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Diagnosesysteme im Automobil
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Allgemeine Grundlagen
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Veränderungen in der Automobilindustrie
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Allgemeine Grundlagen
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Amerika Europa
(ohne D)Deutschland Asien Japan
4,2
7,3
4,6
2,8
4,9
6,6
12,2
7,77
7,7
Milliard
en
Do
llar
pro
Jah
r
Marktvolumen und Wachstum in der
Automobilelektronik
2006
2011
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■ Wettbewerbs-/ Kostendruck
■ Individualisierung des Automobils
■ Wachsendes Komfortbedürfnis
■ Wachsendes Sicherheitsbedürfnis
■ Rohstoffverknappung
■ Umwelt-/ Emissionsschutz
■ Neue Märkte und Kundengruppen
■ Gesellschaftliche Entwicklungen
■ Gesetzgebung
Faktoren der Veränderungen
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Allgemeine Grundlagen
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■ 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 Produktions-
kosten steigen.
■ Vernetzung und Funktionalitätserweiterung durch Software
Um die Vielzahl der Elektronikkomponenten und Fahrzeugsysteme zu
verknüpfen, wird die Softwareentwicklung zu einer Schlüssel-
kompetenz 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.
Veränderungen in der Automobilindustrie
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Allgemeine Grundlagen
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Deutsches Mittelklasse Fahrzeug (Stand 2007)
Entwicklung bei derKommunikation im Fahrzeug
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Allgemeine Grundlagen
CAN
FBAS
CAN-Extented
ACCSpurwechsel-
assistent Master
Spurhalte-
assistent
Spurwechsel-
assistent Slave
LVDS
RS232
MMI
Display
MMI
Bedienteil
CAN
LM
AFS L
LM
AFS R
LIN
Sitzbelegung
FBS-Bus
EZS
Keyless Go
LIN
Trigger
vo li
Trigger
vo re
Trigger
hi li
Trigger
hi re
Antenne
Dach
LIN
Wischer RLS
SAD
LIN
Sounder IRÜLIN
LVS
Diagnosestecker
K-Line
CAN-Diagnose
MOST
Laufwerk 2
Laufwerk 1
Head-Unit
Telefon/Handy
Vorbereitung
DSP
Navigation
TV-Tuner
Digitalradio
K-Box
SDS
MFL
LINDou-Sensor
Motor
Motor 2
AAS
LWR
Getriebe
ESP
SM
Airbag
CAN-Antrieb
CAN-Komfort
LS
Tür Fahrer
Tür hinten L
Tür Beifahrer
Tür hinten R
Sitzmemory F RDK
Sitzmemory B
Anhängererk.
Klima hinten
Batt.-Manager
Einparkhilfe
ILM Fahrer
ILM Beifahrer
ILM hinten
Heckdeckelst.
ILM hinten 2 Standheizung Klima RearViewCam
ELV
CAN-Kombi
Gateway
Kombi-
instrument
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■ 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
Entwicklung bei derKommunikation im Fahrzeug
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Allgemeine Grundlagen
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Steigende Komplexität– Herausforderung
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Allgemeine Grundlagen
Ursache
Steckfehler
am
Gateway
Wirkung
8 Fehlermeldungen
Motorelektronik
10 Fehlermeldungen
Zentralelektrik
12 Fehlermeldungen
Komfortsystem
3 Fehlermeldungen
Gateway
5 Fehlermeldungen
Kombiinstrument
38 Fehlermeldungen
in 5 Steuergeräten
für eine Ursache!
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Steigende Komplexität – Lösungen
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Allgemeine Grundlagen
Elektronische Einspritzung
Elektronische Zündung
Check Control
Geschwindigkeitsregler
Zentralverriegelung
1970 - 1979
Elektronische Getriebe-
steuerung
Elektronische Klimaregelung
ASR Anti Schlupf Regulierung
ABS Anti Blockier System
Telefon
Sitzheizungssteuerung
Automatische Spiegelabblendg.
1980 - 1989
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
1990 - 1999
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
LH2
Spurwechselassistent
Personalisierung
Software Update
Force Feedback Pedal
2000 - 2009
Neue
Technologien,
Strategien,
Prozesse,
Standardisierung,
Tools, …
Komplexität
Kosten
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Überblick
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Was ist Fahrzeugdiagnose?
