柴油车J1939协议排放污染超标诊断流程和方法（技术开放）

随着电控发动机的普及，静液压驱动方式在柴油车、柴油机得到越来越多的应用，电控技术促进了柴油机的自动化和智能化，使设备状态检测变得更加简单，诊断却变得复杂。

在诊断环节中，基础诊断和智慧诊断的区别在于，对多方采集的车辆检测数据，基础诊断由诊断人员分析，智慧诊断则由云计算平台进行分析和大数据案例比对，快速定位故障范围。

当电控系统出现故障时，如何准确锁定故障点、快速排查故障，缩短用户等待时间、降低用户损失，是作为J1939诊断和总线数据应用必须面对和亟须解决的问题。

发动机故障诊断基于SAE J1939协议中的73诊断部分实现其故障代码在CAN总线网络上的传播，ECU控制单元通过CAN总线网络接收发动机发送的故障代码数据，实现发动机故障代码和MIL灯状态的获取。对于车身故障诊断，因为厂家零配件和电控装置不同，故障代码的定义及采用的传输协议会存在差别，基本都是厂家自定义，这是比较复杂的一部分，我们需要获得他们的状态信息，必须通过CAN总线接入，但是要获得诊断信息，还需要进一步的适配和研究。国外相对比较标准，国内就已经傻傻辨识不出来了。

在国六远程OBD环保排放监测系统中，SAE J1939的故障代码由诊断报文发送，这些报文分为两部分组成，第一部分是故障代码MIL，位置是报文数据第一字节，提示有三个选项，停止、警告和保护。第二部分是第三到第六个字节的诊断故障码DTC，包括可以参考编号SPN（19位）、故障类型参数FMI（5位）、SPN转换方式CM（1位）和故障发生次数OC（7位）。根据故障代码中的SPN、FMI的数值就可以锁定发动故障具体器件或者线路以及发生的具体故障类型。

车辆有多个ECU控制单元时，各ECU检测到故障时，会发送各自的诊断报文，可通过发送诊断报文的扩展帧ID源地址进行区分，确定是由哪个控制单元ECU发送的诊断报文。SAE J1939协议已对248个源地址进行定义说明，而对柴油机来说，常用的ECU及其源地址编号如下：0x00代表发动机控制单元，0x03代表传动控制单元，0x21代表车身控制单元。

柴油车排放污染超标诊断流程中会有两个步骤：

一、预诊断环节

预诊断分为两个步骤：获取汽车排放检验过程及结果数据对车辆进行目视检查。主要租用就是排除相对明显和简单的车辆故障。为下一诊断环节做好准备工作，提高诊断效率。

1、获取排放检验数据

检测站可以通过联网、从汽车排放污染维修治理监测系统读取柴油车排放过检过程及结果数据，作为参考。如果检测站无法获得该车排放数据，特别是检验过程数据，根据诊断需要，在完成车辆目视检测后，使用工况法污染物排放检测系统，获得排放检验数据。

2、车辆目视检查

A、检查发动机机油状况，确定机油是否正常、有无乳化现象，并根据需要换机油和机油滤清器，如出现机油故障，需要通过OBD读取相关故障。

B、检查空气滤清器状况，确认滤芯是否破损、堵塞、脏污、并根据需要提示司机注意空气质量及更换空气滤清器。

C、检查发动机进气、排气管路、确认有无老化、破损、脱落、虚接，通过诊断仪系统查看排气进气及加油门测试等。

D、检查柴油机控制配置：是否配备进气增压器、燃料喷射方式、二次空气喷射系统、废气再循环系统、后处理装置。

E、把柴油车打火开关打开，检查车辆诊断系统碧察衫（OBD），如前段落进行故障诊断，有故障报警的，读取故障码、数据流及报警信息，对存在排放的故障车辆，进行故障修复。

F、启动汽车，检查加速踏板控制是否灵敏、良好，带进气增压的发动机，查看增压器是否正常工作，有无缺缸、烧机油，检查火花塞、高压包，对排气悔腔带有明显浓烟的，不允许使用机动车排气分析仪进行排气检测。

G、等待发动机运转到正常工作温度，用OBD系统查看水温、发动机工作温度，有异常的进行相应检修。

二、诊断环节

超标车辆经过预诊断，排除了相对明显和简单的车辆故障后，排放污染物仍然超标的，进入诊断环节，对发动机燃烧状况进行分析，再对后处理装置进行诊断确定车辆故障。

1、燃烧状况分析

柴油机的燃烧状况，反映出其机内净化的性能。压燃式机动车排气分析仪，通过探测排气不透光率，反馈没启排气中颗粒物的综合浓度，不透光度越高，说明颗粒物越多，柴油发动机燃烧性能越差。

