航芯技術(shù)分享 一文帶你了解汽車上的OBD

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?，F(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買新的工具和電纜，或者必須投資購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。

排放測試：現(xiàn)在，OBD-II測試是美國部分地區(qū)測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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