OBD系统
OBD系统（英文名：On-Board Diagnostics，中文全称：车载诊断系统）是一种诊断汽车故障的装置，可持续监测零部件和系统的状态以及排放的裂化过程。
OBD系统起源于20世纪80年代的美国，首先由通用汽车汽车公司在1981年应用。后来，汽车工程师协会在OBD-Ⅰ的基础上对通讯协议、诊断接口等技术细节进行了标准化，发展成为OBD-Ⅱ系统。从1996年开始，全美境内销售的所有轻型汽车和卡车都需配装OBD-Ⅱ系统。欧洲则在2000年开始实施OBD法规。2005年，中国国家环保总局颁布了GB18352.3-2005标准《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》，而OBD是国Ⅲ、国Ⅳ阶段排放法规必须执行的内容。GB18285-2018和GB3847-2018标准进一步明确了新车和在用车的环保检测设备和方法，增加了车辆外观检测和OBD检测。
OBD系统由车载中的诊断软件、传感器、执行器、诊断座以及外围的诊断设备共同组成。OBD装置监测多个系统和部件，包括发动机、催化转化器、颗粒捕集器、氧传感器、排放控制系统、燃油系统、GER等。OBD通过各种与排放有关的部件信息，连接到电控单元(ECU)，ECU具备检测和分析与排放相关故障的功能。当出现排放故障时，ECU记录故障信息和相关代码，并通过故障灯发出警告，告知驾驶员。ECU通过标准数据接口，保证对故障信息的访问和处理。
研究背景
汽车电子技术的快速发展使车身集成的ECU越来越多，电子控制器也越来越复杂，系统中任意一个组件的故障都有可能导致整个系统出现问题，汽车故障定位与处理的难度日益增加。因此，开发良好性能的OBD车载诊断系统始终具有必要性和现实意义。
发展历程
中国
2005年4月15日，由国家环境保护总局颁布的GB18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》规定中国在2007年7月1日实施国Ⅲ排放，2008年7月1日第一类汽油机需匹配OBD系统。国ⅢOBD系统的要求基本与EOBD的一致。GB18352.3一2005对OBD的定义为，OBD指用于排放控制的车载诊断系统，它必须具有识别可能存在故障区域的能力，并以故障代码的方式将该信息储存在电控单元存储器内。
2005年12月23日，北京环保局和北京市质量技术监督局发布公告【京环发(2005)214号】，宣布自2005年12月30日起，在北京市销售新定型车型（包括全新产品及产品扩展与更改）须安装车载诊断（OBD）系统，2005年12月30日前已定型上市销售并通过国家第三阶段排放标准审核的车型可延迟安装OBD系统；2006年12月1日后，停止在北京销售未安装OBD系统的新车。同年12月31日起，北京市开始提前实施国家第III阶段排放法规，并且要求新车型必须带有OBD系统。
2006年1月12日，北京环保局公布了【京环发(2006)4号】第一批达到国III排放标准，且带OBD功能的轻型车目录。同年8月31日，广州环保局随后发布公告【穗环(2006)81号】，规定“自2006年9月1日起，在市行政区域内登记的轻型汽车和重型汽车，应当符合GB18352.3-2005、GB17691−2005中的第三阶段排放控制要求，列入国家环境保护总局发布的达标公告的轻型汽车车型（包括全新产品及产品扩展与更改）需安装车载诊断系统（OBD）。11月15日，北京环保局再次发布公告【京环发(2006)214号】，重申半个月后的12月1日起，北京市停止销售未安装车载诊断系统（OBD）的国Ⅲ轻型汽车。
2007年1月1日起，广州市要求所有新上牌轻型汽车必须加装OBD。同年5月24日，深圳政府印发【深府办[2007]82号】 “关于执行国家第三阶段机动车污染物排放标准的环保车型目录的通告”，规定从2007年7月1日起执行国三排放法规。从2008年1月1日起，深圳市轻型汽油车车型（包括全新产品及产品扩展和更改）需安装车载诊断系统（OBD）。
