道路车辆诊断系统

第一部分：数字信息交换的要求

引言

ISO（国际标准化组织）是各个国家标准化学会（ISO成员团体）的一个世界性联合会。国际标准的制定工作由ISO技术委员会负责执行的。每一个会员团体对已经设有技术委员会的某一专题感兴趣时，有权派代表参加该技术委员会。各个与ISO有联系的国际组织，无论是官方的还是非官方的，均可参加此项工作。ISO与国际电信联盟（IEC）在所有的电子标准化业务上紧密联系与共事。

国际标准草案被技术委员会采用前，ISO委员会分发给各个会员团体进行投票表决。国际标准的版本至少75%以上的成员投票赞成后，才能被批准。

国际标准ISO 9141由道路车辆ISO/TC 22技术委员会负责起草。

前言

本标准的目的是了定义以下电子控制车载系统的诊断而建立的：

1) 确定诊断系统的电气要求，因此具有这里所定义最小功能的诊断设备将兼容任何按照这些规范设计的车载诊断系统；

2) 单向和双向诊断通信连接电子控制系统的数量限制；

3) 传送包括参数真实值和请求值的操作状态信息的确认信息；

期望诊断通信达到以下目标一个以上：

a) 确认一个系统正常工作；

b) 执行一个检查；

c) 从说明书和完成的经济维修中确定故障的位置；

d) 确认系统已经恢复正常工作；

e) 严格按照车辆制造商指令重置或调整ECU的系统操作值；

f) 对相关的服务行为提供记录信息；

这些功能应当（推荐）按照以下一种或多种方式完成：

a) 确认系统中的零部件；

b) ECU输出诊断信息；

c) 检验大范围的传感器和操作参数值；

d) 执行特定行动；

e) 严格按照车辆制造商指令帮助ECU改变数值。

道路车辆——诊断系统——数字信息交换的要求

1. 范围

本国际标准定义了道路车辆的车载ECUs与相配的诊断工具之间的通信建立。建立该通信的目的是对车辆，系统和ECUs进行监测、检查诊断和调整。

本国际标准不适合系统定义的诊断设备使用。

本国际规范不适合钓码技术使用。

2. 参考标准

通过文本中的引用的下列标准，包括其提供的内容，是本标准延续提供的一部分。在文献出版时，已指明的版本系列是有效的。所有的标准都会被重新修订，推荐接受本标准的团体采用下列标准的最新版本。IEC和ISO的成员负责维护最新有效国际标准的登记注册。

ISO 4092:1998 Road vehicle – Diagnostic system for motor vehicle – Vocablary.

ISO 7637-0:1984 Road vehicle – Electrical interface by conduction and coupling – General and definition.

3. 定义

3.1. inspection

3.2. test

3.3. diagnosis

3.4. diagnostic tester

3.5. 系统（syetem）:为执行某项功能而装配在一起的零部件的集合，比如说某集合里包含了ECU及其相关的传感器，执行器和内部的连接。

3.6. ECU：电控单元（Electronic control Unit的缩写）

3.7. 总线bus：一个或多个导体将两个或更多的ECUs连接在一起，目的是为了与测试设备（Test equipments）进行通信。

3.8. NRZ：Non-to Zero的缩写——一种二进制信号的描述方法，适用于两个同样逻辑信号的连续位的电平信号无变化情况。

3.9. 波特率（baud rate）:一根线上每秒传送二进制位的数量。

3.10. 最低有效位（LSB）：Least Signification Bits的缩写。

3.11. 最高有效位（MSB）: Mostst Signification Bits的缩写。

3.12. 初始化（initialization）:启动ECU进行通信的一个过程。

3.13. 关键字（key words）:对随后的串行通信进行一系列说明的标识符。

这一系列说明的定义：

——每根通信线功能的说明；

——数字信息的格式，比如协议、数字和每一个交换字的表示的意思；

——再限定（redefinition）的要求，数据的格式比如波特率、数据代码和字长度。

3.14. 头：在初始化之后（如果要求），在开始进一步数据交换之前传送给诊断测试工具开头部分的串行数据。

头包括：

——同步模式的波特率；

——关键字。

3.15. 位时序：一单元信息持续的时间。

4. 总则

4.1.

