车机技术之OBD（在线诊断系统）

OBD是一种装置于车中用以监控车辆运行状态和回报异常的系统，可于车辆的子系统出现问题时，产生故障代码和提醒讯号通知车主和车厂诊断维修。

车上诊断系统的设计约起于1980年代中期的美国，当时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，其含氧感知器通常也有异常，由此逐渐衍生出设计一套可监控各排放控制元件的系统，以早期发现可能超出污染标准的问题车辆。当前已经发展到了可以进行整车诊断的地步，不再仅仅是排污监测了。

大概在1988年，美国汽车工程师学会（SAE）建议各汽车生产商使用标准化数据传输接口和故障信号代码（DTC），随后一个成为OBD-I的标准诞生。因为该标准太过粗糙，无法统一化，所以1996年前后出现由SAE定义的OBD-II标准。2010年开始，所有美国在售车辆必须配置HOBD系统，2008年开始，所有中国在售车辆必须配置GB18352标准的OBD系统。

OBD协议栈

因为OBD的底层协议不同以及有SAE和ISO两个组织在定义标准，所以导致有一系列相关协议，如下图所示，现在主要用的是ISO15765-4加上SAE J1979组成的栈，可参考SAE标准。

物理接口定义

在J1962标准中定义了OBD-II接口的物理信号（注意和上面协议栈中的Layer 1不同，相当于把上面所有Layer 1组合而成），如下图所示，可以看到其中留了不少接口引脚给厂商自定义使用，从而也使得OBD诊断设备在各车厂间不完全通用。其中关键的是CAN线、ISO9141-2 K-Line线、J1850总线，三个是同一个作用，就是读取故障信息及车辆的部分实时运行信息，只不过通讯协议不同而已。现在CAN基本普及，其他两种难以见到了，CAN方式的OBD直接连接到CAN总线的网关上。

基于CAN的OBD通信流程

最基本的通信流程时序图如下：

消息格式

基于CAN的OBD通用消息格式如下图所示（具体每个消息的消息格式请参考协议），请求消息最长7个字节，响应消息长度随消息类型不同而不同（每字节中最高位MSB为第7位，最低位LSB为第0位）。

请求消息数据部分格式：

正常响应消息数据部分格式：

错误响应消息数据部分格式：

基于CAN的OBD操作模式（即OBD可实现的功能）

协议中一共定义有10种操作模式，汽车制造商并不需要支持所有的模式，每个制造商也可以自行定义额外的模式，这10种模式如下：

01. 显示当前数据（比如：发动机转速、车速、档位、电池电压、油量、油耗、总里程、本次里程等等）

02. 显示冻结帧数据

03. 显示存储的故障诊断代码

04. 清除故障码和存储值

05. 测试结果，氧传感器监测（只有CAN能测试）

06. 测试结果，其他组件/系统监测（测试结果，氧传感器监测只有CAN能测试）

07. 显示待定诊断故障代码（只能在当前或最近的驾驶周期中检测）

08. 诊断组件/系统的控制操作

09. 显示车辆信息（比如：车厂、型号、品牌、车架号、发动机号等等）

0A. 永久性故障库（清除的DTC）

OBD诊断码DTC

所有OBD诊断码加起来差不多有1000多种，具体可参考协议定义，下图举其中的几个例子值：

实物形式

手持式（直接插入车上OBD接口，在自身显示诊断数据）：

盒子式（插入车上接口，然后通过串口、蓝牙、wifi等把数据发送到电脑、手机等设备上）：