車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)30汽車在線故障診斷裝置及實(shí)現(xiàn)

1 編號 密 級 ： 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 課 題 名 稱 ： 汽車在線故障診斷裝置及實(shí)現(xiàn) 年 級 專 業(yè) ： 2001 級電力工程及其自動(dòng)化專業(yè) 姓 名 ： 呂 智 指導(dǎo)教員 及專業(yè)技術(shù)職務(wù) 王 放 ： 中國人民 第二炮兵工程學(xué)院 解放軍 二五 年 六 月 2 指導(dǎo)教員評語 指導(dǎo)教員：（簽字） 年 月 日 3 畢業(yè)答辯小組評語： 成績評定： 答辯小組組長：（簽字） 組員： 年 月 日 4 摘 要 通過對以 第二代汽車車載微機(jī)自診斷系統(tǒng)的原理及其特點(diǎn) 的理論研究，以及對現(xiàn)代解碼器技術(shù)的狀況與發(fā)展的分析， 按照美國 SAE 標(biāo)準(zhǔn) ，利用電子控制電路和一定的電腦軟件技術(shù)，研制出一套可利用 筆 記本電腦 來實(shí)現(xiàn)對 現(xiàn)代汽車車載微機(jī)自診斷系統(tǒng)故障 信息進(jìn)行實(shí)時(shí) 讀取 與清除的技術(shù)。 關(guān)鍵詞 ： 車載微機(jī)自診斷系統(tǒng) 診斷插座 解碼器 故障代碼 通訊協(xié)議 5 目 錄 第一章 OBD 系統(tǒng)概述 . 1 1.1 OBD 產(chǎn)生的歷史淵源 - 1 1.2 運(yùn)行參數(shù) - 3 1.2.1. 一般參數(shù) - 3 1.2.2 燃油輸出參數(shù) - 5 1.3 OBD 技術(shù)狀態(tài) - 6 1.4 OBD 系統(tǒng)的主要控制組成 - 7 1.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)管理控制 - 7 1.4.2 底盤控制 - 7 1.4.3 安全穩(wěn)定控制 - 7 1.4.4 舒適性和娛樂通訊控制 - 8 1.5 OBD 系統(tǒng)的原理 - 8 第二章 解碼器 . 9 2.1 國內(nèi)解碼器應(yīng)用現(xiàn)狀 - 9 2.2 原廠解碼器的提出及其標(biāo) 準(zhǔn) - 9 第三章 OBD II 系統(tǒng)的軟件特性 . 11 3.1 OBD 主要特點(diǎn) : . 11 3.2 數(shù)據(jù)傳輸通訊協(xié)議 . 14 6 3.3 數(shù)據(jù)通訊傳輸 . 14 3.4 CAN 總線技術(shù) . 15 3.5 檢測與診斷系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 16 第四章 OBD II 系統(tǒng)的硬件特性 . 18 4.1 OBD 系統(tǒng)的硬件組成 . 18 4.2 OBD 系統(tǒng)的誤診斷 . 19 4.2.1 汽車電控系統(tǒng)故障源 . 19 4.2.2 汽車電控系統(tǒng)故障源主要組成 . 19 4.3 汽車接地技術(shù) . 20 4.4 OBD 系統(tǒng)“盲區(qū)” . 21 第五章 OBD 系統(tǒng)車載自診斷與檢測的具體實(shí)現(xiàn) . 22 5.1 基于筆記本電腦技術(shù)的特點(diǎn) . 22 5.2 筆記本電腦技術(shù)軟硬件的實(shí)現(xiàn) . 22 5 3 故障代碼的清除 . 26 結(jié) 語 . 27 致 謝 . 30 參 考 文 獻(xiàn) . 31 1 前 言 隨著現(xiàn)代汽車電控技術(shù)的發(fā)展 ,根據(jù) SAE 標(biāo)準(zhǔn)要求 ,自 1996 年以后生產(chǎn)的橋車和輕型卡車 (載重為 14000 磅以下 ) 的電控系統(tǒng)都要求配置第二代車載微機(jī)自診斷系統(tǒng) -OBD （它是英文 On_Board Diagnosis） ,并在 2000 年 1月 1日開始所有汽車制造商所生產(chǎn)的轎車及輕型卡車都必須配置 OBD 系統(tǒng)。 OBD 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷是用于監(jiān)測排氣管廢氣排放質(zhì)量 ,最后才發(fā)展用于檢測與診斷電控系統(tǒng)故障。因此可以把 OBD 檢測準(zhǔn)確地比喻為排氣管廢氣實(shí)驗(yàn) (現(xiàn)在基本上用來取代排氣管廢氣實(shí)驗(yàn) ) 。 OBD 系統(tǒng)最重要的一點(diǎn)就是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了探測汽車廢氣排放 HC、 CO 和 NOx 或燃油蒸發(fā)污染值是否超過美國聯(lián)邦試驗(yàn)過程 ( FTP)所規(guī)定的廢氣排放值的 1. 5 倍 ,以及由此而引起電控系統(tǒng)或部件的故障 。這包括發(fā)動(dòng)機(jī)隨機(jī)缺火時(shí)引起的 HC 排放量的整體上升 ;催化轉(zhuǎn)換器的凈化效率下降到某個(gè)限值之下 ;系統(tǒng)探測出密封的燃油系統(tǒng)有空氣泄漏 ;EGR 系統(tǒng)的故障引起 NOx 排放量上升 ;某個(gè)關(guān)鍵傳感器或其他排放控制裝置失效等情況。因此 ,本文正是從介紹現(xiàn)代汽車微機(jī)自診斷原理及其特點(diǎn)出發(fā) ,主要介紹現(xiàn)代汽車故障及其代碼的產(chǎn)生及貯存、故障數(shù)據(jù)傳輸及其讀取和通訊協(xié)議等特性 ,為現(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)和檢測維修提供一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 第一章 OBD 系統(tǒng)概述 1.1 OBD 產(chǎn)生的歷史淵源 20世紀(jì) 50年代，汽車技術(shù)與電子技術(shù)開始結(jié)合以來 ，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用范圍越來越廣，特別是 70年代后，電子技術(shù)領(lǐng)域的集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，為汽車提供了速度快捷、功能強(qiáng)大、性能可靠、成本低廉的汽車電子控制系統(tǒng)。汽車電子控制系統(tǒng)極大地提高了汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性，這些汽車電子技術(shù)在汽車工業(yè)上的廣泛應(yīng)用能夠很好地解決全球范圍的汽車尾氣排放環(huán)保問題和能源危機(jī)問題。因此，廣泛和深入采用電子技術(shù)，不僅是汽車制造廠本身為了提高產(chǎn)品的性能和競爭力的迫切需要，也是各國政府和社會(huì)支持和倡導(dǎo)，甚至是強(qiáng)制推行的結(jié)果。 最早的汽 車電控系統(tǒng)是 1968年德國博世公司研制成功的電子控制燃油噴射系統(tǒng) EFI 2 （ electronic fuel injection），這種系統(tǒng)當(dāng)時(shí)被應(yīng)用在德國大眾汽車公司生產(chǎn)的轎車上，這種燃油噴射系統(tǒng)被稱之為博世 K 型（ BOSCH K）。 K型系統(tǒng)通常被稱之為機(jī)械噴射系統(tǒng)。 在 1974年，德國博世公司與大眾公司又聯(lián)合推出了博世 D型（ BOSCH D）噴射系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)里基本實(shí)現(xiàn)了全電子控制。它是靠進(jìn)氣管壓力傳感器來提供進(jìn)氣壓力信號，靠霍爾傳感器提供轉(zhuǎn)速信號給控制單元 ECU。 ECU通過計(jì)算機(jī)向噴油嘴提供可變的脈沖時(shí)間，從而控制不同工況下的噴油量。