1 概述
汽车诊断(ＶehicｌｅDiagnosｉs）是指对汽车在不解体(或仅卸下个别零件)的条件下，确定汽车的技术状况，查明故障部位及原因的检查。随着现代电子技术、计算机和通信技术的发展，汽车诊断技术已经由早期依赖于有经验的维修人员的“望闻问切”，发展成为依靠各种先进的仪器设备，对汽车进行快速、安全、准确的不解体检测。
为了满足美国环保局(EＰＡ）的排放标准,2０世纪７0年代和80年代初，汽车制造商开始采用电子控制燃油输送和点火系统，并发现配备空燃比控制系统的车辆如果排放污染超过管制值时，其氧传感器通常也有异常，由此逐渐衍生出设计一套可监控各排放控制元件的系统，以在早期发现可能超出污染标准的问题车辆。这就是车载诊断系统(Ｏn-BoaｒｄDｉａgnosｔics，缩写为OBD）。OBＤ系统随时监控发动机工况以及尾气排放情况，当尾气超标或发动机出现异常后，车内仪表盘上的故障灯(ＭIL)或检查发动机灯(Chｅck Ｅnｇine)亮，同时动力总成控制模块（PCM)将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCＭ中读出。根据故障码，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。ＯＢD －IＩ是20世纪90年代推出的新的ＯDB标准，几乎提供了完整的发动机控制，并监控底盘、车身和辅助设备，以及汽车的诊断控制网络。
2 汽车诊断接口
OＢD －II的规范规定了标准的硬件接口-- 16针(２x8)的J1962插座。 OBD - II接口必须在方向盘2英尺范围内，一般在方向盘下。
SAE的Ｊ１962定义了OBＤ-IＩ接口的引脚分配如下：
<?xｍl:namespacｅｐrｅｆix＝v /??>
图1 J19６２标准插座
表1
3 与汽车诊断有关的主要通信协议
20世纪90年代中期，为了规范车载网络的研究设计与生产应用，美国汽车工程师协会(SAE）下属的汽车网络委员会按照数据传输速率划分把车载网络分为Cｌass A、Cｌaｓｓ
表2 车载网络分类 [3
目前ＯBD使用的通信协议主要有5种:ISO9141、ＫWＰ2000、SＡEJ１８５0（PWM)、SAEJ1８５0(VＰＷ)、ＣAN。大部分车辆只实现了某一种协议，我们可以根据Ｊ１96２插座上有哪些引脚来推断所使用的协议。下面对ＫWP2000、SAEＪ１８5０(PＷM)、SA ＥJ1850(VPW)和CAN进行简单的介绍。
3.1 KWP200０
KWP２000(Keｙword Protocol 2000）欧洲汽车领域广泛使用的一种车载诊断协议，该协议实现了一套完整的车载诊断服务，并且满足EOBD标准。
KWP２００0最初是基于Ｋ线的诊断协议，由于K线物理层和数据链路层在网络管理和通讯速率上的局限性，使得K线无法满足日趋复杂的车载诊断网络的需求。而ＣＡN网络(Controller Area Neｔworｋ）由于其非破坏性的网络仲裁机制、较高的通讯速率(可达1Ｍbpｓ)和灵活可靠的通讯方式，在车载网络领域广受青睐，越来越多的汽车
制造商把CＡN总线应用于汽车控制、诊断和通讯。近年来欧洲汽车领域广泛采用了基于CAN总线的KWP20００，即ISO １５76５协议，而基于K线的KWP2000物理层和数据链路层协议将逐步被淘汰。
基于K线的ＫWP2000协议
基于K线的KWP200０协议波特率为1０.4 kｂps，用单线(K线)通信，也可用双线(Ｋ线和Ｌ线)通信，目前多用单线通信。K线本质上是一种半双工串行通信总线。
基于K线的KWP２00０协议的报文包括报文头、数据域和校验和三部分，如表３所示。
表３基于K线的KWP２000报文结构［６］
表3中各参数含义如下:
报文头:Fmt-帧字节; Tgt*－目标地址; Ｓｒc*-源地址; Len*-附加长度字节。*可选字节，取决于格式字节Ｆmt的A<?ｘｍｌ:naｍesｐace ｐｒｅfix = st1 ／?？＞1A0位数据域：Sld-服务标识符，数据域的第一个字节; Dａta－数据字节;。
校验和:CS。
在开始诊断服务之前，诊断设备必须对ＥCU进行初始化，通过ECU的响应获取ＥCU 的源地址、通讯波特率、支持的报文头格式、定时参数等信息。ECＵ所支持的报文头和定时参数信息包含在ECＵ返回的“关键字(KeｙＷoｒd)”中（这也是
协议命名的由来）。关键字由两个字节构成，关键字的低字节中各位的含义如表４所示。
＊只允许TP0，ＴP1 = 0，１或者1，0
汽车诊断仪诊断设备可以采用两种方式对ＥＣU进行初始化——5Ｂａud初始化和快速初始化,
对于这两种初始化的时序在数据链路层协议中均有明确规定。
基于CAN总线的KＷP20０0协议[７]
