航芯技術(shù)分享 | 了解汽車(chē)上的OBD

發(fā)布時(shí)間:2022-02-22

如今，大多數駕駛員都熟悉汽車(chē)儀表板上的燈和指示，尤其是可怕的檢查引擎燈。但是，您是否知道這些燈僅僅是表層的指示器，其背后有復雜的診斷系統在不斷監測車(chē)輛的健康狀況？隨著(zhù)OBD系統的運用，使車(chē)輛診斷和維護變得更加便捷。

什么是 OBD？

OBD（On-Board Diagnostic）指的是在線(xiàn)診斷系統，是汽車(chē)上的一種用于監控車(chē)輛狀況以及控制排放的一種在線(xiàn)診斷系統。該車(chē)載系統從車(chē)輛內部的傳感器網(wǎng)絡(luò )收集信息，隨后該系統會(huì )根據數據來(lái)調節車(chē)輛系統或向用戶(hù)報告問(wèn)題。而技術(shù)人員可以輕易地通過(guò)OBD系統讀出車(chē)輛數據，以此診斷問(wèn)題。OBD系統已經(jīng)能夠更好地幫助客戶(hù)了解車(chē)輛診斷。

OBD 的歷史始于1980 年代，在此期間，針對多種因素開(kāi)發(fā)了車(chē)輛監控系統，包括：

排放控制：開(kāi)發(fā) OBD 的最大原因之一是幫助減少車(chē)輛排放。OBD系統通過(guò)監控主要發(fā)動(dòng)機部件的性能，來(lái)幫助解決可能導致排放增加的任何系統故障。OBD系統會(huì )監控主要引擎部件的性能，檢測是否出現了能導致排放增加的系統錯誤，并協(xié)助控制排放。OBD在這一領(lǐng)域非常有用，以至于它被納入EPA 關(guān)于實(shí)施清潔空氣法案的文獻中。

電子燃油噴射：在1980年代，汽車(chē)制造商開(kāi)始廣泛生產(chǎn)帶有電子燃油噴射的車(chē)輛。與機械燃油噴射系統不同，電子燃油噴射系統是通過(guò)計算機來(lái)控制，計算機系統會(huì )監控并確定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機的燃油流量。

電子組件：隨著(zhù)電子燃油噴射的普及，越來(lái)越多的電子設備在汽車(chē)中變得司空見(jiàn)慣，從而增加了對更復雜的監控系統的需求，以幫助更準確地識別問(wèn)題。

自OBD問(wèn)世以來(lái)，車(chē)輛監控系統已經(jīng)經(jīng)歷了多次迭代。今天，OBD作為一個(gè)標準化系統，規定了所使用的連接器和故障代碼，使技術(shù)人員可以輕松快速、準確地維修各種車(chē)輛。

OBD 是如何工作的？

一個(gè)基本的 OBD 系統由一個(gè)中央系統、一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )、一個(gè)連接點(diǎn)和指示器組成，創(chuàng )建了一個(gè)具有標準化訪(fǎng)問(wèn)和可讀性的完整監控系統。OBD系統由以下組件組成：

ECU：OBD系統的核心部分是電子控制單元（ECU）。ECU收集來(lái)自整個(gè)車(chē)輛的各種傳感器的輸入。然后，ECU使用這些數據來(lái)控制車(chē)輛的部件，如燃油噴射器，或監控問(wèn)題。

傳感器：整個(gè)車(chē)輛都有傳感器，覆蓋從發(fā)動(dòng)機、底盤(pán)到電子系統的各個(gè)區域。這些系統中的每一個(gè)傳感器都向ECU發(fā)送代碼，指定信號的來(lái)源和參數。然后ECU“讀取”并解釋這個(gè)信號。

DTC：如果傳感器向ECU發(fā)送的信息超出正常范圍，ECU會(huì )將信息保存為稱(chēng)為診斷故障代碼或DTC的代碼。DTC代碼本質(zhì)上是一個(gè)字母和數字的列表，用于指示問(wèn)題的來(lái)源和性質(zhì)。DTC代碼通常是標準化的，但也可能是制造商特定的。保存DTC后，ECU會(huì )向指示燈發(fā)送一個(gè)信號，表明已發(fā)現問(wèn)題。也可以通過(guò)將傳感器連接到 OBD系統的連接器來(lái)拉出DTC。