這種方式的噴射系統(tǒng)改進(jìn)后，被奧迪、奔馳、沃爾沃、大眾、寶馬等車系采用。 1975年，美國凱迪拉克公司在部分車型上開始采用一種噴射系統(tǒng)，這種噴射系統(tǒng)被稱之為博世 L型。這種噴油系統(tǒng)不同于 D型之處在于： L型是靠空氣流量計(jì)來向電腦 ECU提供空氣流量信號的（空氣流量計(jì)可直接產(chǎn)生壓降信號，不需換算），同時(shí)由車速傳感器提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號，電腦整理、計(jì)算這些信號后向噴油嘴提供可變脈沖時(shí)間，控制噴油量。 到了八十年代，歐、美、日三大轎車生產(chǎn)基地所生產(chǎn)的轎車基本上都采用了燃油噴射系統(tǒng)，同 時(shí)都有自己獨(dú)特的控制方式。但這時(shí)，所有的電噴車生產(chǎn)廠都開始考慮節(jié)氣門負(fù)荷率、水溫、進(jìn)氣溫度對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。開始利用節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器等系列傳感器信號來修正電腦計(jì)算的噴油脈沖時(shí)間，使發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工況下都能獲得較為理想的空氣、燃油混合物（空燃比 14.7： 1）。有了這樣的燃油噴射系統(tǒng)和空氣流量系統(tǒng)（ air flow system），使汽車的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性得到了保障。 在這個(gè)基礎(chǔ)上，各汽車生產(chǎn)廠家開始在汽車上采用自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)（ TCU）、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ ABS）、安全氣囊電控系 統(tǒng)（ SRS）、巡航控制系統(tǒng)（ CC）、制動(dòng)防側(cè)滑系統(tǒng)（ ASR）及空氣懸掛系統(tǒng)（ AIR SUSPENSION SYSTEM），甚至將空調(diào)、音響等附屬設(shè)施也用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集成控制。 然而，由于汽車控制的電子化，又帶來了新的問題。一方面，汽車電控系統(tǒng)日趨復(fù)雜，給汽車維修工作帶來了越來越多的困難，對汽車維修技術(shù)人員的要求越來越高；另一方面，電子控制系統(tǒng)的安全容錯(cuò)處理，汽車不能因?yàn)殡娮涌刂葡到y(tǒng)自身的突發(fā)故障導(dǎo)致汽車失控和不能運(yùn)行。針對這種情況，汽車電控技術(shù)設(shè)計(jì)人員，在進(jìn)行汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，增加了故障自診斷功能模 塊。它能夠在汽車運(yùn)行過程中不斷監(jiān)測電子控制系統(tǒng)各組成部分的工作情況，如有異常，根據(jù)特定的算法判斷出具體的故障，并以代碼形式存儲(chǔ)下來，同時(shí)起動(dòng)相應(yīng)故障運(yùn)行模塊功能，使有故障的汽車能夠被駕駛到修理廠進(jìn)行維修，維修人員可以利用汽車故障自診斷功能調(diào)出故障碼，快速對故障進(jìn)行定位和修復(fù)。 因此，從安全性和維修便利的角度來看，汽車電控系統(tǒng)都應(yīng)配備故障自診斷功能。自 3 1979年美國通用汽車公司率先在其汽車電控系統(tǒng)中采用故障自診斷功能后，世界上的各大汽車廠商紛紛效仿，在各自生產(chǎn)的電控汽車上都配備了故障自診斷功能。故障自診斷功能 ，已經(jīng)成為了新車出廠和修理廠故障檢測不可缺少的重要手段。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，故障自診斷模塊不僅能夠解決汽車電控系統(tǒng)的安全性和存儲(chǔ)記憶汽車故障，還能夠?qū)崟r(shí)提供汽車各種運(yùn)行參數(shù)。 1.2 運(yùn)行參數(shù) 數(shù)據(jù)流中的參數(shù)有 2 種形式，即數(shù)值參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)。數(shù)值參數(shù)是有一定單位、一定變化范圍的參數(shù)，它通常反映出電控裝置工作中各部件的工作電壓、壓力、溫度、時(shí)間、速度等；狀態(tài)參數(shù)是那些只有 2 種工作狀態(tài)的參數(shù)，如開或關(guān)、閉合或斷開、高或低、是或否等 ，它通常表示電控裝置中的開關(guān)和電磁閥等元件的工作狀態(tài)。 在進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)，首先應(yīng)分清讀出的各個(gè)參數(shù)是電控裝置中的傳感器輸送給微機(jī)的輸入信號，還是微機(jī)送出給電控裝置執(zhí)行器的輸出指令。輸入信號參數(shù)可以是狀態(tài)參數(shù)，也可以是數(shù)值參數(shù)。輸出指令參數(shù)大部分是狀態(tài)參數(shù)，也有少部分是數(shù)值參數(shù)。數(shù)據(jù)流中的參數(shù)可以按汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分類，不同類型或不同系統(tǒng)的參數(shù)的分析方法各不相同。在進(jìn)行電控裝置故障診斷時(shí)，還應(yīng)當(dāng)將幾種不同類型或不同系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行綜合對照分析。不同廠牌及不同車型的汽車，其電控裝置的數(shù)據(jù)流參數(shù)的名稱和內(nèi) 容都不完全相同。 下面 將目前常見汽車電控裝置數(shù)據(jù)流中的各個(gè)參數(shù)按不同的系統(tǒng)和類型分類，并 簡要說明 了 其含義、參數(shù)的形式及數(shù)值的單位和變化范圍。由于不同車型的微機(jī)決定了自己的數(shù)據(jù)參數(shù)的內(nèi)容，因此，在檢測某一車型時(shí)，下列所有的參數(shù)只有部分會(huì)在檢測儀上顯示出來。限于篇幅，只 舉了 一些常用的參數(shù) ，并只對一般參數(shù)和 燃油輸出參數(shù)做了較為細(xì)致的說明。 1.2.1. 一般參數(shù) 所謂一般參數(shù)，是指那些會(huì)同時(shí)影響汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)的幾個(gè)不同電控裝置的參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、汽車車速、氧傳感器的工作、開環(huán)及閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作、發(fā)動(dòng)機(jī) 負(fù)荷和電控裝置微機(jī)總體輸出指令系統(tǒng)狀態(tài)等。有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速、氧傳感器工作狀態(tài)、氧傳感器信號穿越參數(shù)開環(huán) /閉環(huán)、可編程只讀碼、車速、運(yùn)行時(shí)間等。下面介紹最常用的一般參數(shù)。 