2008年1月24日，环境保护总局办公厅(2008)35号函发布，征求对《轻型汽车车载诊断（OBD）系统管理技术规范》的意见。同年4月8日，环境保护部办公厅(2008)57号函发布，征求对《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断系统（OBD）技术要求》（征求意见稿）等3项国家环境保护标准的意见。6月24日，环境保护部发布《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技术要求》，并宣布此要求从2008年7月1日起实施。
为强化机动车排气污染防治工作，国家生态环境部和国家市场监督管理总局于2018年9月27日联合发布了《汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》（GB18285-2018）和《柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法及加载减速法）》（GB3847-2018），此新标准进一步明确了新车和在用车的环保检测设备和方法，增加了车辆外观检测和OBD（指由车载电脑监控车辆污染防治设备状态情况的设备）检测，要求自2019年5月1日起实施。
其他国家
OBD系统起源于20世纪80年代的美国，首先由通用汽车汽车公司在1981年应用。该系统旨在车辆使用过程中监测排放控制系统，一旦发现排放系统存在故障，OBD系统会点亮组合仪表的故障指示灯（Malfunction Indicator Lamp, MIL），告知驾驶人存在问题，并在计算机中设定一个代码，同时将该代码储存在计算机内存中，便于技术人员进行诊断和维修。1988年，加利福尼亚州空气资源委员会（California Air Resources Board, CARB）开发了第一代OBD架构，称为OBD-Ⅰ，但其仅覆盖了发动机排放系统相关的传感器和执行机构，存在诸多不足。随着技术进步和扩展在线诊断能力的需求增加，第二代OBD架构OBD-Ⅱ被开发出来。OBD-Ⅱ系统相较于之前的车载自诊断系统，其显著特点是具有严格的排放针对性。其核心功能在于监测汽车的排放情况，一旦汽车排放的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)或燃油蒸发污染量超出预设标准，故障指示灯便会亮起，发出报警信号。
1990年，美国颁布的《清洁空气法（修正案）》规定，从1996年开始，全美境内销售的所有轻型汽车和卡车都需配装OBD-Ⅱ系统，该系统能够监测影响整车排放性能的每一个零件，包括传感器、执行机构、催化转换器、燃油供给系统和发动机失火等，以确保车辆在整个使用寿命中尾气排放尽可能满足标准要求，并辅助维修人员进行诊断和维修。
欧洲则在2000年开始实施OBD法规，即欧洲车载诊断（Europe On-Board Diagnosis, EOBD），美国OBD监控的目的在于成为高排放标准车辆之前发现故障；欧洲OBD监控的目的在于发现高排放车辆。日本在2000年以后引入OBD技术，2004年之后，汽车发达国家的OBD技术进行第三个阶段。
原理
车载中的诊断软件、传感器、执行器、诊断座以及外围的诊断设备一起共同组成了OBD系统。OBD系统的基本功能一是点亮组合仪表中的警示灯(MIL)，通知驾驶员出现故障；二是在计算机中设定一个相应的故障代码；三是将代码储存在计算机内存中，便于技术人员获取并用于诊断和维修。
故障自诊断系统的基本组成
故障自诊断模块监测的对象是电控车辆上的各种传感器、电子控制系统本身以及各种执行元件，故障判断正是针对上述3种对象进行的。故障自诊断模块共用车辆电子控制系统的信号输人电路，在车辆运行进程中监测上述3种对象的输入信息。当某一信号超出了预设的范围值并且这一现象在一定的时间内不会消失，故障自诊断模块便判断为这一信号对应的电路或元件出现故障，并把这一故障以代码的形式存入内部存储器，同时点亮仪表盘上的故障指示灯。针对3种监控对象产生的故障，故障自诊断模块采取不同的应急措施，当某一传感器或电路产生了故障后，其信号就不能再作为车辆控制参数，为了维护车辆的运行，故障自诊断模块便从其程序存储器中调出预先设定的经验值，作为该电路的应急输人参数，保证车辆可以继续工作。当电子控制系统自身产生故障时，故障自诊断模块便触发备用控制回路对车辆进行应急的简单控制，使车辆可以短时运行。当某一执行元件可能导致其他元件损坏或严重后果的故障时，为了安全起见，故障自诊断模块采取一定的安全措施，自动停止某些功能的执行，这种功能称为故障保险。
