汽车诊断技术及常用协议培训Word文档格式.docx
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估计在不久将来会付诸实施，被各汽车制造商所采用。
汽车电控自诊断系统的工作原理
当今的计算机控制系统非常复杂。
为了诊断这些系统而使用计算机控制以前的方法将耗费无尽的时间。
为此，大多数发动机的计算机控制都有自诊断能力。
进入一种自测模式，计算机能够评定整个电控系统的运行，包括它本身。
如果发现故障，它们或者被标识成硬故障（按需要），或者间断性故障。
每种类型的故障或者错误都指定一个保存在计算机存储器里的数字故障代码。
硬故障指的是自测时在系统某个地方发现的故障。
另一方面，周期性故障表明有故障发生（例如，接触不良造成周期性的断路或者短路），但这个故障自测时并不出现。
永久性RAM允许周期性故障存储起来直到特定数量的点火开关断开/闭合循环次数。
如果这段期间内，故障不再出现，它就会从计算机存储器里被删除掉。
有许多种不同方法来确定计算机产生的故障代码。
大多数生产厂家有用来监控和测试它们车辆的电子元件的诊断仪器。
售后服务公司也生产能够读取和记录经过计算机的输入和输出信号的检测工具。
另一种读取故障代码的方法是使用模拟电压表。
还有一些车辆通过仪表板灯闪烁代码或直接显示在CRT屏幕上。
在进行自诊断或者读取故障代码之前，作一次外观检查，以确定故障不是由于磨损，连接松动，真空软管松开而造成的。
检查空气滤清器节气门或喷油系统。
不要忘记PCV系统以及真空软管。
确定蒸发碳罐没有浸满。
查看线路配线、接头、充电和交流电机系统。
并且检查接头有无腐蚀的痕迹。
现代的电路中的低压信号不能容许由于接头腐蚀而引起的电阻增加。
随着电子技术的发展，单片计算机由于其体积小、成本低、可靠性高等显著优点，在汽车电子控制中得到了越来越广泛的应用：
使汽车在动力性、经济性和排污控制以及舒适性等方面都有了极大的提高。
然而，由于汽车控制的电子化，给汽车故障的诊断维修工作带来了越来越多的困难，对汽车维修技术人员的要求越来越高。
在这种情况下，汽车电控技术人员，根据计算机不但可以进行测试、控制，而且可以利用软件程序很方便地进行判断，在进行电子控制系统设计的同时，增设系统故障自诊断功能和故障运行功能。
自诊断功能就是利用ECU监视电子控制系统各组成部分的工作情况，发现故障后自动启动故障运行程序，不仅可以保证发动机在有故障的情况下可以继续行驶，而且还可以向驾驶员和维修人员提供故障情况，便于使用者及时发现和排除故障。
自诊断功能的出现，使电控汽车的维修变得比以前更简单，深受用户的欢迎。
自1979年美国通用汽车公司在汽油喷射系统中使用自诊断以后，汽车几乎所有采用微机的控制系统都增设了故障自诊断功能。
下面从自诊断的原理与故障运行、故障代码的读取方法等几个方面来介绍利用自诊断功能进行电控汽车故障诊断的技术原理。
2.1自诊断的原理与故障运行
汽车正常运行时，电子控制单元ECU的输入、输出信号的电压值都有一定的变化范围。
当某一信号的电压值超出了这一范围，并且这一现象在一段时间内不会消失，ECU便判断定为这一部分出现故障。
ECU把这一故障以代码的形式存入内部随机存储器（RAM），同时点亮故障检查灯（如CHECKENGINE，SRS，ABS等指示灯），这就是故障自诊断的基本原理。
当某电路产生了故障后，其信号就不能作为发动机的控制参数而使用。
为了维持发动机的运转，ECU便从其程序存储器（ROM）中，调出某一固定值，作为发动机的应急参数，保证发动机可以继续运转。
当ECU中的微机系统出现故障时，ECU自动启用后备控制回路对发动机进行简单控制，使汽车可以开回家或是到附近的汽修厂进行修理，这样的功能就是故障运行，又称“跛行”模式。
另一方面，当ECU检测到某一执行器出现故障时，为了安全起见，采取一些安全措施。
这种功能叫做故障保险。
ECU故障诊断是针对系统中的传感器、微机系统和执行器而进行的。
当传感器和微机发生故障时，往往采取故障运行方式。
而当执行器发生故障时，往往采取故障保险方式。
2.1.1传感器的故障自诊断与故障运行
由于传感器本身就是产生电信号的，因此，对传感器的故障诊断不需要专门的线路，而只需要在软件中，编制传感器输入信号识别程序即可实现对传感器的故障诊断。
水温传感器的正常输入电压值为0.3-4.7V，对应的发动机冷却水温度为-30-120℃。
所以，当ECU检测到的电压信号超出此范围量，如果是偶尔一次，ECU的诊断程序不认为是故障。
