Je z avtomobilom vse OK?

Delovanje novejšega avtomobila lahko danes preverimo tudi doma in celo med vožnjo. Katere parametre lahko spremljamo? Koliko stanejo računalniški vmesniki in namenske naprave za zajemanje podatkov? Vmesnik lahko izdelamo tudi sami.

Cenen računalniški vmesnik za OBD-II prek USB

Vgrajeno računalniško diagnostiko (OBD, angl. on-board diagnostics) so v začetku osemdesetih let preteklega stoletja prvi dobili avtomobili višjega cenovnega razreda.

V ZDA je uveljavljena družina standardov SAE, v EU pa standardi ISO. Obvezne elemente standardov, ki se jih morajo držati vsi izdelovalci novih avtomobilov, v ZDA opredeljuje skupina uredb OBD-II, katere evropski ustreznik je EOBD (European OBD). Tehnični del EOBD, skupaj s standardizirano vtičnico po standardu SAE J1962, je skoraj enak kot pri OBD-II.

EOBD je od leta 2001 obvezen za vse osebne avtomobile za osem ali manj potnikov z bencinskim motorjem, od leta 2004 pa tudi za avtomobile z dizelskim motorjem.

Poleg obvezne diagnostike nekateri izdelovalci avtomobilov vgrajujejo tudi dodane funkcije. Navedba skladnosti z EOBD2, ki namiguje na izboljšan OBD-II oziroma novo različico EOBD, je zato prej kot ne oglaševalska zvijača, saj že OBD-II standardizira možnost vgradnje dodatnih lastniških diagnostičnih kod izdelovalcev avtomobilov.

Komunikacijski standardi, skladni z OBD-II

Največji svetovni izdelovalci avtomobilov so svoje komunikacijske protokole vključili v specifikacijo OBD-II. Tako je v  vsakem novejšem osebnem avtomobilu uporabljen eden od naslednjih načinov diagnostike.

SAE J1850 PWM (impulzno-širinska modulacija z 41,6 kb/s (kilobiti na sekundo), Fordov standard),

SAE J1850 VPW (spremenljiva širina impulza z 10,4 kb/s ali 41,6 kb/s, General Motorsov standard),

ISO 9141-2 K-Line (podoben RS-232 z 10,4 kb/s, uporablja ga Chrysler in izdelovalci vozil v Evropi in Aziji),

ISO 14230 KWP2000 (Keyword Protocol 2000) je naslednik ISO 9141-2 s hitrostjo prenosa 10 kb/s.

ISO 15765 CAN (omrežje krmilnikov, angl. controler area network) z 250 kb/s ali 500 kb/s so razvili pri Boschu za avtomobilsko elektroniko, a ga pogosto zasledimo tudi zunaj  avtomobilske industrije. Obvezen je za osebne avtomobile z OBD-II ali EOBD, izdelane po letu 2008.

Diagnostična orodja

V osemdesetih letih preteklega stoletja so dobili osebni avtomobili različne diagnostične vtičnice. Te  so bile pred letom 1996 večinoma nameščene v motornem delu avtomobila, ob prostoru za varovalke, in niso bile standardizirane. Zato prva različica OBD ni bila najuspešnejša, saj smo za zajem vrednosti potrebovali za vsako vrsto avtomobila drugačen računalniški vmesnik ali namensko napravo. Razmah avtomobilske diagnostike je prinesel šele OBD-II s predpisanima vrsto vtičnice in razporeditvijo priključkov, ohranil pa je tudi nekaj nestandardiziranih priključkov, ki omogočajo izdelovalcem avtomobilov vgradnjo dodatnih diagnostičnih protokolov ob hkratni implementaciji zahtevanih funkcionalnosti OBD-II.