传感器的故障自诊断
当某一传感器或电路产生了故障后，其信号就不能再作为车辆的控制参数，为了维持车辆的运行，故障自诊断模块便从其程序存储器中调出预先设定的经验值，作为该电路的应急输入参数，保证车辆可以继续工作；微机对传感器的故障自诊断不需要专门的线路，只需在软件中编制传感器输入信号识别程序，即可实现对传感器的故障自诊断。工作时，各传感器的信号不断地进入到微机，微机根据其内部设置的传感器信号，由监测软件判别输入的信号是否有异常。如果某一传感器信号的电压超出设定的范围或信号丢失，监测软件就判定该传感器有故障或有关线路有问题，驱动故障灯闪亮，并将该故障以代码形式存储到微机内的存储器中。如水温传感器的正常输入信号电压变化范围为0.3~4.7V，对应的发动机冷却水温度为-30~120℃，微机检测到的信号电压长时间超出此范围时，则传感器信号识别监测软件即判定发动机冷却水温度传感器或其电路存在故障。微机将此故障以代码的形式存入存储器中，同时点亮仪表板上的故障灯。
微机系统的故障自诊断
当电子控制系统自身产生故障时，故障自诊断模块便触发备用控制回路对车辆进行应急的简单控制，使车辆可以开到修理厂进行维修，这种应急功能就叫故障运行，又称跛行功能。微机内部如果发生故障，控制程序的例行程序就不可能正常运行，微机就处于异常工作状态，车辆将无法行驶。为了保证车辆在微机本身出现故障时仍能继续运行，采用后备回路系统，使车辆进入简易控制运行状态，使车辆行驶。在微机内部出现异常情况时，微机自诊断系统也能显示其故障，并记录下故障代码，将故障灯点亮。微机工作是否正常是由被称为监视回路的电路（监视器）进行监视的，监视器中安装有独立于微型计算机系统之外的计数器。微机正常运行时，由微机的运行程序对计数器定时清零处理，这样，监视器中计数器的数值是永远不会出现计数满而溢出的现象；否则微机便不能对这个计数器进行定时清零，致使监视计数器出现溢出现象。
执行器的故障自诊断
当某一执行元件出现可能导致其他元件损坏或严重后果的故障时，为了安全起见，故障自诊断模块采取一定的安全措施，自动停止某些功能的执行，这种功能称为故障保险。例如，当点火电子组件出现故障时，故障自诊断模块就会切断燃油喷射系统电源，使喷油器停止喷油，防止未燃烧混合气体进入排气系统引起爆炸。在电控系统工作时，微机对执行器进行的是控制操纵，微机向执行器输出控制信号，而执行器无信号返回微机。因此，对执行器的工作情况进行诊断，一般需要增设专用故障诊断电路，即微机向执行器发出一个控制信号，执行器要有一条专用电路来向微机反馈其控制信号的执行情况。发动机电控点火系统中的点火监控信号就是用来判定点火系统工作是否正常的监视信号。在点火系统正常情况下，当微机对点火电子组件进行控制时，点火电子组件每进行一次点火，便由点火监视回路将点火执行情况以电信号的形式反馈给微机。当点火线路或点火电子组件出现故障时，若微机发出点火控制命令，却得不到反馈的点火监视信号，此时微机故障自诊断系统即判定点火系统有关部位有故障，显示故障并存储故障代码。
OBD装置监测多个系统和部件，包括发动机、催化转化器、颗粒捕集器、氧传感器、排放控制系统、燃油系统和EGR等。
车载诊断系统的诊断过程
OBD是通过各种与排放有关的部件信息，连接到电控单元(ECU)，ECU具备检测和分析与排放相关故障的功能。当出现排放故障时，ECU记录故障信息和相关代码，并通过故障灯发出警告，告知驾驶员。ECU通过标准数据接口，保证对故障信息的访问和处理。
车辆故障自诊断系统的异常诊断
车辆故障自诊断系统诊断出的故障码存储在随机存储器(RAM)中，故障码可长期保存，清除故障码需要断开专门的随机存储器连接电路或者直接断开蓄电池。车辆故障自诊断系统记录和存储错误的故障码，会对电控车辆维修带来许多不便。在以下3种情况时，故障码容易出现错误信息。
自诊断系统与跛行系统