影响柴油机燃烧性能的常见原因有：

A、气缸压力。气门漏气或调整不正确，气门和喷油提前角不正确、凸轮轴凸轮磨损、气缸套或活塞磨损等造成气缸压力异常。

B、进气控制。进气量少、进气增压异常、进气温度过高、排气背压过高等造成进气量异常。

C、燃油喷射。燃油压力不正确、喷油器故障、喷油器未能按净化技术程序进行多段喷油造成混合燃烧不良，空燃比差异大。

D、燃油品质。添加了劣质柴油。

E、EGR系统。未按发动机负荷正常调整废气再循环，废气中冷失效，造成燃烧效率降低，NOx超标。

2、后处理装置

对于捕集PM类型的DCO、POC、DPF，主要从排气背压检测进行诊断，发生颗粒堵塞后，排气背压会升高，对带有压差传感器的车辆，通过压力传感器的数据进行诊断，也可以使用排气背压表测量发动机机的排气背压。

对于选择催化还原NOx的SCR系统，其带有诊断控制单元ECU，可以通过OBD读取故障信息和传感器信号进行检测。如液位传感器故障时，车身控制器其中0xFECA代表实时故障DM1参数组编号，0x21代表由车身ECU控制单元发出的数据，根据解析规则，故障码为SPN96.FMI04即液位传感器断路故障。

SAE J1939是国际通用协议，速锐得采用该协议开发的国六远程OBD在线监测系统，通用性强、灵活性高，可有效缩短汽车诊断应用于环保污染在线监测系统，实现了车身故障与发动机故障诊断的统一。通过在柴油发动机的测试与验证，实现了国六远程OBD在线监测终端对移动源的自我诊断，以及故障点的快速锁定，大大提升了污染防治的效率。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

其实这销衡扒个问题很简单，可以用致远电子的USBCAN-2E-U

1、 打开CANtest通用测试软件，选择USBCAN-2E-U接口卡，并且选定总线的波特率，点击确定并启动，启动CAN接口卡。如图 2所示；

                                  图 2打开CANtest软件初始化

2、点击菜单快捷 *** 作中的DBC解析按钮，进入DBC解析界面，如图 3所示；

                                         图 3打开DBC解析

3、DBC解析界面中，点击加载DBC，选择对应的DBC文件打开，本文以J1939协议为例，选择j1939.dbc打开，解析柴油机、卡车或者公交车等协议，如图 4所示。

                                         图 4加载DBC文件

4、此时接收数据即可进行DBC解析，用户可以使用分类显示或者刷新显示查看。此时点击某个报文，下方解析框中将这帧包含的应用数据显示出来，如图 5所示，ID为0x0CF0041A中第三个字节为0x6C，这个代表着EngSpeed（发动机转速）为6861.50rpm（转/分）。

小技巧：运用分类显示功能时，软件会将有变化的数据标红，这样对于破解未知协亏昌议时，可以帮助用户快速完成变量识别工作。比如，要想知道方向盘所对应CANID和数据段，即可使用此方法运行，转拦陆动方向盘，观察变红的变量，即对应。

汽车仪表是汽车与驾驶员进行信汪简息交流的窗口，是汽车信息的中心，能够集中、直观、迅速地反映汽车在行驶过程中的各种动态指标，如行驶速度、里程、电系状况、制动、压力、发动机转速、冷却液温度、油量、各种危险报警。

FAN100这里给出一种基于CAN(Controller Area Network)总线的汽车仪表设计方案。该仪表利用CAN总线使其成为车身网络一部分，遵循SAE J1939协议读取发动机转速、水温等信息。仪表还能接收传感器的车速、油量、油压、制动气压等信号并显示，为驾驶员提供实时车辆工况。所设计的仪表主要应用于重型运输车等领域，在某重型车辆工厂进行的试验结果表明，该仪表能够满足数据可靠性及实时性等要求。

1 CAN总线及SAE J1939协议

1．1 CAN总线及SAE J1939协议简介

FAN100CAN总线属于现场总线的范畴，是德国Bosch公司在20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制和测试仪器之间的数据交换而开发的一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总差陵举线的通信实时性强，数据传输速率可高达1 Mb／s，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或者光导纤维，通过标准的插接件能够方便的连接。CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，是目前应用最广泛的一种汽车总线。

