Komunikace řídících jednotek motoru s PC Sběr a analýza dat

MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA ÚSTAV TECHNIKY A AUTOMOBILOVÉ DOPRAVY Komunikace řídících jednotek motoru s PC Sběr a analýza dat Diplomová práce Vedoucí práce Doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc. Vypracoval Bílek Vít Brno 2005

Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci na téma Komunikace řídicích jednotek motoru s PC sběr a analýza dat vypracoval samostatně podle pokynů vedoucího diplomové práce a za použití informačních zdrojů, které uvádím v seznamu literatury. V Brně dne 10. 5. 2007..

Poděkování Touto cestou děkuji vedoucímu své diplomové práce panu doc. Ing. Pavlu Sedlákovi, CSc. za vedení a cenné rady při zpracování této práce. Dále bych rád poděkoval operátorovi Ing. Podlipnému za umožnění provedených zkoušek na vozidlové zkušebně MZLU v Brně.

SEZNAM HLAVNÍCH UŽITÝCH SYMBOLŮ A VELIČIN Označení Jednotka Veličina a m.s -2 ZRYCHLENÍ A J práce ε s -2 úhlové zrychlení F N síla η - účinnost transformace I A elektrický proud φ % relativní vlhkost vzduchu J kg.m 2 hmotnostní moment setrvačnosti K - korekční součinitel m kg hmotnost M t Nm točivý moment m pe g.kw -1.h -1 měrná spotřeba paliva M ph kg.h -1 paliva hmotnostní hodinová spotřeba n s -1, min -1 otáčky motoru p Pa tlak P e W, kw užitečný (efektivní) výkon motoru P r W, kw přepočtený (redukovaný) výkon motoru Q J teplo ρ kg.m -3 měrná hmotnost, hustota R Ω elektrický odpor s m dráha τ s čas t C teplota (Celsiova) T K teplota (termodynamická) U V elektrické napětí v m.s -1 rychlost V M m 3, dm 3 zdvihový objem motoru ω s -1 úhlová rychlost W J energie P i W, kw indikovaný výkon P max W, kw maximální výkon P z W, kw ztrátový výkon

VYSVĚTLIVKY ZKRATEK ABS bit byte CAN DLC DTC ECM ECU EGR hex MIL PID PID hex RISC RS-232 STK VAG Protiblokovací brzdový systém Binární jednotka Jednotka informace složená z bitů Sběrnice CAN-Bus Diagnostické rozhraní (konektor) Diagnostické chybové kódy Elektronická řídicí jednotka Elektronická řídicí jednotka Systém recirkulace výfukových plynů Hexadecimální tvar čísla Indikační kontrolka poruchy systému OBD II Proporcionálně integračně derivační složka regulátoru Identifikátor parametru Vnitřní architektura mikroprocesoru Sériová sběrnice Stanice technické kontroly Komunikační protokol koncernu VW

ABSTRAKT Cílem práce je vyzdvihnout nesporné výhody diagnostiky v oboru opravy a údržby vozidel. V první části diplomové práce byl shrnut současný stav problematiky komunikace řídicích jednotek motoru s PC - ukázány možnosti prováděných zkoušek vozu a v současné době využívaná zařízení, teoreticky popsány metody měření, rozdíl mezi sériovým a paralelním zapojením, popsány odlišné formy komunikace mezi řídicími jednotkami CAN BUS a diagnostické rozhraní pod standardem OBD 2 atd. Vlastní práce popisuje průběh konkrétního měření, kdy byla z diagnostického zařízení umístněného na MZLU v Brně získána relevantní data a tato pak dále analyzována. Konkrétní automobil byl otestován tak, aby byl zjištěn celkový průběh chování motoru, odhaleny případné závady na motoru a poukázáno na fakt, že i v době digitalizace má analogový signál své opodstatnění, protože velkou měrou napomohl ke zpřesnění naměřených dat. ABSTRACT This diploma thesis is focused on advantages of contemporary motor-vehicle diagnostics for auto repairs. The current state of the issue of communication of motor- control units with PC was summarized in the first part of the diploma thesis. This part describes variety of tests which can be provided in this area, the useful equipment, the methods of measurement, the differences between serial and parallel connection, demonstration of access to CAN-BUS (Control Area Network), the usage of diagnostic signals under OBD-II standards for On-Board Diagnostics, II generation. The practical work is based on car testing, describes whole procedure which was provided on diagnostic equipment at MZLU Brno, describes the usage of internal measuring systems and point out the signals in the cars for correction of power or torque measurement on the chassis dynamometer. Acquired data were used for the next analysis. Vehicle was tesed to find out motor defects and lay emphasis on importance of usage of analog signal, which completed the result of measured data.

1 ÚVOD... 6 2 CÍL PRÁCE... 7 3 METODIKA... 8 4 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU PROBLEMATIKY HODNOCENÍ VOZIDEL 9 4.1 Stávající metody měření hlavních parametrů spalovacích motorů... 9 4.1.1 Metody měření výkonových parametrů spalovacích motorů... 9 4.1.2 Metody měření spotřeby paliva... 14 4.1.3 Měření emisních složek výfukových plynů... 16 5 SOUHRN MOŽNOSTÍ PŘÍSTUPŮ K ÚDAJŮM ŘÍDICÍCH JEDNOTEK... 17 5.1 Sériová a paralelní diagnostika... 17 5.1.1 Sériové zapojení... 17 5.1.2 Paralelní zapojení... 20 5.2 CAN BUS a OBD... 21 5.2.1 CAN BUS (Controller Area Network Bus)... 21 5.2.2 OBD II... 23 6 ZKOUŠENÍ VOZIDEL A SPALOVACÍCH MOTORŮ NA VÁLCOVÝCH ZKUŠEBNÁCH NOVÉ GENERACE... 37 6.1 Charakterizace válcových zkušeben nové generace... 37 6.2 Prováděné zkoušky... 38 6.2.1 Zkoušky hnacího ústrojí (spalovacích motorů)... 38 6.2.2 Zkoušky brzdové soustavy... 38 6.2.3 Kalibrační testy... 39 6.2.4 Doplňkové zkoušky... 39 6.3 Náhrada mechanických řešení digitální řízením... 39 6.4 Příklad realizované zkušebny... 42 7 ANALOGOVÉ A DIGITÁLNÍ ZPRACOVÁNÍ MĚŘENÍ... 45 7.1 Měřící karty... 45 7.1.1 Praktické užití digitální měřící karty... 46 7.2 Převod analogového signálu na digitální... 48 7.2.1 Technická realizace konverze analogové a digitální podoby signálu měřené veličiny... 51 8 EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ APLIKACE PRO SBĚR DAT A NÁSLEDNÁ POKROČILÁ ANALÝZA VÝSLEDKU... 53 8.1 Měření otáček motoru... 53 8.1.2 Fourierova transformace... 57 9 VLASTNÍ PRÁCE... 61 9.1 Použité prostředky pro měření... 61 9.2 Kroky předcházející samotnému měření... 62 9.3 Postup zkoušení... 62 9.3.1 Příprava na zkoušku... 62 9.3.2 Dynamická zkouška... 62 9.3.3 Zkouška Vkonst... 64 10 ZAVĚR... 68 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A ZDOJŮ... 69 SEZNAM OBRÁZKŮ... 72 SEZNAM TABULEK... 74 SEZNAM PŘÍLOH... 74