Namenske diagnostične naprave vsebujejo mikroračunalnik, zaslon in enostavno tipkovnico, računalniški vmesniki pa so le pretvorniki med različnimi komunikacijskimi protokoli in vodili. Podrobno obdelavo in prikaz podatkov v celoti izvaja programska oprema v namiznem računalniku, notesu, tablici ali celo mobilnem telefonu. Vsi so večinoma zmogljivejši od namenskih naprav, a ni nujno, da bomo lahko v internetu vselej dobili ustrezen (brezplačni) programski paket. Starejši vmesniki delujejo prek vrat RS-232, novejši pa prek USB, etherneta, bluetootha ali celo Wi-Fi.

Po drugi strani ponujajo izdelovalci avtomobilov v sodelovanju s specializiranimi razvijalci elektronike podporo lastnim komunikacijskim protokolom in dodatna zaprta komunikacijska omrežja, do katerih z običajnimi diagnostičnimi orodji ne moremo. Gre predvsem za dostop do raznih nastavitev delovanja motorne in druge elektronike, ki jih domačim in nepooblaščenim mehanikom ni dovoljeno spreminjati. Slednje lahko nastavljamo zgolj z originalnimi namenskimi diagnostično-servisnimi orodji, ki navadno obsegajo tudi ustrezne računalniške vmesnike in programsko opremo.

Nadzorna plošča delovanja avtomobila s podatki prek OBD-II

Zajem in analiza podatkov

OBD-II opredeljuje način sporočilne komunikacije, ki ga mora prek enega ali več od petih standardiziranih komunikacijskih protokolov omogočati elektronika osebnega avtomobila. Vsem je skupno to, da avtomobil po prejemu načina delovanja (angl. mode of operation) in podprte standardizirane diagnostične kode (PID, identifikacijska številka parametra) vrne diagnostično kodo ali izmerjene vrednosti. Izdelovalcem pri tem ni treba podpreti vseh načinov in vseh standardnih PID, imajo pa tudi možnost vgradnje nestandardnih načinov delovanja in PID.

OBD-II standardizira 10 načinov delovanja: 1 – prikaz trenutnih vrednosti, 2 – prikaz shranjenih vrednosti ob zadnji sprejeti diagnostični kodi, 3 – seznama shranjenih diagnostičnih kod, 4 – izbriši seznam shranjenih diagnostičnih kod in shranjene vrednosti, 5 – rezultati meritev tipala za merjenje kisika, razen za vodilo CAN, 6 – rezultati meritev za preostala tipala in za tipalo kisika pri uporabi vodila CAN, 7 – prikaz diagnostičnih, ki so trenutno v obdelavi, 8 – Operacije za nadzor elektronskih komponent avtomobila, 9 – informacije o avtomobilu in 10 – trajne tabele diagnostičnih kod.

Vrnjene diagnostične kode (DTC, angl. diagnostic trouble codes) so po EOBD razdeljene na 9 področij, ki se nanašajo na pogonski del avtomobila: P00xx – merjenje goriva in zraka ter zunanji nazor izpustov, P01xx – merjenje goriva in zraka, P02xx – merjenje goriva in zraka v sistemu za vbrizgavanje, P03xx – sistem za vžig in napake pri vžigu, P04xx – zunanji nadzor izpustov, P05xx – nadzor hitrosti vozila in nadzor delovanja prostega teka, P06xx – izhodno vezje avtomobilskega računalnika, P07xx – prenos moči, P08xx – prenos moči.

Identifikacijski podatki avtomobila, pridobljeni prek OBD-II

Koliko stane in ali je varno?

Za osnovno avtomobilsko diagnostiko nam ni treba zapraviti gore denarja. Če že imamo notes, potrebujemo le še ustrezen računalniški vmesnik. Najcenejši so vmesniki za OBD-II. Ceneni generični računalniški vmesniki temeljijo na mikrokrmilniku z oznako ELM327, ki ni nič drugega kot že programiran Microchipov PIC18. Za izdelan vmesnik z ELM327 in povezavo bluetooth bomo v ZDA odšteli od 8 do 25 dolarjev. Diagnostično programsko opremo moramo večinoma kupiti posebej ali pa poiskati kak združljiv brezplačen programski paket, kakršnih ne manjka, saj prva različica vgrajene programske opreme za ELM327 ni bila zaščitena pred kopiranjem.