1 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 4 讀取電控裝置數(shù)據(jù)流時(shí)，在檢測儀上所顯示出來的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是由電控汽油噴射系統(tǒng)微機(jī) (ECU)或汽車動(dòng)力系統(tǒng)微機(jī) (PCM)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火信號或曲軸位置傳感器的脈沖信號計(jì)算而得的，它反映了發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的單位一般采用 r/min，其變化范圍為 0 至發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。該參數(shù)本身并無分析的價(jià)值，一般用于對其它參 數(shù)進(jìn)行分析時(shí)作為參考基準(zhǔn)。 2 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速 該參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)由起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其單位為 r/min，顯示的數(shù)值范圍為 0r/min-800r/min。該參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)控制起動(dòng)噴油量的依據(jù)。分析發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速可以分析其起動(dòng)困難的故障原因，也可分析發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。 3 氧傳感器工作狀態(tài) 該參數(shù)表示由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上的氧傳感器所測得的排氣的濃稀狀況。有些雙排氣管的汽車將這一參數(shù)顯示為左氧傳感器工作狀態(tài)和右氧傳感器工作狀態(tài) 2 種參數(shù)。排 氣中的氧氣含量取決于進(jìn)氣中混合氣的空燃比。氧傳感器是測量發(fā)動(dòng) 機(jī)混合氣濃稀狀態(tài)的主要傳感器。氧傳感器必須被加熱至 300 以上才能向微機(jī)提供正確的信號。而發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)必須處于閉環(huán)控制狀態(tài)才能對氧傳感器的信號做出反應(yīng)。 氧傳感器工作狀態(tài)參數(shù)的類型依車型而不同，有些車型是以狀態(tài)參數(shù)的形式顯示出來，其變化為濃或稀，也有些車型是將它以數(shù)值參數(shù)的形式顯示出來，其數(shù)字單位為 mV。濃或稀表示排氣的總體狀態(tài)， mV 表示氧傳感器的輸出電壓。該參數(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)熱車后以中速 (1500r/min-2000r/min)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，呈現(xiàn)濃稀的交替變化或輸出電壓在 100mV-900mV 之間來回變化，每 10s 內(nèi)的變化次數(shù)應(yīng)大于 8 次 (0.8Hz)。若該參數(shù)變化緩慢或不變化或數(shù)值異常，則說明氧傳感器或微機(jī)內(nèi)的反饋控制 系統(tǒng)有故障。 4 開環(huán)或閉環(huán) 這是一種狀態(tài)參數(shù)，它表示發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)的控制方式是開環(huán)還是閉環(huán)。在冷車運(yùn)轉(zhuǎn)中，應(yīng)顯示為開環(huán)狀態(tài)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到正常工作溫度后，發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)對氧傳感器的信號有反應(yīng)時(shí)應(yīng)顯示為閉環(huán)狀態(tài)。 有些故障 (通常會(huì)顯示出故障代碼 )會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)回到開環(huán)控制狀態(tài)。此外，有些車型在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后也會(huì)回到開環(huán)狀態(tài)，這常常是因?yàn)檠鮽鞲衅髟诘∷贂r(shí)溫度太低所致。對此，可以踩下油門踏板，讓發(fā) 動(dòng)機(jī)以 快怠速運(yùn)轉(zhuǎn)來加熱氧傳感器。如果該參數(shù)一直顯示為開環(huán)狀態(tài)，快怠速運(yùn)轉(zhuǎn)后仍不能回到閉環(huán)狀態(tài)，說明氧傳感器或發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)有故障。 5 5 車速 車速參數(shù)是由發(fā)動(dòng)機(jī)或自動(dòng)變速器微機(jī) (ECM， TCM)根據(jù)車速傳感器的信號計(jì)算出的汽車車速數(shù)值。車速參數(shù)的顯示單位有 英里 /h 或 km/h 兩種，可以通過調(diào)整檢測儀來改變。 車速參數(shù)是微機(jī)控制自動(dòng)變速器的主要參數(shù)，也是進(jìn)行巡航控制的重要參數(shù)。有些帶自動(dòng)變速器的汽車沒有車速傳感器，此時(shí)檢測儀上顯示的車速為 0。該參數(shù)一般作為對自動(dòng)變速器的其它控制參數(shù)進(jìn)行分析的參考依據(jù)。 1.2.2 燃油輸出參數(shù) 燃油輸出參數(shù)表示發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)對電控燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行控制的狀態(tài)，以及向噴油器等執(zhí)行器送出的控制信號。主要有以下幾種。 1 噴油脈沖寬度 噴油脈沖寬度是發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)控制噴油器每次噴油的時(shí)間長度，是噴油器工作是否正常的最主要指標(biāo)。該 參數(shù)所顯示的噴油脈沖寬度數(shù)值單位為 ms。該參數(shù)顯示的數(shù)值大，表示噴油器每次打開噴油的時(shí)間較長，發(fā)動(dòng)機(jī)將獲得較濃的混合氣；該參數(shù)顯示的數(shù)值小，表示噴油器每次打開噴油的時(shí)間較短，發(fā)動(dòng)機(jī)將獲得較稀的混合氣。噴油脈沖寬度沒有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)，它將隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 和負(fù)荷的不同而變化。 2 目標(biāo)空燃比 該參數(shù)不是通過測量而得到的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比，而是發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)在閉環(huán)控制時(shí)根據(jù)各種傳感器信號計(jì)算后得出的應(yīng)提供的空燃比，微機(jī)將依照此參數(shù)的大小來控制噴油器的噴油量。 該參數(shù)的顯示數(shù)值一般為 14.7 左右。低于此值表示微機(jī)要提供較濃的混合氣； 高于此值表示微機(jī)要提供較稀的混合氣。有些車型以狀態(tài)參數(shù)的方式顯示這一參數(shù)，其顯示內(nèi)容為濃或稀。 該類參數(shù)還有：燃油短期校正系數(shù)，燃油長期校正系數(shù)，燃油校正學(xué)習(xí)，燃油校正塊，不同步脈沖，功率加濃，節(jié)氣門全開，溢流清除，減速調(diào) 稀，減速斷油，加速加濃，起動(dòng)開關(guān)等。 