1 ÚVOD Dnes, na počátku 21. století je automobil nedílnou součástí života, stal se takřka samozřejmým nástrojem k překonávání vzdáleností. Samotné slovo automobil pochází z řeckého άυτο ( áuto ) a latinského mobilis ve významu pohyblivý, ve starší češtině byl rovněž užíván doslovný překlad slova automobil samohyb. Automobil je tedy definován jako samostatně se pohybující pozemní dopravní prostředek, který je schopen se po zemi pohybovat díky svému vlastnímu pohonu. Okamžik, všeobecně považovaný za počátek automobilové historie, byl 29. leden 1886, kdy Karl Benz požádal o patent na svůj automobil. V listopadu téhož roku mu byl udělen říšský patent, ve kterém je popsána tříkolka poháněná výhradně spalovacím motorem. První Benzův automobil byl poháněn čtyřdobým benzínovým jednoválcem s elektrickým zapalováním, karburátorem a kapalinovým chlazením, počátek automobilových systémů byl tedy založený na procesech mechanických, pneumatických, hydraulických, termických, elektrických, ne však elektronických a přestože se postupem času nepostradatelnou pomůckou v automobilovém průmyslu staly také počítače, nedosáhla ani dnešní osobní vozidla bezporuchovosti. S nástupem řízení motorů řídícími jednotkami místo karburátorů začala v podstatě i éra diagnostiky motorů. Úplně první řídící jednotky (dále jen ŘJ) neuměly téměř nic, jen pomocí TTL logiky řídily podle údajů z čidel dobu vstřiku. Postupem času ŘJ přebíraly stále větší díl řízení motoru, od vstřikování přes řízení předstihu apod. Začala se používat první diagnostika, tzv. "vyblikání", řídící jednotky začaly být adaptabilní (dokázaly se přizpůsobit motoru a volit pro něj nejoptimálnější podmínky) až do dnešní doby, kdy v nových vozech je několik řídících jednotek propojených mezi sebou. Dnešní diagnostika už se ovšem netýká jen motorového managementu; diagnostikují se i airbagy, imobilizéry, klimatizace, servořízení, ABS a další stabilizační systémy, ale i centrální zamykání, el. stahování oken a mnoho dalšího. Důvodem výběru daného tématu pro zpracování své diplomové práce je pak nejen moje záliba v automobilech a sledování vývoje v oblasti motorů, ale zejména nutnost neustále prohlubovat své znalosti v oblasti diagnostiky vozidel, které se do - 6 -

budoucna stanou abecedou pro ty, jež se chtějí podílet ve vývoji automobilového průmyslu či jiných strojů. Navíc se mi naskytla jedinečná příležitost využít moderního diagnostického zařízení umístěného v prostorách Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně. Podnětem ke zpracování tématu v neposlední řadě byla absence literatury rozebírající danou problematiku. 2 CÍL PRÁCE Cílem mé diplomové práce je v rámci jedné publikace shrnout současný stav dané problematiky, poukázat na současné možnosti a zařízení, které jsou v oboru zkušebnictví a diagnostiky motorových vozidel využitelné a poskytnout tak základní informace pro pracovníky v oboru opravárenství a údržby motorů, bez nichž se v budoucnu, budou-li chtít být v oboru uspět nad konkurencí, neobejdou. Cílem je naučit takovéhoto čtenáře příslušný automobil otestovat, odhalit závady na motoru, ale i celkový průběh chování motoru, ukázat mu, jak se získanými daty z diagnostických přístrojů nakládat a jak dostat se k relevantnímu výsledku. V neposlední řadě má tato práce za cíl co nejvíce vyzdvihnout nesporné výhody diagnostiky a poukázat na to, že: - přestože žijeme v době digitalizace, své opodstatnění má stále i signál analogový a často nám poskytuje informace, které digitální signál neobsahuje, - diagnostika umí poskytnout širokou varietu informací o stavu motoru (výkon, měrná spotřeba atd.) ale také o stavu dalších komponent vozu jako např. airbagy a klimatizace, - dosažení správného výsledku záleží na více faktorech než jen na správné komunikaci motoru s PC a sběru dat, ale neméně důležitou roli hraje způsob jejich vyhodnocování, který mnohdy obnáší použití složitých matematických operací jako je např. FFT analýza a další. - 7 -

3 METODIKA Diplomovou práci jsem zpracovával v průběhu akademického roku 2005/2006/2007. Prvním krokem bylo zvolení tématu, tak aby práce řešila aktuální a zajímavý problém, následovala formulace cíle práce, sestavení osnovy, sběr dat a jejich následné zpracování. Data potřebná ke zpracování diplomové práce jsem čerpal z několika zdrojů uvedených v seznamu literatury na konci diplomové práce. K pochopení daného tématu mi napomohly přednášky z předmětu Diagnostika motorových vozidel a Údržba a opravy motorových vozidel, které jsem absolvoval ve 4. ročníku. Do své diplomové práce jsem zapracoval výsledky z měření získané v průběhu roku 2006, které jsem prováděl za přítomnosti operátora Ing. Podlipného ve vozidlové zkušebně v areálu MZLU v Brně. Pro zpracovávání daného tématu jsem využil metody deskripce, která se nejvíce objevuje v teoretické části a pomocí níž definuji nejdůležitější pojmy z oblasti diagnostiky vozidel. Využitím metody komparace porovnávám chování motoru při různých stavech motoru a srovnávám využití analogového a digitálního signálu. Ve vlastní práci provádím analýzu sesbíraných dat, přičemž průběh chování motoru zobrazuji převážně graficky pro lepší názornost. V závěru shrnuji zjištěné informace (syntéza). Pro větší přehlednost jsem ve své práci nahrazoval některé názvy jejich zkratkami, které se obecně užívají. Jejich seznam je uveden rovněž na konci práce. - 8 -

4 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU PROBLEMATIKY HODNOCENÍ VOZIDEL Přestože metody měření motorových vozidel procházejí neustálým vývojem, až donedávna tak tomu bylo bez podílu výpočetní techniky. Ani tento obor se však během posledních let neubránil proniknutí výpočetní techniky a přestože moderní technika přispěla k většímu bezpečí, pohodlí a pomohla odstranit mnoho vad, přinesla s sebou jiné, často mnohem složitější problémy. Zdokonalení technické stránky vozu s sebou nese vyšší nároky na kontrolní, opravárenské a jiné zařízení. 4.1 Stávající metody měření hlavních parametrů spalovacích motorů Na silniční motorová vozidla a jejich části jsou kladeny požadavky bezvadného, spolehlivého, ekologického a ekonomicky příznivého provozu. Zabezpečit tyto požadavky nelze pouze kvalitní konstrukcí a výrobou, ale o vozidlo a jeho zařízení je nutno pečovat a jejich funkci pravidelně kontrolovat. Úkolem servisních pracovišť je kontrolovat jednotlivé funkce všech zařízení vozidla, zejména ty, co mají dopad na bezpečnost silničního provozu, ale také na ekologičnost provozu, protože silniční doprava patří k předním znečišťovatelům životního prostředí. Z tohoto důvodu vznikly stanice technické kontroly pro vozidla v provozu a homologační stanice pro vozidla nová. Hlavním parametrem spalovacích motorů z hlediska ekonomiky a ekologie provozu je míra účinnosti přeměny chemické energie obsažené v palivu na mechanickou práci. Nejvýznamnějším ukazatelem této účinnosti je měrná spotřeba paliva, kterou lze charakterizovat jako komplexní diagnostický signál spalovacích motorů. Aby bylo možné stanovit tento komplexní diagnostický signál, je nutné, aby byly dostatečně přesně měřeny výkonové parametry a spotřeba paliva motoru. 4.1.1 Metody měření výkonových parametrů spalovacích motorů K měření výkonových parametrů spalovacích motorů, výkonu a točivého momentu v závislosti na otáčkách, se využívá celá řada metod. Každá metoda měření má různé požadavky na její provedení a s tím souvisí také rozdílná přesnost. Z hlediska zatížení lze rozdělit tyto metody na stacionární a dynamické. Podrobnější přehled uvádí tabulka č. 1. - 9 -

