航芯技術(shù)分享 | 了解汽車上的OBD

發(fā)布時(shí)間:2022-02-22

如今，大多數(shù)駕駛員都熟悉汽車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(fù)雜的診斷系統(tǒng)在不斷監(jiān)測(cè)車輛的健康狀況？隨著OBD系統(tǒng)的運(yùn)用，使車輛診斷和維護(hù)變得更加便捷。

什么是 OBD？

OBD（On-Board Diagnostic）指的是在線診斷系統(tǒng)，是汽車上的一種用于監(jiān)控車輛狀況以及控制排放的一種在線診斷系統(tǒng)。該車載系統(tǒng)從車輛內(nèi)部的傳感器網(wǎng)絡(luò)收集信息，隨后該系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)車輛系統(tǒng)或向用戶報(bào)告問題。而技術(shù)人員可以輕易地通過OBD系統(tǒng)讀出車輛數(shù)據(jù)，以此診斷問題。OBD系統(tǒng)已經(jīng)能夠更好地幫助客戶了解車輛診斷。

OBD 的歷史始于1980 年代，在此期間，針對(duì)多種因素開發(fā)了車輛監(jiān)控系統(tǒng)，包括：

排放控制：開發(fā) OBD 的最大原因之一是幫助減少車輛排放。OBD系統(tǒng)通過監(jiān)控主要發(fā)動(dòng)機(jī)部件的性能，來幫助解決可能導(dǎo)致排放增加的任何系統(tǒng)故障。OBD系統(tǒng)會(huì)監(jiān)控主要引擎部件的性能，檢測(cè)是否出現(xiàn)了能導(dǎo)致排放增加的系統(tǒng)錯(cuò)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(xiàn)中。

電子燃油噴射：在1980年代，汽車制造商開始廣泛生產(chǎn)帶有電子燃油噴射的車輛。與機(jī)械燃油噴射系統(tǒng)不同，電子燃油噴射系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)來控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)監(jiān)控并確定進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油流量。

電子組件：隨著電子燃油噴射的普及，越來越多的電子設(shè)備在汽車中變得司空見慣，從而增加了對(duì)更復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)的需求，以幫助更準(zhǔn)確地識(shí)別問題。

自O(shè)BD問世以來，車輛監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了多次迭代。今天，OBD作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，規(guī)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(zhǔn)確地維修各種車輛。

OBD 是如何工作的？

一個(gè)基本的 OBD 系統(tǒng)由一個(gè)中央系統(tǒng)、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(biāo)準(zhǔn)化訪問和可讀性的完整監(jiān)控系統(tǒng)。OBD系統(tǒng)由以下組件組成：

ECU：OBD系統(tǒng)的核心部分是電子控制單元（ECU）。ECU收集來自整個(gè)車輛的各種傳感器的輸入。然后，ECU使用這些數(shù)據(jù)來控制車輛的部件，如燃油噴射器，或監(jiān)控問題。

傳感器：整個(gè)車輛都有傳感器，覆蓋從發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤到電子系統(tǒng)的各個(gè)區(qū)域。這些系統(tǒng)中的每一個(gè)傳感器都向ECU發(fā)送代碼，指定信號(hào)的來源和參數(shù)。然后ECU“讀取”并解釋這個(gè)信號(hào)。

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(shù)字的列表，用于指示問題的來源和性質(zhì)。DTC代碼通常是標(biāo)準(zhǔn)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(hào)，表明已發(fā)現(xiàn)問題。也可以通過將傳感器連接到 OBD系統(tǒng)的連接器來拉出DTC。

MIL：當(dāng)ECU收集到DTC代碼時(shí)，它會(huì)向車輛儀表板發(fā)送信號(hào)以打開相應(yīng)的指示燈。這些燈，規(guī)范地稱為故障指示燈或MIL，是為車輛故障提供初步的預(yù)警系統(tǒng)。一般來說，如果燈打開并保持亮起，則問題很小。如果指示燈閃爍，則問題很緊急。