3 節(jié)氣門位置和怠速控制參數(shù) 6 節(jié)氣門位置和怠速控制參數(shù)反映節(jié)氣門位置及各種怠速控制裝置的工作狀況。有些參數(shù)也表示微機(jī)向發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制和節(jié)氣門控制裝置發(fā)出的指令。主要有以下幾種。 節(jié)氣門開度 ， 怠速空氣控制 ， 怠速開關(guān) 4 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫和進(jìn)氣溫度參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫 ， 起動(dòng)溫度 ， 進(jìn)氣溫度 5 空氣壓力和進(jìn)氣量參數(shù) 該類參數(shù)主要有以下幾種。 大氣壓力 ， 進(jìn)氣管壓力 ， 空氣流量 6 電氣和點(diǎn)火參數(shù) 電氣和點(diǎn)火參數(shù)表示汽車電氣系統(tǒng)的狀況，它 也包括點(diǎn)火系統(tǒng)送給微機(jī)的輸入信號及微機(jī)輸出至點(diǎn)火系統(tǒng)的控制信號。主要有以下幾種。 蓄電池電壓 ， 5V 基準(zhǔn)電壓 ， 點(diǎn)火提前角 ， 起動(dòng)信號 ， 點(diǎn)火控制 ， 爆震 ， 爆震計(jì)數(shù) ， 爆震推遲 ， 電氣負(fù)荷開關(guān) 7 排放控制參數(shù) ， 炭罐指令 ， 廢氣再循環(huán)指令 ， 廢氣再循環(huán)溫度 ， 空氣噴射指令 8 傳動(dòng)系統(tǒng)、電控自動(dòng)變速器及其它綜合參數(shù) 傳動(dòng)系統(tǒng)和電控自動(dòng)變速器參數(shù)表示微機(jī)向變速器所有執(zhí)行器發(fā)出的指令及來自變速器和傳動(dòng)系統(tǒng)所有傳感器的信號，主要有：鎖止離合器指令，停車空檔開關(guān)，脈沖發(fā)生器，車速，超速檔開關(guān)等。 其它綜合參數(shù) 如：動(dòng)力轉(zhuǎn)向壓力開關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，空調(diào)參數(shù)等。 1.3 OBD 技術(shù)狀態(tài) 具有 OBD 系統(tǒng)的車輛 ,各電控系統(tǒng)工作情況的好壞 ,直接影響到車輛的正常行駛。為了保證車輛各電控系統(tǒng)的正常工作和檢修方便 ,現(xiàn)代汽車電子控制單元 ECU 都設(shè)計(jì)具有故障自診斷的功能。在汽車使用中 ,它能夠?qū)Ω鱾鞲衅?、?zhí)行器和連接線路進(jìn)行不斷地監(jiān)測 ,當(dāng)汽車廢氣排放超過法定規(guī)定值和汽車電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí) ,故障指示燈 MIL (如圖 2 - 1 7 所示 ) 閃亮告之駕駛員汽車電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或廢氣排放超標(biāo) ,并將故障以代碼的形式存儲(chǔ)在汽車各系統(tǒng)電控單元 ( ECU ) 中 ,為汽車維修人員診斷和排除故障提供依據(jù)。在車輛檢修時(shí) ,可通過特定的程序讀取存儲(chǔ)器中的故障代碼 ,檢修人員便可根據(jù)所讀故障代碼很快地判斷 出 故障的類別和范圍 ,查找電控系統(tǒng)的故障部位所在。 為順利的維修汽車 節(jié)省 了 很多 時(shí)間 。 1.4 OBD 系統(tǒng) 的 主要控制組成 1.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)管理控制 微機(jī)對發(fā)動(dòng)機(jī)控制的內(nèi)容主要是燃油噴射 (EFT) 、點(diǎn)火控制 (TSC) 、排放控制 (EAC) 和進(jìn)氣控制等。各傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量、進(jìn)氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、油門開度等物理量轉(zhuǎn)變成為電信號 (如電壓或電流 ) 輸 入到電子控制單元 ECU ,經(jīng)快速分析、比較和計(jì)算后輸出信號控制執(zhí)行器 ,使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下都具有最佳的燃油供給量和點(diǎn)火時(shí)間 ,使發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和最低的排放污染。 1.4.2 底盤控制 隨著汽車行駛速度的提高 ,道路行車密度的增大 ,對汽車行駛安全性能提出更高的要求。電子控制剎車防抱死系統(tǒng) ABS 和驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng) ASR 以及電子穩(wěn)定程序 ESP 在汽車上得到了廣泛地應(yīng)用 ,它可以提高汽車在制動(dòng)過程中的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力 ,縮短制動(dòng)距離 ,且能防止驅(qū)動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)。為了減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度 ,傳統(tǒng) 的手動(dòng)變速器已被自動(dòng)變速器 (A/T 或 ECT) 所取代 ,同時(shí)廣泛應(yīng)用了動(dòng)力轉(zhuǎn)向、電控四輪轉(zhuǎn)向和電控懸架裝置 (TEMS) 。 1.4.3 安全穩(wěn)定控制 現(xiàn)代汽車的安全保證控制主要分為被動(dòng)性安全保證和主動(dòng)性安全保證。被動(dòng)性安全保證性能好的汽車 ,一旦車輛發(fā)生交通事故 ,能最大限度地減輕乘員的損害程度 ,但它不具備預(yù)見性自動(dòng)減速或停車 ,避免交通事故發(fā)生的能力。這類裝置主要有電子安全帶、安全氣囊(SRS) 等。主動(dòng)性安全保證裝置能通過各種傳感器和紅外線測距儀所獲得的信號 ,由電腦控制自動(dòng)減速或停車 ,從而避免交通事故的發(fā)生 。這類裝置主要有電子防撞裝置和電控自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)。 8 1.4.4 舒適性和娛樂通訊控制 現(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)都能體現(xiàn)出以人為本的設(shè)計(jì)思想 ,特別是在轎車方面。汽車全自動(dòng)空調(diào) ,自動(dòng)門窗 ,中央門鎖 ,自動(dòng)電動(dòng)座椅 ,高級音響 ,車載電話 ,電子地圖等 ,都離不開電子技術(shù) ,使用電腦控制能使它們很好的組合起來 ,使用更加方便。 1.5 OBD 系統(tǒng)的原理 故障自診斷模塊監(jiān)測的對象是電控汽車上的各種傳感器（如：水溫傳感器）、電子控制系統(tǒng)本身以及各種執(zhí)行元件（如：繼電器），故障判斷正是針對上述三種對象進(jìn)行的。故障自診斷模塊共用汽車電子 控制系統(tǒng)的信號輸入電路，在汽車運(yùn)行過程中監(jiān)測上述三種對象的輸入信息， 汽車正常運(yùn)行時(shí) ,電子控制系統(tǒng)輸入和輸出信號的電壓 (或電流 ) 值都有一定的變化范圍 ,當(dāng)某一信號超出了預(yù)設(shè)的范圍值，并且這一現(xiàn)象在一定的時(shí)間內(nèi)不會(huì)消失 (OBD 規(guī)定這一現(xiàn)象不超過 2 個(gè)駕駛周期 )，故障自診斷模塊便判斷為這一信號對應(yīng)的電路或元件出現(xiàn)故障，并把這一故障以代碼的形式存入內(nèi)部存儲(chǔ)器，同時(shí)點(diǎn)亮儀表盤上的故障指示燈， 告之駕駛員或汽車維修技術(shù)人員檢修電控系統(tǒng)故障 。 