Diagnosesysteme im Automobil 2
Allgemeine Grundlagen 3
Milliarden Dollar pro Jahr Veränderungen in der Automobilindustrie Allgemeine Grundlagen 4 Marktvolumen und Wachstum in der Automobilelektronik 14 12 10 8 6 4 2 4,2 6,6 7,3 12,2 4,6 7,7 2,8 7 4,9 2006 2011 7,7 0 Amerika Europa (ohne D) Deutschland Asien Japan
Faktoren der Veränderungen Allgemeine Grundlagen 5 Wettbewerbs-/ Kostendruck Individualisierung des Automobils Wachsendes Komfortbedürfnis Wachsendes Sicherheitsbedürfnis Rohstoffverknappung Umwelt-/ Emissionsschutz Neue Märkte und Kundengruppen Gesellschaftliche Entwicklungen Gesetzgebung
Veränderungen in der Automobilindustrie Allgemeine Grundlagen 6 Elektrik/Elektronik als Schlüsseltechnologie Elektronische Systeme werden Mechanik und Hydraulik im Fahrzeug zurückdrängen und damit zu einer weiteren Schlüsseltechnologie im Fahrzeugbau. Der Wertanteil aller elektronischen Steuerungen im Fahrzeug wird von heute 22% bis 2015 auf ca. 35% der Produktionskosten steigen. Vernetzung und Funktionalitätserweiterung durch Software Um die Vielzahl der Elektronikkomponenten und Fahrzeugsysteme zu verknüpfen, wird die Softwareentwicklung zu einer Schlüsselkompetenz im Fahrzeugbau. 90% aller künftigen Innovationen sind getrieben durch Software. Der Automobilsoftwaremarkt wird bis zum Jahr 2010 mehr als 100 Mrd. Euro betragen. Bussysteme, Betriebssystem und Applikationen müssen intelligent miteinander verknüpft werden.
Entwicklung bei der Kommunikation im Fahrzeug Allgemeine Grundlagen 7 Deutsches Mittelklasse Fahrzeug (Stand 2007) Telefon/Handy Vorbereitung ACC Diagnosestecker CAN-Diagnose K-Line Motor Getriebe Spurwechselassistent Master Spurhalteassistent Spurwechselassistent Slave CAN-Extented CAN-Antrieb CAN Tür Fahrer Kombiinstrument Gateway CAN-Kombi Tür Beifahrer MOST Laufwerk 2 Laufwerk 1 Head-Unit LVDS K-Box SDS MMI Display MMI Bedienteil RS232 Digitalradio DSP Navigation TV-Tuner CAN Motor 2 AAS LWR ESP Dou-Sensor MFL LIN SM LS Tür hinten L Sitzmemory F Tür hinten R RDK Sitzmemory B LIN Trigger vo li Trigger hi li Trigger vo re Trigger hi re Antenne Dach LM AFS L LM AFS R Airbag LIN Sitzbelegung EZS Keyless Go Anhängererk. Klima hinten Batt.-Manager Einparkhilfe ELV ILM Fahrer ILM Beifahrer ILM hinten Heckdeckelst. CAN-Komfort LIN LIN Wischer Sounder SAD RLS IRÜ LIN FBAS LVS FBS-Bus ILM hinten 2 Standheizung Klima RearViewCam
Entwicklung bei der Kommunikation im Fahrzeug Allgemeine Grundlagen 8 Bis zu 80 Steuergeräte Tendenz (höhere Integration) Mehr als 1000 Funktionen >> 100 MB Speicherbedarf, 13% des Produktionswertes Hoher Vernetzungsgrad zwischen den Steuergeräten Bis zu 3 km Leitungslänge Heute bis zu 5 verschiedene Bussysteme: K-Line, CAN, LIN, MOST, FlexRay, (Ethernet) Tendenz: Konsolidierung? Insgesamt bis zu 20 Busse und Sub-Busse Buslast teilweise im Grenzbereich
Steigende Komplexität Herausforderung Allgemeine Grundlagen 9 Ursache Wirkung Steckfehler am Gateway 8 Fehlermeldungen Motorelektronik 10 Fehlermeldungen Zentralelektrik 12 Fehlermeldungen Komfortsystem 3 Fehlermeldungen Gateway 5 Fehlermeldungen Kombiinstrument 38 Fehlermeldungen in 5 Steuergeräten für eine Ursache!