ECU应具有一根（K线）或两根（K线与L线）用于检查、测试和诊断的通信连接。ECU或车辆应向测试工具提供车辆电瓶电压VB和通信地G。如果K线或L线连接两个以上的ECU在一起，形成的系统总线系统。

K线定义为ECUs向诊断工具提供串行数据的信息的传输线。K线也可能被用作双功通信，在这种情况下，K线也可以把测试工具的命令或数据传送给ECUs。K线也可能被用于串行通信的初始化。

//L线定义为诊断工具到ECUs的单工传输线。L线存在时，L线可能被用于串行通信的初始化和或发送命令或数。

从上可见，K线的通信可能是单工或双工的，L线可能存在或不存在。总的来说只有以下四种构架存在：

1) 双工K线和单工L线；

2) 单工K线和单工L线；

3) 双工K线和没有L线；

4) 单工K线和没有L线。

在以上任何一种情况下，除了使用K线和L线进行初始化外，也可以选择其他的初始化方式。

使用以上任一构架并且自由连接（run free）的ECUs可以使用他们喜欢的通信方式链入一个总线。

图1表示每个K线和L线的角色说明在各种可能的系统构架方式中。

图1 可能的系统构架型式

4.2.

连接在总线上的任何ECUs，不管其一种类型或者是多种类型的组合，设计者应保证该结构能够正确操作。比如说，一个ECU不能初始化总线上的另一个ECU的串行通信和一个初始化不能引起多于一个ECU的同时相应；然而，它可以初始化总线上的多个ECUs按照顺序队列方式响应。

如果K线和L线被用于检查、测试、和诊断之外的目的，要注意避免所有模式的数据冲突和误操作。

图2表示包括不同初始化方式在内的各种类型ECUs可能存在的总线连接方式。

4.3.

5. 信号和通信定义

5.1. 信号

5.1.1. 为了串行通信的正确操作，ECU和诊断测试工具应按照以下逻辑状态正确确认：

― 逻辑“0”的线上电平值应小于发送者VB的20%，接受者VB的30%.

― 逻辑“1”的线上电平值应大于发送者VB的80%，接受者VB的70%.

此外，信号的变化时延应小于位时宽的10%。信号变化时延定义为发送器VB从20%上升到80%，或从80%下降到20%的时间间隔。

在NRZ代码的位时间定义为“1”和“0”位的连续上升或下降边沿的50%的电平。

图3和图4说明了信号电平的最坏的状况。

诊断测试工具的电气要求参见8.5，ECU的电气要求参见9.2。

5.1.2. 考虑目前的经济原因，波特率应限制在10K波特内，并且当技术和经济允许的情况下会修改这一限定。最小波特率要求大于10波特。

如果需要，传送速度（参见8.3.）可使用5波特。

5.2. 通信

5.2.1. 通信示意图参见图5。

5.2.2. 诊断测试工具与电缆线之间的电容CTE不应超过2 nF。

5.2.3. 总线上所有ECUs的输入电容总值（CECU），车载串行通信线的电容COBW，诊断测试工具与电缆线之间的电容CTE，和波特率，BR（NRZ代码）应按以下等式选择：

对于24V系统BR值应该除以2。

如果计算值大于10K波特率，应参考5.1.2。

举例，一个总线系统按照以下选择：

n=5 (ECU 数量)

CECU=2nF

那么BR≤6.6K波特

COBW=3nF

6. 串行通信之前的ECU初始化

为了和诊断测试工具进行串行通信，这些ECUs都要求进行初始化，这个初始化可能由以下方式之一完成：

― 通过特定的外部方式而不是K线或L线（比如，构造一个传感器、按钮或转动点火开关到NO位置）；

― 通过诊断测试工具输出以下方式中的一个初始化信号：

✓ 在K线和L线同时，或K线，或L线发出一个持续逻辑“0”1.8s±0.01s；这一时间是用于将它与5波特地址的最大逻辑“0”持续时间和用导线接地的最小时间区分开来；

