通信及诊断分析

天津易博达动力科技有限公司1、OBD产生背景自从20世纪50年代汽车技术与电子技术开始相结合以来，电子技术在汽车上的应用范围越来越广泛盯1。ECU作为汽车发动机电控系统的核心具有速度快捷、功能强大、可靠性高、成本低廉的特点，故此ECU的引入极大地提高了汽车的动力性、舒适性、安全性和经济性。然而，由于现代发动机电控系统越来越复杂，将ECU引入发动机电控系统之后，在提高汽车性能的同时也引发了故障类型难以判定的问题。针对该情况，从20世纪80年代起，美、同、欧等地的汽车制造企业开始在其生产的电喷汽车上配备车载自诊断模块(On—BoardDiagnosticsModule)。自诊断模块能在汽车运行过程中实时监测电控系统及其电路元件的工作状况，如有异常，根据特定的算法判断出具体的故障，并以诊断故障代码(DTC，DiagnosticTroubleCodes)的形式存储在汽车电脑芯片内阳1。系统自诊断后得到的有用信息可以为车辆的维修和保养提供帮助，维修人员可以利用汽车原厂专用仪器读取故障码，从而可以对故障进行快速定位，故障排除后，采用专用仪器清除故障码由于该时期不同厂。商的OBD系统之问各行其是、互不兼容，所以被称为第一代车载自诊断系统(OBD—I，theFirstOn—BoardDiagnostics)。为了统一标准，美国汽车工程师协会(SAE，SocietyofAutomotiveEngineers)1988年制定了OBD-II标准。OBD—II实行天津易博达动力科技有限公司标准的检测程序，并且具有严格的排放针对性，用于实时监测汽车尾气排放情况。2、OBD的工作原理汽车在正常运行时，汽车的电子控制系统输入和输出的信号（电压或电流）会在一定的范围内有一定规律地变化；当电子控制系统电路的信号出现异常且超出了正常的变化范围，并且这一异常现象在一定时间（3个连续行程）内不会消失，ECU则判断为这一部分出现故障，故障显示灯点亮，同时监测器把这一故障以代码的形式存入内部RAM（RandomAccessMemory:随机存储器），被存储的故障代码在检修时可以通过故障显示灯或OBDⅡ扫描仪来读取。如果故障不再存在，监控器在连续3次未接收到相关信号后，将指令故障显示灯熄灭。故障显示灯熄灭后，发动机暖机循环约40次，则故障代码会自动从存储器中被清除掉。3、OBD使用的通信协议OBD—II标准使用的通讯协议一般有：ISO9141—2，ISO14230—4(KWP2000)，SAEJ1850PWM，SAEJ1850VPM，ISO15765-4(CAN-BUS)。所有欧洲生产的汽车，以及大多数亚天津易博达动力科技有限公司洲进口的汽车都使用ISO9141—2通讯协议电路。而美国通用汽车(GM)公司生产的轿车及轻型卡车使用SAEJ1850VPW通讯协议电路，福特(FORD)汽车采用SAEJ1850PWM通讯协议电路。3.1ISO9141-21994年提出的诊断通信协议，被ISO14230-4前向兼容，现在的OBD口支持的K线是包含这个协议定义的内容。不过现在基本都是采用KWP2000。3.2ISO14230在汽车故障诊断领域，针对诊断设备和汽车ECU之间的数据交换，各大汽车公司几乎都制订了相关的标准和协议。其中，欧洲汽车领域广泛使用的一种车载诊断协议标准是KWP2000（KeywordProtocol2000），该协议实现了一套完整的车载诊断服务，并且满足E-OBD（EuropeanOnBoardDiagnose）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（ControllerAreaNetwork）由于其非破坏性的网络仲裁机制、较高的通讯速率（可达1Mbps）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ISO15765协议，而基于K线的KWP2000物理层和数据天津易博达动力科技有限公司链路层协议将逐步被淘汰。基于K线的KWP2000协议基于K线的KWP2000协议标准主要包括ISO/WD14230-1～14230-4，各部分协议与OSI模型的对应关系如表1所示。ISO14230-1规定了KWP2000协议的物理层规范（K线、L线），它在ISO9141-2的基础上把数据交换系统扩展到了24V电压系统。ISO14230-2规定了KWP2000的数据链路层协议，包括报文结构、初始化过程、通讯连接管理、定时参数和错误处理等内容。K线的报文包括报文头、数据域和校验和三部分，其中报文头包含格式字节、目标地址（可选）、源地址（可选）和附加长度信息（可选），如表2所示。天津易博达动力科技有限公司1）可选字节，取决于格式字节Fmt的A1A0位2）服务标识符（ServiceID），数据域的第1个字节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（KeyWord）”中（这也是协议命名的由来）。关键字由两个字节构成，如图1所示，关键字的低字节中各位的含义如表3所示。天津易博达动力科技有限公司3.3ISO15765基于CAN总线的KWP2000协议实际上指的就是ISO/WD15765-1～15765-4，该协议把KWP2000应用层的诊断服务移植到CAN总线上。