Steigende Komplexität Lösungen Allgemeine Grundlagen 10 Komplexität 1970-1979 Elektronische Einspritzung Elektronische Zündung Check Control Geschwindigkeitsregler Zentralverriegelung Neue Technologien, Strategien, Prozesse, Standardisierung, Tools, 1980-1989 Elektronische Getriebesteuerung Elektronische Klimaregelung ASR Anti Schlupf Regulierung ABS Anti Blockier System Telefon Sitzheizungssteuerung Automatische Spiegelabblendg. 1990-1999 Navigationssystem CD-Wechsler Bussysteme ACC Active Cruise Control Airbags DSC Dynamic Stability Control Adaptive Getriebesteuerung Rollstabilisierung Xenon Licht BMW Assist RDS/TMC Notruf Servotronic Elektronische Dämpferregelung 2000-2009 ACC Stop & Go ALC + Navigation Heading Control Night Vision AFS I + II X-AGS Internetportal Telematics Online Services Bluetooth Car Office Local Hazard Warning Integrated Safety Systems Break-By-Wire Steer-By-Wire i-drive Brennstoffzelle LH 2 Spurwechselassistent Personalisierung Software Update Force Feedback Pedal Kosten
Überblick 11
Was ist Fahrzeugdiagnose? Überblick 12 Diagnose (griechisch.: dia = durch, gnosein = kennen) Rückschließen auf mögliche Ursachen, welche zu beobachtbaren Wirkungen führen. Aspekte in der Fahrzeugtechnik: Fehlererkennung im laufenden Betrieb bzw. im Werkstatt- und Fertigungstest Fehlerspeicherung und Übertragung zwischen Fahrzeug und Diagnosetester Hauptthema dieses Seminars: Kommunikation über standardisierte Schnittstellen
Kommunikation im Fahrzeug * Überblick 13 Motor Steuergerät Getriebe Steuergerät ABS Steuergerät Kombiinstrument Navigation MMI High-Speed-Bus (Antriebs-CAN, FlexRay) Low-Speed-Bus (Komfort-CAN) Gateway Infotainment-Bus (MOST) Sub-Bus (FBAS) Karosserie Steuergerät Reifendruck Steuergerät Tür Steuergerät Kamera Sub-Bus (LIN) Sensor vorn links On-Board Kommunikation Diagnosebus CAN (Ethernet) Off-Board Kommunikation Produktionstester Entwicklungstester Applikationstools Werkstatttester Abgastester * vereinfacht
Open System Interconnection (OSI) Schichtenmodell (ISO 1978) Überblick 14 Eigentliche Anwendung (On-Board z.b. Motorsteuerung oder Off-Board z.b. Diagnosetester) Schicht Bezeichnung Anwendung im Fahrzeug 7 Application Layer (Anwendung) Anwendungsprogramm, fertige Dienste, z.b. Fehlerspeicher lesen Diagnoseprotokolle 6 * Presentation Layer (Darstellung) Unterschiedliche Darstellung der Daten 5 * Session Layer (Sitzungssteuerung) Steuert Verbindungsprozesse, z.b. Authentifizierung, Synchronisation 4 Transport Layer (Transport) Segmentierung der Botschaften Transportprotokolle 3 * Network Layer (Vermittlung) Routing, Adressierung, Teilnehmererkennung, - überwachung 2 1 Data Link Layer (Sicherung) Physical Layer (Bitübertragung) Botschaftsaufbau, Buszugriff, Fehlererkennung, Flussregelung Signalpegel, Bitkodierung Bussysteme Busleitungen und Steckverbinder (Mechanik) * Werden für Anwendungen im Fahrzeug z. Z. nicht verwendet; Aufgaben werden von den anderen Schichten übernommen.