基于CAN总线的ＫWP2０00协议是把KＷP２000应用层的诊断服务移植到CAN总线上。数据链路层采用了ISO11８９８－1协议，该协议是对CＡＮ２．0B协议的进一步标准化和规范化；应用层采用了ISO １5765-3协议，该协议完全兼容基
于K线的应用层协议１4２30-3，并加入了ＣＡＮ总线诊断功能组；网络层则采用ISO 1５765-2协议，规定了网络层协议数据单元（N_PDU，如表5所示)与底层ＣAN数据帧、以及上层KWP2000服务之间的映射关系，并且为长报文的多包数据传输过程提供了同步控制、顺序控制、流控制和错误恢复功能。
ﻫ1)地址信息：包含源地址（SA)、目标地址（TA）、目标地址格式(TA_Type）和远程地址（RA）ﻫ２) 协
议控制信息：有四种帧格式，即单帧(SF）、第一帧(FF)、连续帧（ＣＦ）和流控制帧（FC)ﻫ３）数据
域：KWP20０0服务标识符(Serviｃe IＤ）+ 服务参数
应用层协议规定了四种服务数据结构,<Service＿Name>.Ｒeqｕeｓt、＜Service_Ｎａｍ
e>.Indication、<Ｓerｖicｅ_Naｍe>.Ｒesponsｅ和<Service_Ｎaｍｅ>.Confｉrm，分别用于诊
断设备(Tｅsｔeｒ)的服务请求、ECU的服务指示、ＥCU的服务响应和Tesｔer的服务确认。
这些数据结构中包含了地址信息、服务请求IＤ和服务请求参数等内容。基于CAＮ总线的KWP2000诊断服务流程如图３所示。
图３基于CAN总线的KWP20００诊断服务流程图
从上面的服务流程可以看出，基于CAＮ总线的KWP２000协议支持多包数据传输，并且多包数据的管理和组织是在网络层完成的，应用层不必关心数据的打包和解包过程。
3.２ SAＥJ185０
SAEＪ185０协议有两种，J1８５0(脉宽调制编码方式PWM -Ｐulse Width Modulaｔiｏn）和 J1850（可变脉宽调制编码方式VPM－Varｉable Puｌse Wiｄth Mｏdulaｔion)。
它们所采用的编码方式不同，因此有着不同的物理层，但应用层和数据链路层相同。
ＳAE J1850 PWM: 福特公司采用的标准，采用双线传输，通信速率为 41.６Kbps。[1]
λ pin 2: Bｕｓ+
λ pｉｎ１０: Bus–
λ高电压为+5 Ｖ
λ报文长度限制为12个字节，包括CRC
λ采用 非破坏性仲裁的载波侦听多路访问 (CSＭA／NＤA)的多主仲裁机制
SAＥJ１85０VPW: 通用公司采用的标准，采用单线传输，通信速率为 1０．４Kｂps。［1]λ pin 2: Bus＋
λ总线空闲状态为低电平
λ高电压为+7 V
λ决策点是+3.5 V
λ报文长度限制为1２个字节，包括CRC
λ采用 非破坏性仲裁的载波侦听多路访问 (ＣSMA/NDＡ)的多主仲裁机制
J1８５0 协议规定网络的最大节点数为32个(包含车内 EＣU 和车外诊断设备）。车内的最大网络长度为４0 米，车外最大网络长度为 5 米。车外诊断设备最小等效电阻为 10.6K欧，最大等效电容为 50０ｐF。
J１850 数据传输网络中的数据通常是按照以下格式传输的，参见图4：
Ｉdle,SOF, ＤATＡ＿０, ...,DＡTA＿Ｎ,CRC,
ＥOD, NB，IFR＿１,..., IFR_N,ＥOＦ，IFＳ，Idle
其中各元素的定义如下
Idle：总线空闲，总线处于空闲状态时，任何节点都可以占用总线来发送数据。
SOF：帧起始标志。不计入 CRC 码。
DＡTＡ_N：报文数据。
EOD：数据结束标志。数据帧发送方用 EOD 表示数据发送结束。
NB：标准位。仅在 VPW 编码方式中有效。
ＥOF：帧结束标志。IFR：帧内快速应答。
IＦＳ：帧内分割标志。
ＣRＣ:CRC 错误校验位。
３.3 CＡN
ＣAN 总线是２０世纪 80 年代才开始形成和发展的新一代总线技术。最初由BOSCH 汽车公司提出。在 20 世纪 9０年代初，CAN 总线被提交作为国际标准。
CＡＮ总线协议是一种可以满足控制系统所需的中等通信速率的通信协议，尤其适用于车身功能和车辆舒适功能的管理，同样其较高的速率也可满足车辆内部系统功能管理的需求。
CＡN是为连接各个复杂通信系统为目的研发的，各电控单元按照总线-树型拓扑结构相互连接。CAＮ能够使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等，最常用的是双绞线。CAN网络的传速速度最快可达 1Mbiｔ/s。
CAN 网络中有两种不同的帧格式，标准帧格式和扩展帧格式，不同之处为标准帧为 1１位
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