Programmierer-Tips

Diese einfache Einführung in die OBD2-Kommunikation soll Programmierern eigener Anwendungsprogramme zur Kfz-Diagnose lediglich einen ersten Überblick verschaffen. Auch für Nicht-Programmierer können die folgenden Internas interessant sein. Die Informationen erfolgen nach bestem Wissen ohne Gewähr für Richtigkeit oder Verwendbarkeit. Sie sind copyright-geschützt und nur zum Privat-Gebrauch. Zur ernsthaften Programm-Erstellung ist die Anwendung der entsprechenden Normen (siehe hier) und evtl. auch der Hersteller-spezifischen Zusatz-Dokumentationen unumgänglich.

Wie alle modernen Kommunikationsverfahren basiert auch OBD2 auf dem 7-schichtigen OSI-Referenzmodell. Die oberste Schicht 7 (auch Layer genannt) repräsentiert die Anwendungsebene wie sie z.B. in den Normen SAE J1979 und J2190 festgelegt ist, die untersten Layer 1 (Physical) und 2 (Data Link) repräsentieren die Hardware. Die dazwischen liegenden Layer 3 (Network) und 5 (Session) sind in ISO 15765-2 und ISO 15765-4 beschrieben. Von Interesse bei gegebener Hardware ist Layer 7.

Die Kommunikation zwischen dem oder den Steuergerät(en) des Fahrzeugs (Server) und dem angeschlossenen Tester (Client) erfolgt als Frage- und Antwortspiel. Frage und Antwort bestehen aus Datenpacketen mit Header-Bytes, Daten-Bytes und abschließendem Checksummen-Byte. Die eigentlichen Daten können 1 bis 7 und 63 oder 255 Byte umfassen, abhängig vom verwendeten Standard. Der Datenbus wurde vorrangig für die Kommunikation zwischen verschiedenen Steuergeräten (Knoten, Nodes) im Fahrzeug entwickelt, um die Verkabelung zwischen diesen Knoten (Motor-Kontroller, Getriebe-Kontroller, ABS-Kontroller, Komfort-Kontroller usw. usw.) kostengünstig gestalten zu können. Der evtl. angeschlossene Tester ist nur ein weiterer Knoten. Die Header-Bytes (1 bis 4 Bytes je nach Standard, bei CAN 11 oder 29 Bit) können u.a. bitcodierde Informationen über die Adressierung (Ziel und Quelle), Adressierungsart (funktional oder physisch), Länge der folgenden Datenbytes und Priorität des Datenpackets enthalten. Bei ISO9141 erfolgt die Adressierung bereits während der Initialisierung. Speziell für Tester entwickelte Chips wie die ELM-Chips übernehmen die Aufgabe, die Header und Checksumme zu interpretieren oder zu erzeugen, so daß sich der Programmierer eines Diagnose-Programms nur um das Datenfeld zu kümmern braucht. Auch die Initialisierung übernehmen diese Chips ebenso selbsttätig wie die Verwendung der richtigen Baudrate.

Im Allgemeinen verwendet OBD2/EOBD eine funktionale Adressierung, das heißt, die tatsächlichen Adressen des jeweiligen Steuergerätes müssen nicht (und können meist auch nicht) bekannt sein. Die im Folgenden beispielhaft gezeigten Funktionen (Mode, PID) werden von jedem OBD2/EOBD-fähigen Steuergerät verstanden. Es lassen sich somit universale Diagnosegeräte verwenden. Im Unterschied dazu gibt es die absolute Adressierung, wenn das Steuergerät und dazu die absoluten Speicheradressen bekannt sind. Herstellerspezifische Diagnosegeräte können daher oftmals eine absolute Adressierung verwenden.

Die Normen haben den Nodes folgende Bereiche hexadezimaler Adressen zugeordnet:

 

Hex-Adr.	Bezeichnung
10-17	Motor-Steuergeräte
18-1F	Getriebe-Steuergeräte
20-27	Hersteller-spezifische Erweiterung für Fahrwerk
28-2F	Bremsen-Steuergeräte
30-37	Lenkungs-Steuergeräte
38-3F	Federungs-Steueräte
40-57	Hersteller-spezifische Erweiterung für Karosserie
58-5F	Gurtanschnall-Systeme
60-6F	Fahrer-Informationssysteme
70-7F	Beleuchtung
80-8F	Unterhaltung/Audio
90-97	Persönliche Kommunikation
98-9F	Klima-Automatik
0A-BF	Komfort (Türen, Sitze, Fenster etc.)
C0-C7	Sicherheits-Systeme
C8	Zubehör-Anschluß-Dienste
C9	Wechselspannungswandler
CA	Wechsel-/Gleichspannungswandler
CB	Energiespeicher-Management
CC-CF	reserviert für künftige Erweiterungen
D0-EF	reserviert für Hersteller-spezifische Aufgaben
F0-FD	externe Tester / Diagnose-Geräte

Damit sind - wie bei fast allen Festlegungen in den Normen - auch zukunftsweisende Anwendungen berücksichtigt worden. Auch Fahrzeuge, die es heute noch gar nicht gibt, können also abgedeckt werden.

