黃麗芳

（廣州汽車集團(tuán)汽車研究院，廣東 廣州 510640）

隨著汽車電子的發(fā)展，電子控制單元越來越復(fù)雜，車輛故障診斷也越來越重要。汽車的電子控制單元大約有30%～40%的內(nèi)存被用于故障診斷，診斷服務(wù)也越來越豐富，各種服務(wù)子功能也越來越細(xì)化[7]。隨著汽車診斷技術(shù)的發(fā)展，診斷協(xié)議越來越完善。目前應(yīng)用比較廣泛的協(xié)議有ISO14229、ISO15765、ISO14230、SAE J1939。

早在1994年以前，ISO制定了ISO14230。2008年以前，ISO14230是國內(nèi)許多汽車廠商采用的診斷通信標(biāo)準(zhǔn)，是基于K線診斷的。但隨著K線的逐步淘汰，CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)的大力興起，大多數(shù)主機(jī)廠都過渡到基于ISO15765的診斷協(xié)議。但是隨著車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，又出現(xiàn)了MOST、FlexRay、無線網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)并存。為了統(tǒng)一不同網(wǎng)絡(luò)的診斷服務(wù)，ISO制定了一種新的診斷通信協(xié)議，ISO14229-1，也叫UDS（Unified diagnostic services，統(tǒng)一診斷服務(wù)）。UDS診斷服務(wù)不僅用于目前盛行的CAN網(wǎng)絡(luò)，還可以用于以后的MOST、FlexRay、無線網(wǎng)絡(luò)等，為汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展做鋪墊。UDS標(biāo)準(zhǔn)在歐美已經(jīng)普遍使用，國內(nèi)主機(jī)廠也正在逐步往UDS標(biāo)準(zhǔn)過渡，這將是未來的一種發(fā)展趨勢。

1 UDS診斷服務(wù)介紹

UDS診斷服務(wù)包括：診斷和通信管理服務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、存儲數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、輸入輸出控制服務(wù)、例程服務(wù)、上傳/下載服務(wù)。具體的服務(wù)描述見表1。

表1 UDS診斷服務(wù)描述

表1 （續(xù)）

2 ECU診斷功能設(shè)計分析

ECU診斷包括自診斷和外部診斷。

1）自診斷功能：汽車正常運(yùn)行時，ECU實(shí)時監(jiān)測自身輸入輸出及其ECU內(nèi)部狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障會將故障碼存入內(nèi)存，同時根據(jù)故障的輕重等級決定是否點(diǎn)亮報警燈。

2）外部診斷功能：有故障的汽車駕駛到修理廠進(jìn)行維修，維修人員可以利用汽車故障自診斷功能調(diào)出故障碼，快速對故障進(jìn)行定位和修復(fù)。這種在車輛出現(xiàn)故障時，通過外部儀器 （汽車故障診斷儀）與車輛ECU進(jìn)行通信，讀出ECU存儲器內(nèi)的故障信息，查找故障源，排除故障，稱為外部診斷[7]。

接下來將結(jié)合ECU功能原理框圖，分析車載ECU的故障檢測功能。如圖1所示，一個ECU由微控制器（國內(nèi)習(xí)慣稱為單片機(jī)）和外圍電路組成。微控制器是將微型計算機(jī)的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機(jī)，包括中央處理器 （CPU）、存儲器和輸入輸出接口。

ECU將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，根據(jù)存儲的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行對比加工，計算出輸出值，輸出信號再經(jīng)功率放大去控制若干個調(diào)節(jié)伺服元件，例如繼電器和開關(guān)等。

2.1 輸入電路

ECU的輸入信號主要有4種形式：①模擬信號（水溫、油壓、蓄電池電壓等）；②數(shù)字信號 （各種開關(guān)信號等）；③PWM信號 （脈沖信號、頻率信號等）；④網(wǎng)絡(luò)信號 （CAN、LIN上傳輸?shù)男盘枺?。微控制器可以通過監(jiān)測這些信號來判別輸入電路的工作狀況。

在汽車診斷中，采用UDS診斷服務(wù)可以通過讀取數(shù)據(jù)流服務(wù) （0x22）的形式，提供實(shí)時工作數(shù)據(jù)供售后診斷分析，比如電源電壓、輸入電流、水溫、油壓、車速、轉(zhuǎn)速、開關(guān)的關(guān)閉狀態(tài)、PWM的占空比、網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男盘栔档?。同時，以故障碼的形式存儲以下故障：①水溫傳感器、油壓傳感器等對電源短路、斷路、對搭鐵短路；②蓄電池電壓過高/過低；③水溫過高；④開關(guān)粘連；⑤PWM信號異常；⑥CAN/LIN信號丟失；⑦CAN/LIN節(jié)點(diǎn)丟失等。

2.2 微控制器

微控制器包括CPU、時鐘、存儲器、特殊功能I/O（定時器、計數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器、中斷等）。微控制器首先完成傳感器信號的A/D轉(zhuǎn)換、周期脈沖信號測量以及其它有關(guān)汽車行駛狀態(tài)信號的輸入處理，然后計算并控制所需的輸出值，按要求適時地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號。