DLC：ECU會(huì)收集的所有數(shù)據(jù)和DTC代碼且可以通過診斷鏈路連接器或DLC訪問。DLC端口是訪問配備OBD系統(tǒng)車輛的接入點(diǎn)，通常位于車輛駕駛員一側(cè)的儀表板下方，在商用車輛中，也可能位于其他位置。現(xiàn)在的車輛采用標(biāo)準(zhǔn)OBD-II系統(tǒng)制造，因此任何帶有2類線纜的掃描工具都可以連接到2類連接器。

多年來，車載診斷發(fā)生了怎樣的變化？

自1980年代推出以來，OBD發(fā)生了顯著的變化。最初，系統(tǒng)會(huì)通過MIL來通知用戶有問題出現(xiàn)，但不會(huì)存儲(chǔ)有關(guān)問題性質(zhì)的任何信息。隨著汽車變得越來越先進(jìn)，安裝在車輛中的傳感器數(shù)量不斷增加，系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的信息量也隨之增加。根據(jù)當(dāng)時(shí)流行的系統(tǒng)類型，OBD系統(tǒng)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(tǒng)本質(zhì)上是專有的，因此制造商之間會(huì)有所不同。在1990年之前，每個(gè)OBD系統(tǒng)收集的代碼、系統(tǒng)和信息因制造商而異。雖然這些系統(tǒng)被證明是有用的，但對(duì)于技術(shù)人員來說，它們的使用過于復(fù)雜，技術(shù)人員必須為每種汽車制造商購(gòu)買新的工具和電纜，或者必須投資購(gòu)買具有一系列適用于多種汽車制造商的適配器電纜的掃描儀。由于這些系統(tǒng)的專有性質(zhì)，用戶經(jīng)常被迫去經(jīng)銷商技術(shù)人員那里診斷車輛問題。

直到1991年加州空氣資源委員會(huì)強(qiáng)制要求所有汽車都具備OBD功能，才開始推動(dòng)OBD系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化。然而，委員會(huì)沒有為這些OBD發(fā)布任何標(biāo)準(zhǔn)，這給汽車制造商和用戶帶來了更多的困難。當(dāng)OBD-II標(biāo)準(zhǔn)在1994年實(shí)施以響應(yīng)這一需求時(shí)，所有先前形式的OBD都被追溯歸類為OBD-I系統(tǒng)。

2. OBD-II

1994年，加州空氣資源委員會(huì)發(fā)布了OBD-II作為在加州銷售的所有車輛的OBD系統(tǒng)的一套標(biāo)準(zhǔn)。該政策于1996年正式實(shí)施，并一直沿用至今。汽車工程師協(xié)會(huì)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（分別稱為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(shù)字信息的標(biāo)準(zhǔn)。隨著《清潔空氣法案》的通過，EPA進(jìn)一步擴(kuò)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(duì)車輛進(jìn)行檢查，以確保它們符合排放標(biāo)準(zhǔn)，而OBD-II系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵部分。有了這套標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)人員可以快速輕松地維修更多種類的車輛，而無需制造商特定的工具。

OBD-II 標(biāo)準(zhǔn)具有多項(xiàng)要求，包括：

OBD-II 連接器：現(xiàn)代OBD系統(tǒng)使用稱為2型連接器的標(biāo)準(zhǔn)化DLC。這允許技術(shù)人員使用相同的電纜，即2類電纜，通過端口和OBD系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字通信來訪問其存儲(chǔ)。該端口的位置不全部統(tǒng)一，但通常位于車輛駕駛員一側(cè)的儀表板下方。

系統(tǒng)監(jiān)控：EPA要求OBD系統(tǒng)監(jiān)控影響車輛排放的問題。許多系統(tǒng)會(huì)考慮不包含在此范圍內(nèi)的其他指標(biāo)，以便更輕松地查找和修復(fù)車輛問題，但設(shè)置了最低要求。

