黃麗芳

（廣州汽車(chē)集團(tuán)汽車(chē)研究院，廣東 廣州 510640）

隨著汽車(chē)電子的發(fā)展，電子控制單元越來(lái)越復(fù)雜，車(chē)輛故障診斷也越來(lái)越重要。汽車(chē)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(lái)越豐富，各種服務(wù)子功能也越來(lái)越細(xì)化[7]。隨著汽車(chē)診斷技術(shù)的發(fā)展，診斷協(xié)議越來(lái)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(guó)內(nèi)許多汽車(chē)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(guò)渡到基于ISO15765的診斷協(xié)議。但是隨著車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，又出現(xiàn)了MOST、FlexRay、無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)等，為汽車(chē)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(guó)內(nèi)主機(jī)廠也正在逐步往UDS標(biāo)準(zhǔn)過(guò)渡，這將是未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)。

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(chǔ)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(jiàn)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(jì)分析

ECU診斷包括自診斷和外部診斷。

1）自診斷功能：汽車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，ECU實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身輸入輸出及其ECU內(nèi)部狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障會(huì)將故障碼存入內(nèi)存，同時(shí)根據(jù)故障的輕重等級(jí)決定是否點(diǎn)亮報(bào)警燈。

2）外部診斷功能：有故障的汽車(chē)駕駛到修理廠進(jìn)行維修，維修人員可以利用汽車(chē)故障自診斷功能調(diào)出故障碼，快速對(duì)故障進(jìn)行定位和修復(fù)。這種在車(chē)輛出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)外部?jī)x器 （汽車(chē)故障診斷儀）與車(chē)輛ECU進(jìn)行通信，讀出ECU存儲(chǔ)器內(nèi)的故障信息，查找故障源，排除故障，稱(chēng)為外部診斷[7]。

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

ECU將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，根據(jù)存儲(chǔ)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比加工，計(jì)算出輸出值，輸出信號(hào)再經(jīng)功率放大去控制若干個(gè)調(diào)節(jié)伺服元件，例如繼電器和開(kāi)關(guān)等。

2.1 輸入電路

ECU的輸入信號(hào)主要有4種形式：①模擬信號(hào)（水溫、油壓、蓄電池電壓等）；②數(shù)字信號(hào) （各種開(kāi)關(guān)信號(hào)等）；③PWM信號(hào) （脈沖信號(hào)、頻率信號(hào)等）；④網(wǎng)絡(luò)信號(hào) （CAN、LIN上傳輸?shù)男盘?hào)）。微控制器可以通過(guò)監(jiān)測(cè)這些信號(hào)來(lái)判別輸入電路的工作狀況。

在汽車(chē)診斷中，采用UDS診斷服務(wù)可以通過(guò)讀取數(shù)據(jù)流服務(wù) （0x22）的形式，提供實(shí)時(shí)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(chē)速、轉(zhuǎn)速、開(kāi)關(guān)的關(guān)閉狀態(tài)、PWM的占空比、網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男盘?hào)值等。同時(shí)，以故障碼的形式存儲(chǔ)以下故障：①水溫傳感器、油壓傳感器等對(duì)電源短路、斷路、對(duì)搭鐵短路；②蓄電池電壓過(guò)高/過(guò)低；③水溫過(guò)高；④開(kāi)關(guān)粘連；⑤PWM信號(hào)異常；⑥CAN/LIN信號(hào)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(shí)鐘、存儲(chǔ)器、特殊功能I/O（定時(shí)器、計(jì)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(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、周期脈沖信號(hào)測(cè)量以及其它有關(guān)汽車(chē)行駛狀態(tài)信號(hào)的輸入處理，然后計(jì)算并控制所需的輸出值，按要求適時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)。

在汽車(chē)診斷中，采用UDS診斷服務(wù)可以通過(guò)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(xiě)次數(shù)、車(chē)輛配置信息、軟硬件版本信息、ECU標(biāo)定狀態(tài)等。同時(shí)，以故障碼的形式存儲(chǔ)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(hào)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(hào)。

在汽車(chē)診斷中，采用UDS診斷服務(wù)可以通過(guò)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(mén)開(kāi)度、指示燈的狀態(tài)、步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)等。同時(shí)，以故障碼的形式存儲(chǔ)以下故障：①電磁閥故障；②指示燈輸出對(duì)搭鐵短路、對(duì)電源短路、開(kāi)路；③電機(jī)堵轉(zhuǎn)；④燈泡過(guò)熱等。針對(duì)輸出電路的故障，需要ECU增加故障檢測(cè)回路，將會(huì)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(cè)的必要性，科學(xué)地分析設(shè)計(jì)故障檢測(cè)功能。

此外，還可以通過(guò)輸入輸出控制服務(wù) （0x2F）對(duì)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(dòng)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(chē)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(lái)看，主要有以下信號(hào)：①模擬信號(hào) （車(chē)速、轉(zhuǎn)速、蓄電池電壓、水溫）；②數(shù)字信號(hào) （檔位、選擇器桿的狀態(tài)、節(jié)氣門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、加速踏板開(kāi)關(guān)狀態(tài)、空調(diào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、制動(dòng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、巡航開(kāi)關(guān)狀態(tài)、照明開(kāi)關(guān)狀態(tài)）；③PWM信號(hào) （加速踏板位置、離合器位置、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度）；④網(wǎng)絡(luò)信號(hào) （CAN、LIN上傳輸?shù)男盘?hào)）。

其次，從微控制器來(lái)看，主要有CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器。

再次，從輸出電路來(lái)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(dòng)器/繼電器。

而從UDS診斷服務(wù)來(lái)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(xiě)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(lái)越廣泛，貫穿到產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、測(cè)試驗(yàn)證、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)等車(chē)輛的整個(gè)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(píng)審、車(chē)輛事故分析、零件管理等功能。

隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，診斷功能的應(yīng)用將越來(lái)越廣，從而使得整車(chē)品質(zhì)和售后服務(wù)越來(lái)越好，排放越來(lái)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(chē)電控發(fā)動(dòng)機(jī)診斷服務(wù)功能的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［J］. 汽車(chē)工程師， 2010, （8）： 45-47， 53.