Die Standards haben zur Diagnose mit OBD2 eine genormte Adressierung festgelegt, die einheitlich für die verwendeten Protokolle gilt. Die Funktionen sind in Funktionsgruppen ( genannt Mode) klassifiziert und innerhalb dieser Modes bezeichnet eine Parameter-Identifikation (kurz PID) eine bestimmte Funktion. Einige Modes besitzen jedoch keine PIDs, andere sog. TIDs (Test-Identifikationen). Die Normen kennen folgende Modes, die ebenfalls in hexadezimaler Schreibweise bezeichnet sind:

 

Mode	Bezeichnung der Abfrage
01	Aktuelle Daten
02	Freeze Frame Daten
03	Diagnose Fehlercodes
04	Löschung Fehlercodes u. gespeicherter Werte
05	Testergebnisse, z.B. Lambdasonde
06	Testergebnisse nicht kontinuierlich überwachter Systeme
07	Testergebnisse kontinuierlich überwachter Systeme
08	besonderer Kontrollmodus
09	Fahrzeug-Informationen, z.B. VIN

Darüber hinaus definiert SAE J2190 weitere Diagnose-Test-Modes im Bereich von Hex 10 bis Hex 7F. Der Bereich 80 - FF ist reserviert für zukünftige Erweiterungen und Hersteller-spezifische Verwendung. Der in der SAE J2190 spezifizierte erweiterte (enhanced) Diagnose-Umfang umfaßt auch nicht-abgasrelevante Bereiche der Kfz-Elektronik. Das hierzulande oft gehörte Statement, OBD2/EOBD betreffe nur die Emissionsüberwachung ist unzutreffend.

 

Mode	Bezeichnung der Abfrage
10	Initiierung der Diagnose-Funktion
11	Modul Reset
12	Freeze Frame Daten
13	Diagnose Fehlercodes
14	Löschung Fehlercodes
17	Abfrage Status der Fehlercodes
18	Abfrage Fehlercodes nach Status
20	Rückkehr in Normalbetrieb des Moduls
21	Diagnosedaten nach Offset-Adresse
22	Diagnosedaten nach PID-Adresse
23	Diagnosedaten nach Speicher-Adresse
24	Abfrage Skalierung und Offset oder PID
25	Datenübertragung Stop
26	Einstellung Datenübertragung
27	Geschützter Zugriff
28	Abschaltung normaler Nachrichtenübertragung
29	Einschaltung normaler Nachrichtenübertragung
2A	Abfrage Diagnose-Datenpackete
2B	Definition Datenpackete nach Offset
2C	Definition Datenpackete
2F	Ein-/Ausgangkontrolle nach PID
30	Ein-/Ausgangkontrolle nach Datenwert ID
31	Start Diagnoseroutine nach Testnummer
32	Stop Diagnoseroutine nach Testnummer
33	Diagnoseroutine Ergebnisse nach Testnummer
34	Anforderung Download
35	Anforderung Upload
36	Datenübertragung
37	Stop Datenübertragung
38	Start Diagnoseroutine nach Adresse
39	Stop Diagnoseroutine nach Adresse
3A	Diagnoseroutine Ergebnisse nach Adresse
3B	Datenblock schreiben
3C	Datenblock lesen
3F	Tester angeschlossen

Üblicherweise bieten nur höherwertige Diagnosesysteme wie Vehikel-Erkunder oder AMX diese erweiterten Modes und deren Funktionen.

