浅析汽车OBD电脑诊断系统与电脑通讯系统

一、OBD诊断系统发展背景

自1980年代各汽车制造厂开始在其生产的车辆上，配备全功能的控制／诊断系统；这些系统在车辆发生故障时，可警示驾驶人员，并且维修技师在维修车辆时可经由特定的方式读取故障代码，以缩短维修时间，汽车工业界称之为随车诊断系统（OBD）。

1985年，美国加州大气资源局（CARE）开始制定法规，要求各车辆制造厂在加州出售的车辆，必须装置OBD系统，这些车辆上配备的OBD系统，称为OBD-I第一代随车诊断系统）；OBD-I必须符合下列规定：

1．仪表板上必须有“故障警示灯（MIL）”，以提醒驾驶人注意特定的车辆系统已发生故障（通常是废气控制相关系统）。

2．系统必须有记录／传输相关废气控制系统故障代码的功能。

3．电气元件监控必须包含02NEGR、EVAP。当OBD-I正式在1998年全面实施时，虽然美国环保局（U.S.EPA）并未强制要求其它州贩售的车辆（除了加州以外）也要配备OBD-I系统，但实际上车辆制造厂在其它州贩售的车辆也都配备了相同的系统。当初加州大气资源局制定OBD-I的用意是要减少车辆废气排气，以及简化维修流程；但由于OBD-I规格不够严谨，它遗漏了触媒转换器的效率监测，以及油气蒸发系统的泄漏监测，再加之OBD-I的监测线路敏感度不高，等到发觉车辆故障再进厂维修时，事实上已排放了大量的废气。OBD-I规格除了无法有效的控制废气排放，它还引起另一个严重的问题：各车辆制造厂发展了自己的诊断系统、检修流程、特殊工具等，使得非原厂维修技师在维修车辆时必须面对更复杂的维修环境，加州大气资源局（CARB）眼见OBD -I离当初制定的目标越来越远，即开始发展第二代随车诊断系统（OBD-II）。

二、OBD -II的目的

简单来说，CARE所定义的OBD-II系统必须有下列功能：

1．侦测废气控制系统的元件是否“衰老”或“损坏”。2．必须有提示驾驶人员进行废气控制系统的保养／检修的功能。3．使用标准化的故障代码，并且可用通用的仪器读取。在标准的实施上，CARB规定所有1996年在加州贩售的小型车辆必须配备OBD-II；自1997年起，所有的小型卡车也要配备该系统。由此OBD-II标准1997年也被美国环保局（U.S.EPA）采纳为联邦标准，并在1998年正式生效。

三、OBD-II动作

要了解OBD-II动作方式，必须先了解“OBD-II测试项目”“测试结果”及“通讯方式”；在OBD-II系统中控制整个系统运作的元件，为PCM中的软件程序，称之为“诊断执行器”（Diagnostio Executive）。

依照车辆废气控制系统的多少，诊断执行器最多可进行七项废气系统的测试。另外，可测试的第八项系统称之为元件监测器CCM，元件监测包括发动机控制系统的各传感器（如表1所示）。

表1 诊断执行器列表

OBD -II系统可用仪器来清除车辆电子控制单元（电脑/ECU）中记忆的故障代码。当废气控制系统出现故障时，可用仪器读取其故障码“旗标（Flag）”以提醒维修技师进行废气检查与保养程序（I/M Test）。系统或元件以标准名称／标准缩写来代表，以避免维修人员混淆（例：冷却液温度传感器以ECT代表，取代图1诊断座（DLC）16-Pin针脚定义CTS及其它缩写）。

四、诊断座

车辆故障诊断座（DLC）以16-Pin设计取代OBD-I复杂不一的诊断座，以提供通用型式仪器读取资料流。16-Pin中的7个针脚位有其固定功用，其余针脚位功能可由生产厂家自行设计（如图1所示）。

图1 诊断座(DLC)16-Pin针脚定义

五、电脑（ECU）数据总线Can-Bus传输

1．总线系统

早期汽车通讯控制，电脑（ECU）间电数据传输主要是电流、电压、频率信号传输。最新使用汽车电脑间数据通信，采用CAN数据总线及光纤通信，传输数据量大，速度快，数据更安全，常见为Can-Bus网络与D2B光纤传输方式。

2.CAN总线功能

总线系统是一个用于交换数据或信息的汇流线系统。总线将主控单元（总站）与大量独立的控制单元连接。总线上所有的单元均为并联。

3．总线测试

测试前提条件：进行模块测试前需确保诊断导线和测试仪正常。如果必要，先在其它车辆上进行诊断或者通过自检检测诊断导线。用自检诊断导线（在管理程序中选择）检查测试仪的诊断导线和诊断接口是否正常。诊断导线必须连接到测试仪背面的测试插座上。