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Überblick
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
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Kommunikation im Fahrzeug*
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Überblick
On-Board Kommunikation
Off-Board Kommunikation
Motor
Steuergerät
Getriebe
Steuergerät
ABS
Steuergerät
Low-Speed-Bus (Komfort-CAN)
…
Karosserie
Steuergerät
Reifendruck
Steuergerät
Tür
Steuergerät
Sensor
vorn links
High-Speed-Bus (Antriebs-CAN, FlexRay)
Sub-Bus (LIN)
…
MMINavigation
Kamera
Infotainment-Bus (MOST)Sub-Bus
(FBAS)
…
Werkstatt-
tester
Produktions-
testerAbgastester
Entwicklungs-
tester
Applikations-
tools
Diagnosebus
CAN
(Ethernet)
…
*vereinfacht
Kombi-
instrument
Gateway
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Open System Interconnection (OSI) Schichtenmodell (ISO 1978)
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Überblick
Schicht Bezeichnung Anwendung im Fahrzeug
7 Application Layer(Anwendung)
Anwendungsprogramm, fertige Dienste, z.B.
Fehlerspeicher lesenDiagnoseprotokolle
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 Data Link Layer(Sicherung)
Botschaftsaufbau, Buszugriff, Fehlererkennung,
FlussregelungBussysteme
1 Physical Layer(Bitübertragung)
Signalpegel, Bitkodierung
* Werden für Anwendungen im Fahrzeug z. Z. nicht verwendet; Aufgaben werden von den anderen Schichten übernommen.
Busleitungen und Steckverbinder (Mechanik)
Eigentliche Anwendung (On-Board z.B. Motorsteuerung oder Off-Board z.B. Diagnosetester)
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Standards:Bussysteme (Schicht 1, 2)
Herausforderung Fahrzeugdiagnose Überblick
Bustyp Anwendung EU-Standard US-Standard
Zeichen-basiert (UART):
K/L-Line Diagnose ISO 9141
J1708 Diagnose,
Class A OnBoard
SAE J1708 Truck & Bus
LIN Class A OnBoard Herstellerkonsortium SAE J2602
PWM-basiert:
J1850 Diagnose,
Class A/B OnBoard
SAE J1850 PWM Ford, VPW(M)
GM, Chrysler
Bitstrom-basiert:
CAN 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)
SAE J2284 Passenger Cars
SAE J1939 Truck and Bus
TTCAN Class C+ OnBoard ISO 11898-4 Bosch
FlexRay Class C+ OnBoard Herstellerkonsortium
TTP Class C+ OnBoard Herstellerkonsortium
MOST Infotainment Herstellerkonsortium
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Transport- & Diagnoseprotokolle (Schicht 4, 7)
Herausforderung Fahrzeugdiagnose Überblick
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
Protokoll Anwendung EU-Standard US-Standard
ISO 9141-CARB Diagnose
US OBD
ISO 9141-2 veraltete US-
Diagnoseschnittstelle
SAE J1979, J2190
KWP 2000 Diagnose
allgemein und OBD
ISO 14230 Diagnostics on K-Line
ISO/DIS 15765 Diagnostics on CAN
Keyword Protocol 2000
UDS Diagnose
allgemein und OBD
ISO 14229
Unified Diagnostic Services
OBD Diagnose
US OBD, EOBD
ISO 15031
Identisch mit US-Standards
SAE J1930, J1962, J1978,
J1979, J2012, J2186
CCP / XCP Applikation ASAM AE MCD 1
ISO/OSI-Schicht 4 – Transport Layer:
ISO/OSI-Schicht 7 – Application Layer:
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Standards für On- & Off-Board Diagnoseanwendungen
Herausforderung Fahrzeugdiagnose Überblick
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 Hardware
Abstraction Layer
ISO/DIS 22900-2 MVCI D-PDU API, API für den Zugriff auf die
Hardware (VCI)
HIS Flashen,
Hardwaretreiber
Hersteller Initiative Software (HIS)
Softwaremodule für Steuergeräte
OSEK/VXD Betriebssystem
Kommunikation
Netzwerk-
management
ISO 17356-3 OSEK OS
ISO 17356-4 OSEK COM
ISO 17356-5 OSEK NM
AUTOSAR ECU-Software-
Architectur
Softwarearchitektur zukünftiger Steuergeräte
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Überblick
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
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.
Ein Standard ist die Summe der Interessen der im
Standardisierungsgremium Beteiligten
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Wie entstehen Standards?
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Die weiteren Themen dieses Seminars
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Herausforderung Fahrzeugdiagnose Überblick
Bussysteme
Transport- und Diagnoseprotokolle
Anwendungsebene: ASAM – Standards für
Messen, Kalibrieren und Diagnose
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Herzlichen Dank
für Ihre
Aufmerksamkeit!
