Pages Navigation Menu
Submit scientific paper, scientific publications, International Research Journal | Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ЭЛ № ФС 77 - 80772, 16+

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.118.4.010

Download PDF ( ) Pages: 56-59 Issue: № 4 (118) Part 1 () Search in Google Scholar
Cite

Cite


Copy the reference manually or choose one of the links to import the data to Bibliography manager
Zavoykin V.A., "TECHNICAL AND LEGISLATIVE ASPECTS OF AUTOMOTIVE ON- BOARD DIAGNOSTIC SYSTEMS". Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal (International Research Journal) № 4 (118) Part 1, (2022): 56. Mon. 18. Apr. 2022.
Zavoykin, V.A. (2022). TEHNOLOGICHESKIE I ZAKONODATELYNYE ASPEKTY AVTOMOBILYNYH SISTEM BORTOVOY DIAGNOSTIKI [TECHNICAL AND LEGISLATIVE ASPECTS OF AUTOMOTIVE ON- BOARD DIAGNOSTIC SYSTEMS]. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal, № 4 (118) Part 1, 56-59. http://dx.doi.org/10.23670/IRJ.2022.118.4.010
Zavoykin V. A. TECHNICAL AND LEGISLATIVE ASPECTS OF AUTOMOTIVE ON- BOARD DIAGNOSTIC SYSTEMS / V. A. Zavoykin // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. — 2022. — № 4 (118) Part 1. — С. 56—59. doi: 10.23670/IRJ.2022.118.4.010

Import


TECHNICAL AND LEGISLATIVE ASPECTS OF AUTOMOTIVE ON- BOARD DIAGNOSTIC SYSTEMS

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.118.4.010

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ
БОРТОВОЙ ДИАГНОСТИКИ

Обзорная статья

Завойкин В.А.*

ORCID: 0000-0002-2624-9280,

Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ», Москва, Россия

*Корреспондирующий автор (vlad.zavoykin[at]nami.ru)

Аннотация

В работе систематизированы и обобщены сведения по имеющимся международным стандартам с целью реализация глобальной задачи по унификации диагностических процедур для широкой номенклатуры автомобильной техники. Рассмотрены принципы построения бортовой диагностики, отвечающей всемирным (глобальным) техническим Правилам (GTR №5) по бортовой диагностике колесных транспортных средств. Описаны требования, предъявляемые к линии связи, диагностическому разъему, формату кода неисправностей, функции протокола унифицированных диагностических сервисов UDS (ISO 14229) и их служб прикладного уровня. Определены основные функции и требования, предъявляемые разработчикам со стороны группы стандартов расширенных диагностических сервисов в рамках реализации современного диагностического протокола UDS при построении диагностической системы для отечественных автотранспортных средств различного назначения. Даны рекомендации по совершенствованию и расширению диагностических функций для перспективных отечественных разработок. Выполненный анализ позволяет наметить актуальные направления при реализации принципиально нового направления в бортовой диагностике в РФ, способствуя повышению конкурентоспособности отечественных разработок в данной области.

Ключевые слова: бортовая диагностика, автомобильная диагностика, унифицированные диагностические сервисы.

TECHNICAL AND LEGISLATIVE ASPECTS OF AUTOMOTIVE ON- BOARD DIAGNOSTIC SYSTEMS

Review article

Zavoykin V.A.*

ORCID: 0000-0002-2624-9280,

Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute (FSUE “NAMI”), Moscow, Russia

* Corresponding author (vlad.zavoykin[at]nami.ru)

Abstract

Information about available international standards has been structured and summarized in the present work in order to implement a global task of unifying diagnostic procedures for a wide range of automotive vehicles. We have considered working principles of on-board diagnostics and its compliance with world (global) technical Regulations (GTR No. 5) applied for on-board diagnostics of wheeled vehicles. Requirements concerning the communication line, diagnostic connector, the format of diagnostic trouble code, functions of UDS (unified diagnostic services) protocol and their application-level services have been described in the work. We have defined the main functions and requirements demanded to be fulfilled by the developers to comply with a number of standards for extended diagnostic services within the framework of implementation of modern UDS diagnostic protocol when designing a diagnostic system for domestic automotive vehicles of multi-purpose use. Recommendations for improving and expanding diagnostic functions for promising domestic developments have been given in the present work. The conducted research and analysis allows us to outline up-to-date approaches for implementation of a fundamentally new direction in on-board diagnostics systems in the RF with the aim to increase market competitiveness of domestic developments in this area.

