Heavy-Duty- Diesel Diagnose

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MOBILE MACHINES
ON-BOARD-DIAGNOSE IN MOBILEN ARBEITSMASCHINEN
Heavy-DutyDiesel Diagnose
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A r b e i t s l e i s t u n g , d e n Ko m fo r t u n d d i e S i c h e r h e i t . Z u d e m re d u z i e re n s i e d e n
K ra f t s t o ff ve r b ra u c h , d i e G e r ä u s c h e n t w i ck l u n g u n d d i e S c h a d s t o ff - E m i s s i o n e n . E l e k t ro n i s c h e S t e u e rg e r ä t e s t e u e r n , re g e l n u n d ü b e r wa c h e n d i e
F u n k t i o n e n d e r M a s c h i n e . D e r E i n s at z s t a n d a rd i s i e r t e r Ko m p o n e n t e n f ü r
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Wa r t b a rke i t d e r M a s c h i n e .
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astkraftwagen dienen der Beförderung von
Gütern, Busse der Beförderung von Personen.
Fahrende Arbeitsmaschinen (Non-Road Mobile
Machinery, NRMM) sind primär nicht für die Teilnahme am
Straßenverkehr, sondern für das Verrichten von Arbeit „offhighway“ ausgelegt. Beispiele sind das Heben von Lasten
auf einer Baustelle (Mobilkran), das Ernten von Getreide
auf dem Feld (Mähdrescher) oder das Fällen von Bäumen
im Wald. In der Regel werden diese Maschinen durch
einen Dieselmotor angetrieben und verrichten die Arbeit
elektro-mechanisch oder elektro-hydraulisch.
Auch in fahrenden Arbeitsmaschinen steuern, regeln und
überwachen elektronische Steuergeräte die Funktionen.
Und auch in fahrenden Arbeitsmaschinen sind die Steuer-
geräte über Bussysteme auf Basis des international standardisierten CAN (ISO 11898) miteinander vernetzt. Als
Protokolle für die Datenkommunikation haben sich SAE
J1939 und auf Landmaschinen zusätzlich das J1939-Derivat ISOBUS (ISO 11783) weitgehend etabliert.
Eigendiagnose
NRMM-Funktionen sind vielfältig. Fehlfunktionen können
im schlimmsten Fall zum Stillstand der Maschine führen
und kosten Zeit und Geld. In der Regel kommt dann nicht
die Maschine zum Service, sondern der Service zur
Maschine.
Wie der Arzt beim kranken Menschen, versucht der Servicetechniker durch Messen und Testen herauszufinden,
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Bild 1: Steckverbinder für Nutzfahrzeuge (SAE
J1939-13).
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welcher Fehler vorliegt und welches Bauteil repariert oder ersetzt werden muss,
damit die Maschine wieder rund läuft. Diesen Job bezeichnet man als Offboard-Diagnose. Gut, wenn der Patient in der Lage
ist, selbst Auskunft über seinen Gesundheitszustand zu geben, d. h. fähig ist zur
Eigendiagnose. Der englische Begriff für
Eigendiagnose ist On-Board Diagnostics
(OBD).
Gemäß
UNECE
TRANS/WP.29/GRPE ist ein OBD-System
in der Lage, Fehlfunktionen zu erkennen,
anzuzeigen, abzuspeichern und mit einem
externen Servicetester zu kommunizieren.
Steuergeräte in modernen Arbeitsmaschinen besitzen die Funktion der Eigendiagnose. Sie besteht im einfachsten Fall aus der
Überwachung der Eingänge und Ausgänge
auf Kurzschluss und Unterbrechung, kann
aber auch die Plausibilitätsprüfung der Signale beinhalten oder die Überwachung von
Software-Laufzeiten. Je vielfältiger und
komplexer die Funktionen der Maschine,
desto vielfältiger und komplexer fällt die
Eigendiagnosefunktion aus.
Als Beispiel für die Komplexität moderner
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Arbeitsmaschinen sei der Mähdrescher
CLAAS Lexion genannt, dessen elektrisches System aus bis zu 30 Steuergeräten,
350 Steckverbindern und 3000 elektrischen
Kontakten bestehen kann.