針對三種監(jiān)控對象產(chǎn)生的故障，故障自診斷模塊采取不同的應(yīng)急措施 1 當(dāng)某一傳感 器或電路產(chǎn)生了故障后，其信號就不能再作為汽車的控制參數(shù)，為了維護(hù)汽車的運(yùn)行，故障自診斷模塊便從其程序存儲(chǔ)器中調(diào)出預(yù)先設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)值，作為該電路的應(yīng)急輸入?yún)?shù)，保證汽車可以繼續(xù)工作； 2 當(dāng)電子控制系統(tǒng)自身產(chǎn)生故障時(shí)，故障自診斷模塊便觸發(fā)備用控制回路對汽車進(jìn)行應(yīng)急的簡單控制，使汽車可以開到修理廠進(jìn)行維修，這種應(yīng)急功能就叫故障運(yùn)行，又稱 “跛行 ”功能； 3 當(dāng)某一執(zhí)行元件出現(xiàn)可能導(dǎo)致其它元件損壞或嚴(yán)重后果的故障時(shí)，為了安全起見，故障自診斷模塊采取一定的安全措施，自動(dòng)停止某些功能的執(zhí)行，這種功能稱為故障保險(xiǎn)。如：當(dāng)點(diǎn) 火器出現(xiàn)故障，故障自診斷模塊就會(huì)切斷燃油噴射系統(tǒng)電源，使噴油嘴停止噴油，防止未燃燒混合氣體進(jìn)入排氣系統(tǒng)引起爆炸。 從上述基本工作原理分析來看，故障自診斷模塊應(yīng)該包括：監(jiān)測輸入、邏輯運(yùn)算及控制、程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、備用控制回路、信息和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)輸出等模塊。 9 第二章 解碼器 2.1 國內(nèi)解碼器應(yīng)用現(xiàn)狀 所謂電子解碼器，實(shí)際上就是一臺(tái)微處理機(jī)，它能夠與車上的電子計(jì)算機(jī)溝通，顯示出檢測系統(tǒng)在 計(jì)算機(jī)中所儲(chǔ)存的信息，如故障檢索等。電子計(jì)算機(jī)控制著全車電子裝置的運(yùn)行，包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置，底盤電子控制裝置，安全控制裝置， 警報(bào)控制裝置等，涉及電子監(jiān)測元件上百種，它們的運(yùn)行正常與否，都會(huì)由電子計(jì)算機(jī)瞬間判斷出來，不需要再 像 十幾年前那樣，靠人的嗅覺，視覺，聽覺和觸覺去判斷某運(yùn)行部位是否正常 在汽車后市場領(lǐng)域，故障自診斷技術(shù)主要是幫助維修人員快速查找故障和分析汽車運(yùn)行性能，因此，故障自診斷技術(shù)應(yīng)用水平主要取決于解碼器的應(yīng)用水平。隨著汽車保有量的增加以及電子控制系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，汽車維修工作就越來越繁重和困難，維修行業(yè)對解碼器的技術(shù)要求越來越高，希望解碼器能夠完全切底地解決任何電控系統(tǒng)故障問題。然而，在國內(nèi)除了汽車制造廠指定的特 約服務(wù)站擁有原廠解碼器外，大部分修理廠買不到原廠解碼器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到專業(yè)維修水平，滿足不了市場上的需求。一些低水平的解碼器泛濫于市場，誤導(dǎo)了許多修理廠，妨礙了維修行業(yè)技術(shù)和服務(wù)水平的提高。同時(shí)由于原廠解碼器大多是英文的和大量使用了極其專業(yè)的縮寫詞，對使用者的技術(shù)水平要求極高，加上缺乏售前和售后技術(shù)服務(wù)（因?yàn)橹挥衅囍圃鞆S的特約服務(wù)站網(wǎng)絡(luò)才能享受專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，特約服務(wù)站網(wǎng)絡(luò)之外的修理廠是沒有專業(yè)培訓(xùn)機(jī)會(huì)的），使得那些擁有原廠解碼器的修理廠也難充分發(fā)揮原廠解碼器應(yīng)有的作用。目前，在維修行業(yè)中普遍存在解碼器應(yīng)用水平 嚴(yán)重滯后市場需求的現(xiàn)象，市場迫切需要能夠達(dá)到原廠專業(yè)水平的解碼器。 2.2 原廠解碼器的提出及其標(biāo)準(zhǔn) 針對維修行業(yè)對原廠解碼器的迫切需求，國內(nèi)的解碼器市場是沒有真正達(dá)到原廠技術(shù)的國產(chǎn)解碼器的，也沒有企業(yè)在推崇原廠解碼器的概念。這是因?yàn)椋?攻克原廠解碼器這一尖端技術(shù)對企業(yè)的技術(shù)要求和資金投入是特別高的 。那么，真正的原廠解碼器應(yīng)該具備哪些標(biāo)準(zhǔn)呢？ 從技術(shù)角度來看，原廠解碼器必需達(dá)到以下指標(biāo)： 10 1 夠自動(dòng)識(shí)別汽車控制電腦的型號和版本 真正達(dá)到原廠專業(yè)水平的解碼器應(yīng)該能夠自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前測試車型控制電腦型號和版本，而 不用人工選擇年款、車型、診斷座類型等信息。自動(dòng)識(shí)別控制電腦是原廠解碼器最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)之一，一旦識(shí)別了 ECU 的型號，相應(yīng)的故障碼、清碼方法、數(shù)據(jù)流內(nèi)容、執(zhí)行元件、特殊功能等都確定了。 2 能夠完全訪問汽車控制電腦上開放的存儲(chǔ)資源 在汽車故障自診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，預(yù)留了很多供外部診斷設(shè)備訪問的存儲(chǔ)單元，這些存儲(chǔ)單元存放了反映汽車運(yùn)行非常重要的數(shù)據(jù)。外部診斷設(shè)備要能夠完全訪問這些存儲(chǔ)資源，必需 100%地按照該車型的診斷通信協(xié)議和所有的通信模式進(jìn)行訪問。 3 能夠不失真地按照原廠要求顯示從汽車控制電腦上獲取的數(shù) 據(jù) 完全按照診斷通信協(xié)議獲得診斷數(shù)據(jù)之后，必需按照原廠要求顯示這些數(shù)據(jù)，每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都有嚴(yán)格的顯示格式，如：對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)，它顯示的整數(shù)位、小數(shù)位、單位以及空白位置等都有明確的規(guī)定。 4 必需包含四個(gè)基本功能： a 讀取故障碼； b 清除故障碼； c 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析； d 執(zhí)行元件測試； 這是一個(gè)解碼器必需具備的四項(xiàng)基本功能，這四項(xiàng)基本功能必需準(zhǔn)確和全面。缺 少 任何基本一項(xiàng)功能，都不是完整的解碼器。 5.針對特定的車系 /車型支持專業(yè)功能 這是專業(yè)解碼器所必需具備的。除了具備上述四項(xiàng)基本功能外，針對特定的車系 /車 型必需具備深入的專業(yè)功能。如：大眾 /奧迪車系原廠解碼器，除了具備 a.讀取故障碼； b.清除故障碼； c.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析； d.執(zhí)行元件測試四項(xiàng)基本功能以外，還應(yīng)提供系統(tǒng)基本調(diào)整（ 00組和非 00組）、自適應(yīng)匹配（ 00組和非 00組，含防盜電腦及鑰匙匹配）、 CODING、單獨(dú)通道數(shù)據(jù)、登錄系統(tǒng)、傳送汽車底盤號等專業(yè)功能。 