Key words: OBD, On Board Diagnostics, automotive diagnostics, UDS, Unified Diagnostic Services.

Введение

Важной задачей при создании систем диагностики для отечественных автомобилей является анализ и обобщение имеющегося мирового опыта по построению и реализации таких систем. Проведя анализ обзоров отечественной литературы в сфере автомобильных систем бортовой диагностики, замечено, что авторы [1] описывают систему диагностики в целом, с подробным описанием её структуры. И рассматривают протокол гармонизированных систем бортовой диагностики. А автор [2] описывает бортовую информационно-управляемую систему, знакомя с преимуществами CAN-шины, как физической среды, но не определённых стандартов. Авторы [3] делают упор на систему диагностики грузовых автомобилей, объясняя общие понятия о бортовой диагностике транспортных средств (ТС), затрагивая основные направления стандартизации в области диагностики, широко освещая модель данных ODX. Анализируя зарубежную литературу можно выделить авторов [4], которые проводят глобальный обзор ключевых понятий диагностической системы, работающей по OBD протоколу. Исходя из проведённого анализа был сделан вывод о необходимости написания данного обзора в связи с актуальностью темы и отсутствия в мировой практике подобных обзоров. А существующие источники информации требуют дополнений и уточнений. Цель данной работы состоит в выполнении аналитического обзора основных этапов развития систем бортовой диагностики, определяющих их особенности нормативных документов, рассмотрении содержания современного диагностического протокола UDS в рамках его реализации при построении диагностической системы отечественных ТС с целью её унификации для широкой номенклатуры транспортных средств, выработка рекомендаций по расширению диагностических функций для отечественных перспективных разработок.

Развитие бортовых диагностических систем “OBDна автомобильной технике началось в 80-х годах прошлого века. В результате у автопроизводителей появились оригинальные и несочетаемые средства диагностики. Революция в данной области произошла в 1994 году, когда в США были сформулированы требования OBD II. Основная задача требований OBD II – недопущение бесконтрольной эксплуатации автомобиля с превышением норм на выброс вредных веществ, позволившие унифицировать диагностические процедуры для широкой номенклатуры автомобильной техники. Реализации данной задачи привели к созданию всемирно-гармонизированной системы бортовой диагностики (WWHOBD), отвечающей сформулированным в 2006 году в рамках ООН глобальными техническими Правилами (GTR №5) по бортовой диагностике колесных ТС[1], [3], [4].

Первым стандартом на линию связи между электронным блоком управления (ЭБУ) и внешним диагностическим оборудованием стал SAE J1850, принятый 01.11.1988г., предусматривал два варианта линии связи: однопроводную при скорости обмена информацией 10,4 кб/с и уровне сигнала 5-20В, а также двухпроводную при скорости 41,4 кб/с и уровне сигнала 5В[5]. Содержание передаваемой диагностической информации данным стандартом не регламентировалось. А в 1989 году, принят международный стандарт ISO 9141, предусматривающий однопроводную линию передачи информации («К» -линия) при скорости 10,4 кб/с и уровне сигнала 12В и вторую линию («L»-линия) для передачи дискретных команд, используемая для «запроса» диагностики со стороны внешнего оборудования [6].
В 1988 году был принят стандарт SAE J1930 (аналог ISO 15031-2 от20.08.2010г), регламентирующий использование технической терминологии в области бортовой диагностики [7].