Nach dem Initialisierungsprozeß, der bei ISO/KWP, CAN, PWM und VPW unterschiedlich abläuft, sendet der angeschlossene Tester üblicherweise eine Frage und wartet auf die Antwort. Die Initialisierung kann im übrigen auch beinhalten, daß die an den Datenbus angeschlossenen Steuergeräte (Nodes) um Ruhe gebeten werden, um den Datenbus für den Datenverkehr mit dem angeschlosenen Tester möglichst freizuhalten. Die abgesandte Frage des Testers besteht aus einem Mode-Teil und einem PID- oder TID-Teil. An dieser Stelle kann nur ein Auszug der möglichen PIDs und TIDs wieder gegeben werden. Da nicht alle PIDs von jedem Steuergerät unterstützt werden, ist PID hexadezimal 00 immer reserviert für die Abfrage der möglichen PIDs je Mode. Ebenso werden nicht alle Modes immer von jedem Steuergerät unterstützt. Für Mode 01 und 02 sind also die möglichen PIDs:

 

PID	Bezeichnung	Min	Max	Umrechnung
00	unterstützte PIDs, Bereich 01 - 20	Bit-codiert
01	MIL-Status, Anzahl Fehlercodes, Überwachungsstatus	4 Bytes, Bit-codiert
02	Fehlercode, der Freeze Frame Daten gesetzt hat	2 Byte
03	Status Einspritzsystem	2 Bytes, Bit-codiert		offener, geschlossener Loop etc.
04	berechneter Lastwert	0 %	100 %	100/255 %
05	Motor-Kühlwassertemperatur	-40 °C	+215 °C	1 °C mit -40 °C Offset
06	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 1	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
07	Langzeit Einspritztrimm Bank 1	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
08	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 2	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
09	Langzeit Einspritztrimm Bank 2	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
0A	Kraftstoffdruck	0 kPa	765 kPa	3 kPa pro Bit
0B	Absolutdruck Einlaßkanal	0 kPa (absolut)	255 kPa (absolut)	1 kPa pro Bit
0C	Motor-Umdrehungen	0 min-1	16383,75 min-1	0,25 U/min pro Bit
0D	Geschwindigkeit	0 km/h	255 km/h	1 km/h pro Bit
0E	Zündvoreilung	-64 °	63,5 °	0,5 ° mit 0 ° bei 128
0F	Einlaß-Lufttemperatur	-40 °C	+215 °C	1 °C mit -40 °C Offset
10	Luftdurchfluß	0 g/s	655,35 g/s	0,01 g/s
11	Absolute Drosselklappenstellung	0 %	100 %	100/255 %
12	Zusatzluftstatus	Bit-codiert
13	Einbauort Lambdasonden	Bit-codiert
14	Ausgangsspannung Lambdasonde Bank 1, Sensor 1	0 V	1,275 V	0,005 V
	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 1, Sensor 1	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
15	Ausgangsspannung Lambdasonde Bank 1, Sensor 2	0 V	1,275 V	0,005 V
	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 1, Sensor 2	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
16	Ausgangsspannung Lambdasonde Bank 1, Sensor 3	0 V	1,275 V	0,005 V
	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 1, Sensor 3	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
17	Ausgangsspannung Lambdasonde Bank 1, Sensor 4	0 V	1,275 V	0,005 V
	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 1, Sensor 4	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
18	Ausgangsspannung Lambdasonde Bank 2, Sensor 1	0 V	1,275 V	0,005 V
	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 2, Sensor 1	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
19	Ausgangsspannung Lambdasonde Bank 2, Sensor 2	0 V	1,275 V	0,005 V
	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 2, Sensor 2	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
1A	Ausgangsspannung Lambdasonde Bank 2, Sensor 3	0 V	1,275 V	0,005 V
	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 2, Sensor 3	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
1B	Ausgangsspannung Lambdasonde Bank 2, Sensor 4	0 V	1,275 V	0,005 V
	Kurzzeit Einspritztrimm Bank 2, Sensor 4	-100 % (mager)	+99,22 % (fett)	100/128 %
1C	OBD Kompatibilität	1 Byte, Hexwert: 04=OBD1, 01=OBD2(CARB), 06=EOBD, 05=kein OBD etc.
1D	Einbauorte Lambdasonden	Bit-codiert, nur wenn PID 13 nicht vorhanden
1E	Status Hilfseingang Power Take Off (PTO) Status	Bit-codiert
1F	Zeit seit Motorstart	0 Sek.	65.535 Sek.	2 Byte, 1 Sek./Bit
20	unterstützte PIDs, Bereich 21 - 40	Bit-codiert
21	Fahrtstrecke seit MIL gesetzt	0 km	65.535 km	2 Byte, 1 km/Bit
22	Kraftstoffdruck relativ zu Einlaßvakuum	0 kPa	5177,27 kPa	0,079 kPa pro Bit
23	Kraftstoffdruck	0 kPa	655.350 kPa	10 kPa pro Bit, nur PID 0A, 22 oder 23 erlaubt
24	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 1, Sensor 1	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsspannung	0 V	7,999 V	0,000122 V
25	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 1, Sensor 2	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsspannung	0 V	7,999 V	0,000122 V