但如果不正常信号持续一段时间，则诊断程序即判定冷却水温传感器或者其电路存在故障。
ECU将此情况以代码（此代码为设计时已经约定好的代表水温传感器信号异常故障的数字码）的形式存入随机存储器中。
同时，通过检查发动机警告灯“CHECKENGINE”，通知驾驶员和维修人员，发动机电控系统中出现故障。
当ECU发现水温传感器不正常后，便采用一个事先设定的常数来作为水温信号的代用值，使系统工作于运行状态。
6
2.1.2微机系统的故障自诊断与后备回路
微机系统如果发生故障，控制程序就不可能正常运行，微机处于异常工作状态。
这样便会使汽车因发动机控制系统故障而无法行驶。
为了保证汽车在微机出现故障时仍能继续运行，在控制系统工程中，设计有后备回路（备用集成电路系统）。
当ECU中微机发生故障时，ECU自动调用后备回路完成控制任务，进入简易控制运行状态，用固定的控制信号，使车辆继续行驶。
由于该系统只具备维持发动机运转的简单功能而不能代替微机的全部工作，所以此后备回路的工作又被称为“跛行”模式。
采用备用系统工作时，故障指示灯亮。
微机工作是否正常是由被称为监视回路的电路进行监视的。
监视电路中安装有独立于微机系统之外的计数器。
微机正常运行时，由微机的运行程序对计数器定时进行清零处理。
这样，监视电路中计数器的数值是永远不会出现溢出现象的。
当微机系统出现不正常运行现象时，微机不能对这个计数器进行定时清零，致使此监视计数器发生溢出现象。
监视计数器溢出时输出的电平由低电平变为高电平（此输出一般为计数器的进位标志。
当计数器达到其最大值时，再增加一个记数脉冲，计数器便出现溢出。
此时，计数器的溢出端的电平将由低电平变为高电平；
同时，将计数器请零）。
计数器输出电平的这一变化，将直接触发备用回路。
备用回路只按照起动信号和怠速触点闭合状态，以恒定的喷油持续时间和点火提前角对喷油器和点火器进行控制。
2.1.3执行器的故障诊断和故障保险
汽车电子控制系统中，执行器是决定发动机运行和汽车行驶安全的主要器件，当执行器发生故障时，往往会对汽车的行驶造成一定的影响。
因此，对于执行器故障的处理方法通常是：
当确定为执行器故障时，由ECU根据故障的严重程度采取相应的安全措施的实施，在控制系统中，又专门设计了故障保险系统。
由于ECU对执行器进行的是控制操作，控制信号是输出信号。
因此，要想对各执行器的工作情况进行诊断，一般要增设故障诊断电路，即ECU向执行器发出一个控制信号，执行器要有一条专用回路来想ECU反馈其执行情况。
发动机电子控制系统中，对执行器进行故障诊断的典型部件是点火器。
正常情况下，当ECU对点火器进行控制时，点火器每进行一次点火，便由点火器内的点火确认电路将点火执行情况以电信号的形式反馈给ECU。
当点火线路或点火器出现故障时，ECU发出点火控制命令后，得不到反馈信号，此时ECU便认为点火器已经不能正常工作。
由于发动机工作时，如果点火系统发生故障，便会使未燃烧的混合气进入排气装置和排气管道。
排气净化装置中的催化剂温度就会大大超过允许值。
同时，未燃烧的混合气在排气管内集聚过多，还会引起排气系统的爆炸。
为此，采用故障保险系统，当ECU接收不到点火确认信号后，立即切断燃油喷射系统电源，停止燃油的喷射。
2.2电控自诊断系统故障代码的读取
汽车电控系统的故障内容多以代码形式存储于自诊断系统电控单元的RAM存储器中。
读取代码可以利用随车自诊断系统或者外部诊断设备。
利用随车自诊断系统读取代码的方法因汽车制造厂不同而有所不同，大致有四种：
Ø
利用仪表板上故障指示灯的闪烁规律读取
利用万用表指针的摆动规律读取
利用电控单元上红、绿发光二极管的闪烁规律读取
利用车上的检测器读取
读取出来的故障代码通过查阅故障手册来获得相关的详细解释，以确定具体的故障内容进而指导维修人员来进行维修。
利用随车自诊断系统读取代码的方法通常是目测闪烁的方式，所以被称之为闪光码。
闪光码是早期诊断汽车电控系统的主要方式，但随着诊断技术的不断发展，闪光码诊断方式已经不能满足现代汽车电控技术信息量的需求，外部诊断设备逐步成为汽车诊断技术的主流。
利用外部诊断设备读取故障码和电控单元存储信息
现代电控汽车故障自诊断系统都备有诊断座（DLC），外部诊断设备通过和诊断座连接就可以读出汽车控制电脑内部的故障码，这种方法直观，一目了然。
早期的汽车自诊断系统可能有各自的诊断座，这样必须连接相应的诊断座才能读出该系统内存储的故障码。
