согласно стандарту SAE J2178, физический адрес контроллера системы управления двигателем назначен равным 10h. Для диагностического тестера физический адрес может быть равным 1h. Байт адреса приемника всегда используется совместно с байтом адреса источника.
Инициализация. Для инициализации и передачи начальных сообщений диагностический тестер должен использовать скорость передачи данных равную 10400 бод. После инициализации по запросу диагностического тестера скорость передачи может быть повышена. При инициализации идентификатор содержит запрос о начале обмена данными - «startCommunication». Фактически передается условный шестнадцатеричный код запроса - Hex-код. Запрос startCommunication имеет Hex-код, равный 81. После приема сообщения от диагностического тестера с запросом startCommunication блок управления должен дать положительный ответ. В положительном ответе блока управления содержится функция KeyBytes, которая однозначно определяет поддерживаемые типы заголовка и временные параметры обмена данными.
В некоторых случаях блок управления может отклонить запрос сканера. Например, если приемник временно слишком занят, чтобы выполнить запрашиваемое действие. Когда приемник сможет завершить выполнение запрашиваемого действия, он пошлет положительный ответ. Другой причиной отклонения запроса сканера может быть несоответствие формата байта аргументов предписываемому формату, или непредусмотренный системой тип аргумента.
Диагностические процедуры, реализуемые после инициации зависят от программного обеспечения ЭБУ и сканера. Обычно имеется возможность считывать коды неисправностей, показывать их на дисплее сканера с текстовыми комментариями. Дилерские сканеры с фирменным программным обеспечением позволяют проводить диагностику датчиков и исполнительных механизмов, управлять через ЭБУ исполнительными механизмами, контролировать переменные параметры, стирать и записывать коэффициенты и массивы данных, доступные на уровне программных средств.
Основные функции, выполняемые при помощи, сканера даны в таблице 2.
Запрашиваемая диагностическая процедура содержится в идентификаторе. В левой колонке таблицы приводится список имен идентификатора при обмене сообщениями между контроллером системы управления двигателем и диагностическим тестером. В средней колонке приводятся назначенные им шестнадцатиричные(Hex) коды запроса. В правой колонке соответствующие им коды положительного ответа. Коды положительного ответа формируются из соответствующих им кодов запроса установкой значения 6-го бита 6 в “1”. Идентификатор отрицательного ответа всегда равен 7F(Hex).
Таблица 2 - Сводная таблица значений идентификатора
Междунаpодное наименование идентификатора |
Сокращение |
Значение кода(Hex) |
|
|
|
Запpос |
Ответ |
startCommunication |
STC |
81 |
C1 |
stopCommunication |
SPC |
82 |
C2 |
startDiagnosticSession |
STDS |
10 |
50 |
stopDiagnosticSession |
SPDS |
20 |
60 |
ecuReset |
ER |
11 |
51 |
clearDiagnosticInformation |
CDI |
14 |
54 |
readDiagnosticTroubleCodesByStatus |
RDTCBS |
18 |
58 |
readEcuIdentification |
REI |
1A |
5A |
readDataByLocalIdentifier |
RDBLI |
21 |
61 |
readMemoryByAddress |
RMBA |
23 |
63 |
inputOutputControlByLocalIdentifier |
IOCBLI |
30 |
70 |
writeDataByLocalIdentifier |
WDBLI |
3B |
7B |
testerPresent |
TP |
3E |
7E |
Рассмотрим реализацию функции clearDiagnosticInformation. Данная функция используется тестером, чтобы стереть отдельные (или все) коды неисправностей в памяти блока управления. В некоторых программных средствах существует возможность стереть только все коды неисправностей одновременно. Данная функция параметрическая, т.е. сопровождается дополнительным параметром, уточняющим запрос сканера. В частности, дополнительный параметр groupOfDiagnosticInformation, задает, какую функциональную группу кодов неисправностей или конкретный код требуется очистить. Стандарт SAE J2012 определяет следующие функциональные группы: POWERTRAIN(двигатель и трансмиссия), CHASSIS(шасси), BODY(кузов), UNDEFINED (неопределенная), ALL(все системы автомобиля). В таблице 3 показаны возможные значения параметра groupOfDiagnosticInformation.
Таблица 3 - Определение значений параметра groupDiagnosticInformation
Hex Значение |
Запрос для группы |
Запрос для DTC |
Описание паpаметpа |
Сокращение |
0000 |
|
|
Powertrain Group Данное значение параметра означает, что тестер запрашивает стирание всех кодов неисправностей для систем управления двигателем и трансмиссией. |
PG |
Hex Значение |
Запрос для группы |
Запрос для DTC |
Описание паpаметpа |
Сокращение |
FF00 |
|
|
All Groups Данное значение параметра означает, что тестер запрашивает стирание всех кодов неисправностей для всех систем автомобиля. |
AG |