数据链路层采用了ISO11898-1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ISO15765-3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ISO15765-2协议，规定了网络层协议数据单元（N_PDU，如表4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4网络层协议数据单元（N_PDU）格式[7]天津易博达动力科技有限公司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：包含四种帧格式，见表53)数据域：KWP2000服务标识符（ServiceID）+服务参数应用层协议规定了四种服务数据结构，Service_Name.Request、Service_Name.Indication、Service_Name.Response和Service_Name.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。这些数据结构中包含了地址信息、服务请求ID和服务请求参数等内容。网络层定义了四种PDU单帧（SingleFrame，SF）－数据域及PCI可在一个CAN数据帧中容纳时，服务报文以单帧CAN报文进行发送。第一帧（FirstFrame，FF）－数据域及PCI不能在一个CAN数据帧中容纳时，服务报文以多帧CAN报文进行发送，其中第一帧（FF）除传送数据外，还包含了多包数据的长度信息。连续帧（ConsecutiveFrame，CF）－多包数据中除第一帧外的连续数据帧，除传送数据外，还包含了多包数据的包序号。流控制帧（FlowControl，FC）－用于多包数据传输过程中的流控制，不包含数据，只包含流控制状态、数据块大小和最小间隔时间等流控制信息。天津易博达动力科技有限公司表515765协议网络层四种PDU对应的PCI格式1)单帧数据中数据域的字节长度，PCI的长度不包括在内。2)多包数据的数据域字节总长度。3)多包数据的数据包编号。4)流控制状态信息。5)数据块大小。6)多包数据传输的最小时间间隔。在数据传送过程中，一个网络层PDU被编排成一个CAN数据帧，它们之间的对应关系由寻址模式（Addressingmode）决定。基于ISO15765协议规定了四种寻址模式：正常寻址模式（Normal）、正常固定寻址模式（Normalfixed）、扩展寻址模式（Extended）和用于远程诊断的混合寻址模式（Mixed）。其中，正常固定寻址模式必须采用CAN扩展帧，并且SAEJ1939为该寻址模式下的KWP2000诊断服务保留了两个专用参数组编号（PGN）：其中PF=218（PF的具体定义请参考SAEJ1939数据链路层协议）的参数组用于物理寻址（phy），PF=219的参数组用于功能寻址（fcn）。正常固定寻址模式的PDU与CAN数据帧之间的对应关系如表6所示。天津易博达动力科技有限公司混合寻址模式与正常固定寻址模式类似，唯一的区别是CAN数据域的第一个字节用于填充远程地址（RA），N_PCI和诊断服务数据的填充位置向后移动一个字节。混合寻址模式用于跨越网段进行远程诊断，远程诊断的机制如图5所示。图中CAN1和CAN2两个不同的子网通过网桥相连，网桥在子网1中的源地址为200，在子网2中的源地址为10，位于子网1中的诊断设备（源地址为241）可通过网桥对子网2中的ECU（源地址为62）进行诊断。4、OBD数据连接口根据ISODIS15031–3中相关内容，DLC是一个如下16针的插座：各个针脚定义如下：天津易博达动力科技有限公司针脚分配定义1厂家定义[1]2SAEJ1850总线正[2]3厂家定义[1]4车身地5信号地6ISO15765–4定义的CAN高[2]7ISO9141−2和ISO14230−4定义的K线[2]8厂家定义[1]9厂家定义[1]10SAEJ1850总线负[2]11厂家定义[1]12厂家定义[1]13厂家定义[1]14ISO15765–4定义的CAN低[2]15ISO9141−2和ISO14230−4定义的L线[2]16永久正电压1,3,8,9,11,12和13未做分配，可由车辆制造厂定义。2,6,7,10,14和15使用作诊断通讯的。根据实际使用的通讯协议的不同，它们往往不会都被使用，为使用的可由车辆制造厂定义。根据别人提供的资料：查看2003款帕萨特1.8GLS电路图，分析该车诊断接口线路，此车K线和CAN-BUS线共存，其中空调控制单元、收音机、舒适系统中央控制单元通过K线进行诊断及通讯；ABS控制单元，安全气囊控制单元、自动变速箱控制单元、发动机控制单元以及仪表控制单元同时通过K线及CAN-BUS线进行诊断及通讯。诊断座第7脚为K线；第6、14脚为CAN-BUS线，通过网关与ABS、自动变速箱等控制单元进行通讯及诊断。天津易博达动力科技有限公司大众系列有个共同的特征：多数控制单元的K线都是连接在一起的，诊断仪可以通过不同的地址码访问不同的控制单元。这样做的弊端是无法避免多个电脑系统通讯的互相干扰，尤其是在车载电脑越来越多的形式下，这种问题会越来越突出，因此，大众奥迪已经向CAN-BUS诊断转型，同时也保留了K线作为一些特定系统的诊断。5、PASSAT左前门控制器ECU玻璃升降机电动执行器电动门锁执行器后视镜电动执行器LINCAN总线车身总线操作命令输入装置ECU天津易博达动力科技有限公司PASSAT1.8GLI、GSI舒适控系统CAN简介仪表盘CAN总线简介天津易博达动力科技有限公司PASSAT1.8GLI、GSI动力系统CAN总线简介1、发动机，自动变速器、安全气囊、仪表盘（上图）各自的CAN-H，CAN-L分别相连，并与OBD-II接口相连。（下图）2、ABS没有并入CAN总线系统，而是采用K线方式与OBD-II接口相连。PASSAT1.8GLI、GSIK线简介天津易博达动力科技有限公司1、OBD-II接口采用五线，同时具备CAN线和K线两种。2、仪表盘，变速器同时拥有CAN和K线两种。3、ABS、自动空调、舒适系统采用单一K线与OBD-II接口相连。OBD-II有CAN接口，但是它是通