如果识别数据传送正常，表明每根总线的功能均正常。如果一些控制单元未被识别，则总线连接装置（插头、导线）或供电可能断开。如控制单元失灵或控制单元未安装，也会出现同样的现象。在每次测试结束后对测试模块中被检测的控制单元进行评估。

如果不能与车辆建立联系，则在总线上数据传送存在中断。该情况下应在诊断总线上进行故障查询。

故障可能是由于对地短路、对正极短路或断路引起的。导致数据不能在控制单元之间传送。如果在测试模块中未识别到控制单元，且在快速测试中也未识别到控制单元，则故障也可能由控制单元总线引起。这种情况下可在总线导线上进行故障查询。

在图2中标识出了LIN总线电压最大值、最小值、周期、频率等的当前状态。

图2 LIN总线信号波形

 4．总线故障检查

 （1）波形检查

①总线高电位：7-12V;

②总线低电位：0 -2V;

③电码长度（正常：5-30ms）。

在测量时，对于所描述的对象，单个脉冲的数目和顺序可以是不同的。重要的是根据数据评价所有的信号。

（2）故障现象具有下列特征：

①断路：总线上无电压；

②对正极短接：总线上无电压变化，总线电压U=U蓄电池（电压）；

③对地短接：总线上无电压变化，总线电压U=0V。

可能原因为：

①导线中断；

②导线局部磨损；

③插头连接损坏／触头损坏／污垢、锈蚀；

④控制单元损坏；

⑤控制单元供电或搭铁故障；

⑥导线烧毁。

在对总线进行故障查询时，预设定测量度使用示波器显示和导线检测。

（3）干扰总线系统的控制单元

该故障原因可能由于软件引起。

症状：由电码干扰而导致的功能无法执行或功能异常。

提示：确定干扰总线系统的控制单元：

①依次取下每根总线上连接的控制单元保险丝；

②每脱开一个控制单元后，重复总线测试；

③如果在脱开某个控制单元后数据传送回复正常，则表明该控制单元干扰了数据交换；

④可更新相关的控制单元。

美国SAE汽车工程协会协议使用的传输网络介绍

①D2B OpticalD2B Optcal是一种就地通讯系统，让使用者可以把娱乐及信息产品跟中央系统整合，不会与中央系统相互抵触。

目前D2B Optical应用在车身网络上，特别是数字影音、导航系统的功能。其系统的特色在于激活时，即自我组态且新旧的D2B Optical装置皆相融于车身网络。

②  GellPort Labs移动电话网络

移动电话与D2B光纤永久连接，当行动电话使用TMC/GSM与交通讯息中心连接时，此时移动电话透过移动电话网络与交通状况记录模块A2/43传递资料，来作一个导航系统指示；与汽车使用共通的接口，行车过程，也可同时打电话。

③CAN（comand）命令网络

此网络是一独立的网络，是用来连接交通状况记录模块A2/43与电视TV频道译码模块，资料应由中央通讯仪控模块A40/3来播放TV和结合卫星导航、地图系统，指示驾驶员如何避开交通拥塞道路。

④CAN网络工作

CAN bus系统由车上安装几个电脑（ECU）间互相通讯的数据传输总线。每个系统的电子控制单元，个别处置输入信号（如：开关、传感器），同时接收命令，输出组件作用（如：灯光、冷却风扇）各控制单元之间只传输命令指令，只有控制单元接收到输入信号，处理分析，并传送给其它需要的控制单元。电喇叭工作流程图，如图3所示。

图3 电喇叭工作流程图

六、D2B Optical光纤网络

1.D2B : Digital Data Bus（数字数据网络）

    光纤BUS传输：采用光线在光纤管道中传输信息，由电脑（ECU）将电信号转换为光信号，传输至其他电脑（ECU）再转换为可用的电信号。

    数字数据网络D2B是一个数据传输系统，它利用光波来传送资料，此系统用于收音机、卫星导航、CD、音控放大器、移动电话、道路交通导航系统之间，利用光纤导线运用光波来传送数据。

      例如，在收音机上的中央通讯仪控模块面板上按一下CD、Play播放CD音响，此时收音机控制模块会转换此指令成光波数据信号，经由D2B光纤导线至各接收控制模块；由于光波传输速率非常快，所以当按下任何命令指令，各接收模块会同时执行此命令。控制车辆音控系统中的所有声音系统。

2．光纤传输的优点

    ①数据传输速率非常快，无被窃听及杂音之虑，信号互相间没有干扰；

    ②受电磁波及辐射影响，光纤导线重量轻。

    ③光纤导线直径小，不会有氧化现象；

    ④没有短路现象发生，没有接点因此不会有压降现象。

    ⑤多路双向传输，信息容量大；

    ⑥传输信号没有线路损耗，不发热，寿命长；

    ⑦不受外界电磁场干扰，特别适合低压高频信号传输，如超声波传感器、高保真音响、卫星导航、移动电话等信号。

    D2B Digital Data Bus光纤数据网络构架如图4所示。

图4 光纤数据网络构架