Tab. č. 1: Přehled metod měření výkonových parametrů motorů [2] Způsob zatížení Uložení motoru Měření výkonu Princip měřícího zařízení Stacionární (statické) předvolené otáčky motoru jsou udržovány zatěžovacím momentem brzdy (automobilové motory) zatěžovací moment se volí nezávisle na otáčkách (motory s vlastní regulací) Na zkušebním stanovišti Ve vozidle (v místě instalace) Na klikovém hřídeli nebo jiném srovnatelném místě Na obvodu hnacích kol (válcové zkušebny) Na klikovém hřídeli nebo jiném srovnatelném místě Na vývodovém hřídeli (traktory a užitková vozidla) Absorpční dynamometry: - elektromagnetické vířivé brzdy - hydraulické brzdy - mechanické frikční brzdy - vzduchové brzdy (vrtulové) - tandemové brzdy (komb.) Univerz. dynamometry: - elektrodynamické motorgenerátory na stejnosměrný nebo střídavý proud Torzní dynamometry (nebrzdí) Dynamické urychlování setrvačných hmot zvoleným točivým momentem Ve vozidle Na obvodu hnacích kol (válcové zkušebny) Na klikovém hřídeli nebo jiném srovnatelném místě Měření úhlového zrychlení setrvačných hmot (přídavné setrvačníky na válcích) Měření úhlového zrychlení klikového hřídele samotného motoru (volná akcelerace) nebo s přídavnými setrvačnými hmotami při jízdě na určitý Přepočet výkonu na klikový hřídel Měření přímočarého zrychlen í celého vozidla 4.1.1.1 Měření při stacionárním zatěžovacím momentu Obvykle se statickým (stabilním) zatížením spalovacího motoru rozumí takové zatížení umožňující nastavení předvolených otáček, které jsou v průběhu snímání jednotlivých vstupů a výstupů z motoru konstantní. K udržování příslušného zatížení slouží celá řada dynamometrů. - 10 -

Měření motorovým dynamometrem na zkušebním stanovišti Jde o způsob měření spalovacího motoru, který vychází z normy ISO 1585:1992 Silniční vozidla Zkoušky motoru Výkon netto nebo ČSN 30 2008 Motory automobilové - Zkoušky na brzdovém stanovišti. Motor je v tomto případě demontován z vozidla a uložen na měřící stanoviště, kde je dovybaven pouze pomocným zařízením, které je nezbytné k jeho provozu. Mezi základní způsoby měření výkonových parametrů motoru na zkušebním stanovišti patří snímání parametrů na klikovém hřídeli. Příslušná norma limituje přesnost měření jednotlivých signálů včetně korekcí na standardní podmínky. Z praktického hlediska se však i zde vyskytují chyby měření, které mohou být například způsobeny vlastními ztrátami a hysterezí použitého dynamometru, chybou snímačů reakční síly a případně také snímači teplot a atmosférického tlaku. Zkušební stanoviště je s ohledem na své vysoké pořizovací náklady, požadavky na čas a pracnost vhodné zejména pro vývoj nových motorů, zkoušení při jejich výrobě a případně homologační měření. Pro běžnou servisní a opravárenskou praxi je tento způsob měření výkonových parametrů nevhodný i s ohledem na provozní podmínky. [2,5] Měření spalovacího motoru ve vozidle pomocí válcového dynamometru Toto měření eliminuje některé nedostatky předchozí metody. Tato metoda měření dosahuje srovnatelných přesností měření jako předchozí metoda, ale pouze při měření výkonových parametrů na obvodu hnacích kol. Ten je proti skutečnému výkonu motoru obvykle nižší. Navíc dochází ve vozidlech při přenosu rychlosti a momentu k transformaci v převodových a jízdních částech. Lze tedy říci, že nejvýznamnější ztráty vznikají právě při přenosu energie z klikového hřídele na hnací kola a jsou závislé na účinnosti částí jako je spojka, převodovka, kloubový hřídel, rozvodovka, koncové převody apod. Dalšími ztrátami jsou ztráty, které se týkají prokluzu a deformační práce pneumatiky s jistým vlivem ventilačních ztrát při jejich rotaci. Hodnota celkových převodových ztrát u měření prováděném na válcovém dynamometru, uváděná v literatuře, je značně nejednotná. Ve starší literatuře se pohybuje až u 40 % a v novější literatuře do 25 % užitečného výkonu motoru na - 11 -

klikovém hřídeli. I když jsou v praxi používány metody pro zjištění ztrát, například decelerace motoru, korekční výpočty na prokluz apod., tak je stanovení výkonových parametrů na klikovém hřídeli zatíženo značnou chybou. Uvedené důvody a praktické použití upozorňují na význam přenesených výkonových parametrů z klikového hřídele na hnací kola. Výkon na hnacích kolech slouží přímo k pohybu vozidla, kdežto výkon na klikovém hřídeli motoru musí pokrýt všechny dříve uvedené ztráty zařízení od motoru až po hnací kola. Zároveň by měření výkonu na hnacích kolech umožnilo kromě stavu motoru kontrolovat také stav převodových a pojezdových ústrojí. Z tohoto důvodu je použití válcové zkušebny vhodné. [1,2,5] 4.1.1.2 Měření výkonových parametrů dynamických způsobem Vůči metodám statickým, kde je parametr výkonu spalovacího motoru měřen při ustálených otáčkách a zatížení, jsou v případě dynamických metod měřeny při dynamických režimech motoru, jako je urychlování a zpomalování jeho setrvačných hmot. Měřený motor zpravidla urychluje setrvačné hmoty s plnou dodávkou paliva. Ve výsledku není rozdíl v tom, zda při jízdě na vozovce jsou setrvačné hmoty vztaženy k celému vozidlu nebo při urychlování samotného motoru (volná akcelerace), kdy setrvačné hmoty odpovídají jeho pohybujícím se součástkám. Změní se pouze poměr velikosti zrychlení a setrvačné hmoty (nepřímá úměra). Na základě takto naměřených průběhů výkonových parametrů na otáčkách motoru lze sestrojit dynamickou charakteristiku motoru, která je obdobná s vnější otáčkovou charakteristikou motoru měřenou na zkušebním stanovišti za statických podmínek, ale nelze je ztotožňovat. Často bývají upřednostňovány statická měření na zkušebních stanovištích, i když se ve skutečném provozu tyto případy nevyskytují příliš často, ale spíše se jedná o dynamické režimy práce motoru (doba akcelerace mezi různými rychlostmi), které mají svůj význam především v otázce bezpečnosti předjíždění a plynulosti provozu. - 12 -