26	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 2, Sensor 1	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsspannung	0 V	7,999 V	0,000122 V
27	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 2, Sensor 2	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsspannung	0 V	7,999 V	0,000122 V
28	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 3, Sensor 1	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsspannung	0 V	7,999 V	0,000122 V
29	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 3, Sensor 2	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsspannung	0 V	7,999 V	0,000122 V
2A	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 4, Sensor 1	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsspannung	0 V	7,999 V	0,000122 V
2B	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 4, Sensor 2	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsspannung	0 V	7,999 V	0,000122 V
2C	Anforderung Abgasrückführsystem	0 % (kein Durchfluß)	100 % (max. Durchfluß)	100/255 %
2D	Verhältnis angeforderte zu aktuelle Abgasrückführung	-100 % (weniger als angefordert)	+99,22 % (mehr als angefordert)	100/128 % (0 % bei 128)
2E	Anforderung Entgasungsmenge	0 % (kein Fluß)	100% (max. Fluß)	100/255 %
2F	Kraftstofftank-Inhalt	0 % (leer)	100 % (voll)	100/255 %
30	Anzahl Warmlaufzyklen seit Fehlercode-Löschung	0	255	1 Zyklus je Zähler
31	Distanz seit Fehlercode-Löschung	0 km	65.535 km	1 km je Zähler
32	Entgasungsdampfdruck	-8192 Pa	+8192 Pa	0,25 Pa pro Bit
33	barometrischer Druck	0 kPa (absolute)	255 kPa (absolut)	1 kPa pro Bit
34	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 1, Sensor 1	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsstrom (PID 34 nur, wenn PID 13 unterstützt)	-128 mA	127,996 mA	0,00390625 mA
35	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 1, Sensor 2	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsstrom (PID 35 nur, wenn PID 13 unterstützt)	-128 mA	127,996 mA	0,00390625 mA
36	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 1, Sensor 3	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsstrom (PID 36 nur, wenn PID 13 unterstützt)	-128 mA	127,996 mA	0,00390625 mA
37	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 1, Sensor 4	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsstrom (PID 37 nur, wenn PID 13 unterstützt)	-128 mA	127,996 mA	0,00390625 mA
38	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 2, Sensor 1	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsstrom (PID 38 nur, wenn PID 13 unterstützt)	-128 mA	127,996 mA	0,00390625 mA
39	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 2, Sensor 2	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsstrom (PID 39 nur, wenn PID 13 unterstützt)	-128 mA	127,996 mA	0,00390625 mA
3A	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 2, Sensor 3	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsstrom (PID 3A nur, wenn PID 13 unterstützt)	-128 mA	127,996 mA	0,00390625 mA
3B	Äquivalenz-Verhältnis Lambdasonde Bank 2, Sensor 4	0	1,999	0,0000305
	Ausgangsstrom (PID 3B nur, wenn PID 13 unterstützt)	-128 mA	127,996 mA	0,00390625 mA
3C	Kat-Substrat Temperatur Bank 1, Sensor 1	-40 °C	+6513,5 °C	0,1 °C/Bit mit -40 °C Offset
3D	Kat-Substrat Temperatur Bank 1, Sensor 2	-40 °C	+6513,5 °C	0,1 °C/Bit mit -40 °C Offset
3E	Kat-Substrat Temperatur Bank 2, Sensor 1	-40 °C	+6513,5 °C	0,1 °C/Bit mit -40 °C Offset
3F	Kat-Substrat Temperatur Bank 2, Sensor 2	-40 °C	+6513,5 °C	0,1 °C/Bit mit -40 °C Offset
40	unterstützte PIDs, Bereich größer 40	Bit-codiert
41	Überwachungsstatus Fahrzyklus	Bit-codiert für kontinuierliche u. nicht-kontin. Überwachungen
42	Eingangsspannung Steuergerät	0 V	65,535 V	0,001 V pro Bit
43	absoluter Lastwert	0 %	25700 %	100/255 %
44	angefordertes Äquivalenz-Verhältnis	0	1,999	0,0000305
45	relative Drosselklappenstellung	0 %	100 %	100/255 %
46	Umgebungstemperatur	-40 °C	+215 °C	1 °C mit -40 °C Offset
47	absolute Drosselklappenstellung B	0 %	100 %	100/255 %
48	absolute Drosselklappenstellung C	0 %	100 %	100/255 %
49	Gaspedalstellung D	0 %	100 %	100/255 %
4A	Gaspedalstellung E	0 %	100 %	100/255 %
4B	Gaspedalstellung F	0 %	100 %	100/255 %
4C	angeforderte Drosselklappen-Stellkontrolle	0 % (geschlossen)	100 % (weit offen)	100/255 %
4D	Motorbetrieb seit Entritt Fehlercode	0 Minuten	65535 Minuten	1 Minute pro Zähler
4E	Zeit seit Fehlercode-Löschung	0 Minuten	65535 Minuten	1 Minute pro Zähler
4F	bis FF reserviert für Erweiterungen