OBD的應(yīng)用有哪些？

作為診斷車輛問題的簡(jiǎn)便方法，OBD通常用于各種車輛類型。然而，OBD的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到涵蓋更具體的車輛監(jiān)控和維護(hù)領(lǐng)域，尤其是在過去幾年中。OBD一些更具體的應(yīng)用包括：

駕駛員行為監(jiān)控：汽車相關(guān)行業(yè)越來越多地使用OBD系統(tǒng)作為監(jiān)控駕駛員行為的一種方式。例如，一些汽車保險(xiǎn)公司為使用車輛數(shù)據(jù)記錄器的司機(jī)提供降低保費(fèi)政策，以證明他們安全的駕駛行為。此外，公司可能會(huì)在他們的車隊(duì)或送貨車輛中安裝類似的數(shù)據(jù)記錄器，以實(shí)時(shí)關(guān)注司機(jī)的行為，這有助于減少他們?cè)诎l(fā)生事故或交通違規(guī)時(shí)的責(zé)任。

排放測(cè)試：現(xiàn)在，OBD-II測(cè)試是美國(guó)部分地區(qū)測(cè)試車輛排放的一種常見方法。作為OBD-II標(biāo)準(zhǔn)的一部分，這些系統(tǒng)密切監(jiān)控排放，因此檢查員可以簡(jiǎn)單地使用掃描工具來檢查與排放相關(guān)的故障代碼，以確保車輛合規(guī)。

補(bǔ)充儀表：汽車愛好者和專業(yè)司機(jī)經(jīng)常使用OBD系統(tǒng)來關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)車輛中通常不顯示的指標(biāo)。這些指標(biāo)可以顯示在車輛的定制裝置上，或廣播到司機(jī)的手機(jī)上。

商用車遠(yuǎn)程信息處理：商用車公司通常使用通用OBD-II來收集有關(guān)車隊(duì)的信息。這包括車隊(duì)跟蹤、燃油效率監(jiān)控、駕駛員行為監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷等。

OBD與商用車的關(guān)系

OBD的最廣泛使用可能是在商用車行業(yè)，因?yàn)檐囕v維護(hù)是該行業(yè)的一個(gè)重要方面。商用車公司已廣泛實(shí)施使用OBD-II系統(tǒng)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：通過標(biāo)準(zhǔn)化的連接器和DTC，以及通過SAE J1939的詳細(xì)DTC系統(tǒng)，可以在幾分鐘內(nèi)識(shí)別商用車問題。通過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，在問題變成需要進(jìn)行昂貴的維修之前，可以用于識(shí)別和解決問題。

準(zhǔn)確的信息：使用OBD系統(tǒng)，信息是通過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(zhǔn)確性，減少了可能遺漏關(guān)鍵性系統(tǒng)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。

多樣化的衡量標(biāo)準(zhǔn)：OBD系統(tǒng)可用于收集與車輛維護(hù)有關(guān)的指標(biāo)以外的廣泛指標(biāo)。OBD系統(tǒng)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(tǒng)還可用于通過安全線路廣播指標(biāo)，允許中央控制從遠(yuǎn)程位置輕松監(jiān)控駕駛員及其車輛。

改進(jìn)的合規(guī)性： 從2010年起，環(huán)保局和《清潔空氣法案》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)也適用于14000磅以上的卡車所使用的重型發(fā)動(dòng)機(jī)。在某些州運(yùn)行的車輛需要定期檢查，以確保它們符合這些標(biāo)準(zhǔn)。OBD系統(tǒng)監(jiān)測(cè)排放，以確保車輛在任何時(shí)候都符合最低要求。當(dāng)排放物超過可接受的限度時(shí)，它們也會(huì)提醒用戶，以便在檢查前解決這個(gè)問題并加以修正。

降低成本：在更快、更準(zhǔn)確的診斷、擴(kuò)展的監(jiān)控能力和改進(jìn)的車輛合規(guī)性之間，OBD系統(tǒng)幫助商用車公司降低了成本。

上海航芯OBD車載診斷方案

系統(tǒng)框圖

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

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