Válcové zkušebny pro dynamická měření Využívají jejich setrvačníkového provedení, které je původně pro kontrolu rychloměrů a tachografů, přezkoušení termostatů, teploměrů, apod. Zařízení je vybaveno válci, které jsou poháněny hnacími koly vozidla a v režimu akcelerace se k nim pro zvýšení setrvačnosti připojují setrvačníky. U tohoto typu zkušebny je měření výkonových parametrů obvykle technicky provedeno pomocí vloženého členu mezi rotující válec a poháněný setrvačník. Vloženým členem může být momentový převod nebo torzní dynamometr. Nejmodernější zařízení umožňují měření statické i dynamické. Bohužel jsou mnohdy ještě v současné době dynamické metody měření brány jako pouze pomocné a orientační, i když konstrukce setrvačníkové válcové zkušebny je jednodušší a také řádově levnější, čímž by nalezly uplatnění v běžných servisních střediscích nejen k orientačním zkouškám. [2] Metoda měření při volné akceleraci U vnější silou nezatíženého motoru je známa již dlouho dobu, ale bez objektivní podstaty. Pouze záleželo na subjektivních zkušenostech mechanika, který měření prováděl. S rozvojem techniky se postupně přešlo z méně přesných analogových přístrojů na digitální elektroniku a výpočetní techniku, která je naprosto objektivní. Výhodou této metody vůči výše popsaným metodám měření výkonu a točivého momentu motoru je vysoká přesnost a opakovatelnost, protože jako jediná z metod není ovlivněna ztrátami a hysterezí jako je tomu u statických měření. Přesnost měření na volných válcích je ovlivněna pouze přesností měření času, za který se pootočí klikový hřídel motoru o určitý úhel. Měření úhlového zrychlení a úhlové rychlosti klikového hřídele motoru s dostatečnou přesností na µs je poměrně snadnou záležitostí. Problematické je stanovení momentu setrvačnosti motoru, které se řeší několika způsoby. Případná chyba v nastavení momentu setrvačnosti je při měření významná, ale je chybou systematickou a nemá tedy náhodný vliv na přesnost vlastního měření. Kromě stanovení momentu setrvačnosti motoru je zde problém s parametry plnícího vzduchu. Jde především o motory s turbodmychadlem a motory, které mají - 13 -

proměnnou délku sacího potrubí. Zpoždění turbodmychadla je dané vlastním principem jeho práce a v závislosti na vyspělosti konstrukce je ovlivněna jeho velikost. Kromě uvedených nedostatků, má metoda měření na volných válcích také celou řadu předností. Kromě toho, že je zaručena vysoká opakovatelnost měření je toto měření prováděno bez demontáže motoru a dalších významných technických zásahů. Významnou výhodou je neomezený rozsah výkonově různých strojů, které jsou stejně přesně měřeny jediným přístrojem a také nízké pořizovací náklady. [2,3,4,5] Kvazistatická metoda měření Využívá akcelerační princip a je charakterizována tím, že plná akcelerace motoru působí jednorázově a nebo i opakovaně, vždy pouze v poměrně úzkém pásmu otáček, při němž se zatížení motoru relativně ustálí. Toto zatížení lze měřit a současně lze měřit i relativně ustálené vstupy do motoru (spotřebu paliva) a výstupy. Takto lze měřit poměrně snadno všechny druhy spalovacích motorů mobilních i stacionárních strojů. Problémy způsobuje měření vstupů a výstupů z motoru. Je totiž zapotřebí velmi citlivé zařízení, které je schopno měřit v aktuálním čase, což zvyšuje ekonomické náklady. Přestavení palivového pedálu z nulové do plné dodávky paliva je nutné provést během několika setin sekundy, jelikož by mohlo dojít k nežádoucím částečným dostřikům, které mohou zkreslit naměřená data o 1 až 3 %. [2,3,4,5] 4.1.2 Metody měření spotřeby paliva Počet vozidel a tím také spotřeba paliva v České republice neustále roste. Na každý litr spáleného motorového paliva musí být k dispozici zhruba 10 m3 vzduchu. Současně na zvyšující se spotřebu paliva má vliv také rostoucí stáří motorových vozidel, které je v současné době více jak 16,5 roku. Se zvyšujícím se stářím vozového parku České republiky souvisí také zastarávání jejich konstrukce, přičemž se odhaduje, že 10 % spotřeby paliva právě připadá na ztráty vlivem konstrukce a dalších 10 % na ztráty, které souvisí se zhoršeným technických stavem motorových vozidel. Měrná spotřeby paliva je považovány za komplexní diagnostický signál, který charakterizuje účinnost motoru. Bohužel v praxi se spotřeba paliva převážně udává - 14 -

v litrech na 100 km provozu v podobě tří čísel, která charakterizují spotřebu paliva v simulovaném městském cyklu, mimoměstském cyklu a ve smíšeném provozu, který je kombinací předchozích. Měření spotřeby paliva pomocí průtokoměrů Je poměrně jednoduché, ale má některé problémy, které souvisí především s jeho správným umístěním do palivové soustavy měřeného spalovacího motoru a také s měřením a načítáním spotřeby paliva v průběhu dynamických režimů. Při připojení palivoměru nesmí být ovlivněny správné provozní parametry palivové soustavy a musí být respektováno zpětné vracení přebytečného paliva do nádrže. Za těchto dvou podmínek je zcela bezproblémové připojení palivoměru do starší soustavy vznětových motorů s neproplachovaným vstřikovacím čerpadlem a zážehových motorů s karburátorem. Problém s proplachováním soustavy je třeba řešit tak, aby byly zachovány všechny funkce proplachování a současně nebyla měřená spotřeba paliva proplachovacím množstvím zvětšena. Akcelerační způsob měření spotřeby paliva klade na konstrukci měřiče podstatně vyšší nároky, než je tomu u klasického statické zatěžování. Především se jedná o přesnost, jemné rozlišení a co nejnižší setrvačnost mechanických a hydraulických systémů použitého palivoměru. [5] Měření spotřeby paliva z emisí Je závazný způsob pro homologační měření od 1. 1. 1997 v rámci Evropského společenství. Dnes se zpracovávají výsledky měření na počítači a není problém vypočítat z vyprodukovaného CO, CO2 a HC množství spotřebovaného paliva. Výhodou způsobu zjišťování spotřeby paliva ze spalin je to, že není třeba zasahovat do palivové soustavy automobilu připojením externího měřícího zařízení. Toje u moderních palivových soustav obtížné a pracné a v některých případech dokonce nemožné. Nevýhodou jsou zejména podstatně vyšší investice na celý měřící systém. - 15 -