Standards: Bussysteme (Schicht 1, 2) Überblick 15 Bustyp Anwendung EU-Standard US-Standard Zeichen-basiert (UART): K/L-Line Diagnose ISO 9141 J1708 Diagnose, Class A OnBoard LIN Class A OnBoard Herstellerkonsortium SAE J2602 PWM-basiert: J1850 Bitstrom-basiert: CAN Diagnose, Class A/B OnBoard Diagnose, Class B/C OnBoard ISO 11898 1-3 Bosch CAN 2.0 A, B ISO 11992 Zugfahrz., Anhänger ISO 11783 ISOBUS Landmaschinen (Basis J1939) TTCAN Class C+ OnBoard ISO 11898-4 Bosch FlexRay Class C+ OnBoard Herstellerkonsortium TTP Class C+ OnBoard Herstellerkonsortium MOST Infotainment Herstellerkonsortium SAE J1708 Truck & Bus SAE J1850 PWM Ford, VPW(M) GM, Chrysler SAE J2284 Passenger Cars SAE J1939 Truck and Bus
Transport- & Diagnoseprotokolle (Schicht 4, 7) Überblick 16 ISO/OSI-Schicht 4 Transport Layer: Protokoll Anwendung EU-Standard US-Standard ISOTP CAN ISO 15765 TP 1.6 / 2.0 CAN Hausstandard VW, Audi, Seat, Skoda (Basis OSEK COM 1.0) J1939 CAN SAE J1939/21 AUTOSAR TP FlexRay AUTOSAR Standard ISO/OSI-Schicht 7 Application Layer: Protokoll Anwendung EU-Standard US-Standard ISO 9141-CARB KWP 2000 UDS OBD Diagnose US OBD Diagnose allgemein und OBD Diagnose allgemein und OBD Diagnose US OBD, EOBD ISO 9141-2 veraltete US- Diagnoseschnittstelle ISO 14230 Diagnostics on K-Line ISO/DIS 15765 Diagnostics on CAN Keyword Protocol 2000 ISO 14229 Unified Diagnostic Services ISO 15031 Identisch mit US-Standards CCP / XCP Applikation ASAM AE MCD 1 SAE J1979, J2190 SAE J1930, J1962, J1978, J1979, J2012, J2186
Standards für On- & Off-Board Diagnoseanwendungen Überblick 17 Standard Anwendung EU-Standard ASAM AE MCD 3D Laufzeitsystem ISO/DIS 22900-3 MVCI Server API, Diagnose Laufzeitsystem ASAM AE MCD 2D Datenbank ISO/DIS 22901-1 ODX Open Diagnostic Data Exchange Format D-PDU API HIS OSEK/VXD AUTOSAR Hardware Abstraction Layer Flashen, Hardwaretreiber Betriebssystem Kommunikation Netzwerkmanagement ECU-Software- Architectur ISO/DIS 22900-2 MVCI D-PDU API, API für den Zugriff auf die Hardware (VCI) Hersteller Initiative Software (HIS) Softwaremodule für Steuergeräte ISO 17356-3 OSEK OS ISO 17356-4 OSEK COM ISO 17356-5 OSEK NM Softwarearchitektur zukünftiger Steuergeräte
Wie entstehen Standards? Überblick 18 Standards in der Fahrzeugtechnik werden mit Fahrzeugherstellern und Zulieferern abgesprochen Die verschiedenen Interessen werden in einem gemeinsamen Dokument abgebildet Häufig werden Draft-Versionen für die Implementierung verwendet Ein Standard ist die Summe der Interessen der im Standardisierungsgremium Beteiligten Table 1 A_PDU parameter conventions Type Name Description M Mandatory The parameter has to be present in the A_PDU. C Conditional The parameter can be present in the A_PDU, based on certain criteria (e.g. sub-function/parameters within the A_PDU). S Selection Indicates, that the parameter is mandatory (unless otherwise specified) and is a selection from a parameter list. U User option The parameter may or may not be present, depending on dynamic usage by the user. NOTE The "<Service Name> Request Service Id" marked as 'M' (Mandatory), shall not imply that this service has to be supported by the server. The 'M' only indicates the mandatory presence of this parameter in the request A_PDU in case the server supports the service.