FAN100SAE J1939协议是美国汽车工程师协会SAE(Societv of AutomoTIve Engineer)发布的以CAN2．0B作为网络核心协议的车辆网络串行通信和控制协议。J1939是参照ISO的开放式数据互联模型定义的7层基准参考模型而制定的。该协议明确规定汽车内部ECU的地址配置、命名、通讯方式以及报文发送优先级等，并且对汽车内部各个具体的ECU通讯作了详细的说明。它使用多路复用技术，为汽车上的各种传感器、执行器和控制器提供建立在CAN总线基础上的标准化的高速网络连接，在车载电子装置之间实现高速数据共享，有效地减少了电子线束的数量，提高了车辆电子控制系统的灵活性、可靠性、可维修性和标准化程度，更大程度地发挥了CAN优异的性能。

1．2 SAE J1939数据帧格式

FAN100SAE J1939数据帧是以PDU(协议数据单元)为单位，共由优先权(P)、保留位(R)、数据页(DP)、PDU格式(PF)、PDU细节(Ps)、源地址 (SA)及数据域(Date Field)等7个域组成。除了数据域之外的PDU对应于CAN扩展帧的29位标识符。其中PS是1个8位段，其定义取决于PF值。若PF值小于 240，PS是目标地址(DA)。若PF值介于240和255之间，则PS为组扩展(GE)。

FAN100有些CAN数据帧不是在PDU中定义，包括SOF、SRR、IDE、RTR、控制域部分、CRC域、ACK域和EOF域。这些域是由CAN定义的，SAE J1939不作修改。

2 CAN总线汽车仪表设计

2．1 仪表整体设计

FAN100该汽车仪表系统由数据采集、处理以及显示3个模块组成。其中数据采集模块负责接收车辆的各种数据，并将数据预处理后发送至微处理器。其中模拟量信号、脉冲信号以及开关量信号等传感器信号在各传感器处采集后，分别经过分压、滤波整形以及光电隔离后发送至微处理器。而发动机转速、水温和故障代码等CAN总线数据通过发动机CAN模块发送至CAN总线后，通过CAN收发器进行接收。微处理器接收到需要的数据后，根据预定的算法对数据进行处理，并将处理结果输出。显示虚碧模块包括指针、 LCD以及各种信号灯的显示。微处理器将发动机转速、车速等结果输出至电机驱动器，驱动器驱动步进电机转动，从而带动指针显示；微处理器直接驱动LCD显示及LED灯的亮灭。汽车仪表系统结构如图1所示。

FAN100根据对汽车仪表的整体分析，汽车仪表盘由3个分表盘组成，左分表盘显示发动机转速、油量等数据，右分表盘显示车速、油压等数据，中分表盘用于放置LCD显示屏以及各种指示灯。仪表指针全部采用步进电机驱动。仪表接收到的各种数据中，从CAN总线获取发动机转速、水温以及电压，从各种传感器获取车速、油量、气压以及油压。2．2 系统硬件设计

FAN100仪表采用Luminarv公司的LM3S2948处理器。这是一款基于ARMCortexM3内核的微处理器，采用32位RISC，内嵌CAN控制器、模数转换器(ADC)、模拟比较器等功能模块，减少了外围电路，降低了系统设计成本。LM3S2948处理器内置CAN模块方便了CAN总线数据的传输，同时使仪表的通信容易实现，提高了可靠性。其内置CAN模块具有以下特点：支持CAN 2．0B协议并支持符合SAE J1939协议的扩展帧的报文传输：位速率可高达l Mb／s；具有32个报文对象，每个对象都具有自己的标识符屏蔽码；包含可屏蔽中断，针对时间触发的CAN(1TrCAN)应用，可选择禁止自动重发送模式；通过CANOTx和CANORx引脚与外部CAN PHY无缝连接；具有可编程的F1F0模式。 

FAN100LM3S2948微处理器具有运算速度快、功耗小、体积小、价位低等特点。其CAN控制器模块特性完全满足CAN总线汽车仪表的应用要求。该处理器具有强大的处理能力，在车辆的各种工况下都能够实时反映车辆信息，同时该处理器具有很大的可扩展空间，有利于后续开发。