Metoda počítané spotřeby paliva ze spalin se vyvinula z měření emisí vozidlových motorů. Při klasickém odběru vzorku z výfukového traktu spalovacího motoru je při dodržování stejných podmínek pro spalování koncentrace škodlivin přibližně stálá a se změnou režimu běhu motoru (klapka, otáčky) se mění výrazně průtok spalin. Pro výpočet spotřeby paliva z těchto tzv. neředěných plynů je nutno zajistit přesné a kontinuální měření nasávaného množství vzduchu. Naopak při velkém průtoku ředícího vzduchu, několikanásobku průtoku spalin, se při změně režimu běhu mění výrazně koncentrace škodlivin a průtok zředěných spalin je takřka neproměnný. V tomto případě není nutné zajistit kontinuální měření hltnosti motoru, je však nutné zajistit konstantní ředění. [2,5,6] 4.1.3 Měření emisních složek výfukových plynů Ve skladbě zdrojů zatěžujících životní prostředí lze pozorovat významný přesun jejich podílů. Zatímco emise z titulu průmyslové výroby klesají, je tomu u silniční dopravy právě naopak. Význam kouřivosti je především u motorů vznětových, kde se projevuje mnohem výrazněji než u motorů zážehových. Ke kvantitativnímu popisu kouřivosti slouží zejména filtrační metoda, opacimetrie a hmotnostní měření koncentrace částic. K měření koncentrace plynných složek výfukových plynů produkovaných spalovacím motorem se využívá řada metod, z nichž jsou nejběžnější měření založené na principu absorpce infračerveného záření, měření s využitím chemické luminiscence (CLA), měření založené na principu změny elektrické vodivosti vodíkového plamene (FID) apod. Z hlediska dynamických měření je důležitá především rychlost odezvy na změnu složení analyzovaného vzduchu. Konstrukce analyzátorů s pracovní komorou není pro dynamické měření vůbec vhodná vzhledem k velkému zpoždění reakce na změnu. [2,5,6,31] - 16 -

5 SOUHRN MOŽNOSTÍ PŘÍSTUPŮ K ÚDAJŮM ŘÍDICÍCH JEDNOTEK 5.1 Sériová a paralelní diagnostika Možností přístupů k parametrům řídících jednotek je celá řada. Nejčastěji využívané přístupy k parametrům řídících jednotek jsou realizovány pomocí sériového či paralelního zapojení. 5.1.1 Sériové zapojení Sériové zapojení patří mezi nejrozšířenější typ komunikace s ECU. Sériovou diagnostikou rozumíme napojení testeru k ECU pomocí konektoru (dnes už používá většina automobilek připojení dle normy OBD2) umístěného nejčastěji v interiéru vozidla (u starších vozů naopak v motorovém prostoru). Sériová diagnostika (na rozdíl od diagnostiky paralelní) umožňuje: - přečíst paměť závad, - vymazat ji, - vyresetovat ECU do továrního nastavení, - nastavovat jednotlivé hodnoty např. otáčky volnoběhu, škrtící klapku apod., - provádět test akčních členů a mnoho dalšího. Existuje mnoho software pro komunikaci s ECU, od jednoduchých po maximálně vybavené, některé jsou určeny jen pro jednu značku automobilu, jiné zase zvládají značek více. Existuje také spousta převodníků k propojení sériového portu počítače s vozidlem, od jednoduchých, které obsahují pouze dva tranzistory a pár pasivních součástek, přes převodníky s optočleny až po složité převodníky s procesory, případně i speciální karty. [41] - 17 -

Typy přístrojů pro sériové zapojení: Obr. č. 1: ELM327 OBD II - Multiprotocol ScanTool Na výše uvedeném obrázku je ukázán diagnostický adaptér na bázi čipu ELM327 pro komunikaci s PC, kompatibilní s ElmScan5 ScanTool a dalšími SW. Podporuje tyto komunikační protokoly: - CAN (ISO15765-4), - ISO9141, - KWP2000 (ISO14230-4), - J1850 VPW, - J1850 PWM. [33] Obr. č. 2: ScanDi Tool Přístroj uvedený na obrázku č. 2 lze charakterizovat jako výrazně zmodernizovaný diagnostický přístroj VAG 1552 s rozšířením na další značky vozů vybavených systémem OBD II. [34] - 18 -

Obr. č. 3: TS Pro Přístroj uvedený na obrázku č. 3 je určen pro sériovou diagnostiku - čtení a mazání paměti chyb, čtení parametrů, test akčních členů apod. elektronických systémů automobilů s vlastní diagnostikou. Zároveň také i pro paralelní měření pomocí osciloskopu - až 4 kanály. Obr. č. 4: TS02 - diagnostik Přístroj uvedený na obrázku č. 4 je určen pro sériovou diagnostiku - čtení a mazání paměti chyb, čtení parametrů, test akčních členů ap. elektronických systémů automobilů s vlastní diagnostikou. [35] Obr. č. 5: Diagnostický přístroj AVL DiSCAN 8000 Na obrázku č. 5 je uveden univerzální diagnostický přístroj pro čtení chybových hlášení v paměti počítače včetně diagnostiky motorů a informační databáze.avl - 19 -

DiScan 8000 slouží k zobrazení chybových kódů na LC displeji a vymazání závad z paměti, stejně tak k zobrazení proudových dat. Průběh dat je zobrazen digitálně nebo graficky. Dle možností řídící jednotky lze pomocí DiScan nastavovat servisní intervaly i intervaly výměny oleje. [37] Další typy přístrojů pro sériové zapojení: KTS 530 540 570 650 Jedná se o zařízení pro kontrolu, diagnostiku, vyhledávání a odstraňování závad u elektronických systémů řízení moderních zážehových a vznětových motorů, ABS/ASR, ESP, airbagů, systémů přístrojových desek, řízení automatických převodovek a celé řady dalších systémů komfortu a bezpečnosti Tester pro analýzu systémů vozidel FSA 450 Jedná se o kompaktní tester pro diagnostiku elektronických systémů vozidel a jejich komponentů. Jde o mobilní zařízení ovládané především prostřednictvím osmipalcového barevného dotykového displeje. Dokáže poskytnout všechny standardní funkce motortesteru včetně 4-kanálového osciloskopu a multimetru. FSA 450 lze dovybavit řadou příslušenství, které rozšiřují jeho schopnosti o další specializované funkce. [36] 5.1.2 Paralelní zapojení Paralelní diagnostika je v podstatě přímé čtení hodnot z jednotlivých čidel a komponentů motoru na pinech řídící jednotky. Ke čtení v domácích podmínkách postačí většinou multimetr, případně osciloskop. Servisy, které disponují zařízením na paralelní diagnostiku, používají speciální testery. Nevýhodou paralelní diagnostiky je, že neumožňuje vyčíst a vymazat paměť závad, nelze nastavovat parametry řídící jednotky, nelze programovat imobilizér apod. Proto se paralelní diagnostikování používá mnohem méně, nežli sériové. Paralelní diagnostiku multimetrem či osciloskopem můžeme využít k diagnostice sériové, zejména při hledání specifických závad, či u starších nebo exotických vozů, které je problém či vůbec nelze napojit na diagnostiku sériovou. - 20 -

Typy přístrojů pro paralelní zapojení: Obr. č. 6: Diagnostický systém Autocom ADP186 Přístroj uvedený na obrázku č. 6 je koncipován jako sestava skládající se z komunikačního rozhraní a diagnosticko-informačního software. Je určen především pro neznačkové autoservisy nebo autoservisy značkové, které chtějí mít možnost servisovat i automobily jiných značek. [38] 5.2 CAN BUS a OBD Elektronické systémy soudobých vozidel se vyznačují těsnou komplexností integrovaných systémů a i tedy zdánlivě nepotřebné parametry ovlivňují sledovanou soustavu. Možnosti přímého snímaní některých veličin jsou velmi omezené zejména z pohledu instalace vhodných snímačů. Východiskem je využití některého systému, který tato data zprostředkovává ve formě komunikace mezi řídicími jednotkami CAN-BUS, případně lze taktéž využít diagnostické rozhraní, ať již pod standardem OBD-2 či proprietálním protokolem výrobce vozidla. 5.2.1 CAN BUS (Controller Area Network Bus) Primárním cílem implementace digitálních sítí ve vozidlech bylo snížení počtu vodičů mezi mikroprocesorovými jednotkami, čímž se zredukovala potřeba drahých materiálů vodičů a výrazně zvýšila spolehlivost komunikace. Počátky CANu sahají až do roku 1983, roku 1986 vyšlo první oficiální vydání specifikace CAN sběrnice, která vycházela ze síťového modelu s liniovou topologií a řízením přístupu na bázi multimaster. - 21 -

