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1、深圳鹏奥达科技有限公司 http:/ 汽车诊断与车载诊断系统(OBD)简介1概述汽车诊断(Vehicle Diagnosis)是指对汽车在不解体(或仅卸下个别零件)的条件下，确定汽车的技术状况，查明故障部位及原因的检查。随着现代电子技术、计算机和通信技术的发展，汽车诊断技术已经由早期依赖于有经验的维修人员的“望闻问切”，发展成为依靠各种先进的仪器设备，对汽车进行快速、安全、准确的不解体检测。为了满足美国环保局（EPA）的排放标准，20世纪70年代和80年代初，汽车制造商开始采用电子控制燃油输送和点火系统，并发现配备空燃比控制系统的车辆如果排放污染超过管制值时，其氧传感器通常也有异常，由此逐渐衍
2、生出设计一套可监控各排放控制元件的系统，以在早期发现可能超出污染标准的问题车辆。这就是车载诊断系统(On-Board Diagnostics，缩写为OBD)。OBD系统随时监控发动机工况以及尾气排放情况，当尾气超标或发动机出现异常后，车内仪表盘上的故障灯(MIL)或检查发动机灯(Check Engine)亮，同时动力总成控制模块(PCM)将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCM中读出。根据故障码，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。OBD-II是20世纪90年代推出的新的ODB标准，几乎提供了完整的发动机控制，并监控底盘、车身和辅助设备，以及汽车的诊断控制网络。2汽车诊断
3、接口OBD - II的规范规定了标准的硬件接口- 16针（2x8）的J1962插座。OBD - II接口必须在方向盘2英尺范围内，一般在方向盘下。SAE的J1962定义了OBD-II接口的引脚分配如下：图1J1962标准插座引脚号功能引脚号功能PIN1为制造商预留PIN2SAE-J1850 BUS+PIN3为制造商预留PIN4车身接地PIN5信号接地PIN6CAN HighPIN7ISO9141-2 (KWP2000) K线PIN8为制造商预留PIN9为制造商预留PIN10SAE-J1850 BUS-PIN11为制造商预留PIN12为制造商预留PIN13为制造商预留PIN14CAN LowPI
4、N15ISO9141-2 (KWP2000) L线PIN16汽车蓄电池正极表13与汽车诊断有关的主要通信协议20世纪90年代中期，为了规范车载网络的研究设计与生产应用，美国汽车工程师协会(SAE)下属的汽车网络委员会按照数据传输速率划分把车载网络分为Class A、Class B、Class C三个级别。如表2：Class级别通信速率使用范围主要通信协议Class A5Mbps多媒体系统：l汽车导航l音频l视频等lD2B opticallMOSTlIEEE 1394lFlexRay表2车载网络分类3目前OBD使用的通信协议主要有5种：ISO9141、KWP2000、SAEJ1850(PWM)、
5、SAEJ1850(VPW)、CAN。大部分车辆只实现了某一种协议，我们可以根据J1962插座上有哪些引脚来推断所使用的协议。下面对KWP2000、SAEJ1850(PWM)、SAEJ1850(VPW)和CAN进行简单的介绍。3.1 KWP2000KWP2000（Keyword Protocol 2000）欧洲汽车领域广泛使用的一种车载诊断协议，该协议实现了一套完整的车载诊断服务，并且满足EOBD标准。KWP2000最初是基于K线的诊断协议，由于K线物理层和数据链路层在网络管理和通讯速率上的局限性，使得K线无法满足日趋复杂的车载诊断网络的需求。而CAN网络（Controller Area Net
6、work）由于其非破坏性的网络仲裁机制、较高的通讯速率（可达1M bps）和灵活可靠的通讯方式，在车载网络领域广受青睐，越来越多的汽车制造商把CAN总线应用于汽车控制、诊断和通讯。近年来欧洲汽车领域广泛采用了基于CAN总线的KWP2000，即ISO 15765协议，而基于K线的KWP2000物理层和数据链路层协议将逐步被淘汰。l基于K线的KWP2000协议基于K线的KWP2000协议波特率为10.4 kbps，用单线(K线)通信，也可用双线(K线和L线)通信，目前多用单线通信。K线本质上是一种半双工串行通信总线。基于K线的KWP2000协议的报文包括报文头、数据域和校验和三部分，如表3所示。表
7、3 基于K线的KWP2000报文结构6报文头数据域校验和FmtTgt*Src*Len*SIdData CS最长4 字节最长255 字节1字节表3中各参数含义如下:报文头：Fmt帧字节;Tgt*目标地址;Src*源地址;Len*附加长度字节。*可选字节，取决于格式字节Fmt的A1A0位数据域：Sld服务标识符，数据域的第一个字节;Data数据字节;。校验和：CS。在开始诊断服务之前，诊断设备必须对ECU进行初始化，通过ECU的响应获取ECU的源地址、通讯波特率、支持的报文头格式、定时参数等信息。ECU所支持的报文头和定时参数信息包含在ECU返回的“关键字（Key Word）”中（这也是协议命名的
