История автомобильной диагностики: от ДВС до гибридов и электромобилей

Сегодня диагностика автомобиля - это сканер, разъём OBD-II и несколько секунд до расшифровки кода ошибки. Так было не всегда. Путь от полного отсутствия диагностики до современных систем, читающих состояние каждой ячейки батареи электромобиля, занял больше полувека. Разбираемся, как это происходило.

Эпоха без диагностики

До появления электроники в автомобиле диагностики в привычном смысле не существовало вообще. Механик находил неисправность на слух, на глаз и руками: проверял вакуумным манометром работу двигателя, делал компрессометрию, смотрел на цвет нагара на свечах зажигания, регулировал карбюратор по звуку и обороты - на слух, проверял состояние контактов трамблёра и выставлял зажигание стробоскопом. Памяти неисправностей не было в принципе - если проблема не проявлялась прямо сейчас, найти её причину можно было только повторным провоцированием симптома.

Первые бортовые компьютеры

Электроника в автомобиле начала появляться в конце 1960-х - начале 1970-х годов, но изначально она управляла двигателем, а не диагностировала его:

• Volkswagen Type 3 (1968) - один из первых серийных автомобилей с бортовым компьютером для управления системой впрыска.
• Chrysler (1973) - электронное управление двигателем (Electronic Engine Control) на всех моделях.
• Ford EEC-I (1974) - управляющий блок на базе микропроцессора Toshiba TLCS-12.
• Oldsmobile Toronado (1977) - цифровой блок управления зажиганием.

Диагностических функций эти системы почти не имели - они управляли параметрами двигателя, а не сообщали механику, что сломалось.

Мигающая лампа и перемычка: первые коды неисправностей

В 1980-х годах у автопроизводителей начали появляться собственные, никак не согласованные друг с другом способы получить от машины хоть какую-то диагностическую информацию. Общий принцип был у всех похожим: механик замыкал определённые контакты диагностического разъёма, включал зажигание без запуска двигателя - и лампа Check Engine начинала мигать кодом неисправности, который нужно было считать и расшифровать по таблице.

Реализация при этом у каждого производителя была своя:

• General Motors (разъём ALDL, 1980–1995) - механик замыкал перемычкой контакты A и B разъёма ALDL. Лампа Check Engine мигала двузначный код: например, код 12 - одна вспышка, пауза, две вспышки; тройное повторение кода 12 означало «неисправностей не найдено».
• Toyota (разъём TDCL, 1980-е - 1995) - замыкались контакты TE1 и E1 (на Tercel и MR2 - T и E1), зажигание включено, двигатель заглушён. Лампа мигала двузначный код с паузой 2,5 секунды между кодами. Замыкание разъёма нужно было делать аккуратно: короткое замыкание +B на E1 могло сжечь предохранитель EFI или повредить блок управления.
• Ford (система Self-Test, EEC-IV, 1980-е) - встроенный самотест выдавал код через ту же лампу Check Engine парами вспышек с паузой около 2 секунд между разрядами. Для более удобного считывания кодов Ford выпускал отдельные фирменные тестеры - STAR, Super STAR, а позже NGS (New Generation Star).

У каждого производителя был свой разъём, свой протокол сигналов и своя таблица кодов - диагностическое оборудование одной марки не читало ошибки другой.

OBD-I: диагностика есть, стандарта нет

Эта разрозненность и получила задним числом название OBD-I (On-Board Diagnostics, первое поколение). Ещё в 1979 году SAE (Общество автомобильных инженеров США) предложило стандартизировать диагностический разъём и сигналы, но предложение массово не прижилось. В 1988 году SAE выпустило новую рекомендацию, а в 1991 году штат Калифорния впервые обязал все новые автомобили иметь базовую бортовую диагностику - это и стало точкой отсчёта OBD-I как обязательного, хотя всё ещё не унифицированного между производителями, стандарта.

OBD-II: один разъём для всех

В 1994 году Калифорния объявила, что с 1996 модельного года все автомобили, продаваемые в штате, должны иметь диагностику по новому, уже единому стандарту SAE - так появился термин OBD-II. В 1996 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) распространило это требование на всю страну для бензиновых автомобилей (для дизельных - с 1997 года).