Tento způsob řízení komunikace vychází z určení nadřízené jednotky - master, která chce vysílat zprávu, přičemž ostatní uzly musí vyčkat do okamžiku, kdy master zprávu dokončí a datová linka je volná. Fyzická vrstva je tedy jednoznačně determinována, ovšem problém vyvstává při prezentaci dat na úrovni aplikační vrstvy, kdy je nutné rozlišit použitý protokol. Základní parametry pro mobilní stroje (traktory, těžké užitkové stroje atd.) vycházejí ze SAE J1939, většinou se dodržuje komunikační rychlost 250kbps. U osobních automobilů podobná shoda nepanuje. Data sběrnice CAN Spektrum dostupných parametrů sítě CAN je odvozeno z hlediska technické úrovně od výše integrace elektronických systémů a dále od vůle výrobce podrobit se standardům aplikačního protokolu. Data sběrnice CAN jsou výraznou pomocí při provádění měření a analýz zkoušek na válcovém dynamometru. Poskytují komplexní pohled na způsob řízení jednotlivých celků, zejména však na řízení motoru a převodovky. Mimo rozsah dostupných parametrů navíc eliminují nutnost zásahu do funkčních celků vozidla při měření některých veličin (např. teplota plnícího tlaku vzduchu, je-li mobilní prostředek vybaven recirkulací spalin). Interpretace parametrů získaných ze sítě CAN je pod SAE J1939 vcelku snadným úkolem. Nejprve je sběrnice pasivně odposlechnuta průmyslovou kartou a na základě porovnání sejmutých dat a parametrů dle SAE J1939 jsou stanoveny dostupné zprávy. Dále jsou vybrány kanály, které datové zprávy obsahují. [28] Mezi nejčastěji sledované parametry patří: - otáčky motoru, - průtok paliva, - teplota paliva, - teplota plnicího vzduchu, - teplota chladiva, - barometrický tlak, - plnicí tlak, - 22 -

- tlak motorového oleje, - aktuální točivý moment, - zatížení motoru, - požadované otáčky, - poloha regulačního členu výkonu, - otáčky ventilátoru chlazení, - napětí palubní sítě aj. 5.2.2 OBD II Diagnostické rozhraní automobilů zprostředkovává údaje, které není možné snímat přímo či nelze využít parametry CAN-BUSu z důvodu nepřístupnosti protokolu či neníli sběrnice instalována. V minulosti bylo téměř nemožné číst parametry diagnostického protokolu, ovšem v současnosti všechna nová vozidla musí respektovat požadavky OBD-2, případně evropské obdoby EOBD. Vstupní parametry: - otáčky, - množství nasávaného vzduchu či podtlak v sacím potrubí, - poloha akcelerátoru, teplota motoru, teplota nasávaného vzduchu. Výstupní parametry: - předstih zážehu, - adaptace dávky paliva aj. Řídicí jednotka provádí odečet analogové hodnoty a převádí ji na digitální podobu, která slouží k výpočtům pro výstupy jako množství vstřikovaného paliva či regulace předstihu zážehu. Tyto hodnoty jsou poskytovány i vnitřní diagnostice vozidla, nejedná se tedy o autonomní kontrolní mechanismus, ale o aplikační nástavbu řízení motoru, která je doplněna také o funkční testy komponent řízení motoru. Díky těmto vazbám lze navenek sledovat regulační proces systému řízení motoru. Na této vlastnosti je založeno jádro vyvinuté aplikace. - 23 -

Zpřístupnit vstupní i výstupní parametry řízení motoru při měření výkonu a dále sledovat bezchybný stav vozidla z pohledu pohonného ústrojí a také podávat informace o statutu komponent, které musí systém monitorovat. Z větší části sleduje stav snímačů zpětnovazební regulace (lambdaregulační proces, činnost katalyzátoru, polohu recirkulace spalin), ale stejně tak musí pro systém řízení motoru podávat hlášení i kontrolér či řídicí jednotka např. klimatizace. [42] 5.2.2.1 Základní funkce OBD II / EOBD Monitorování funkce kyslíkových sond Kyslíková sonda (lambda sonda) slouží ke zjištění množství kyslíku ve spalinách (před i za katalyzátorem) z jehož objemu lze usuzovat na počáteční poměr paliva a vzduchu ve směsi. Tento signál patří ve funkci OBD II k hlavním a sledují čtyři se základní parametry: - čas odezvy (ECU sleduje dobu odezvy při přechodu z bohaté směsi na chudou a naopak na sondě před katalyzátorem), - čas odezvy v průběhu (rozšíření času odezvy o sledování dynamiky signálu během regulačního zásahu), - čas aktivace (ECU vyhodnocuje čas vyhřívání studené lambda sondy k dosažení potřebné teploty), - rozdíl průběhů signálů před a za katalyzátorem. V tomto případě řídicí jednotka srovnává signály lambda sond před a za katalyzátorem a vyhodnocuje tak stav katalyzátoru. Při stanovení stavu se většinou vychází z redukce nespálených uhlovodíků CHx, přičemž účinnost plně funkčního katalyzátoru je při stechiometrii cca 95 % a při 65 % účinnosti je stav vyhodnocen jako závada. Adaptace Kromě uvedených testů kyslíkových sond a katalyzátorů se dále provádějí korekce na okolní a časové vlivy. Jedná se v podstatě o sledování regulační smyčky s následnými dopočty k poměru vzduch/palivo a to v celém systému, tj. se zahrnutím zejména vlivu opotřebení např. vstřikovačů či různých netěsností. - 24 -

Z hlediska doby se jedná o adaptace krátkodobé, tzn. korekční faktor se vymaže po vypnutí zapalování nebo o dlouhodobé, kdy se zaznamenaný součinitel zapíše do trvalé paměti. ECM indikuje chybu při překročení limitu ± 20 % od normované hodnoty uložené v řídicí jednotce. Mimo výše uvedené se dále sledují zkraty a přerušení vedení signálů lambda sondy, vyhřívání (vyhřívací proud) a vnitřní odpor. Systém recirkulace výfukových plynů (EGR) Funkce recirkulace výfukových plynů má značný význam v některých režimech motoru, kdy zpětným přivedením spalin dojde ke snížení teploty spalování a poklesu oxidů dusíku NOx. Systém sekundárního vzduchu Systém sekundárního vzduchu je v činnosti ve fázi ohřevu studeného motoru. Jeho úkolem je do výfukového potrubí přivádět vzduch k dodatečné oxidaci CO a CHx, přičemž teplo takto získané slouží k urychlení nárůstu teploty katalyzátoru na optimum. U systému OBD II se tato funkce monitoruje pomocí lambda sondy, kdy ECU očekává nízké hodnoty lambda. Během této doby je vyřazena z okruhu lambda regulace. V systému EOBD jsou navíc zjišťovány parametry dmychadla a ovládacího ventilu. Kontrola vynechávání zapalování Při výpadku zapalování dojde nejen k enormnímu nárůstu škodlivin ve výfukových plynech, ale je bezprostředně ohrožena funkce či životnost katalyzátoru. Nespálené palivo při výpadku zapalování dohořívá ve výfuku, což má za následek zvýšení teploty katalyzátoru nad kritickou hranici. Při teplotě 800 C až 1000 C dochází k postupnému termickému poškození katalyzátoru, při teplotě nad 1000 C k mechanickým změnám, které vedou k úplné disfunkci katalytického systému. Sledovat přímo vynechávání zapalování nelze, ale na základě signálu ze snímače polohy klikové hřídele lze z průběhu zrychlení určit vynechání zapalování. Systém OBD II musí toto nejen zjistit, ale musí také určit, zda-li se jedná o výpadek na jediném válci, či se tohoto negativního jevu účastní více válců. [42] - 25 -