Vmesnik z bluetoothom zasede zelo malo prostora, zato lahko delovanje avtomobila med vožnjo spremljamo z notesa, tablice ali celo mobilnega telefona. Se je pa vsekakor treba zavedati, da pomeni  taka brezžična komunikacija tudi tveganje za vdor v informacijski sistem avtomobila, kar povečuje možnost kraje. Zato vmesnika nikakor ni dobro puščati v avtomobilu.

Namenske diagnostične naprave z lastnim zaslonom in tipkovnico stanejo od 50 do 2000 evrov, odvisno od zmogljivosti. Toda zanje ne bo treba kupiti še diagnostične programske opreme. Vsekakor pa je najdražja profesionalna diagnostična oprema za servisne delavnice, ki stane od 2000 do 20 000 evrov. Dragi so tudi profesionalni računalniški vmesniki, katerih cene se gibljejo od 250 do 2000 evrov.

Vtičnica OBD-II

Standard SAEJ1962 predpisuje obliko vtičnice in uporabo šestnajstih standardnih priključkov: priključka 2 (pozitivni) in 10 (negativni) sta namenjena PWM in VPW, priključka 6 (CAN-High) in 14 (CAN-Low) komunikaciji prek vodila CAN, priključka 7 in 15 pa protokolu K-Line. Priključek 4 je masa ohišja, priključek 5 pa signalna masa. Namen uporabe priključkov 1, 3, 8, 9, 11, 12 in 13 je prepuščen izdelovalcem avtomobilov.

Samogradnja

Računalniškega vmesnika z ELM327 tistim, ki so vešči spajkanja, ne bo težko sestaviti, lahko pa za nekaj evrov več kupimo tudi komplet za sestavljanje. Poleg mikrokontrolerja potrebujemo še vezje za prilagoditev napetosti in toka, za kar lahko uporabimo, denimo, Microchipovo linearno vezje MCP2551.

Samogradnja računalniških vmesnikov je mogoča tudi na podlagi novejših in zmogljivejših 32-bitnih mikrokrmilnikov, ki vsebujejo strojno podporo vodiloma USB in CAN, denimo PIC32. Za mikrokrmilnik bomo odšteli manj kot 5 evrov, a bomo kljub temu imeli precej več dela z vgrajeno programsko opremo. Prednost take rešitve pa bo boljša podpora zajemanju podatkov.

Preden se odločimo za samogradnjo, se splača preveriti, ali jo bomo lahko prilagodili tudi kateremu izmed brezplačnih ali plačljivih diagnostičnih programskih paketov. Veliko programskih rešitev temelji na simuliranem vmesniku RS-232, ki fizično deluje prek vodila USB. Zato je uporaben vsak računalniški vmesnik, ki razume osnovne ukaze za komunikacijo, združljive z ELM327.

Skenerji kod OBD-II

V internetu je na temo OBD-II veliko spletnih strani, na katerih najdemo vse potrebno za domačo avtomobilsko diagnostiko:

lestvica najbolj priljubljenih gotovih skenerjev:

https://www.ezvid.com/top-ten-obd2-scanners

seznam standardnih PID za OBD-II:

https://en.wikipedia.org/wiki/OBD-II_PIDs

protokolni pretvornik, ELM327, ki ga uporablja večina diagnostičnih orodij OBD-II: https://en.wikipedia.org/wiki/ELM327

ukazi ELM327:

http://www.elmelectronics.com/ELM327/AT_Commands.pdf

več o tem, kako se lotiti projektov s PIC18 in PIC32 za samograditelje: https://sites.google.com/site/pcusbprojects