MIL：當ECU收集到DTC代碼時(shí)，它會(huì )向車(chē)輛儀表板發(fā)送信號以打開(kāi)相應的指示燈。這些燈，規范地稱(chēng)為故障指示燈或MIL，是為車(chē)輛故障提供初步的預警系統。一般來(lái)說(shuō)，如果燈打開(kāi)并保持亮起，則問(wèn)題很小。如果指示燈閃爍，則問(wèn)題很緊急。

DLC：ECU會(huì )收集的所有數據和DTC代碼且可以通過(guò)診斷鏈路連接器或DLC訪(fǎng)問(wèn)。DLC端口是訪(fǎng)問(wèn)配備OBD系統車(chē)輛的接入點(diǎn)，通常位于車(chē)輛駕駛員一側的儀表板下方，在商用車(chē)輛中，也可能位于其他位置?，F在的車(chē)輛采用標準OBD-II系統制造，因此任何帶有2類(lèi)線(xiàn)纜的掃描工具都可以連接到2類(lèi)連接器。

多年來(lái)，車(chē)載診斷發(fā)生了怎樣的變化？

自1980年代推出以來(lái)，OBD發(fā)生了顯著(zhù)的變化。最初，系統會(huì )通過(guò)MIL來(lái)通知用戶(hù)有問(wèn)題出現，但不會(huì )存儲有關(guān)問(wèn)題性質(zhì)的任何信息。隨著(zhù)汽車(chē)變得越來(lái)越先進(jìn)，安裝在車(chē)輛中的傳感器數量不斷增加，系統內存儲的信息量也隨之增加。根據當時(shí)流行的系統類(lèi)型，OBD系統的發(fā)展可以分為兩個(gè)不同的階段。

1. OBD-I

第一個(gè)OBD系統本質(zhì)上是專(zhuān)有的，因此制造商之間會(huì )有所不同。在1990年之前，每個(gè)OBD系統收集的代碼、系統和信息因制造商而異。雖然這些系統被證明是有用的，但對于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，它們的使用過(guò)于復雜，技術(shù)人員必須為每種汽車(chē)制造商購買(mǎi)新的工具和電纜，或者必須投資購買(mǎi)具有一系列適用于多種汽車(chē)制造商的適配器電纜的掃描儀。由于這些系統的專(zhuān)有性質(zhì)，用戶(hù)經(jīng)常被迫去經(jīng)銷(xiāo)商技術(shù)人員那里診斷車(chē)輛問(wèn)題。

直到1991年加州空氣資源委員會(huì )強制要求所有汽車(chē)都具備OBD功能，才開(kāi)始推動(dòng)OBD系統標準化。然而，委員會(huì )沒(méi)有為這些OBD發(fā)布任何標準，這給汽車(chē)制造商和用戶(hù)帶來(lái)了更多的困難。當OBD-II標準在1994年實(shí)施以響應這一需求時(shí)，所有先前形式的OBD都被追溯歸類(lèi)為OBD-I系統。

2. OBD-II

1994年，加州空氣資源委員會(huì )發(fā)布了OBD-II作為在加州銷(xiāo)售的所有車(chē)輛的OBD系統的一套標準。該政策于1996年正式實(shí)施，并一直沿用至今。汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )和國際標準化組織（分別稱(chēng)為SAE和ISO）也發(fā)布了關(guān)于如何在ECU和診斷掃描工具之間交換數字信息的標準。隨著(zhù)《清潔空氣法案》的通過(guò)，EPA進(jìn)一步擴大了OBD-II的使用范圍，截至2001年，33個(gè)州和地方要求定期對車(chē)輛進(jìn)行檢查，以確保它們符合排放標準，而OBD-II系統是其中的關(guān)鍵部分。有了這套標準，技術(shù)人員可以快速輕松地維修更多種類(lèi)的車(chē)輛，而無(wú)需制造商特定的工具。

OBD-II 標準具有多項要求，包括：

OBD-II 連接器：現代OBD系統使用稱(chēng)為2型連接器的標準化DLC。這允許技術(shù)人員使用相同的電纜，即2類(lèi)電纜，通過(guò)端口和OBD系統進(jìn)行數字通信來(lái)訪(fǎng)問(wèn)其存儲。該端口的位置不全部統一，但通常位于車(chē)輛駕駛員一側的儀表板下方。

系統監控：EPA要求OBD系統監控影響車(chē)輛排放的問(wèn)題。許多系統會(huì )考慮不包含在此范圍內的其他指標，以便更輕松地查找和修復車(chē)輛問(wèn)題，但設置了最低要求。