Chybové kódy Chybové kódy jsou standardizované podle SAE J2012. Jsou rozděleny do několika kategorií podle funkčních skupin: B pro karoserii (Body), C pro podvozek (Chassis), P pro hnací ústrojí (Powertrain), U pro síťové systémy (Undefinided) Systém OBD II vyžaduje zatím pouze kód P (pohon). Druhé místo označuje podskupinu pro normovaný kód ISO/SAE P0xxx nebo normovaný kód výrobce P1xxx. Třetí místo označuje konstrukční jednotku, u které vznikla porucha. Čtvrté a páté místo udávají lokalizovanou jednotku systému (01 až 99). [28,40] Tab. č. 2: Rozdělení chybových kódů hnacího ústrojí podle jednotlivých systémů P0xxx P01xx P02xx P03xx P04xx P05xx P06xx P07xx P08xx P09xx P00xx P1xxx P11xx P12xx P13xx P14xx P15xx P16xx P17xx P18xx P19xx P20xx Kódy nezávislé na výrobci (pod ISO/SAE) Odměřování vzduchu nebo paliva Odměřování vzduchu nebo paliva Systém zapalování, poruchy zapalování Přídavné zařízení pro snížení emisí Rychlost vozidla, nastavení volnoběhu a ostatní výstupní signály Palubní počítač a ostatní výstupní signály Převodovka Převodovka Volné pro ISO/SAE Volné pro ISO/SAE Kódy zadávané výrobcem (volně volitelné) Odměřování vzduchu nebo paliva Odměřování vzduchu nebo paliva Systém zapalování, poruchy zapalování Přídavné zařízení pro snížení emisí Rychlost vozidla, nastavení volnoběhu a ostatní výstupní signály Palubní počítač a ostatní výstupní signály Převodovka Převodovka Kategorie ISO/SAE Kategorie ISO/SAE - 26 -

5.2.2.2 Diagnostické rozhraní (DLC) Komunikační propojení mezi vedením palubní diagnostiky a testerem je zásuvka dle standardu SAE J1962 a její fyzické provedení je stejné pro všechny vozy OBDII/EOBD. Rozdíl je ovšem v zapojení komunikačních kanálů (obr. č. 7). Obr. č. 7: Diagnostické rozhraní OBD II / EOBD Zapojení podle ISO vyžaduje komunikační piny na pozici 7 a 15 (plné zapojení, nové systémy mají běžně zapojen pouze obousměrný komunikační kanál přes vedení 7). Norma SAE J1850 (VPW i PWM) udává dostupnost OBD II na pinech 2 a 10. Na obr. 8 je zobrazeno možné umístění diagnostické zásuvky ve voze. [22,42] Obr. č. 8: Možnosti umístění diagnostické zásuvky v automobilu - 27 -

5.2.2.3 Integrace diagnostického rozhraní v praxi Obr. č. 9: Distribuovaný systém měření na válcovém dynamometru MZLU v Brně - 28 -

5.2.2.4 Komunikace Bezesporu největší rozdíly mezi generacemi palubní diagnostiky či mezi její americkou a evropskou specifikací je v komunikaci, a to ve všech sledovaných parametrech: - fyzické vrstvě (Physical Layer), - datové vrstvě (Data Link Layer), - aplikační vrstvě (Application Layer). Ačkoliv tyto pojmy vypadají na první pohled nesrozumitelně, lze si je zjednodušit jako elektrické zapojení (fyzická vrstva) a použitý protokol včetně přístupu k němu (datová a aplikační vrstva) (Obr. č. 10). Systémově si lze komunikaci diagnostického testeru a příslušné řídicí jednotky připodobnit k platformě PC na úrovni Klient (tester) Server (ECU). Obr. č. 10: Komunikační vrstvy podle OSI (Open Systems Interconnection) Úkolem fyzické vrstvy palubní diagnostiky je přenos elektrického signálu z řídicí jednotky do diagnostického testeru a naopak. Podle použité normalizace jsou specifikovány elektrické úrovně signálu, jejich dynamika, časy mezi signály, ať již při vlastní inicializaci komunikace nebo dále při přenosu dat mezi testerem a jednotkou. - 29 -

Vzhledem k časové posloupnosti budou nejprve uvedeny normy americké specifikace fyzické vrstvy protokolu pro OBD-II. Přehled fyzických zapojení protokolu OBD II je uveden v tabulce č. 3. [10,11,12,13,14,15,16,42] SAE J1850 SAE definuje pod normou J1850 tři základní typy komunikace Class A, Class B a Class C a to ve dvou alternativách. ClassB VPW (Variable Pulse Width Modulation), který plně využívá automobilka GM a Chrysler komunikuje rychlostí 10,4 kb/s a dále PWM (Pulse Width Modulation), který využívá společnost FORD (pod svým označením SCP Standard Corporate Protocol) s rychlostí 41,6 kb/s. Class A byl, jak plyne z označení, uveden jako první a specifikace uvádí rychlost pod 10 kbps, sloužil zejména k přenosu dat mezi ECU a senzory. Norma SAE J1850 se nezabývá pouze komunikací mezi řídicí jednotkou a diagnostickým testerem, ale udává i přenos a výměnu dat mezi řídicími jednotkami navzájem či jednotkou a snímačem. Class B (VPW, PWM) již umožňuje komunikační rychlost vyšší než 100kbps a snižuje celkové zatížení sběrnice (dnes nejpoužívanější u amerických výrobců). Class C je nejnověji specifikován rychlostí až 1 Mbits a jako síťový standard využívá CAN (Control Area Network). Ve stádiu návrhu je Class D s rychlostí až 10 Mbits. ClassB VPW (Variable Pulse Width Modulation) je z pohledu fyzické vrstvy spfecifikován maximální délkou sítě 35 m + 5 m vedení mimo vůz, dále ve standardním provedení je nejvíce 32 uzlů pro jednotku či kontroler s parametry 10,6 kω ohmického odporu a kapacitou 470 pf. Měření se provádí na diagnostickém konektoru DLC (SAE 1962) a minimální hodnota ohmického odporu je 10,6 kω a kapacita by neměla přesáhnout 500 pf (bus vedením a signálovým vedením, příp. zemí). [21,42] ISO 9141, ISO 14230 Norma ISO 9141 byla přijata v roce 1989 jako standard výměny dat ve vozidle, v roce 1994 proběhla revize pro splnění podmínek CARB a dostala označení ISO 9141-2. Roku 1998 se harmonizovala se SAE J1978 (OBDII Scan Tool) v komunikaci mezi Ecu a testerem. ISO 14230 (r. 1999) je po fyzické stránce téměř totožná, rozdílem je pouze specifikace na 24V rozvod ve vozidle. Tento protokol se nazývá KWP 2000 (Keyword Protocol 2000). - 30 -