在對汽車故障解碼器的研究基礎(chǔ)之上，根據(jù)其軟硬件技術(shù)特點(diǎn)，歸納了全球范圍汽車診斷技術(shù)格局： 1.歐洲技術(shù)風(fēng)格 以博世、西門子公司技術(shù)及 ISO標(biāo)準(zhǔn)為 主流，其中一個(gè)顯著特點(diǎn)是建立診斷通信連 11 接之后必需要保持通信連接 2.美洲技術(shù)風(fēng)格 以美國 SAE（ Society of Automotive Engineer)及 OBDII標(biāo)準(zhǔn)為主流 3.亞洲技術(shù)風(fēng)格 主要是學(xué)習(xí)和引進(jìn)歐美汽車故障診斷技術(shù) 第三章 OBD II 系統(tǒng) 的 軟件 特 性 傳統(tǒng)的判定電控汽車故障部位 ,很大程度上取決于檢修人員的經(jīng)驗(yàn)。在現(xiàn)代汽車中 ,汽車電子及電控技術(shù)越來越復(fù)雜 ,且電控技術(shù)含量越來越高 ,單純依靠經(jīng)驗(yàn)很難做到在不解體的情況下快速、準(zhǔn)確判定車輛的故障所在 ,自診斷系統(tǒng)在這方面給我們提供了很大方面 ,它能在車輛不解體的情況下準(zhǔn)確、快速的判定故障部位。現(xiàn)代汽車車載 自診斷系統(tǒng)中均設(shè)有故障診斷連接器 ,以供檢修人員快速讀取故障信息和數(shù)據(jù)資料 ,以節(jié)省維修時(shí)間 ,提高工作效率。 3.1 OBD 主要特點(diǎn) : （ 1） 根據(jù) SAE J1962 標(biāo)準(zhǔn) ,OBD 系統(tǒng)故障診斷連接器 DLC(Data Link Connector) 采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的 16引腳診斷插座。并統(tǒng)一安裝在駕駛室儀表板下方。其故障診斷連接器引腳如圖 3 - 1所示 圖 3 - 1 12 故障診斷連接器 其引腳含義 : 端子代號 含義 端子代號 含義 1 供制造廠應(yīng)用 9 供制造廠應(yīng)用 2 SAE-J1850資料傳輸 + 10 SAE-J1850資料傳輸 - 3 供制造廠應(yīng)用 11 供制造廠應(yīng)用 4 車身搭鐵 12 供制造廠應(yīng)用 5 信號回路搭鐵 13 供制造廠應(yīng)用 6 控制器局域網(wǎng)高端 14 控制器局域網(wǎng)低端 ) 7 ISO-9141資料傳輸 K 15 ISO-9141資料傳輸 L 8 供制造廠應(yīng)用 16 接蓄電池正極 單憑經(jīng)驗(yàn)，通用汽車和輕型卡車使用 SAE J1850 VPW（可變脈沖寬度調(diào)制）通訊模式，克萊斯勒和所有歐洲及大部分亞洲進(jìn)口汽車產(chǎn)品使 用 ISO 9141通訊模式，福特使用 SAE J1850 PWM（脈沖寬度調(diào)制）通訊模式。 這其中也有一些變異，比如象凱迪拉克 CATERA，德國歐寶使用歐洲 ISO9141 協(xié)議， 在 1996 年和以后的車輛中 ,可通過 OBD- 插頭來判斷其通訊協(xié)議： Pin 2 Pin 6 Pin 7 Pin 10 Pin 14 Pin 15 標(biāo) 準(zhǔn) 必須有 - - 必須有 - - J1850 PWM 必須有 - - - - - J1850 VPW - - 必須有 - - 可能有 ISO9141/14230 - 必須有 - - 必須有 - ISO15765 (CAN) 13 (2) 具有行車記錄功能。 檢修人員從車輛上讀取故障代碼 ,只能告知故障的性質(zhì)和范圍。利用 OBD 的行車記錄功能 ,能夠獲得故障車輛行駛過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)資料 ,通過與基本數(shù)據(jù)資料對比 ,便可很快分析出 故障的原因。 (3) 具有連接診斷儀讀取和消除故障代碼的功能和具有記憶和重新顯示故障代碼的功能 (4) 采用統(tǒng)一的故障代碼 根據(jù) ISO 15031-6(或 SAE J2012,也許到 2008年 10月 1日執(zhí)行 SAE J1939)標(biāo)準(zhǔn) ,OBD 統(tǒng)一使用標(biāo)準(zhǔn)的故障代碼。其故障代碼共由 5位數(shù)組成。 OBD 故障代碼含義 位數(shù) 可能顯示的內(nèi)容 含 義 1 B 車身電控系統(tǒng) C 底盤電控系統(tǒng) P 發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器組成的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) U 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 2 0 SAE定 義檢測的故障碼 1 廠家定義的檢測故障碼 2 廠家定義的檢測故障碼 3 保留的故障碼 3 1 有關(guān)空氣和燃油的測量不良 2 有關(guān)空氣和燃油的測量不良 3 點(diǎn)火系統(tǒng)不良 4 附加排氣系統(tǒng)不良 5 速度和怠速控制系統(tǒng)不良 6 電腦輸入與輸出控制系統(tǒng)不良 7 變速器控制系統(tǒng)不良 8 非 EEC動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)不良 4和 5 01 99 與故障相應(yīng)的系統(tǒng)器件名稱 14 例如： 3.2 數(shù)據(jù)傳輸通訊協(xié)議 OBD 是美國汽車工程師學(xué)會(huì) (SAE) 提出的車載微機(jī)自診斷系統(tǒng) ,即第二代車載自 診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是按照美國環(huán)保局 ( EPA) 和美國加州資源協(xié)會(huì) (CARA) 對汽車廢氣排放值標(biāo)準(zhǔn)對廢氣排放進(jìn)行監(jiān)測 ,并作為推薦世界范圍統(tǒng)一使用汽車廢氣排放值的檢測標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)自診斷系統(tǒng)。 根據(jù) SAE J1962 ,SAE J2012 ,SAE J1930 和 SAE J1978 標(biāo)準(zhǔn) ,OBD 故障診斷連接插座 ,故障代碼 ,結(jié)構(gòu)單元 /系統(tǒng)名稱故障代碼顯示都相應(yīng)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) ,以便進(jìn)行廢氣排放監(jiān)測和對汽車電控系統(tǒng)的故障檢測和診斷。 根據(jù) ISO 15031 - 5 標(biāo)準(zhǔn) ,OBD 系統(tǒng)使用了 3 個(gè)基本的通訊協(xié)議 ,即克萊斯勒汽車和所有歐洲產(chǎn)的汽車以及大多數(shù)亞洲進(jìn)口的汽車都使用 ISO 9141 - 2 通訊協(xié)議電路 ,而美國通用汽車公司生產(chǎn)的轎車及輕型卡車使用 SAE J1850 VPW(可變的脈沖寬度調(diào)節(jié) ) 通訊協(xié)議電路 ,福特 ( FORD) 汽車使用 SAE J1850 PWM(脈沖寬度調(diào)節(jié) ) 通訊協(xié)議電路。 具體的通訊協(xié)議電路接 入引腳如圖 3 - 1所示。 3.3 數(shù)據(jù)通訊傳輸 OBD 數(shù)據(jù)通訊傳輸 ,其數(shù)據(jù)資料傳輸線采用 ISO 標(biāo)準(zhǔn)和 SAE 標(biāo)準(zhǔn) , ISO 標(biāo)準(zhǔn)利用引腳 7 和引腳 15 ;而 SAE 標(biāo)準(zhǔn)利用引腳 2 和引腳 10 進(jìn)行數(shù)據(jù)資料傳輸。通過 OBD 的 DLC 功能 ,能夠采集到該車型各控制系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)資料。 