Die weiteren Themen dieses Seminars Überblick 19 Bussysteme Transport- und Diagnoseprotokolle Anwendungsebene: ASAM Standards für Messen, Kalibrieren und Diagnose
Diagnosesysteme im Automobil 20 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wenn Sie Fragen haben, sprechen Sie uns bitte an. Wir helfen Ihnen gerne. www.emotive.de
Copyright 10/4/2009 emotive GmbH - All rights reserved Referenten Referenten Literatur Normen Abkürzungen 2 Dr.-Ing. Jörg Supke Studium der Mechatronik an der TU Chemnitz und TU Kaiserslautern Promotion auf dem Gebiet des intelligenten Reifens an der TU Darmstadt, Fachbereich Fahrzeugtechnik 11 Jahre Tätigkeit im Bereich Diagnostic Tools der samtec GmbH in Filderstadt, zuletzt verantwortlich für das Produktmanagement Seit Juli 2008 Gründer und Geschäftsführer der emotive GmbH Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Werner Zimmermann Studium der Elektrotechnik und Promotion an der Uni Stuttgart 1987-1993 Gruppen und Abteilungsleiter Entwicklung Motorsteuergeräte Diesel in der Zeit der Einführung der elektronischen Dieselregelung EDC bei der Robert Bosch GmbH Seit 1994 Professor für Regelungstechnik, Digital- und Rechnersysteme, Systemtechnik an der Hochschule Esslingen Seit 1994 in Nebentätigkeit Leitung einer Entwicklergruppe für Automotive Software am Steinbeis Transferzentrum Rechnereinsatz; Schwerpunkt in den letzten Jahren: Abgasnachbehandlungssysteme, Diagnosekommunikation und Bussysteme
Copyright 10/4/2009 emotive GmbH - All rights reserved Literatur Referenten Literatur Normen Abkürzungen Zimmermann, W.; Schmidgall, R.: Bussysteme in der Fahrzeugtechnik. Vieweg-Teubner Verlag, 3. Auflage, 2008 Marscholik, C.; Subke, P.: Datenkommunikation im Automobil. Hüthig Verlag, 1. Auflage, 2007 Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. Vieweg Verlag, 26. Auflage, 2007 Wallentowitz, H.; Reif, K.: Handbuch Kraftfahrzeugelektronik, Vieweg Verlag, 1. Auflage, 2006 Grzemba, A.: MOST Das Multimedia-Bussystem für den Einsatz im Automobil. Franzis Verlag, 1. Auflage, 2007 Rausch, M.: FlexRay. Grundlagen, Funktionsweise, Anwendung. Hanser Verlag, 1. Auflage, 2007 Grzemba, A.; Wense, H.-C.: LIN-Bus. Franzis Verlag, 1. Auflage, 2005 Lawrenz, W.: CAN Controller Area Network. Hüthig Verlag, 5. Auflage, 2007 Etschberger, K.: Controller Area Network. Hanser Verlag, 3. Auflage, 2006 Normen und Standards siehe www.iso.org, www.sae.org, www.asam.net 3
Copyright 10/4/2009 emotive GmbH - All rights reserved Normen und Standards I Referenten Literatur Normen Abkürzungen 4 Standard Beschreibung ISO 11898 ISO 14229 Road Vehicles Controller area network (CAN) ISO 11898-1 Part 1: Data link layer and physical signaling, 2003 und 2006 ISO 11898-2 Part 2: High-speed medium access unit, 2003 ISO 11898-3 Part 3: Low-speed fault tolerant medium dependent interface, 2006 (s. a. Bosch CAN Specification Version 2.0, 1991, www.can.bosch.com) Road vehicles Unified Diagnostic Systems (UDS) ISO 14229-1 Part 1: Specification and requirements, 2006, www.iso.org ISO 14230 Road-Vehicles Diagnostic Systems Keyword Protocol 2000 ISO 14230-1 Part 1: Physical Layer, 1999 ISO 14230-2 Part 2: Data Link Layer, 1999, www.iso.org ISO 14230-3 Part 3: Application Layer, 1999, www.iso.org ISO 14230-4 Part 4: Requirements for emissions-related systems, 2000 (s. a. ISO 9141, 1989 und 9141-2, 1994 und 1996) ISO 15765 Road Vehicles Diagnostics on Controller Area Networks (CAN) ISO 15765-1 Part 1: General Information, 2004 ISO 15765-2 Part 2: Network layer services, 2004 ISO 15765-3 Part 3: Implementation of unified diagnostic services, 2004 ISO 15765-4 Part 4: Requirements for emissions-related systems, 2005
