汽車診斷與車載診斷系統(tǒng)OBD簡介

1、深圳鵬奧達科技有限公司汽車診斷與車載診斷系統(tǒng)（OBD）簡介i 概述汽車診斷（Vehicle Diagnosis）是指對汽車在不解體（或僅卸下個別零件 ）的條件下，確定汽車的技術狀況，查明故障部位及原因的檢查。隨著現(xiàn)代電子技術、計算機和通信技 術的發(fā)展，汽車診斷技術已經(jīng)由早期依賴于有經(jīng)驗的維修人員的望聞問切”，發(fā)展成為依靠各種先進的儀器設備，對汽車進行快速、安全、準確的不解體檢測。為了滿足美國環(huán)保局（EPA的排放標準，20世紀70年代和80年代初，汽車制造商開 始采用電子控制燃油輸送和點火系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)配備空燃比控制系統(tǒng)的車輛如果排放污染 超過管制值時，其氧傳感器通常也有異常，由此逐漸衍生出設計一

2、套可監(jiān)控各排放控 制元件的系統(tǒng)，以在早期發(fā)現(xiàn)可能超出污染標準的問題車輛。這就是車載診斷系統(tǒng) （On-Board Diagnostics,縮寫為 OBD）。OBD系統(tǒng)隨時監(jiān)控發(fā)動機工況以及尾氣排放情況，當 尾氣超標或發(fā)動機出現(xiàn)異常后，車內(nèi)儀表盤上的故障燈（MIL）或檢查發(fā)動機燈（Check Engine）亮，同時動力總成控制模塊 （PCM）將故障信息存入存儲器，通過一定的程序可以將故障碼從PCM中讀出。根據(jù)故障碼，維修人員能迅速準確地確定故障的性質(zhì)和部位。OBD-II是20世紀90年代推出的新的 ODB標準，幾乎提供了完整的發(fā)動機控制，并監(jiān)控底盤、車身和輔助 設備，以及汽車的診斷控制網(wǎng)絡。2 汽

3、車診斷接口OBD - II的規(guī)范規(guī)定了標準的硬件接口 - 16針（2x8）的J1962插座。OBD - II接口必須 在方向盤2英尺范圍內(nèi)，一般在方向盤下。SAE的J1962定義了 OBD-II接口的引腳分配如下：<?xml:namespace prefix = v /?> 圖1 J1962標準插座弓1腳號PIN1功能弓1腳號功能為制造商預留PIN2SAE-J1850 BUS+PIN3為制造商預留PIN4車身接地PIN5信號接地PIN6CAN HighPIN7ISO9141-2 (KWP2000) K 線PIN8為制造商預留PIN9為制造商預留PIN10SAE-J1850 BUS-

4、PIN11為制造商預留PIN12為制造商預留PIN13為制造商預留PIN14CAN LowPIN15ISO9141-2 (KWP2000) L 線PIN16汽車蓄電池正極表13與汽車診斷有關的主要通信協(xié)議20世紀90年代中期，為了規(guī)范車載網(wǎng)絡的研究設計與生產(chǎn)應用，美國汽車工程師協(xié)會(SAE)F屬的汽車網(wǎng)絡委員會按照數(shù)據(jù)傳車速率劃分把車載網(wǎng)絡分為Class A Class B Class C三個級別。如表2：Class級別通信速率使用范圍主要通信協(xié)議Class A<20Kbps車身系統(tǒng)：車燈電動車窗門鎖功率表無鑰匙進入等低速CANLINClass B10Kbps125Kbps狀態(tài)信息系統(tǒng)電

5、表駕駛信息汽車空調(diào)故障診斷等J1850VANClass C125Kbps1Mbps實時控制系統(tǒng)發(fā)動機控制傳輸控制制動控制懸架控制等高速CANSafe-By-WireClass D>5Mbps多媒體系統(tǒng)：汽車導航音頻視頻等D2B opticalMOSTIEEE 1394FlexRay表2車載網(wǎng)絡分類3目前 OBD使用的通信協(xié)議主要有5種：ISO9141、KWP2000、SAEJ1850(PWM)、SAEJ1850(VPW)、CAN。大部分車輛只實現(xiàn)了某一種協(xié)議，我們可以根據(jù)J1962插座上有哪些引腳來推斷所使用的協(xié)議。下面對KWP2000、SAEJ1850(PWM)、SAEJ1850(VP