В 1991-1992гг. впервые были описаны требования к:

  • формату и наименованию диагностических кодов, стандарт SAE J2012 в последняя редакция 01.02.2016г[1];
  • универсальному диагностическому разъему, стандарт SAE J1962 (международный аналог ISO 15031-3от 15.04.2016г)[1], [8].
  • универсальному диагностическому оборудованию, стандарт SAE J1978 (аналог ISO 15031-4в последней редакции от 05.02.2014г)[1], [9].
  • содержанию диагностических процедур (сервисов), стандарт SAE J1979(международный аналог ISО15031-5 в последней редакции от 28.07.2015г)[1], [10].

В 1993г. стандартом SAE J2190 введены требования к дополнительным диагностическим процедурам, не связанным с выбросами токсичных веществ, однако позволяющим расширить функциональные возможности универсального диагностического оборудования путем взаимодействия с имеющимися на автомобиле ЭБУ при помощи линий связи по SAE J1850 и ISO 9141-2 [11].

Группа международных стандартов ISO 15765 (части 1-7), начиная с 1998 года, регламентируют основные требования к двухпроводной линии CAN(ControllerAreaNetwork) обмена информацией с внешним диагностическим оборудованием, а также внешним оборудованием для загрузки программного обеспечения (ПО) [2], [3], [4], [12].

Стандарты на передачу информации по диагностической линии между ЭБУ и внешним диагностическим устройством подразделяются на семь уровней в соответствии с так называемой моделью взаимодействия открытых систем (OSI), описываемой группой стандартов ISO 7498 (части 1- 4), а также группой стандартов ISO 10731 [13], [14].

С 2006 годаначалось принятие группы международных стандартов ISО 14229 (части 1-7) описывающие унифицированные диагностические сервисы (UDS), позволяющие производить не только чтение диагностической информации из всех имеющихся на автомобиле ЭБУ, но также выполнять процедуры их программирования[15].
В качестве физических линий связи используются: CAN по ISO 11898, TCP/IP по ISO 13400, FlexRay по ISO 17458[1], [2], [3].

Принятыми в 2006 году в рамках ООН глобальными техническими Правилами (GTR) №5 были регламентированы гармонизированные глобальные требования к системам бортовой диагностики ТС (WWHOBD). Требования GTR №5 были учтены в группах стандартов ISO 14229 (унифицированные диагностические сервисы UDS) и ISO 27145 (реализация требований WWHOBD)[1].

В данных стандартах каждому диагностическому коду, обнаруженному системой диагностики, предусматривается присвоение специфических признаков (атрибутов), характеризующих их следующие особенности [15], [16], [17], [18]:

  • принадлежность нарушения к описанной стандартами группе систем автомобиля;
  • значимость диагностического кода с точки зрения необходимого характера реагирования системы диагностики и действий водителя на факт появления неисправности;
  • класс диагностического кода с точки зрения степени его влияния на выброс вредных веществ;
  • статус диагностического кода в отношении характера проявления характеризуемой им неисправности, результатов контрольных тестов, выполняемых системой диагностики с целью обнаружения неисправности, а также состояния индикатора неисправностей;
  • используемый формат отображения диагностических кодов.

Протокол UDS использует прикладной и сеансовый уровень в модели OSI, а UDS сервисы определены в спецификации ISO 14229-1. Службы диагностики прикладного уровня подразделяются на шесть групп, в соответствии с их функциями [18]:

1) Диагностика и управление связью: основная функция протокола UDS. Определяет функционал ЭБУ, управляет системой диагностики, определяет доступ пользователя и контролирует передачу данных.

2) Передача данных: это функциональный блок, который имеет возможность доступа к текущим параметрам и данным. Данные должны быть прочитаны или записаны сразу после каждого запроса.

3) Запрос сохраненных данных: эта группа функциональных блоков позволяет диагностическим инструментам получать доступ к данным записанным в памяти ЭБУ. Инструменты диагностики могут читать и очищать диагностическую информацию, записанную в “базе данных” памяти ЭБУ.