Copyright 10/4/2009 emotive GmbH - All rights reserved Normen und Standards II Referenten Literatur Normen Abkürzungen 5 Standard Beschreibung ISO 15031 ISO 27145 Road vehicles Communication between vehicle and external equipment for emissions related diagnostics ISO 15031-1 Part 1: General Information, 2001 ISO 15031-2 Part 2: Terms, definitions, abbreviations and acronyms, 2004, (SAE J1930) ISO 15031-3 Part 3: Diagnostic connector and related electrical circuit, 2004,(SAE J1962) ISO 15031-4 Part 4: External test equipment, 2005, (entspricht SAE J1978) ISO 15031-5 Part 5: Emissions-related diagnostic services, 2006, (SAE J1979) ISO 15031-6 Part 6: Diagnostic trouble code definitions, 2005, (SAE J2012) ISO 15031-7 Part 7: Data link security, 2001, (entspricht SAE J2186) Road vehicles Implementation of WWH-OBD communication requirements (All Parts) ISO 10646 Information technology Universal Multiple-Octet Coded Character Set (UCS), 2003 ISO 11578 ISO 8859 ASAM Information technology Open Systems Interconnection Remote Procedure Call (RPC), 1996 Information technology 8-bit single-byte coded graphic character sets Part 1: Latin alphabet No. 1, 1998 Part 2: Latin alphabet No. 2, 1999 ASAM-Spezifikationen, www.asam.net ODX, FIBEX, CCP, XCP, ASAP2, MCD 3-Server
Copyright 10/4/2009 emotive GmbH - All rights reserved Normen und Standards III Referenten Literatur Normen Abkürzungen 6 Standard ISO 22900 ISO 22901 ISO/WD 13209 ISO 3166 ISO 639 LIN FlexRay MOST CAN Beschreibung Road vehicles Modular vehicle communication interfaces (MVCI) Part 2: Diagnostic protocol data unit application programmer interface (D-PDU API) Part 3: Diagnostic server application programming interface (D-server API) Road vehicles ASAM MCD 2D (ODX) Data Model Specification Version 2.1.0, 2006 (eingereicht als ISO/DIS 22901-1) Road vehicles Open test sequence exchange format (OTX) Part 1: General Information, Use Cases and Requirements Part 2: Data model specification Codes for the representation of names of countries and their subdivisions Part 1 Country codes, 2006 Codes for the representation of names of languages Part 1: Alpha-2 code, 2002 LIN-Spezifikationen, www.lin-subbus.org FlexRay-Spezifikationen, www.flexray.com MOST-Spezifikationen, www.mostcorporation.com CAN-Spezifikationen, siehe ISO 11898 und www.can.bosch.com
Copyright 10/4/2009 emotive GmbH - All rights reserved Symbole und Abkürzungen I Referenten Literatur Normen Abkürzungen 7 Abkürzung AE API ASAM ASCII Big Endian Little Endian CAN CARB CCP CRC DOP DTC Beschreibung Automotive Electronics Application Programming Interface Association for Standardization of Automation and Measuring Systems American Standard for Character Information Interchange Reihenfolge der Bytes bei Daten, die mehrere Bytes lang sind. Beim Big-Endian-Format beginnen die Daten beim höchstwertigsten Byte (MSB) und enden mit dem niederwertigsten Byte (LSB). Beim Little Endian-Format ist es umgekehrt. Controller Area Network California Air Resources Board CAN Calibration Protocol Cyclic Redundancy Check Data Object Property Diagnostic Trouble Code
Copyright 10/4/2009 emotive GmbH - All rights reserved Symbole und Abkürzungen II Referenten Literatur Normen Abkürzungen 8 Abkürzung ECU EOBD EOL EPA FIBEX GMT KWP LEV LIN LSB MCD MIL MOST Beschreibung Electronic Control Unit European On Board Diagnosis End of Line Programming Environmental Protection Agency Field Bus Exchange Format Greenwich Mean Time Keyword Protocol Sub-Function Level Local Interconnect Network Least Significant Byte Measurement, Calibration and Diagnosis Malfunction Indicator Light Media Oriented System Transport
Copyright 10/4/2009 emotive GmbH - All rights reserved Symbole und Abkürzungen III Referenten Literatur Normen Abkürzungen 9 Abkürzung MSB Nibble OBD ODX OEM OSI OTX PDU PDX PID ROM RAM SDU Beschreibung Most Significant Byte Bezeichnung für 4 zusammengehörende Datenbits On Board Diagnosis Open Diagnostic Data Exchange Original Equipment Manufacturer Open System Interconnection Open Test Sequence Exchange Protocol Data Unit Packaged ODX Parameter Identifier Read Only Memory Random Access Memory Service Data Unit
Copyright 10/4/2009 emotive GmbH - All rights reserved Symbole und Abkürzungen IV Referenten Literatur Normen Abkürzungen 10 Abkürzung SID TP TTCAN UART UDS UML Beschreibung Service Identifier Transport Protocol Time Triggered CAN Universal (Serial) Asynchronous Receiver and Transmitter Unified Diagnostic Services Unified Modeling Language UTC VMM W3C XCP XML Coordinated Universal Time Vehicle Message Matrix World Wide Web Consortium Universal Measurement and Calibration Protocol Extensible Markup Language