6、W)和CAN進行簡單的介紹。3.1 KWP2000KWP2000 ( Keyword Protocol 2000 )歐洲汽車領域廣泛使用的一種車載診斷協(xié)議， 該協(xié)議實現(xiàn)了一套完整的車載診斷服務，并且滿足EOBD標準。KWP2000最初是基于 K線的診斷協(xié)議，由于K線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層在網(wǎng)絡管理和通訊速率上的局限性，使得K線無法滿足日趨復雜的車載診斷網(wǎng)絡的需求。而CAN網(wǎng)絡(Controller Area Network )由于其非破壞性的網(wǎng)絡仲裁機制、較高的通訊速率(可 達1M bps)和靈活可靠的通訊方式，在車載網(wǎng)絡領域廣受青睞，越來越多的汽車制造 商把CAN總線應用于汽車控制、診斷和通訊。

7、近年來歐洲汽車領域廣泛采用了基于CAN總線的KWP2000 ,即ISO 15765協(xié)議，而基于 K線白K KWP2000物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié) 議將逐步被淘汰。專業(yè)汽車OBD/CANBU據(jù)服務商 車聯(lián)網(wǎng)核心部件 OB嚷塊提供商深圳鵬奧達科技有限公司九 基于 K線白K KWP2000協(xié)議基于K線白K KWP2000協(xié)議波特率為10.4 kbps,用單線（K線）通信，也可用雙線 （K線和L線）通信，目前多用單線通信。K線本質(zhì)上是一種半雙工串行通信總線。專業(yè)汽車OBD/CANB晚據(jù)服務商 車聯(lián)網(wǎng)核心部件 OBDI塊提供商基于K線白K KWP2000協(xié)議的報文包括報文頭、數(shù)據(jù)域和校驗和三部分，如表示。表

8、3基于K線白K KWP2000報文Z構6報文頭數(shù)據(jù)域校驗和|FmtTgt*Src*Len*SIdData CS 1取k 4字下最長255字節(jié)I產(chǎn)表3中各參數(shù)含義如下報文頭：Fmt幀字節(jié)；Tgt* 目標地址；Src*一源地址；Len* 附加長度字節(jié)。*可選字節(jié)，取決于格式字節(jié)Fmt的A<?xml:namespace prefix = st1/?>1A0 位數(shù)據(jù)域：Sld 服務標識符，數(shù)據(jù)域的第一個字節(jié);Data 數(shù)據(jù)字節(jié)；。校驗和：CS在開始診斷服務之前，診斷設備必須對 ECU進行初始化，通過ECU的響應獲取 ECU的源地址、通訊波特率、支持的報文頭格式、定時參數(shù)等信息。ECU所支持

9、的報文頭和定時參數(shù)信息包含在ECU返回的 關鍵字（Key Word） ”中（這也是協(xié)議命名的由來）關鍵字由兩個字節(jié)構成,關鍵字的低字節(jié)中各位的含義如表4所示。Bit=0=1AL0不支持格式字節(jié)中的數(shù)據(jù)長度信息支持格式字節(jié)中的數(shù)據(jù)長度信息AL1不支持附加長度字節(jié)支持附加長度字節(jié)HB0不支持一個字節(jié)的報文頭支持一個字節(jié)的報文頭IHB1不支持在報文頭中包含目標地址/源地址支持在報文頭中包含目標地址/源地址TP0*采用正常定時參數(shù)設置采用擴展定時參數(shù)設置TP1*采用擴展定時參數(shù)設置采用正常定時參數(shù)設置表4關鍵字低字節(jié)中各位的含義6*只允許TP0,TP1 = 0,1或者1,0診斷設備可以采用兩種方式對E