✓ 在K线和L线同时，或K线，或L线发出包含一字节关键字的5波特地址代码；

注意：ECU可以同时在K线和L线，或单独在K线或L线上识别出初始化信号。

― 通过对K线和/或L线进行持续时间大于2s的接地。

这些选择如图6所示。

也可以选择自由运行的通信模式（不需要初始化）。

7. 头

7.1. 目的

诊断测试工具按照与初始化后的ECU随后进行诊断通信的方式获得请求信息。这个信息给定在ECU发送的串行数据的头一部分（头定义——参见3.14），它的组成包括：

― 一个定义随后关键字速率的波特率的同步方式，和

― 至少两个由识别码组成的关键字；这些码允许诊断测试工具读回随后检测、测试和诊断数据的传送参数。

7.2. 波特率同步方式

在串行通信之前，K线应按照以下任一方式保持逻辑“1”：

― 至少2ms以便这些ECUs通过接地持续2s以上初始化或一个“0”逻辑持续1.8s和不连到总线；或

― 至少2ms连接到总线或通过一个5波特地址字（参见9.3）。

这个逻辑“1”应跟随波特率的同步方式。这个方式通知诊断工具传送随后关键字的使用的波特率。它的构成如下：

a) 一位起始位——一位宽度的逻辑“0”；

b) 带有逻辑“1”NRZ的8位交替位；

c) 一位停止位——一位宽度的逻辑“1”；

d) 逻辑“1”至少持续2ms或持续同步方式的一位宽度中更长时间的那一种方式，目的是为了允许诊断工具重新设置。

不同率同步方式可以连续传送任意次数。

7.3. 关键字格式；

在波特率同步方式后要求发送两个字的关键字，以通知诊断工具随后的串行通信和诊断线硬件构架的形式。每一个关键字的组成如下：

a) 一位起始位——一位宽度的逻辑“0”；

b) 7位，按LSB先发次序；

c) 一位奇偶位，那么一个字节包含7关键位为逻辑“1”的数量为奇数；奇数的奇偶位选择来区分关键字与同步方式；

d) 至少一位停止位。

在最后一个关键字之后应是一个至少持续2ms的逻辑“1”，以便诊断工具按照关键字进行设置。格式如图7所示。

当b）的14位关键位的所有组合方式都被使用，那么他们都应被设为“1”，并且说明串行通信要使用多于2个关键来确认。这一过程可以被重复任意次数。

7.4. 关键字的分配

车辆、系统和ECUs制造商需要关键字时，应向FAKRA1)递交每一个具体关键字，以确认保证该关键字此前尚未被分配使用。

FAKRA适当检查提交的关键字，是违反已有数据库或批准它，或者提供另一个选择。

在提供的定义是严格统一的前提下，多个制造商使用同一个关键字是允许的。

只有按照这种方式认证有效地关键字可以用于说明串行通信。

为了避免不必要的关键字浪费，当通信的一个或多个参数被改变时才允许使用新的关键字。进而说就是当他们需要的时候新的关键字才应当被申请。

制造商关键字的分配表可以通过FAKRA获得或请求。

7.5. 时序要求

开始诊断通信和开始诊断数据之间的最大和最小时间如图8及其附表所示。

T0——初始化之前的逻辑“1”的时间；

T1——在初始化之后与同步字前之间的时间间隔；

T2——在同步字后与第一个关键字前之间的时间间隔；

T3——一个关键字后及其随后关键字前之间的时间间隔；

T4——最后一个关键字后与诊断数据开始之前的时间间隔；

8. 诊断工具的要求

8.1. 标准连接器

连接器应有16路连接，引脚分配见图9。

诊断工具的端的插座应具有公端子，自由接口线缆短插头应具有母端子。

如图9所示，使用定位销。

插座尺寸如图9所示。

12、15、16号端子保留空闲，为满足将来要求时使用。

根据车辆制造商的要求，线缆的终端也可以永久连接在诊断连接器上。线缆应限制在15路和图9所列出的功能之内，每个功能只能使用一次。

8.2. 输入输出线

像先前所定义的那样，诊断工具至少4根连线：K线、L线、VB线和地线。

8.3. 诊断工具向ECU初始化提供的装置

诊断工具提供K线和L线同时向ECU提供以下初始化信号之一：

持续1.8s±0.01s的逻辑“0”。

按5波特±0.5%速度提供7位的地址代码，代码由一字节组成：

a) 一位起始位——一位宽度的逻辑“0”；

b) 包含地址的7位，按LSB先发次序；

c) 一位奇偶位，那么一个字节包含7关键位为逻辑“1”的数量为奇数；

d) 至少一位停止位。

注意：目前发送地址代码的波特率为5波特±0.5%；有可能在后来的补充使用更高的波特率。

8.4. 最低功能要求

诊断工具至少应具有以下功能：