Bei Feststellen eines Fehlers kann ein diagnosefähiges Steuergerät einen Fehlercode (Diagnostic Trouble Code, DTC) im Fehlerspeicher ablegen.
Für Personenkraftwagen, Lastkraftwagen
und Busse schreiben die Umweltschutzbehörden nicht nur die Einhaltung von Schadstoff-Emissionsgrenzwerten vor, sondern
auch die Überwachung des Abgasverhaltens durch ein OBD-System. Auch für mobile Maschinen gibt es Schadstoff-Emissionsgrenzwerte, doch wird die Installation eines
OBD-Systems derzeit vom Gesetzgeber
nicht gefordert. OBD-Systeme, die das
Schadstoff-Emissionsverhalten des Fahrzeugs überwachen, werden als „Legislative
OBD“ bezeichnet. Die legislative OBD ist
eine Unterfunktion der Eigendiagnose.
Aktuelle Grenzwerte für die Emissionen
von Heavy-Duty Dieselmotoren (HDD) lassen sich nur durch Abgasrückführung
(Exhaust Gas Recirculation, EGR) in Kombination mit einem Katalysator und elektronisch geregelter Einspritzung von AdBlue
(Selective Catalytic Reduction, SCR) und
einem Dieselpartikelfilter (Diesel Particulate Filter, DPF) erreichen.
Unabhängig davon, ob der Gesetzgeber die
Überwachung dieser Systeme vorschreibt
oder nicht, ist die Überwachung der Abgasreinigung nicht nur zum Schutz der
Umwelt, sondern auch für die Funktion der
Maschine erforderlich. Arbeitsmaschinen
brauchen eine leistungsfähige Eigendiagnose. Die Überwachung der Funktionen
erhöht die Verfügbarkeit der Maschine.
ISO 11783
Tractors and machinery for agriculture and forestry – Serial control
and com-munications data network
ISO 11898
Controller Area Network
ISO 13209
Open test sequence exchange format (OTX)
ISO 14229
Unified Diagnostic Services (UDS)
ISO 15765
Diagnostics on Controller Area Network (CAN)
ISO 27145
Implementation of World-Wide Harmonized On-Board Diagnostics
(WWH-OBD) communication requirements
ISO 22900
Modular vehicle communication interface (MVCI)
ISO 22901
Open diagnostic data exchange (ODX)
Tabelle 1: Internationale Standards für die HDD Diagnose.
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Bild 2: CANpro USB von Softing.
Bild 3: Vehicle Communication Interface.
© automotive
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Diagnosekommunikation
Eine zentrale Funktion der Eigendiagnose ist die Fähigkeit
zur Kommunikation mit einem externen Tester. Der Servicetechniker kann einen PC-basierten Tester an die
Maschine anschließen und
ter aus standardisierten Komponenten. Im PKW hat sich
zum Anschluss solcher Tester ein international standardisierter Steckverbinder (ISO 15031-3/ SAE J1962) durchgesetzt. Die SAE J1939-13 spezifiziert einen Steckverbinder
für Nutzfahrzeuge (Bild 1).
Bereits heute verwenden Dieselmotor-Steuergeräte,
Getriebe-Steuergeräte und zunehmend auch die SCR-Steu■ den Fehlerspeicher lesen und löschen,
ergeräte das international standardisierte Diagnoseproto■ Eingangssignale von Sensoren lesen,
koll „UDS on CAN“ (ISO 14229-1 und ISO 15765-3) für die
■ Aktoren ansteuern
Diagnosekommunikation (Tabelle 1).
■ Selbsttest-Routinen starten und stoppen.
Insbesondere für die Kommunikation mit dem OBDSystem hat das World Forum for Harmonization of Vehicle
Heute werden diese Tester auch zur Reprogrammierung
Regulations (WP29) der UNECE mit den Global Technical
von Steuergeräten in der Werkstatt und im Feld eingesetzt.