4) Управление входными и выходными параметрами: эта функциональная группа используется для управления исполнительными механизмами, датчиками, устройствами и оборудованием, подключенным к ЭБУ. Все эти входы и выходы должны быть определены производителем ТС и иметь свой идентификатор данных, в соответствии со стандартом ISO 14229.

5) Удаленная активация подпрограмм и управление адаптацией: этот функциональный блок конфигурирует поведение ЭБУ. Для использования данного сервиса, стандартный идентификатор определяется индивидуально производителем ТС или поставщиком системы.

6) Выгрузка-загрузка: данная группа используется для запроса и согласования передачи данных между диагностическим устройством и ЭБУ. Функциональная группа содержит службы для запроса начала передачи, подготовки данных в памяти ЭБУ, для дальнейшей передачи данных, а также запроса на прекращение передачи данных.

Группа стандартов ISO 14229 получает все большее распространение в системах диагностики современных легковых автомобилей, сертифицируемых по Правилам ЕЭК ООН №83. Данный диагностический протокол представляет наибольший интерес и значение в связи с его универсальностью для производителей современных автомобилей. В отечественном промышленном комплексе история становления и использования диагностического протокола UDS началась с появлением в НАМИ производства автомобилей представительского класса.

Проанализировав стандарты, в рамках данной работы, унифицированная система диагностики должно соответствовать требованиям и обеспечивать:

  • связь со всеми входящими в состав ТС ЭБУ, непосредственно подключенными к диагностической шине CAN, или подключенными к ней через межсетевые интерфейсы (по ISO14299-3);
  • оценку работоспособности линии связи с каждым из входящими в состав ТС ЭБУ;
  • конфигурирование состава (упорядочивание списка и идентификационных признаков) ЭБУ, объединенных шиной CAN на конкретном ТС;
  • инициализацию (сброс адаптивных и пользовательских настроек к исходным значениям) для каждого по выбору из входящих в состав ТС ЭБУ;
  • выполнение адаптивных настроек систем и компонентов на автомобиле (например, исходного положения педали акселератора и дроссельной заслонки, расхода воздуха на холостом ходу и т.п.);
  • чтение пользовательских настроек, содержащихся в части ЭБУ на ТС (по выбору);
  • редактирование пользовательских настроек для имеющих данную функцию ЭБУ на ТС (по выбору);
  • осуществление иных пользовательских функций и принудительно-выполняемых корректирующих процедур (например, программирование ключей системы доступа и т.п.);
  • чтение в защищенном режиме содержимого основной, условно разрешенной для модифицирования, части ПО каждого по выбору из входящих в состав ТС ЭБУ;
  • запись в защищенном режиме условно разрешенного для модифицирования ПО в каждый по выбору из входящих в состав ТС ЭБУ;
  • чтение диагностической информации (диагностические коды и их статусы, признаки значимости и класса, параметры, коды готовности, содержимое сохраненных «стоп-кадров», содержимое диагностических счетчиков и т.д.), а также иной справочной информации от каждого из входящих в состав ТС ЭБУ.

Заключение

Следование мировым тенденциям в части внедрения передовых методов и средств диагностики, позволяет на сегодняшний день говорить о развитии принципиально нового направления в бортовой диагностике в нашей стране.
В рамках реализации отечественной диагностической системы необходимо развитие в направлении облачного (удалённого) сервера с диагностическими функциями, который будет обеспечивать безопасную эксплуатацию ТС, собирать и систематизировать данные по автомобилям. Реализация данной системы позволит перепрограммировать и калибровать ЭБУ в ходе работ сервисных центров. Автоматизированная программа через удаленный сервер будет безошибочно выбирать ПО и производить требуемые работы, получая всю необходимую информацию из VIN– номера автомобиля, что позволит избежать влияние человеческого фактора в сфере обслуживания эксплуатируемого транспорта. Для улучшения восприятия ПО необходимо создание новых интуитивно-понятных интерфейсов, а для упрощения использования и поиска неисправностей необходимы сервисы предписанной («ведомой») диагностики для расшифровки диагностических кодов для направления технического специалиста к сути не работающего оборудования с доступом к принципиальным и электрическим схемам автомобиля, для своевременного устранения неполадок в системах функционирования автомобиля. Все указанные задачи должны быть решены специалистами НАМИ с использованием собственных подходов к построению систем бортовой диагностики, с учетом имеющейся международной законодательной базы и на основе имеющегося опыта использования зарубежных систем.