汽車故障代碼及數(shù)據(jù)的讀取是通過一個(gè) RS - 232 接口將 OBD 連接器與汽車通用診斷儀連接 ,使通用診斷儀與汽車建立通訊 ,根據(jù)車型及需要選擇希望的檢測模塊 ,接收所需 15 要的診斷數(shù)據(jù) ,如圖 3 - 2 所示。目前 OBD 技術(shù)除用以 監(jiān)測廢氣排放值、故障檢測與診斷 ,還發(fā)展到用因特網(wǎng)進(jìn)行在線故障診斷。 圖 3-2 3.4 CAN總線技術(shù) 20世紀(jì) 90年代以來，汽車上由電子控制單元 (ECU)控制的部件數(shù)量越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動(dòng)裝置、安全氣囊裝置、電控門窗裝置、主動(dòng)懸架等等。隨著集成電路和單片機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，車上的 ECU數(shù)量越來越多。 因此就需要一種較為高速、可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部間的數(shù)據(jù)通信。而 CAN總線技術(shù) 在現(xiàn)代汽車上的應(yīng)用，使得車載自診斷系統(tǒng)的工作更加迅速、安全和可靠。 大大提高了 車載自診斷檢測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的讀取、分析與 處理。 先進(jìn)的 CAN總線技術(shù)可以稱為 車上控制器局域網(wǎng)絡(luò) CAN（ Controller Area Network） ，它 是 由德國 BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種數(shù)據(jù)通信協(xié)議，按照 ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， CAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，因此也稱為 CAN總線。CAN總線作為車內(nèi)的控制網(wǎng)絡(luò)， 每個(gè)部件都是網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過信息包（ Message）把該節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息和控制信息發(fā)送出去，整車控制器接收這些信息，并發(fā)出控制指令到各個(gè)節(jié)點(diǎn)。車載監(jiān)測和診 斷系統(tǒng)也是通過 CAN總線得到各部件 狀態(tài)以及整車的故障信息。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 3-2 所示。該汽車上共有 6個(gè)節(jié)點(diǎn)，車載監(jiān)測和診斷系統(tǒng)作為其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在網(wǎng)絡(luò)上，和各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)通訊，進(jìn)行監(jiān)測和故障診斷。 16 發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器 故障 顯示燈 整車控制器 監(jiān)測和 診斷系統(tǒng) 電池 控制器 其他節(jié)點(diǎn) CAN 總線 圖 3-2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 3.5 檢 測與診斷系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)功能可分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和處理、數(shù)據(jù)顯示及警報(bào)等部分。其主程序流程如圖 3-3所示。在監(jiān)測和診斷系統(tǒng)中，采用了定時(shí)器的機(jī)制來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理和顯示更新。開機(jī)后，啟動(dòng) 4個(gè)定時(shí)器，每隔一定的時(shí)間分別進(jìn)行串口數(shù)據(jù)讀入、顯示數(shù) 據(jù)更新、車輛狀態(tài)改變判斷和能量流動(dòng)繪制的處理。串口讀入模塊將轉(zhuǎn)換器通過串口發(fā)來的數(shù)據(jù)讀入緩沖變量中，并分離出各部件狀態(tài)變量。狀態(tài)改變判斷模塊判斷當(dāng)前車輛各部件之間的能量流動(dòng)關(guān)系，得到汽車所處的工況，當(dāng)出現(xiàn)故障狀態(tài)時(shí)報(bào)警。能量流動(dòng)繪制模塊則繪制 各部件 的能量流動(dòng)狀態(tài)變化。 圖 3-3 檢測與診斷系統(tǒng)程序流程圖 17 系統(tǒng)檢測到的所有信息由 CAN-RS232轉(zhuǎn)換器從汽車總線上接收，通過串口發(fā)送給車載微機(jī)。轉(zhuǎn)換器程序流程如圖 3-4 所示 。 圖 3-4 CAN-RS232轉(zhuǎn)接 器程序流程圖 主程序根據(jù)總線情況不停地向車載微機(jī)發(fā)送所需要的數(shù)據(jù)幀。在發(fā)送前，先判斷緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)是否為新接收到的數(shù)據(jù)，如果為新數(shù)據(jù)則予以發(fā)送。當(dāng)總線上出現(xiàn)新數(shù)據(jù)時(shí)，立即進(jìn)入中斷程序?qū)ο鄳?yīng)緩沖區(qū)進(jìn)行更新，更新時(shí)先根據(jù) ID判斷該信息是否正在被串口發(fā)送，如果不是則進(jìn)行更新，反之則不更新。這樣，一方面可避免發(fā)送重復(fù)信息，另一方面也避免了信息未發(fā)送完畢即被更新。 檢 測與診斷系統(tǒng)從總線上的信息包得到所有需要的車況信息和故障信息。一幀典型的信息會(huì)有一個(gè)專屬于該信息的 ID號，并包含 1 8個(gè)字節(jié)的內(nèi)容。而發(fā)送該幀信息的部件信 號就包含在其中。一般而言，每一幀信息都會(huì)以一定的周期被發(fā)送到總線上。接收到一幀信息后，根據(jù) ID號判斷出信息格式，然后解讀出信息中所包含的關(guān)于該部件的狀態(tài)信息。汽車各部件的故障信息也被打包在不同的信息幀中進(jìn)行傳送。從故障信息幀中，監(jiān)測和診斷系統(tǒng)可得到所有部件的故障狀況，以及該故障的等級，同時(shí)，其自身也會(huì)根據(jù)部件狀態(tài)信息對是否發(fā)生故障進(jìn)行判斷，并對駕駛者作出提示。 基于 CAN總線設(shè)計(jì)的車載 檢 測和診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在行車過程中實(shí)時(shí) 檢 測 汽車的運(yùn)行狀況，記錄下車輛各部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)，對車輛故障作出及時(shí)的響應(yīng)和一定分析的目 標(biāo)。 18 第四章 OBD II 系統(tǒng) 的硬件特性 4.1 OBD 系統(tǒng)的硬件組成 如圖 4-1 所示， OBD II 硬件系統(tǒng)主要由各傳感器、 電子控制單元 (ECU)、 圖 4-1 OBD 系統(tǒng) 硬件 組成 OBD 系統(tǒng) 連接器插口、故障顯示燈、執(zhí)行器及線路等與廢氣排放控制相關(guān)的系統(tǒng)組成 . 目前， OBD 系統(tǒng)對 FTP所規(guī)定的廢氣排放值有 20%_30%還不能探測出來。