Weitere Tabellen hier aufzulisten oder auch weitere Erklärungen zu o.g. PIDs würde den Rahmen hier sprengen. Nur soviel noch, da die angezeigten Werte oft Mißverständnis hervorrufen:
Der berechnete Lastwerte (PID 04) ist eine fiktive, berechnete Größe, die absolut nichts mit der tatsächlichen aktuellen Leistung eines Motors zu tun hat. Das Motorsteuergerät berechnet sie aus:
aktueller Luftdurchfluß geteilt durch maximaler Luftdurchfluß bei weit geöffneter Drosselklappe bei Standard Temperatur und Druck mal barometrischer Druck geteilt durch 29,92 mal Quadratwurzel aus 298 geteilt durch Umgebungslufttemperatur plus 273.
Nicht alle Modes haben jedoch derart viele PIDs. Mode 03 gibt die gespeicherten Fehlercodes (siehe hier)mit 3 Codes je Antwort zurück. Die Dekodierung zeigt das Beispiel:

0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0	0	0	0	1	1
P		0		1				4				3

Das Programm eines angeschlossenen Testers fragt sinnvollerweise zuerst mit Mode 01 und PID 01 die Anzahl der evtl. vorhandenen Fehlercodes ab und erhält als Antwort im Datenfeld eine Bytefolge zurück beginnend mit 41 (Mode-Antwort zu 01), dann 01 (PID) und darauf die 4 Daten-Bytes, aus denen dann die Anzahl zu dekodieren ist. Dieses Antwortschema ist übrigens immer gleich, d.h. bei einer Abfrage von z.B. Mode 07 wird 47 zurückgegeben mit den dann folgenden Daten. Ist die Anzahl gespeicherter Fehlercodes größer 0, kann das Programm dann die eigentlichen Fehlercodes mit Mode 03 abfragen. Mode 03 kennt keine PIDs. Eine Antwort könnte sein: 43 01 43 01 96 02 34, also somit Fehlercodes P0143, P0196 und P0234.

Mode 04 (ohne weitere PID) löscht folgende Daten oder setzt sie zurück:

• Anzahl Fehlercodes (Mode 01 PID 01)
• Fehlercodes (Mode 03)
• Fehlercode für Freeze Frame Daten (Mode 02 PID 02)
• Freeze Frame Daten (Mode 02)
• Lambdasonden Testdaten (Mode 05)
• Status der System-Überwachungstests (Mode 01 PID 01)
• On-board Überwachungs-Testergebnisse (Modes 06 und 07)
• Zurückgelegte Fahrtstrecke mit aktivierter MIL (Mode 01 PID 21)
• Anzahl Warmlaufzyklen seit gelöschten Fehlercodes (Mode 01 PID 30)
• zurückgelegte Fahrtstrecke seit gelöschten Fehlercodes (Mode 01 PID 31)
• Motorbetrieb seit aktivierter MIL (Mode 01 PID 4D)
• Zeit seit gelöschten Fehlercodes (Mode 01 PID 4E)

Im Erfolgsfall wird 44 zurückgegeben, schlägt der Befehl fehl, wird 7F 04 22 zurückgegeben. Letzteres kann z.B. erfolgen bei unzutreffenden Konditionen. Der Mode 04 Befehl soll bei Zündung ein und Motor aus gegeben werden. Ein Testerprogramm prüft also sinnvollerweise auf den Rückgabewert und teilt dem Anwender mit, daß er gegebenenfalls Zündung ein und Motor aus machen soll. Da bei Löschung mit Mode 04 auch andere Daten gelöscht werden, ist eine vorherige Sicherheitsabfrage an den Anwender vorgeschrieben.

Wie anfangs ausgeführt, ist dies nur ein kleiner Einblick. Nicht alle Modes und alle PIDs werden von einem Steuergerät unterstützt. Eine Diagnose-Software kann daher immer nur die Daten liefern, die ein Fahrzeug auch zur Verfügung stellt.