FAN100由于LM3S2948内置CAN控制器模块，所以只需外接一个CAN收发器即可接收总线数据。该仪表选用CTM8251T作为CAN收发器。 CTM8251T是一款通用的带隔离的CAN收发器，该器件内部集成所有必需的CAN隔离及CAN收发器。该器件可连接任何一款CAN协议控制器，实现 CAN节点的收发与隔离功能。该器件设计体积小，集成度高，可取代传统的CAN收发器及其外围电路，降低了电路的复杂程度，减少了设计成本，如图2所示。

FAN100仪表采用VID6606驱动器驱动步进电机。每片VID6606可同时驱动4路步进电机。在其频率控制端输入脉冲序列F(SCX)，即可控制输出端使步进电机的输出轴以微步转动，每个微步电机输出轴转动1／12(°)，最大角速度可达600(°)／s。该电机驱动器具有以下特点：硬件微步驱动、简单易用，电机只需速度F(sex)和方向(CW／CCW)2个控制端、所有输入引脚都有干扰过滤器、宽工作电压、低电磁干扰辐射。仪表板指针采用VID-29电机驱动，电机内置减速比180／1的齿轮系，能够将数字信号直接准确地转为模拟的显示输出。该电机具有很高的显示精度，其步距角最小可达到1／2(°)。图 3所示为VID6606驱动仪表电路。

FAN100该仪表利用LCD显示时间、燃油消耗量以及产生故障时故障名称，处理器发送的信号先经74HC245功率放大后，然后送至液晶屏F2000LCD显示。 LCD电路如图4所示。

2．3 系统软件设计

FAN100系统软件设计分为主程序、CAN通信、数据采集处理和数据显示等4个模块。主程序模块通过调用各个子模块程序来处理数据处理：CAN通信模块负责发送和接收数据；数据采集及处理模块完成对各种类型数据的采集以及计算；数据显示模块将车速、油压以及信号灯等信息显示在仪表上。

FAN100图5为系统主程序流程，该系统主程序流程分为：1)系统初始化。系统初始化主要包括初始化系统时钟、CAN节点、LCD液晶屏、步进电机等，并使能CAN 中断，设置CAN屏蔽码和验收码。CAN节点初始化主要是初始化CAN控制器并中断CAN控制器：2)读取传感器以及CAN总线数据，并驱动指针以及 LCD等显示，同时等待CAN接收中断。3)CAN接收中断产生，进入接收中断子程序读取数据。判断数据是否符合数据接收条件，如果符合，则接收数据。此过程逐位比较接收到的29位标识符与验收码、屏蔽码，只有标识符相应位与验收码相应位相同，系统才开始接收数据。4)处理器将接收的报文进行解析，提取需要的数据并进行处理。处理器对传感器传来的数据和CAN总线读取的数据进行处理计算，得到相应的指针驱动参数，计算出指针转角，并根据初始化的步进电机的参数计算出指针转动速度。指针转动速度与相应的参数变化速度成正比。同时计算出车辆行驶里程并累加到总路程上。5)处理器将包含车辆工况的一组脉冲序列发送至步进电机驱动器，驱动器驱动步进电机以微步方式转动，指示出相应的发动机转速、车速、水温以及油压等；处理器将包含车辆总路程等信息的数据发送至 LCD控制器，控制器控制LCD显示相应的总路程等：处理器改变相应的I／O引脚状态直接点亮／关闭相应的指示灯。

2．4 故障显示

FAN100该仪表能够从CAN总线接收故障代码并对故障代码进行解析，与预先写入的故障码比对后找到对应的故障信息并显示在LCD屏幕上。每一类型的数据都有特定的数据帧ID，系统根据帧ID判断故障产生的位置。如果收到的是单帧故障，则系统来提取总字节数和总包数；如果收到的是多帧故障，系统则连续提取故障诊断报文至特定的字节，然后根据故障代码查找故障类型。

3 结束语

在研究CAN总线和SAE J1939协议的基础上，设计CAN总线汽车仪表。该设计充分利用LM3S2948以及VID6606的功能，较大程度上降低了系统外围电路的设计以及成本。多次实车试验结果表明，相对于常规仪表，该CAN总线仪表具有以下优点：抗干扰能力强，传输速率高，能够保证数据有效、快速、稳定地传输；减少车身布线，硬件方案软件化实现，简化了设计，降低了成本；及时、直观地查看车辆故障；CAN总线将整车构成一个网络系统，能够提升系统的灵活性，方便地增加设备，扩大了可开发的空间。

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