事實(shí)上，為了避免廢氣排放超標(biāo)， OBD 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)可以降低 FTP 規(guī)定值，也可設(shè)計(jì)一些不必 經(jīng)常監(jiān)測的電子部件工作狀況，如加熱催化劑系統(tǒng)或蒸發(fā)系統(tǒng)，以提高 OBD 系統(tǒng)的 自診斷能力。目前， OBD 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)所包含的系統(tǒng)部件或電子元件已經(jīng)發(fā)展到 64 個(gè)。當(dāng)然如果不考慮成本因素， OBD 系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成能探測汽車內(nèi)部所有系統(tǒng)和部件。因此， OBD 系統(tǒng)檢 測功能主要由成本、系統(tǒng)安全復(fù)雜性和使用壽命等因素所決定，其中系統(tǒng)安全復(fù)雜性和成本是兩個(gè)最重要的因素。 19 4.2 OBD 系統(tǒng)的誤診斷 在通常情況下， OBD 系統(tǒng) 能夠監(jiān)測電控系統(tǒng)所有電子控制部件工作工況，這是最理想的狀況。但實(shí)踐表明 , 隨著汽車使 用年限和電子系統(tǒng)復(fù)雜化的不斷增加， OBD 系統(tǒng) 能監(jiān)測出發(fā)生在汽車電控系統(tǒng)內(nèi)部的故障機(jī)率則不斷減小。一方面由于汽車使用年限的增加，汽車電子元器件開始磨損（老化）或損壞，但其磨損或損壞值尚未達(dá)到 OBD 系統(tǒng) 所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值 , OBD 系統(tǒng) 不能診斷出系統(tǒng)的性能惡化狀況；另一方面，由于汽車電子系統(tǒng)復(fù)雜化的增加，汽車電子元件（或部件）在車上的振動(dòng)、噪聲和電磁等干擾現(xiàn)象不斷增加，對車載微機(jī)工作產(chǎn)生一定程度的干擾，影響其控制程序的正常運(yùn)行，造成汽車性能不斷惡化，但是這一現(xiàn)象還未達(dá)到破壞的程度， OBD 系統(tǒng) 還不能識(shí)別 出系統(tǒng)性能惡化狀況，這時(shí)故障顯示燈不閃亮。當(dāng) OBD 系統(tǒng) “意識(shí) ”到系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)，汽車電控系統(tǒng)或運(yùn)行性能已嚴(yán)重惡化。 4.2.1 汽車電控系統(tǒng)故障源 根據(jù)歐洲國際發(fā)動(dòng)機(jī)汽車檢測委員會(huì) CITA(International Motor Vehicle Inspection Committee) 2000 年委托德國亞琛工業(yè)大學(xué)汽車研究所進(jìn)行的一次汽車電子控制系統(tǒng)周期性檢測總結(jié)報(bào)告，從 1995 年至 1999 年，對歐洲 142 300 輛汽車進(jìn)行的電子及電路控制系統(tǒng)故障調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示， 1.5%（ 2 134 輛 ）的故障發(fā)生在 ABS；有 1.2%（ 1 707 輛）的故障發(fā)生在安全氣囊；有 5.3%（ 7 542 輛）的故障發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器，另有 2.9%（ 4 126 輛）的故障發(fā)生在其它傳感器；有 6%（ 8 538 輛）的故障發(fā)生在警報(bào)系統(tǒng)； 2%（ 2 846 輛）的故障發(fā)生的在電子控制單元。在所有汽車發(fā)生的故障中，電子系統(tǒng)發(fā)生的故障率比機(jī)械系統(tǒng)還要高，且隨著電子復(fù)雜程度的增加，其故障發(fā)生的趨勢更大。調(diào)查報(bào)告還顯示，當(dāng)汽車電控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障指示燈不閃亮的機(jī)率是 11.8%。 4.2.2 汽車電控系統(tǒng)故障源主要 組成 （ 1） 電子連接及布線 汽車電控系統(tǒng)的電子連接及布線 , 包括導(dǎo)線與插座、導(dǎo)線與各電子部件、導(dǎo)線與各傳感器和導(dǎo)線與各執(zhí)行器之間的連接與布線。汽車電控系統(tǒng)所有連接部件都是處在高溫、振動(dòng)等惡劣 環(huán)境下，其電子連接及布線技術(shù)的好壞直接影響到電控系統(tǒng)的控制質(zhì)量 。實(shí)際中 ,汽車電器除受濕度、溫度、灰塵、水、泥砂和油污影響外，由于電子連接及布線技術(shù)不良，汽車運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)而帶來的電磁波及噪聲干擾也是影響 OBD 系統(tǒng) 的一個(gè)主要因素。如汽車電子器件由于振動(dòng)產(chǎn)生的加速度可高達(dá) 20g；發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓變化非常大（可能會(huì)從 12V 降 到 8V）；汽油機(jī)用點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的電壓可能會(huì)超過 20KV等，從而在電子設(shè)備中產(chǎn)生電磁干擾。電機(jī)、線圈、繼電器、電磁閥等設(shè)備在工作或開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電感通常也會(huì)給臨近的電子控制單元或電氣導(dǎo)線產(chǎn)生電磁干擾；另外還有交流發(fā)電機(jī)的波紋電壓、汽車揚(yáng)聲器和無線電裝置等電磁波對微機(jī)工 作產(chǎn)生的干擾，以及由蓄電池連接多種載荷而引起的地電位變化等干擾 ，因此，電控系統(tǒng)的電子連接及布線技術(shù)的好壞直接影響到 OBD 系統(tǒng) 的自診斷效率。 20 （ 2） 傳感器質(zhì)量和執(zhí)行器性能 汽車電控系統(tǒng)的故障自診斷能力的大小很大程度上取決于傳感器提供的信號質(zhì)量 。在汽車電控系統(tǒng)中，有相當(dāng)大比例的故障發(fā)生在傳感器上。在實(shí)際中，造成傳感器故障的原因一方面是傳感器制造質(zhì)量問題，另一方面是連接方式對傳感器的信號質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生很大的影響。由傳感器造成的故障，主要有傳感器及其導(dǎo)線的故障、由于不正確安裝產(chǎn)生顛倒的傳感器信號、故障信號的偏移、傳感器信號的噪聲和漂移。由于這些傳感器故障及其傳感器產(chǎn)生的噪聲偏移和漂移對電子控制單元或汽車動(dòng)力控制器產(chǎn)生一個(gè)附加值，從而帶來較大的影響。試驗(yàn)表明， OBD 系統(tǒng) 的能力與汽車電控系統(tǒng)中執(zhí)行器（如電機(jī)、繼電器及制動(dòng)裝置等）的性能有很大關(guān)系。由于電子 控制單元對執(zhí)行器進(jìn)行的是實(shí)時(shí)控制操作，控制信號是輸出信號，因此要實(shí)行對執(zhí)行器的工作情況進(jìn)行監(jiān)視或診斷，一般需要增設(shè)故障診斷電路。即電子控制單元向執(zhí)行器發(fā)出一個(gè)控制信號，執(zhí)行器要有一條專用電路來向電子控制單元反饋其執(zhí)行情況。因此，執(zhí)行器反應(yīng)的延遲時(shí)間長短將直接影響到汽車運(yùn)行性能，尤其是對汽車行駛狀況的控制。如果執(zhí)行器反應(yīng)的延遲時(shí)間越長，相應(yīng)地汽車動(dòng)力控制性能越差， OBD 系統(tǒng) 越不易被激活，故障指示燈也不閃亮， OBD 系統(tǒng) 越易處于 “誤診 ”狀況。 4.3 汽車接地技術(shù)