1996年后由美国SAE规定了统一的标准OBDII随车诊断系统，该系统规定了统一的诊断座位置，接脚定义和故障码定义，而且各系统控制电脑间通过数据总线连接，因此只要通过一个诊断座就可以读出所有系统的故障码。
OBDII随车诊断系统还提供了读取各传感器动态数据流，开关和执行器的工作状态，并且外部设备还可以发出指令让执行器作相应的动作。
进行故障诊断时，在读出故障代码后，还可以对相关的传感器进行读取数据流操作及对执行器进行动作测试，这对故障做出全面的正确的分析与判断很有帮助。
OBDII随车诊断系统相关知识
OBDII（OnBoardingDiagnostic）是由美国汽车工程师协会（SAE）提出的汽车自诊断系统的标准规范。
下面从诊断座、故障码类型定义及监测功能等几个方面来介绍OBDII的相关知识。
3.1诊断座位置形状及接脚定义
装备OBDII系统的汽车有统一的16pin诊断座，一般位于仪表板下方或者方向盘附近，形状如下图所示，而且各pin脚已经被SAE作了规定。
接脚定义
Pin
定义
1
供制造厂使用
9
2
SAE-J1850资料传输
10
3
11
4
车身接地
12
5
信号回路搭铁
13
14
7
ISO-9141资料传输
15
8
16
接蓄电池正极
3.2故障码类型定义
OBDII系统的故障码也做了统一的规定，由5个字节组成，第1个为英文字母，第2个到第5个为数字码，定义如下表：
P0
引擎变速箱电脑控制系统由SAE统一制定的故障码
P1
引擎变速箱电脑控制系统由厂家各自制定的故障码
P2
引擎变速箱电脑控制系统预留故障码
P3
C0
底盘电脑控制系统由SAE统一制定的故障码
C1
底盘电脑控制系统由厂家各自制定的故障码
C2
底盘电脑控制系统预留故障码
C3
B0
车身电脑控制系统由SAE统一制定的故障码
B1
车身电脑控制系统由厂家各自制定的故障码
B2
车身电脑控制系统预留故障码
B3
U0
网路连接相关故障码
U1
U2
U3
P01XX
燃油和空气侦测系统
P02XX
P03XX
点火系统
P04XX
废气控制系统
P05XX
车速怠速控制系统
P06XX
电脑控制系统
P07XX
变速箱控制系统
P08XX
P09XX
SAE预留故障码
P00XX
以后有厂家自行制定的一部分
P11XX
P12XX
P13XX
P14XX
P15XX
P16XX
P17XX
P18XX
P19XX
P10XX
3.3OBDII系统的监测功能
装备OBDII计算机系统具有发现部件和系统故障的能力，而OBDII的计算机系统具有探测部件和系统的能力、，以维持很低的排放水平。
具有OBDII能力的计算机系统与以前的计算机系统大体相似，只不过PCM模块中增加了范围广泛的监测系统和策略。
OBDII系统主要有以下监测器：
催化剂效率监测器
发动机缺火监测器
燃油系统监测器
加热型氧传感器监测器
综合部件监测器
燃油蒸发排放系统监测器
二次空气喷射监测器
排气再循环监测器
第二章常用协议介绍
随着汽车电控技术的发展，使用外部诊断设备来读取汽车电控单元中存储的故障码以及通过和电控单元直接对话来获得数据流信息或者执行元件测试变得越来越普遍，成为最流行的诊断技术方式。
这些与汽车电控单元的直接对话，就需要通信协议的支持。
在本章中，将对常用的协议进行介绍。
1.KWP2000协议
KWP2000协议是最常用的通信协议之一，是属于OBDII标准协议的一种。
KWP系统又称为关键字协议，因为这种协议在系统进入时，会涉及到关键字的校验而得名。
下面从物理层特性、系统进入、帧结构、命令交互、交互时间参数、常用命令字等几个方面来介绍这种协议。
物理层特性：
通常采用10416BPS的波特率；
空闲电平通常为12V；
数据位格式为1+8+1，没有校验位。
系统进入初始化：
有两种初始化方式。
第一种由设备先发送25ms的拉低电平，然后是25ms的高电平（空闲电平），然后再发送系统进入数据，系统进入数据通常为5个字节，ECU响应7个字节，完成系统初始化交互。
请参见下图：
设备————>
25ms25ms|<
—————数据区————>
|
<
—————ECU
|<
———————数据区————————>
图2-1-1
第二种初始化方式为设备发送5BPS或者200BPS的地址码，ECU响应55H，KW1，KW2，设备对KW2取反发回给ECU，ECU对地址码取反发回给设备，完成系统初始化交互。
其中55H这个字节用来规定后面的通信波特率。
参见下图
Tool——>
<
—<
——>
—ECU
ADD55HKw1Kw2/Kw2/ADD
图2-1-2
帧结构：