OBD的應用有哪些？

作為診斷車(chē)輛問(wèn)題的簡(jiǎn)便方法，OBD通常用于各種車(chē)輛類(lèi)型。然而，OBD的應用已經(jīng)擴展到涵蓋更具體的車(chē)輛監控和維護領(lǐng)域，尤其是在過(guò)去幾年中。OBD一些更具體的應用包括：

駕駛員行為監控：汽車(chē)相關(guān)行業(yè)越來(lái)越多地使用OBD系統作為監控駕駛員行為的一種方式。例如，一些汽車(chē)保險公司為使用車(chē)輛數據記錄器的司機提供降低保費政策，以證明他們安全的駕駛行為。此外，公司可能會(huì )在他們的車(chē)隊或送貨車(chē)輛中安裝類(lèi)似的數據記錄器，以實(shí)時(shí)關(guān)注司機的行為，這有助于減少他們在發(fā)生事故或交通違規時(shí)的責任。

排放測試：現在，OBD-II測試是美國部分地區測試車(chē)輛排放的一種常見(jiàn)方法。作為OBD-II標準的一部分，這些系統密切監控排放，因此檢查員可以簡(jiǎn)單地使用掃描工具來(lái)檢查與排放相關(guān)的故障代碼，以確保車(chē)輛合規。

補充儀表：汽車(chē)愛(ài)好者和專(zhuān)業(yè)司機經(jīng)常使用OBD系統來(lái)關(guān)注標準車(chē)輛中通常不顯示的指標。這些指標可以顯示在車(chē)輛的定制裝置上，或廣播到司機的手機上。

商用車(chē)遠程信息處理：商用車(chē)公司通常使用通用OBD-II來(lái)收集有關(guān)車(chē)隊的信息。這包括車(chē)隊跟蹤、燃油效率監控、駕駛員行為監控、遠程診斷等。

OBD與商用車(chē)的關(guān)系

OBD的最廣泛使用可能是在商用車(chē)行業(yè)，因為車(chē)輛維護是該行業(yè)的一個(gè)重要方面。商用車(chē)公司已廣泛實(shí)施使用OBD-II系統的先進(jìn)掃描工具，特別是OBD-II能提供的以下好處：

快速診斷：通過(guò)標準化的連接器和DTC，以及通過(guò)SAE J1939的詳細DTC系統，可以在幾分鐘內識別商用車(chē)問(wèn)題。通過(guò)將掃描工具連接到連接器端口，技術(shù)人員可以提取有價(jià)值的診斷信息，在問(wèn)題變成需要進(jìn)行昂貴的維修之前，可以用于識別和解決問(wèn)題。

準確的信息：使用OBD系統，信息是通過(guò)使用傳感器而不是由技術(shù)人員收集的。這提高了提取信息的準確性，減少了可能遺漏關(guān)鍵性系統錯誤的機會(huì )。

多樣化的衡量標準：OBD系統可用于收集與車(chē)輛維護有關(guān)的指標以外的廣泛指標。OBD系統可以跟蹤駕駛員的行為，以確保駕駛員遵守法律要求及公司協(xié)議。系統還可用于通過(guò)安全線(xiàn)路廣播指標，允許中央控制從遠程位置輕松監控駕駛員及其車(chē)輛。

改進(jìn)的合規性： 從2010年起，環(huán)保局和《清潔空氣法案》規定的標準也適用于14000磅以上的卡車(chē)所使用的重型發(fā)動(dòng)機。在某些州運行的車(chē)輛需要定期檢查，以確保它們符合這些標準。OBD系統監測排放，以確保車(chē)輛在任何時(shí)候都符合最低要求。當排放物超過(guò)可接受的限度時(shí)，它們也會(huì )提醒用戶(hù)，以便在檢查前解決這個(gè)問(wèn)題并加以修正。

降低成本：在更快、更準確的診斷、擴展的監控能力和改進(jìn)的車(chē)輛合規性之間，OBD系統幫助商用車(chē)公司降低了成本。

上海航芯OBD車(chē)載診斷方案

系統框圖

上海航芯OBD車(chē)載診斷方案采用MCU ACM32F4產(chǎn)品，其主要功能是通過(guò)CAN接口從ECU模擬器中讀出發(fā)動(dòng)機序列號、發(fā)動(dòng)機轉速、車(chē)速、故障碼等信息，通過(guò)液晶屏做一個(gè)展示。該Demo使用了LVGL用于顯示界面、實(shí)現了ISO15765協(xié)議與ECU模擬器進(jìn)行通訊。

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