车辆正常运行时，电控单元ECU的输入、输出信号的电压值都有一定的变化范围。当某一信号的电压值超出这一范围，并且这一现象在一段时间内不会消失，ECU便判断为这一部分出现故障。ECU把这一故障以代码的形式存入内部随机存储器(RAM)，同时点亮故障检查灯。当某电路产生故障后，其信号就不能作为发动机的控制参数使用了。为了维持发动机的运转，ECU便从其程序存储器(ROM)中调出某一固定值，作为发动机的应急参数，保证发动机可以继续运转。当ECU中的电控单元出现故障时，ECU自动启用后备控制回路对发动机进行简单控制，使车辆可以开回家或是到附近的汽修厂进行修理，这样的功能就是故障运行，即跛行模式。另外，当ECU检测到某一执行器出现故障时，为了安全起见，采取一些安全措施。这种功能叫作故障保险。
车辆发生故障自诊断的操作技巧
电子控制燃油喷射车辆发动机的控制计算机ECU设置了故障自诊断系统，它主要用来监测电子控制系统各部件的工作状态，并且根据电子控制系统的配置情况，确定诊断故障的数量多少。当电喷车辆自诊断系统监测到一个故障时，一方面，它启用故障的保护功能，对控制系统进行必要的保护；另一方面，它将该故障以故障代码的形式存储在随机存储器(RAM)中，并且同时点亮故障指示灯(CheckEnging)。车辆维修人员可按照一定的操作程序，读取该故障的故障码，再通过查对有关的技术资料，将代码所示故障了解仔细，便可对车辆电控系统故障进行有目的的维修。
监测内容
标准规范
根据GB 18352.3-2005标准，OBD系统指的是用于排放控制的车载诊断系统，它必须能够识别可能存在故障的区域，并以故障代码的方式储存相关信息，同时能通过标准诊断连接的串行接口获取所有与排放相关的故障诊断数据。GB 18352.3-2005标准还规定了排放控制诊断系统必须符合的一系列ISO和/或SAE标准，这些标准涉及数字信息交换、数据通讯网接口、排放相关系统、诊断连接接头和相关电路、诊断故障代码的定义等方面。
OBD系统的工作以故障监测为基础，其任务包括监测电子控制系统本身的硬件（如传感器和执行器）是否有故障，监测与排放密切相关的硬件（如三效催化转化器）是否有故障，监测发动机工作过程是否正常（如是否有缺火发生等），以及监测发动机机械状况是否正常（如机油油位、冷却液量等）。
如果ECU（电子控制单元）根据各种传感器信号推断出与排放有关的部件或系统的失效已经导致排放污染物超过规定的限值，或OBD系统不能满足基本的诊断要求，则认为发生了故障。对于燃用液化石油气LPG或天然气NG的车辆，采用与汽油车相同的排放污染物极限值。
《汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》（GB18285-2018）和《柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法及加载减速法）》（GB3847-2018）进一步明确了新车和在用车的环保检测设备和方法，增加了车辆外观检测和OBD（指由车载电脑监控车辆污染防治设备状态情况的设备）检测。
发展趋势
随着传感器技术、软件技术和数据存储技术的不断进步，有关OBD系统的研究会取得更为显著的突破。立足于OBD系统的发展现状，未来主要呈现以下趋势：OBD系统的功能会不断完善，从当前主要集中在发动机电子控制系统的检测和维修，逐步扩展到全车范围，同时推动全球范围内通信协议和故障代码的统一；此外，OBD系统会提供更多数据信息，涵盖驾驶员个人信息、驾驶行为习惯、车辆电子控制系统的工作状态与潜在故障分析，推动驾驶向智能化方向发展；同时，OBD系统还会为交通管理部门提供新的管理入口，通过远程信息传输为智能交通系统提供实时全面的数据支持，实现车、路、人的协同管理，有效降低道路事故发生概率；随着跨界跨企业合作的增多，OBD系统数据的深度挖掘与分析会为车主带来更多个性化的增值服务，助力实现全天候智能出行。
参考资料
环保科普｜环保“黑科技”之OBD系统有多重要.微信.2024-12-03
什么是OBD?哪些车辆在年审检验时需要进行OBD检查?.惠州市人民政府.2024-12-03
点燃式发动机车载诊断系统(OBD)概述.AET电子技术应用.2024-12-05
关注!本月起车辆环保年检实施新标准，车辆严重冒黑烟将被“一票否决”.微信公众平台.2024-12-03