Wenn Sie Fragen haben, sprechen Sie
uns bitte an. Wir helfen Ihnen gerne.
www.emotive.de
Diagnosesysteme im Automobil
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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
Referenten
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Referenten Literatur Normen Abkürzungen
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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 Automo-bil. Franzis Verlag, 1. Auflage, 2007
Rausch, M.: FlexRay. Grundlagen, Funktionsweise, Anwendung. Hanser Ver-lag, 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
Literatur
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Referenten Literatur Normen Abkürzungen
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Normen und Standards I
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Referenten Literatur Normen Abkürzungen
Standard Beschreibung
ISO 11898 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)
ISO 14229 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
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Normen und Standards II
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Referenten Literatur Normen Abkürzungen
Standard Beschreibung
ISO 15031 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)
ISO 27145 Road vehicles – Implementation of WWH-OBD communication requirements
(All Parts)
ISO 10646 Information technology – Universal Multiple-Octet Coded Character Set (UCS), 2003
ISO 11578 Information technology – Open Systems Interconnection
Remote Procedure Call (RPC), 1996
ISO 8859 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 ASAM-Spezifikationen, www.asam.net
ODX, FIBEX, CCP, XCP, ASAP2, MCD 3-Server
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Normen und Standards III
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Referenten Literatur Normen Abkürzungen
Standard Beschreibung
ISO 22900 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)
ISO 22901 Road vehicles – ASAM MCD 2D (ODX)
Data Model Specification Version 2.1.0, 2006 (eingereicht als ISO/DIS 22901-1)
ISO/WD
13209
Road vehicles – Open test sequence exchange format (OTX)
Part 1: General Information, Use Cases and Requirements
Part 2: Data model specification
ISO 3166 Codes for the representation of names of countries and their subdivisions
Part 1 Country codes, 2006
ISO 639 Codes for the representation of names of languages
Part 1: Alpha-2 code, 2002
LIN LIN-Spezifikationen, www.lin-subbus.org
FlexRay FlexRay-Spezifikationen, www.flexray.com
MOST MOST-Spezifikationen, www.mostcorporation.com
CAN CAN-Spezifikationen, siehe ISO 11898 und www.can.bosch.com
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Symbole und Abkürzungen I
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Referenten Literatur Normen Abkürzungen
Abkürzung Beschreibung
AE Automotive Electronics
API Application Programming Interface
ASAM Association for Standardization of Automation and Measuring Systems
ASCII American Standard for Character Information Interchange
Big Endian
Little Endian
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.
CAN Controller Area Network
CARB California Air Resources Board
CCP CAN Calibration Protocol
CRC Cyclic Redundancy Check
DOP Data Object Property
DTC Diagnostic Trouble Code
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Symbole und Abkürzungen II
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Referenten Literatur Normen Abkürzungen
Abkürzung Beschreibung
ECU Electronic Control Unit
EOBD European On Board Diagnosis
EOL End of Line Programming
EPA Environmental Protection Agency
FIBEX Field Bus Exchange Format
GMT Greenwich Mean Time
KWP Keyword Protocol
LEV Sub-Function Level
LIN Local Interconnect Network
LSB Least Significant Byte
MCD Measurement, Calibration and Diagnosis
MIL Malfunction Indicator Light
MOST Media Oriented System Transport
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Symbole und Abkürzungen III
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Referenten Literatur Normen Abkürzungen
Abkürzung Beschreibung
MSB Most Significant Byte
Nibble Bezeichnung für 4 zusammengehörende Datenbits
OBD On Board Diagnosis
ODX Open Diagnostic Data Exchange
OEM Original Equipment Manufacturer
OSI Open System Interconnection
OTX Open Test Sequence Exchange
PDU Protocol Data Unit
PDX Packaged ODX
PID Parameter Identifier
ROM Read Only Memory
RAM Random Access Memory
SDU Service Data Unit
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Symbole und Abkürzungen IV
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Referenten Literatur Normen Abkürzungen
Abkürzung Beschreibung
SID Service Identifier
TP Transport Protocol
TTCAN Time Triggered CAN
UART Universal (Serial) Asynchronous Receiver and Transmitter
UDS Unified Diagnostic Services
UML Unified Modeling Language
UTC Coordinated Universal Time
VMM Vehicle Message Matrix
W3C World Wide Web Consortium
XCP Universal Measurement and Calibration Protocol
XML Extensible Markup Language
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