Конфликт интересов

Не указан.

Conflict of Interest

None declared.

Список литературы / References

  1. ФеренецА.В. Интеллектуальные системы диагностики автомобиля на основе современных мировых стандартов/ А.В.Ференец, А.А.Шевченко, С.В.Плетнев и др.// Вестник НЦБЖД. – 2016. – № 1(27). – с. 73-78.
  2. ЩербинА.М. Современные бортовые информационно-управляющие системы автомобильной техники /А. М. Щербин // Журнал автомобильных инженеров. – 2015. – № 3(92). – С. 26-29.
  3. ПлетневС.В. Диагностирование двигателя грузового автомобиля на основе технологии ODX /С. В. Плетнев, Ю. В. Крюков, А. В. Ференец и др. //Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. – 2014. – № 2. – С. 58-61.
  4. Posada F. Global overview of on-board diagnostic (OBD) systems for heavy duty vehicles, [Electronic resource]/F. Posada, A. Bandivadekar //The International Council on Clean Transportation. –2015. –URL: https://theicct.org/publication/ global-overview-of-on-board-diagnostic-obd-systems-for-heavy-duty-vehicles/.
  5. SAE J1850: Pulse-Width Modulation
  6. ISO 9141:1989 Road vehicles — Diagnostic systems — Requirements for interchange of digital information
  7. ISO 15031-2:2010 Road vehicles — Communication between vehicle and external equipment for emissions-related diagnostics — Part 2: Guidance on terms, definitions, abbreviations and acronyms;
  8. ISO 15031-3:2016 Road vehicles — Communication between vehicle and external equipment for emissions-related diagnostics — Part 3: Diagnostic connector and related electrical circuits: Specification and use;
  9. ISO 15031-4:2014 Road vehicles — Communication between vehicle and external equipment for emissions-related diagnostics — Part 4: External test equipment;
  10. ISO 15031-5:2015 Road vehicles — Communication between vehicle and external equipment for emissions-related diagnostics — Part 5: Emissions-related diagnostic services;
  11. SAE J2190: 2008 Enhanced E/E Diagnostic Test Modes;
  12. ISO 15765-3:2004 Road vehicles — Diagnostics on Controller Area Networks (CAN) — Part 3: Implementation of unified diagnostic services (UDS on CAN);
  13. ISO 7498-2:1989 Information processing systems — Open Systems Interconnection — Basic Reference Model — Part 2: Security Architecture;
  14. ISO/IEC 10731:1994 Information technology — Open Systems Interconnection — Basic Reference Model — Conventions for the definition of OSI services;
  15. ISO 14229-1:2020 Road vehicles — Unified diagnostic services (UDS) — Part 1: Application layer;
  16. ISO 27145-1:2012 Road vehicles — Implementation of World-Wide Harmonized On-Board Diagnostics (WWH-OBD) communication requirements — Part 1: General information and use case definition;
  17. ISO 27145-2:2012(en) Road vehicles — Implementation of World-Wide Harmonized On-Board Diagnostics (WWH-OBD) communication requirements — Part 2: Common data dictionary;
  18. ISO 27145-3:2012 Road vehicles — Implementation of World-Wide Harmonized On-Board Diagnostics (WWH-OBD) communication requirements — Part 3: Common message dictionary;
  19. UN GTR No. 5 – Technical requirements for on-board diagnostic systems (OBD) for road vehicles (ECE/TRANS/180/Add.5).

