汽车诊断 K 线的特点！

1、诊断K 线通讯特点

根据 SAE 规定的 OBD 标准，车辆行业使用 K、L 线进行诊断和标定。通过 K 线对某个控制单元进行查询，通过 K 线、测试仪和控制单元可进行数据交换。换句话说，即通过K 线数据被双向传送（从测试仪到控制单元以及从控制单元到测试仪）。最近生产的车上都装有K 线。而 L 线则是用来对控制单元进行查询的导线，此线在目前生产的车辆中已经不存在。由于串口的普及，所以 K 线实现起来更容易。而逻辑电平的改变，只是需要转换电路。因此本系统采用 K 线的通讯方式。由于 K 线只是一根线，而 PC 机与控制单元都要向对方发出信息，所以可以判定此线是半双工串行通讯。

K 线通讯主要有以下特点：

1) 双方采用半双工异步串行通讯。

(2) 工作电压范围为 8～18V。

(3) 使用环境温度为－40°C～125°C。

(4) 最大速度是50kbps。

(5) 支持大电流。

(6) 与单片机CMOS 电平无缝连接。

(7) 具有对地线保护作用。

(8) 串行通讯码的每个单元包括 10 位二进制数据，分别为起始位、8 位数据、停止位，每个单元发送完毕后设有空闲等待。

(9) 双方的通讯以“行”为单位轮流发送，即PC 机发送一行消息后，ECU 再发送一行消息，反之亦然。

(10) 一信息行由下列数据组成：第一位数据表示本行还要发送多少数据；第二个数据用来表示关键码，表示此次用来完成什么样的操作，如开始参数、写数据到EEPROM 中等；第三个数据表示要发送的数据。

(11) 在一信息行中，还包括用于校验的反码，一方每发出一个数据后，对方必须对回应此数据的反码进行校验；由于 K 线是单线通讯，所以只有在正确处理回应数据的反码进行校验时，才能保证通讯的顺利进行。

(12) 至于 PC 机在每一个功能块中如何发出命令，ECU 是如何给出相应信息的，在软件结构中会做说明。

2、K 线通讯定义

在车辆网络中,为准确、可靠地通讯,必须确定一个固定的通讯波特率。假设诊断设备及其连接导线的电容为CTE,K 线对地电容为COBW,车辆 ECU 的电容为CECU,定义为:

设计时以上各电容必须满足以下关系:

12V 电源供电：CECU+COBW≤7.2nF;CTE≤2nF;

24V 电源供电：CECU+COBW≤5nF；CTE≤2nF。

假定 K 线通讯波特率最大为 10.4kbps,若通讯波特率高于最大波特率,则必须减小允许电容;反之,必须增加允许电容。同时，在车辆诊断网络设计时,必须保证任何 ECU 信息不能引起其它 ECU 进行数据通讯,在诊断仪初始化时,只能有一个 ECU 响应,或若干个 ECU 按一定顺序响应。

3、K 线电路连接方式

K 线通讯本质上为半双工串口通讯。为保证准确、可靠的数据通讯, ECU 和 K 线都必须有正确的电平。在 K 线系统中,发送时若电压低于工作电压的 20%, 则认为逻辑“0”,高于工作电压的80%，则定义为逻辑“1”;接收时低于工作电压的 30%为逻辑“0”,高于工作电压的 70%为逻辑“1”,电压在工作电压的 30%～70%之间状态不确定。由以上分析可知,其电平与常用的串口电平不一致,因此必须设计专门的 K 线接口电路,以满足车辆 K 线诊断要求。图2 为利用L9637D 完成的K 线接口转换电路。

K 线可双向传递数据，系统初始化后先传递 ECU 地址，连接成功后用于信息交换，典型接口转换芯片有ST公司的L9637D 和Motorola公司的33290等。L9637D是一个与ISO9141标准功能兼容的集成芯片，是专门为车辆诊断而开发的双向、半双工通讯接口芯片。同时K线也可进行电控标定系统的开发,因此,本研究工程应用前景非常广泛。

4、K 线通讯协议及应用

ISO9141 主要为车辆与诊断设备之间的通讯国际标准, ISO9141 已被美国加州大气委员会(California Air Resource Board)所采纳,其ISO14230 为专门指定的用于道路车辆诊断的协议。根据ISO14230 的规定, K 线通讯消息基本格式如表 2 所示。

表2 中各参数含义如下:

Fmt:帧字节; Tgt:目标地址; Src:源地址; Len:附加长度字节; Sld :功能识别字节; Data :数据字节; CS:校验和。

其校验和满足以下公式:

i={(i-1)+}mod256 (1)

式(1)中:1=<1>。

K 线协议采用消息结构进行信息传递,可分为请求消息、指示消息和响应消息,其中，响应消息可分为正响应和负响应,所有这些消息都具有相同的结构。

Webasto 汽车天窗马达 ECU 与 PC 机的通讯方式是 K 线通讯协议的一种应用，其代码基本格式如下：长度位、命令标志位、数据位(n=0…16)和校验位，如表3 所示。

所以最小的通讯长度为 3，即：传输的信息包括 LEN、ID、CHKSUM(传输的数据位数n＝0)。

为了保证 PC 机与 ECU 之间的通讯正常，使用校验码来确保发送代码的安全性，它是通过所有代码的位与CHECKSUM_BASE=0xAA 异或来求得。计算方法如下：

发送端的校验码:

CHKSUM_s=CHECKSUM_BASE xor LEN xor ID xor DATA_1 xor... xor DATA_n

接收端的校验码:

CHKSUM_r=LEN xor ID xor DATA_1 xor... xor DATA_n xor CHKSUM_s xor CHECKSUM_BASE

CHKSUM_r 的结果为 0，说明通讯顺利完成。

为了确保通讯正常，在串行通讯过程中，规定两个接收字节之间的时间不得超过 50ms，若超过，则认为此次操作失败。

5、程序设计

此汽车天窗马达ECU 通讯系统软件的程序流程如图4 所示。汽车天窗马达ECU 通讯系统的软件运行如图5 所示。

此汽车天窗马达ECU通讯系统中所使用的参数主要有两种类型：*.s参数类型和*.par参数类型的文件。其主要的区别是：*.s参数文件所采用的代码格式是S-record，它是 Motorola 公司提供的一种标准文件格式，通过 S－records代码，将可执行代码从主PC机发送到另外一个目标系统。在发送的过程中，S－records在其代码头上包含目标地址信息和校验信息来检验误差；而*.par参数文件是 Webasto公司专用的代码格式，它的代码主要是包含在 ECU中的具体参数和此参数的具体数值。此马达天窗ECU通讯系统的软件部分就是在对这两种参数类型熟悉的基础上进行的。

5.1 S-record格式说明

每个S－record由如下六部分组成：