― 如8.3所述的初始化；

― 通过波特率同步方式确定ECU的发送波特率（通过测量7.2 b）定义的8为交变位的持续时间）；

― 读取和提取关键字（如果诊断工具不能翻译这些关键字，它可能会帮助输出这些关键字）；

― 提供随后的串行通信的办法，如必要时操作员可以参与操作；

― 在关键字定义为双工通信的情况下响应波特率请求；

最小可以扩展为以下性能：

― 对接收数据进行解释和处理；

― 对诊断测试工具执行的测试程序按次序互动。

― 对ECU发出指令，以对ECU、系统或车辆进行进一步测试；

― 改固化在ECU里的选定数据。

8.5. 12V车辆VB的系统的诊断工具的电气要求

（24V车辆VB的系统参照括号中的值）

本要求适用工作温度范围：0°C~50°C；

标称12V（24V）车辆VB的系统要求诊断工具在8~16V（16~32V）电压范围内可以正确工作。鼓励诊断工具制造商扩展正常工作的电压范围和温度范围。

8.5.1. 对于不连接诊断工具的K线和L线的ECU，要求使用510（1K）欧电阻上拉到VB。

发送状态：

― 诊断工具逻辑“1”应有来源于车辆正极电源VB‘大于VB的95%，同时有510欧±5%（1K欧±5%）的电阻；

― 诊断工具逻辑“0”应小于于VB的10%，最大漏极电流为2A。

接受状态：

― 诊断工具K线的上拉到VB的等价电阻为510欧±5%（1K欧±5%）的电阻；

8.5.2. 当要求双工通信时诊断工具应具有响应ECU发出的误差在±1%内的同样波特率。

8.5.3. 如果关键字修改了波特率，诊断工具应有按照修改后波特率±0.5%范围内传送数据的能力。

8.5.4. 对于每一个字的每一位，在计定位置的转变30%范围内诊断工具都可以确定它的状态。

8.5.5. 诊断工具不应向高于VB或+40V，或低于-1V的K线或L线传送信号。这包括VB的电压漂移的抑制，详细内容参见ISO/TR 7637-0。

9. ECU要求

9.1. 输入输出线

如4.1定义，ECUs应具有：一根（K）线或两根（K和L）线的连接。VB线和地线也需要连接到诊断工具，但没必要直接从ECU连出。

9.2. 12V车辆VB的系统的诊断工具的电气要求

（24V车辆VB的系统参照括号中的值）

9.2.1. K线

逻辑“1”或接收状态，ECU应有5K欧×n（10 K欧×n）的下拉电阻，其中n为ECU的个数。

如果在K线与VB之间有上拉电阻，电阻值不能小于10K欧×n（20 K欧×n）。

当ECU加入总线时，K线相对于地之间的电容不能超出以下公式确定的值：

()

电容单位：法拉

n为连接到总线的ECU个数；

ECU逻辑“0”在K线与地之间应有相当于110欧（220欧）的漏极电阻。设计漏极电阻的目的是为了时延时间符合5.1的要求。

如果使用了在此之外的上拉电阻，比如激活的或寄生的上拉，要确保符合第5节的定义。

在诊断工具连接同时ECU的串行通信没有操作时，ECU应输出逻辑“0”。ECU的操作应在严格的提供电压范围内。然而，当供电电压超出定义范围，ECU连接到总线时，应输出逻辑“1”。

9.2.2. L线

不管Ecu的通信是否在操作中，输入到地电阻应小于5K欧×n（10 K欧×n）的下拉电阻，其中n为ECU的个数。

当ECU的L线相对于地之间的电容不能超出以下公式确定的值：

()

电容单位：法拉 n为连接到总线的ECU个数；

9.2.3. K线和L线

Ecus的输入/输出电路应兼容诊断工具通过诊断工具源电阻输出的过电压，限制范围为：-1V到40V（-1V到60V）

Ecus的输入/输出电路应能承受如上定义的到供电电压和到地的短路。

ECUs平均每字传送和或接收的波特率， 不应偏离最初发送的波特率同步方式或通过关键字重定义的标称值，不能超过

在NRZ方式，B为数据字节的总数，奇偶位加1，在自包括时钟代码B为1.

在关键字定义波特率的情况下为q0.5，在非重定义和波特率同步方式（8为交替位）q为1。

任何发送的位允许在波特率定义的计定位置的偏离20%范围内。

9.3. 识别初始化地址

当一个ECU被一个5波特字初始化时，在停止位译码后至少要等待2ms，然后才可以发送同步方式。

当一个ECU被一个持续1.8s的逻辑“0”初始化时，在逻辑“0”结束后至少要等待2ms，然后才可以发送同步方式。

10. 电线要求

诊断工具及其电缆总电容不能超过2nF，当不连接ECU测量时，车辆内的电缆的电容不能超过3nF。