10、CU進行初始化5Baud初始化和快速初始化，對于這兩種初始化的時序在數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議中均有明確規(guī)定。基于CAN總線的KWP2000 協(xié)議7基于CAN總線的KWP2000協(xié)議是把 KWP2000應用層的診斷服務移植到CAN總線上。數(shù)據(jù)鏈路層采用了ISO 11898-1協(xié)議，該協(xié)議是對CAN2.0B協(xié)議的進一步標準化和規(guī)范化；應用層采用了ISO 15765-3協(xié)議，該協(xié)議完全兼容基于K線的應用層協(xié)議深圳鵬奧達科技有限公司14230-3 ,并加入了 CAN總線診斷功能組；網(wǎng)絡層則采用ISO 15765-2協(xié)議，規(guī)定了網(wǎng)絡層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ N_PDU ,如表5所示）與底層 CAN數(shù)據(jù)幀、以及上層KWP2

11、000服務之間的映射關系，并且為長報文的多包數(shù)據(jù)傳輸過程提供了同步控制、順序控制、 流控制和錯誤恢復功能。表5網(wǎng)絡層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ N_PDU）格式地址信息協(xié)議控制信息數(shù)據(jù)域N_AI1)N_PC2)N_Data3)1）地址信息：包含源地址（SA）、目標地址（TA）、目標地址格式（TA_Type）和遠程地址（RA）2）協(xié)議控制信息：有四種幀格式，即單幀（SF、第一幀（FF）、連續(xù)幀（CF）和流控制幀（F。3）數(shù)據(jù)域：KWP2000服務標識符（Service ID） +服務參數(shù)應用層協(xié)議規(guī)定了四種服務數(shù)據(jù)結構，<Service_Name>.Request、 <Service_Na

12、me>.Indication、 <Service_Name>.Response和 <Service_Name>.Confirm , 分另1J用于 診斷設備（Tester）的服務請求、ECU的服務指示、ECU的服務響應和 Tester的服務確認。 這些數(shù)據(jù)結構中包含了地址信息、服務請求ID和服務請求參數(shù)等內(nèi)容?；?CAN總線的KWP2000診斷服務流程如圖 3所示。圖3基于CAN總線的KWP2000診斷服務流程圖從上面的服務流程可以看出，基于 CAN總線的KWP2000協(xié)議支持多包數(shù)據(jù)傳輸，并且多包 數(shù)據(jù)的管理和組織是在網(wǎng)絡層完成的，應用層不必關心數(shù)據(jù)的打包和解包

13、過程。3.2 SAE J1850SAE J1850 協(xié)議有兩種，J1850 （脈寬調(diào)制編碼方式 PWM - Pulse Width Modulation ） 和J1850 （可變脈寬調(diào)制編碼方式 VPM - Variable Pulse Width Modulation ）。它們所采用的編 碼方式不同，因此有著不同的物理層，但應用層和數(shù)據(jù)鏈路層相同。SAE J1850 PWM:福特公司采用的標準，采用雙線傳輸，通信速率為 41.6Kbps。11 pin 2: Bus+, pin 10: Bus-九高電壓為+5 V九報文長度限制為12個字節(jié)，包括 CRCCSMA/NDA）的多主仲裁機制SAE J

14、1850 VPW通用公司采用的標準，采用單線傳輸，通信速率為10.4Kbps。1, pin 2: Bus+九總線空閑狀態(tài)為低電平九高電壓為+7 V九決策點是+3.5 V九報文長度限制為12個字節(jié)，包括CRC-CSMA/NDA）的多主仲裁機制J1850協(xié)議規(guī)定網(wǎng)絡的最大節(jié)點數(shù)為 32個（包含車內(nèi)ECU和車外診斷設備）。車內(nèi)的最 大網(wǎng)絡長度為40米，車外最大網(wǎng)絡長度為 5米。車外診斷設備最小等效電阻為 10.6K歐， 最大等效電容為 500pF。J1850數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)通常是按照以下格式傳輸?shù)?，參見圖4:Idle, SOF, DATA_0, ., DATA_N, CRC,EOD, NB, I