8、由来）。关键字由两个字节构成，关键字的低字节中各位的含义如表4所示。表4关键字低字节中各位的含义6Bit= 0= 1AL0不支持格式字节中的数据长度信息支持格式字节中的数据长度信息AL1不支持附加长度字节支持附加长度字节HB0不支持一个字节的报文头支持一个字节的报文头HB1不支持在报文头中包含目标地址/源地址支持在报文头中包含目标地址/源地址TP0*采用正常定时参数设置采用扩展定时参数设置TP1*采用扩展定时参数设置采用正常定时参数设置* 只允许TP0,TP1 = 0,1 或者1,0诊断设备可以采用两种方式对ECU进行初始化5Baud初始化和快速初始化，对于这两种初始化的时序在数据链路层协议中
9、均有明确规定。基于CAN总线的KWP2000协议 7基于CAN总线的KWP2000协议是把KWP2000应用层的诊断服务移植到CAN总线上。数据链路层采用了ISO 11898-1协议，该协议是对CAN2.0B协议的进一步标准化和规范化；应用层采用了ISO 15765-3协议，该协议完全兼容基于K线的应用层协议14230-3，并加入了CAN总线诊断功能组；网络层则采用ISO 15765-2协议，规定了网络层协议数据单元（N_PDU，如表5所示）与底层CAN数据帧、以及上层KWP2000服务之间的映射关系，并且为长报文的多包数据传输过程提供了同步控制、顺序控制、流控制和错误恢复功能。表5 网络层协
10、议数据单元（N_PDU）格式地址信息协议控制信息数据域N_AI1)N_PCI2)N_Data3)1) 地址信息：包含源地址（SA）、目标地址（TA）、目标地址格式（TA_Type）和远程地址（RA）2) 协议控制信息：有四种帧格式，即单帧（SF）、第一帧（FF）、连续帧（CF）和流控制帧（FC）3) 数据域：KWP2000服务标识符（Service ID） + 服务参数应用层协议规定了四种服务数据结构，.Request、.Indication、.Response和.Confirm，分别用于诊断设备（Tester）的服务请求、ECU的服务指示、ECU的服务响应和Tester的服务确认。这些数据结
11、构中包含了地址信息、服务请求ID和服务请求参数等内容。基于CAN总线的KWP2000诊断服务流程如图3所示。图3 基于CAN总线的KWP2000诊断服务流程图从上面的服务流程可以看出，基于CAN总线的KWP2000协议支持多包数据传输，并且多包数据的管理和组织是在网络层完成的，应用层不必关心数据的打包和解包过程。3.2 SAE J1850SAE J1850协议有两种，J1850（脉宽调制编码方式PWM - Pulse Width Modulation）和J1850（可变脉宽调制编码方式VPM - Variable Pulse Width Modulation）。它们所采用的编码方式不同，因此有
12、着不同的物理层，但应用层和数据链路层相同。SAE J1850 PWM:福特公司采用的标准，采用双线传输，通信速率为41.6Kbps。1lpin 2: Bus+lpin 10: Busl高电压为+5 Vl报文长度限制为12个字节，包括CRCl采用非破坏性仲裁的载波侦听多路访问（CSMA/NDA）的多主仲裁机制SAE J1850 VPW:通用公司采用的标准，采用单线传输，通信速率为10.4Kbps。1lpin 2: Bus+l总线空闲状态为低电平l高电压为+7 Vl决策点是+3.5 Vl报文长度限制为12个字节，包括CRCl采用非破坏性仲裁的载波侦听多路访问（CSMA/NDA）的多主仲裁机制J18
13、50协议规定网络的最大节点数为32个（包含车内ECU和车外诊断设备）。车内的最大网络长度为40米，车外最大网络长度为5米。车外诊断设备最小等效电阻为10.6K欧，最大等效电容为500pF。J1850数据传输网络中的数据通常是按照以下格式传输的，参见图4：Idle, SOF, DATA_0, ., DATA_N, CRC,EOD,NB, IFR_1, ., IFR_N, EOF, IFS,Idle其中各元素的定义如下Idle：总线空闲，总线处于空闲状态时，任何节点都可以占用总线来发送数据。SOF：帧起始标志。不计入CRC码。DATA_N：报文数据。EOD：数据结束标志。数据帧发送方用EOD表示数据发送结束。NB：标准位。仅在VPW编码方式中有效。EOF：帧结束标志。IFR：帧内快速应答。IFS：帧内分割标志。CRC：CRC错误校验位。3.3 CANCAN总线是20世纪80年代才开始形成和发展的新一代总线技术。最初由BOSCH汽车公司提出。在20世纪90年代初，CAN总线被提交作为国际标准。