Regulations GTR Nr. 4 und Nr. 5 die weltweite StandardiIn der Fahrzeugindustrie bestehen PC-basierte Servicetessierung der OBD für Nutzfahrzeuge auf den Weg gebracht.
ISO 27145 spezifiziert die
„Implementation of WorldWide Harmonized On-Board
Diagnostics (WWH-OBD)”,
wobei es sich im Wesentlichen um eine Erweiterung
von UDS on CAN handelt.
Für die Diagnosekommunikation müssen nicht nur das
OBD-/Eigendiagnose-System
der Maschine, sondern auch
der PC-basierte Servicetester
UDS on CAN bzw. WWHOBD unterstützen. Um die
Kommunikation
zwischen
Maschine und Tester zu
ermöglichen, wird der PC
über ein „Vehicle Communication Interface“ (VCI) mit der
Bild 4: International standardisierte Komponenten für die Diagnose mobiler MaschiMaschine verbunden. In der
nen.
Regel besitzen solche VCIs
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einen USB-Anschluss auf der
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PC-Seite und einen CAN-Anschluss auf der Maschinenseite (Bild 2).
Handelsübliche CAN-Interfaces setzen lediglich den physical und den data
link layer des CAN-Protokolls (ISO 11898) um. Alle anderen OSI-Schichten
der Diagnoseprotokolle müssen vom PC abgearbeitet werden. VCIs nach
ISO 22900 (Modular Vehicle Communication Interface, MVCI), wie z. B. das
HSX von Samtec (Bild 3) sind in der Lage, zeitkritische Teile der Diagnosekommunikation zu übernehmen, den PC zu entlasten und Echtzeitfähigkeit
zu gewährleisten.
VCIs nach ISO 22900 werden mit einer als D-PDU API bezeichneten Programmierschnittstelle ausgeliefert. Diese API ist in ISO 22900-2 international standardisiert.
OBD4HDD steht für On-Board Diagnostics for Heavy-Duty Diesel. In der
OBD4HDD SIG (Special Interest Group) haben sich Hersteller von Fahrzeugen und Maschinen mit schweren Dieselmotoren und deren Zulieferer
zusammengeschlossen, um technische Fragestellungen zu diskutieren,
Dokumente (u. a. White Papers) zu erstellen und zu veröffentlichen. Die
Mitgliedschaft ist kostenlos. www.obd4hdd.org
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Auch das als D-Server bezeichnete Diagnose-Laufzeitsystem und das Format zur Beschreibung von Diagnosedaten sind standardisiert. Der D-Server
(Bild 4) verbindet über die D-Server API (ISO 22900-3) die Applikation
(Tester) mit der D-PDU API und verarbeitet Daten im ODX-Format (ISO
22901: Open Diagnostic Data Exchange).
Bild 4 zeigt eine weitere Softwarekomponente, die sich beim Aufbau PCbasierter Tester in der Fahrzeugindustrie bewährt hat: Die OTX Runtime.
Auch OTX ist standardisiert (ISO 13209: Open Test Sequence Exchange Format) und dient der Beschreibung von Testsequenzen und Abläufen, z. B. für
die geführte Fehlersuche oder die Reprogrammierung von Steuergeräten.
Softing Automotive Electronics bietet den D-Server für Daten im Format
ODX 2.0.1 und ODX 2.2.0 und die OTX Runtime als off-the-shelf Softwaremodule an. Als Entwicklungsumgebung dienen die Tools DTS Venice für
ODX-Daten und OTX Studio für OTX-Sequenzen. Diverse Applikationen
unterstützen den Anwendungsprogrammierer bei seiner Arbeit. Dazu gehören der interaktive Diagnosetester DTS Monaco und TesterLITE, speziell zur
Entwicklung von Service-Testern. (oe)
Dipl.-Ing. Peter Subkeist seit 2000 bei Softing Automotive
im technischen Vertrieb als Key Account Manager tätig und
Fachbuchautor der Titel „Diagnosekommunikation im Automobil“ und „Road vehicles – Diagnostic communication“.
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www.softing.com
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