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Ferenec A.V. Intellektual’nye sistemy diagnostiki avtomobilya na osnove sovremennyh mirovyh standartov[Intelligent vehicle diagnostic system based on actual international standards]/ A.V.Ferenec, A. A. Shevchenko, S.V.Pletnev et al. // Vestnik NCBZHD [Bulletin of the NCSL]. – 2016. – № 1(27). – p. 73-78. [in Russian]
  2. Shcherbin A.M. Sovremennye bortovye informacionno-upravlyayushchie sistemy avtomobil’noj tekhniki [Modern board information and control systems for automotive vehicles]/ A. M. Shcherbin // Zhurnal avtomobil’nyh inzhenerov. [Journal of Automotive Engineers]– 2015. – № 3(92). – p. 26-29. [in Russian]
  3. Pletnev S.V. Diagnostirovanie dvigatelya gruzovogo avtomobilya na osnove tekhnologii ODX [Diagnostics of a truck engine based on ODX technology] / S. V. Pletnev, YU. V. Kryukov, A. V. Ferenec et al. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. A.N. Tupoleva. [Bulletin of Kazan technological university] – 2014. – № 2. – p. 58-61. [in Russian]
  4. Posada F. Global overview of on-board diagnostic (OBD) systems for heavy duty vehicles, [Electronic resource]/F. Posada, A. Bandivadekar //The International Council on Clean Transportation, –2015,–URL: https://theicct.org/publication/ global-overview-of-on-board-diagnostic-obd-systems-for-heavy-duty-vehicles/.
  5. SAE J1850: Pulse-Width Modulation
  6. ISO 9141:1989 Road vehicles — Diagnostic systems — Requirements for interchange of digital information
  7. ISO 15031-2:2010 Road vehicles — Communication between vehicle and external equipment for emissions-related diagnostics — Part 2: Guidance on terms, definitions, abbreviations and acronyms;
  8. ISO 15031-3:2016 Road vehicles — Communication between vehicle and external equipment for emissions-related diagnostics — Part 3: Diagnostic connector and related electrical circuits: Specification and use;
  9. ISO 15031-4:2014 Road vehicles — Communication between vehicle and external equipment for emissions-related diagnostics — Part 4: External test equipment;
  10. ISO 15031-5:2015 Road vehicles — Communication between vehicle and external equipment for emissions-related diagnostics — Part 5: Emissions-related diagnostic services;
  11. SAE J2190: 2008 Enhanced E/E Diagnostic Test Modes;
  12. ISO 15765-3:2004 Road vehicles — Diagnostics on Controller Area Networks (CAN) — Part 3: Implementation of unified diagnostic services (UDS on CAN);
  13. ISO 7498-2:1989 Information processing systems — Open Systems Interconnection — Basic Reference Model — Part 2: Security Architecture;
  14. ISO/IEC 10731:1994 Information technology — Open Systems Interconnection — Basic Reference Model — Conventions for the definition of OSI services;
  15. ISO 14229-1:2020 Road vehicles — Unified diagnostic services (UDS) — Part 1: Application layer;
  16. ISO 27145-1:2012 Road vehicles — Implementation of World-Wide Harmonized On-Board Diagnostics (WWH-OBD) communication requirements — Part 1: General information and use case definition;
  17. ISO 27145-2:2012(en) Road vehicles — Implementation of World-Wide Harmonized On-Board Diagnostics (WWH-OBD) communication requirements — Part 2: Common data dictionary;
  18. ISO 27145-3:2012 Road vehicles — Implementation of World-Wide Harmonized On-Board Diagnostics (WWH-OBD) communication requirements – Part 3: Common message dictionary;
  19. UN GTR No. 5 – Technical requirements for on-board diagnostic systems (OBD) for road vehicles (ECE/TRANS/180/Add.5).

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.