OBD-II дал индустрии то, чего не было десятилетиями: единый 16-контактный разъём SAE J1962, единый набор диагностических сигналов и единую систему кодов неисправностей, одинаково читаемую сканером независимо от марки автомобиля. Подробнее о том, как устроен и работает сам протокол - в статье «История OBD II». В 2005 году требования OBD-II распространили и на среднетоннажные грузовики.

Гибриды: диагностика удваивается

OBD-II был спроектирован для автомобиля с одним двигателем внутреннего сгорания. В 1997 году в Японии (в США - с 2000 года) появился Toyota Prius, а в 1999 году - Honda Insight: первые массовые гибриды. Они сохранили штатный 16-контактный разъём OBD-II для всего, что касалось двигателя и выбросов - это требовал закон, - но получили вторую, полностью отдельную диагностическую систему для высоковольтной части: батареи, электромотора-генератора и инвертора. Обычный OBD-II-сканер на такой машине по-прежнему читал коды двигателя, но не видел ничего из того, что происходило в высоковольтном контуре - для этого производители вводили собственные, непубличные протоколы и коды.

Расширить пропускную способность диагностики помогла шина CAN (Controller Area Network) - гораздо более быстрый протокол обмена данными, чем исходные сигналы OBD-II. В США для лёгких автомобилей CAN стал обязательным физическим уровнем OBD-II начиная с 2008 модельного года (среднетоннажный транспорт - с 2005-го, тяжёлый - с 2010-го). Именно возросшая пропускная способность шины сделала возможным то, что сегодня кажется нормой: сканер, читающий не два-три параметра двигателя, а десятки напряжений отдельных модулей батареи одновременно.

Высокое напряжение потребовало новых правил безопасности

С гибридами и электромобилями в диагностику вошли процедуры, которых попросту не существовало для ДВС:

• HVIL (high-voltage interlock loop) - контур низковольтного мониторинга, который постоянно проверяет целостность всех высоковольтных разъёмов и штатно блокирует включение высокого напряжения при малейшем нарушении контакта.
• MSD (manual service disconnect) - сервисная перемычка/вилка, которую механик обязан вынуть перед началом работ с батареей, физически разрывая силовую цепь.
• Проверка сопротивления изоляции калиброванным прибором - обязательный шаг перед тем, как прикасаться к высоковольтным компонентам.

Ни один из этих шагов не имеет аналога в диагностике автомобиля с ДВС - там максимум, что грозило механику при ошибке, это севший аккумулятор на 12 В.

BMS - новый объект диагностики

Центральным элементом диагностики гибрида и электромобиля стала система управления батареей (BMS, battery management system). В отличие от блока управления двигателем, BMS не столько управляет одним процессом, сколько непрерывно следит за состоянием сотен отдельных элементов: напряжением и температурой каждой ячейки, балансировкой заряда между ячейками, расчётом уровня заряда (SOC) и общего состояния здоровья батареи (SOH). Первые поколения BMS на никель-металлогидридных батареях Prius и Insight решали задачу проще - в основном защиту от перезаряда; современные литий-ионные BMS считают состояние батареи в реальном времени и прогнозируют деградацию ячеек.

Отдельная веха - стандартизация разъёма зарядки: SAE J1772, принятый Калифорнией в 2001 году и обязательный для продаж в штате с 2006 модельного года, в обновлённой версии 2010 года стал тем самым разъёмом переменного тока, который используется на электромобилях и сегодня.

Путь от замыкания контактов A и B на разъёме ALDL до непрерывного мониторинга сотен ячеек батареи через CAN-шину занял меньше пятидесяти лет - и точно не закончился: телематика, диагностика по воздуху (OTA) и растущая доля электромобилей продолжают менять то, что вообще считается диагностикой автомобиля. Актуальное диагностическое оборудование - от классических сканеров до приборов для работы с современными системами - смотрите в разделе «Диагностика» и на странице производителей.