命令头（1个或多个字节）+命令体（1个或多个字节）+校验（通常为和校验）。
在命令头中，包括以下几个部分的内容：
格式+目标地址+源地址+长度字节。
长度信息有时候在格式字节中体现，则不需要另外的长度字节，长度信息用以表示命令体的内容；
目标地址和源地址有时候也会没有。
命令体的内容中：
命令字+命令内容。
命令内容可以没有。
举例如下：
81H11HF1H81H04H
第一个字节81H为格式+长度信息（80+1）
第二个字节11H为目标地址
第三个字节F1H为源地址
第四个字节81H为命令字，表示系统进入
最后一个字节04H为前面4个字节的校验和
同样，也可能表现如下：
（命令字）
80H11HF1H01H3EHC1H
这种情况下，长度字节放在源地址之后
还可能表现为：
02H1AH9AHB6H
这种情况下，格式字节和目标地址源地址都已经没有了
还有一种特殊的情况，在上一种情况的基础上，在帧数据之前，加一个00，例如：
00H02H1AH9AHB6H
但这种帧结构的情况极少。
命令交互：
命令交互通常情况下为1对1，但也存在1对多或者多对1的情况。
下面是一组命令交互举例：
Tools:
81H31HF1H81H24H
ECU:
83HF1H31HC1HE9H8FHDEH
在交互中，因为发送命令的对象不一样，所以目标地址和源地址是进行了互换；
同时，ECU响应设备的命令字在设备命令字的基础上+0x40。
交互时间参数：
包括4个时间参数，如下：
设备发送命令字节间的时间间隔P1，通常为5ms
ECU返回命令字节间的时间间隔P2，通常为0ms
设备发送完一帧命令后等待ECU响应的时间P3，通常为75ms~90ms
设备接收到ECU响应后到发送下一帧命令的时间P4，通常为20ms~26ms
常用命令字：
系统进入：
81H
系统退出：
82H
链路保持：
3EH
读故障码：
18H
清除故障码：
14H
读版本信息：
1AH
读数据流：
21H
2.ISO-9141-2协议
ISO-9141-2协议是最常用的通信协议之一，也是属于OBDII标准协议的一种。
数据位格式为1+8+1，没有校验位；
使用的波特率通常为10416BPS和9600BPS两种。
ISO协议采用地址码进入方式，先使用5BPS发送地址码，ECU响应55H，KW1，KW2，设备对KW2取反发回给ECU，ECU对地址码取反发回给设备，完成系统初始化交互。
参见下图：
Tool————>
T1|<
->
|T2|<
|T3|<
|T4|<
|T5|<
|T6|<
|T7
图2-2-1
其中：
T1≥300ms
60ms≤T2≤300ms
5ms≤T3≤20ms
0ms≤T4≤20ms
25ms≤T5≤50ms
25ms≤T6≤50ms
55ms≤T7≤5000ms
帧头（3个字节）+数据（最大为7个字节）+校验（通常为校验和）。
数据帧有两种：
命令帧和响应帧。
命令帧由Tools发出，响应帧是ECU对命令帧的响应。
帧头结构如下图：
帧头字节1
帧头字节2
帧头字节3
Priority/Type
目标地址
源地址
Request（Tools->
ECU）
68H
6AH
F1H
Response（ECU->
Tools）
48H
6BH
28H
图2-2-2
数据区包含传送的数据。
对于命令帧，DATA区是命令字节及命令参数；
对于响应帧，DATA区是命令响应及响应的数据。
校验是校验字节，为前面字节的累加和，包括帧头和数据区。
（注意：
不是简单地交换目标地址和源地址）
68H6AHF1HBEH81H
48H6BH28HFEH31H32H33H40H42H43H34H蓝色版本信息
在命令中，目标地址是固定的；
ECU响应设备的命令字在设备命令字的基础上+0x40。
设备发送命令字节间的时间间隔P1，通常为5ms-20ms，取6ms；
设备发送完一帧命令后等待ECU响应的时间P3，为25ms-50ms，一般取30ms；
设备接收到ECU响应后到发送下一帧命令的时间P4，通常为55ms-5000ms，一般取60ms。
20H
03H
BEH
B1H
3.PWM协议
SAEJ1850PWM协议也是OBDII标准中的一种，通常应用在FORD车系汽车中，已知的还有JAGUAR，MAZDA。
PWM英文全称是PulseWidthModulation，即脉宽调制。
下面从物理层特性、帧结构、命令交互、交互时间参数、常用命令字等几个方面
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