ISO 9141, resp. 14230 určuje několik možných typů zapojení tzv. K a L linek, jedná se o systémy s diagnostickým vedením K (volné, jednosměrné, obousměrné) a dále s diagnostickým vedením K a L. Obr. č. 11: Systém vedení K s obousměrnou komunikací Signálové úrovně pro komunikaci mezi ECU a diagnostickým testerem jsou zobrazeny na obrázku č. 12. Obr. č. 12: Požadované úrovně signálu dle ISO - 31 -

Obr. č. 13: Schéma zapojení pro komunikaci přičemž: Elektrické parametry diagnostického testeru jsou závislé na použití 12V nebo 24V sítě. Aby diagnostický tester pracoval korektně, musí se hodnota napájecího napětí pohybovat mezi 8 až 15 volty u 12V sítě a mezi 16 až 32 volty u 24V sítě, přičemž teplota okolí se musí pohybovat od -20 do + 50 C. Ohmický odpor K-linky je při nepřipojeném testeru 510 Ω ±5% (12V), resp. 1kΩ ±5% (24V). [10,13,42] - 32 -

Tab. č. 3: Fyzická vrstva komunikačního protokolu Fyzická vrstva komunikačního protokolu Výrobce Model 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Audi/VW ISO 9141 ISO 9141 ISO9141 KWP2000 ISO9141 KWP2000 ISO9141 KWP2000 ISO9141 KWP2000 CAN ISO9141 KWP2000 CAN ISO9141 KWP2000 CAN CAN ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 Bentley ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 (50%) KWP2000 (35%) KWP2000 (20%) KWP2000 CAN CAN (50%) (65%) (80%) BMW - Mini N/A N/A KWP2000 KWP2000 KWP2000 KWP2000 BMW3-Series, ISO ISO ISO ISO ISO ISO - 33 -

5-Series, X5, Z3, Z4, Z8, 740i, 740iL, 750iL BMW 5-Series (E60) 9141/2 9141/2 9141/2 9141/2 9141/2 9141/2 N/A N/A N/A N/A KWP2000 KWP2000 BMW 745i, 745Li, 765Li N/A N/A KWP2000 KWP2000 KWP2000 KWP2000 ISO 9141- ISO 9141- ISO 9141- ISO 9141- CAN CAN CAN CAN Chrysler 2 (75%) J1850-10.4 2 (35%) J1850-10.4 2 (15%) J1850-10.4 2 (5%) J1850-10.4 (5%) J1850-10.4 (15%) J1850-10.4 (35%) J1850-10.4 (85%) J1850-10.4 CAN (100%) (25%) (65%) (85%) (95%) (95%) (85%) (65%) (15%) Ford J1850-41.6 J1850-41.6 0% CAN 5% CAN 50% CAN 85% CAN 90% CAN 100% CAN 100% CAN 80% 55% 25% 25% GM (bez výjimek) J1850-10.4 J1850-10.4 J1850-10.4 J1850-10.4 J1850-10.4 15% CAN 5% J1850-10.4 40% CAN 5% J1850-10.4 70% CAN 5% J1850-10.4 70% CAN 5% 100% CAN KWP2000 KWP2000 KWP2000 KWP2000-34 -

70% ISO 40% ISO Honda/Acura ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 9141 30% 9141 60% CAN CAN CAN Hyundai ISO 9141 KWP2000 ISO 9141 KWP2000 ISO 9141 KWP2000 ISO 9141 KWP2000 ISO 9141 KWP2000 ISO 9141 KWP2000 ISO 9141 KWP2000 ISO 9141 KWP2000 CAN Isuzu J1850-10.4 J1850-10.4 J1850-10.4 J1850-10.4 J1850-10.4 J1850-10.4??? Land Rover ISO 9141 ISO 9141 0% CAN 0% CAN 0% CAN 62% CAN 100% CAN 100% CAN 100% CAN 75%-IS0 60%-CAN 60%-CAN Mazda ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 9141 40%-ISO 40%-ISO CAN CAN CAN 25%-CAN 9141 9141 50%-J 50%-J Tribute- Mazda-Ford J1850-41.6 J1850-41.6 J1850-41.6 J1850-41.6 J1850-41.6 1850 1850 CAN? 50%-CAN 50%-CAN Truck? Mercedes ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 KWP 2000 KWP 2000 KWP 2000 KWP 2000 KWP 2000 CAN KWP 2000 KWP 2000 KWP 2000 CAN CAN CAN CAN CAN Mitsubishi ISO 9141 ISO 9141 Nissan/Infiniti ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 TBD TBD CAN CAN - 35 -

Porsche ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 Rolls Royce ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 KWP 2000 KWP 2000 Subaru ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 KWP 2000 KWP 2000 KWP 2000 CAN CAN CAN Toyota/Lexus ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 / CAN ISO 9141 / CAN ISO 9141 / CAN TBD TBD Volvo C70 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 N/A N/A N/A N/A Volvo S80 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 CAN CAN CAN CAN CAN Volvo V70 II ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 CAN CAN CAN CAN CAN Volvo S60 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 CAN CAN CAN CAN CAN Volvo XC90 N/A N/A ISO 9141 ISO 9141 CAN CAN CAN CAN CAN Volvo S40 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 N/A N/A N/A N/A N/A Volvo V40 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 ISO 9141 N/A N/A N/A N/A N/A - 36 -

6 ZKOUŠENÍ VOZIDEL A SPALOVACÍCH MOTORŮ NA VÁLCOVÝCH ZKUŠEBNÁCH NOVÉ GENERACE Vývoj a výzkum spalovacích motorů si nelze představit bez měření a testování na motorových dynamometrech. Ovšem testování celého hnacího ústrojí vozidla, ověření zástavy motoru s příslušenstvím do vozidla a pověření komplexní elektronické regulace hnacího ústrojí je možné provádět až při jízdních zkouškách. Tyto jsou ovšem finančně náročné a přinášejí mnoho problémů s mobilní technikou. Proto je snahou přenést co nejvíce jízdních zkoušek na testy na válcové zkušebny. Tuto možnost přinášejí válcové zkušebny nové generace. Obr. č. 14: Válcová zkušebna 6.1 Charakterizace válcových zkušeben nové generace Válcové zkušebny nové generace jsou charakterizovány těmito znaky: - velkým průměrem válců - minimální průměr válců je více než 0,5 m u dvojic a 1 m u monoválců, - každému kolu vozidla odpovídá samostatný válec - válce odpovídající jedné nápravě nejsou spojeny napevno, je mezi nimi ovládaná spojka, - každému kolu vozidla odpovídá jeden dynamometrický pohon - každému kolu odpovídá nezávislý čtyřkvadrantový dynamometr s digitálním řízením (otáček i momentu) PID regulací, - zkušebna zahrnuje skluzové rolny - každé kolo je vybavené nezávislou rolnou měřící skutečné otáčky kola vozidla a takto vyhodnocovat skluz při brzdění a akceleraci, - 37 -