在汽車診斷中，采用UDS診斷服務(wù)可以通過讀取數(shù)據(jù)流服務(wù) （0x22）的形式，獲取ECU內(nèi)部狀態(tài)信息供售后診斷分析，比如程序刷寫次數(shù)、車輛配置信息、軟硬件版本信息、ECU標(biāo)定狀態(tài)等。同時，以故障碼的形式存儲以下故障：①硬件故障；②EEPROM故障；③配置不匹配；④ECU未標(biāo)定等。

2.3 輸出電路

微控制器輸出的信號往往用作控制電磁閥、指示燈、步進(jìn)電機(jī)等，大多數(shù)為數(shù)字信號。

在汽車診斷中，采用UDS診斷服務(wù)可以通過讀取數(shù)據(jù)流服務(wù) （0x22）的形式，獲取輸出執(zhí)行器的狀態(tài)供售后診斷分析，比如節(jié)氣門開度、指示燈的狀態(tài)、步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)等。同時，以故障碼的形式存儲以下故障：①電磁閥故障；②指示燈輸出對搭鐵短路、對電源短路、開路；③電機(jī)堵轉(zhuǎn)；④燈泡過熱等。針對輸出電路的故障，需要ECU增加故障檢測回路，將會產(chǎn)生一定的成本，廠商應(yīng)該要綜合考慮成本及其故障檢測的必要性，科學(xué)地分析設(shè)計故障檢測功能。

此外，還可以通過輸入輸出控制服務(wù) （0x2F）對ECU的輸出執(zhí)行器進(jìn)行控制，由此判斷執(zhí)行器是否工作正常。

3 UDS診斷服務(wù)的實(shí)際應(yīng)用

結(jié)合以上ECU診斷功能的初步分析，下面以EMS（Engine management system，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)）作為實(shí)際例子，具體分析UDS診斷服務(wù)在車載ECU中的實(shí)際應(yīng)用。圖2為EMS的基本結(jié)構(gòu)及其功能框圖。將ECU的基本結(jié)構(gòu)與UDS診斷服務(wù)功能相結(jié)合，即可得出表2所列功能。

表2 UDS診斷服務(wù)在EMS中的具體應(yīng)用

首先，從輸入電路來看，主要有以下信號：①模擬信號 （車速、轉(zhuǎn)速、蓄電池電壓、水溫）；②數(shù)字信號 （檔位、選擇器桿的狀態(tài)、節(jié)氣門開關(guān)狀態(tài)、加速踏板開關(guān)狀態(tài)、空調(diào)開關(guān)狀態(tài)、制動開關(guān)狀態(tài)、巡航開關(guān)狀態(tài)、照明開關(guān)狀態(tài)）；③PWM信號 （加速踏板位置、離合器位置、節(jié)氣門開度）；④網(wǎng)絡(luò)信號 （CAN、LIN上傳輸?shù)男盘枺?/p>

其次，從微控制器來看，主要有CPU、隨機(jī)存儲器、只讀存儲器。

再次，從輸出電路來看，主要有以下執(zhí)行器：①怠速控制閥；②廢氣再循環(huán)電磁閥；③炭罐電磁閥；④指示器；⑤起動器/繼電器。

而從UDS診斷服務(wù)來分析，主要有以下幾項(xiàng)基本功能：①數(shù)據(jù)流及其版本信息的讀取與寫入；②讀取ECU的故障信息；③清除ECU的故障信息；④輸入輸出控制；⑤例程控制；⑥程序下載。

4 總結(jié)

隨著電子技術(shù)和軟件技術(shù)的應(yīng)用，診斷技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，貫穿到產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計、測試驗(yàn)證、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)等車輛的整個生命周期。除了以上提到的讀取故障信息、讀取數(shù)據(jù)流等基本診斷功能外，ECU還可以實(shí)現(xiàn)在線配置、防盜匹配、背光評審、車輛事故分析、零件管理等功能。

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，診斷功能的應(yīng)用將越來越廣，從而使得整車品質(zhì)和售后服務(wù)越來越好，排放越來越少！

［1］ISO11898—2006-P1 Data Link Layer and Physical Signalling［S］.

［2］ISO11898—2003-P2 High-Speed medium access unit［S］.

［3］ISO11898—2006-P3 Low-Speed_fault-tolerant_medium dependent interface［S］.

［4］ISO15765-2 Road vehicles–Diagnostics on CAN–Part2:Network layer services（2000）［S］.

［5］ISO15765-3 Road vehicles–Diagnostics on CAN–Part 3:Implementation of Diagnostic Services（2005）［S］.

［6］ISO14229-1 Road Vehicles-Dianostic Systems Diagnostic Services Specification［S］.

［7］曹傳云，陳志剛.汽車電控發(fā)動機(jī)診斷服務(wù)功能的開發(fā)與應(yīng)用［J］. 汽車工程師， 2010, （8）： 45-47， 53.