15、FR_1, ., IFR_N, EOF, IFS,Idle其中各元素的定義如下Idle：總線空閑，總線處于空閑狀態(tài)時，任何節(jié)點都可以占用總線來發(fā)送數(shù)據(jù)。SOF幀起始標志。不計入 CRCoDATA_N報文數(shù)據(jù)。EOD:數(shù)據(jù)結束標志。數(shù)據(jù)幀發(fā)送方用EOD表示數(shù)據(jù)發(fā)送結束。NB:標準位。僅在 VPW編碼方式中有效。EOF幀結束標志。IFR 幀內(nèi)快速應答。IFS幀內(nèi)分割標志。CRC CRC錯誤校驗位。 3.3 CANCAN總線是20世紀80年代才開始形成和發(fā)展的新一代總線技術。最初由BOSCH氣車公司提出。在20世紀90年代初，CAN總線被提交作為國際標準。CAN總線協(xié)議是一種可以滿足控制系統(tǒng)所需的中

16、等通信速率的通信協(xié)議，尤其適用于車身功能和車輛舒適功能的管理，同樣其較高的速率也可滿足車輛內(nèi)部系統(tǒng)功能管理的需求。CAN是為連接各個復雜通信系統(tǒng)為目的研發(fā)的，各電控單元按照總線-樹型拓撲結構相互連接。CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等，最常用的是雙絞線。CAN網(wǎng)絡的傳速速度最快可達 1Mbit/s。CAN網(wǎng)絡中有兩種不同的幀格式，標準幀格式和擴展幀格式，不同之處為標準幀為11位標識符，而擴展幀有 29位標識符。如圖5和圖6所示。在CAN網(wǎng)絡中有四種不同類型的幀：數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀。其中數(shù)據(jù)幀 和遠程幀可以使用標準和擴展兩種格式。CAN協(xié)議具有以下特點3：(1)多主：當總

17、線空閑時，連接到總線上的各單元都可以開始發(fā)送消息。第一個開始發(fā)送消息的單元獲得發(fā)送權。如果多個單元同時開始發(fā)送，具有最高優(yōu)先級的單元獲得發(fā)送權。(2)報文傳輸：所有的港都按預定的格式傳輸。(3)系統(tǒng)的靈活性：連接到總線上的單元沒有類似于地址的識別信息。因此，當一個 單元添加到總線上或從總線上移走時，不需要改變?nèi)魏纹渌O備的軟件、硬件或應用層。(4)通信速度：可以設定為任意的通信速度以可適合網(wǎng)絡的大小。但在一個網(wǎng)絡中， 所有單元必須使用統(tǒng)一的通信速度。(5)遠程數(shù)據(jù)請求：可以向其它單元發(fā)送遠程幀”請求數(shù)據(jù)傳輸。(6)具有錯誤檢測、錯誤通知和錯誤恢復功能。(7)錯誤隔離：CAN有區(qū)分暫時故障和持續(xù)

18、故障的功能，這有助于降低易出故障的單 元的優(yōu)先級以防止阻礙正常單元的通信。(8)連接：CAN總線允許同時連接多個單元。然而，實際可以連到總線的單元數(shù)受電 力負荷和延遲時間的限制。在汽車診斷網(wǎng)絡中，J2480和ISO15765協(xié)議都是基于 CAN的。包括 KWP2000、SAEJ1850等數(shù)據(jù)網(wǎng)絡都逐漸被 CAN網(wǎng)絡所代替。4 車載診斷系統(tǒng)在中國2005年4月5日，國家環(huán)保總局發(fā)布批準輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中 國III、IV階段)(GB18352.3-2005)等五項標準為國家污染物排放標準。OBD作為強制性要求首次出現(xiàn)在我國的法規(guī)標準中。此項標準是通過修改采用歐盟(EU)70/220/EEC指令進行修訂的 98/69/E