陳姿霖，宋磊鋒，張龍崗，董 海

（陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，陜西 西安 710200）

基于UDS的整車(chē)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

陳姿霖，宋磊鋒，張龍崗，董 海

（陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，陜西 西安 710200）

介紹基于UDS的整車(chē)診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和方法，分析設(shè)計(jì)過(guò)程中需要關(guān)注的硬件和軟件方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，系統(tǒng)地闡述整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。

診斷功能；診斷協(xié)議；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的大量應(yīng)用，提高了車(chē)輛性能，增加了新功能，同時(shí)也產(chǎn)生了新的問(wèn)題。電控系統(tǒng)自身的故障，可能導(dǎo)致汽車(chē)失控和不能運(yùn)行。從可靠性、安全性和可維護(hù)性的角度，汽車(chē)電控系統(tǒng)必須具備故障自診斷功能。而目前使用最廣泛、最成熟的為CAN總線通信技術(shù)，診斷技術(shù)也就從基于K線過(guò)渡為CAN線，本文主要描述的是基于CAN總線的統(tǒng)一診斷的設(shè)計(jì)方法。

診斷功能主要是指在汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，電控單元不斷監(jiān)控系統(tǒng)各組成部分的工作情況，判斷出具體的故障，以代碼形式存儲(chǔ)下來(lái)。同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)跛行模式，使故障車(chē)輛能夠被駕駛到修理廠進(jìn)行維修，維修人員使用外部測(cè)試設(shè)備請(qǐng)求故障碼，對(duì)故障進(jìn)行快速定位和維修。診斷功能由硬件和軟件兩部分實(shí)現(xiàn)，硬件包括診斷設(shè)備、診斷接口、連接線束等；軟件包括診斷協(xié)議、診斷策略、診斷代碼、診斷數(shù)據(jù)庫(kù)等。

1 診斷協(xié)議發(fā)展沿革

1994 年，美國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)（SAE）在第1代車(chē)載診斷標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一了故障代碼和軟硬件結(jié)構(gòu)，制定了第2代在線診斷標(biāo)準(zhǔn)OBD-Ⅱ（European On Board Diagnose），它側(cè)重于與排放控制相關(guān)的診斷。隨著OBD-Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)被世界各汽車(chē)公司接受，該標(biāo)準(zhǔn)很快成為世界汽車(chē)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，汽車(chē)故障診斷標(biāo)準(zhǔn)逐漸走向統(tǒng)一。

20世紀(jì)90年代，許多汽車(chē)廠商采用ISO 14230和ISO 9141診斷協(xié)議。而歐洲汽車(chē)領(lǐng)域廣泛使用的車(chē)載診斷協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是KWP 2000（Keyword Protocol 2000），該協(xié)議最初是基于K線形成的一套完整的車(chē)載診斷服務(wù)，并且滿足E-OBD標(biāo)準(zhǔn)。

2000 年，ISO制定了一種基于CAN總線的診斷系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)ISO 15765，以ISO 14229-1定義的服務(wù)為基礎(chǔ)，規(guī)范了基于CAN總線的診斷服務(wù)UDS on CAN（unified diagnostic services，統(tǒng)一診斷服務(wù)），包括網(wǎng)絡(luò)定時(shí)、應(yīng)用層定時(shí)等詳細(xì)內(nèi)容，并與ISO 14230應(yīng)用層的服務(wù)和參數(shù)完全兼容。在使用CAN總線通信的車(chē)上，通過(guò)一套傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)通信和診斷功能。UDS統(tǒng)一診斷服務(wù)是汽車(chē)診斷技術(shù)的通用診斷標(biāo)準(zhǔn)。陜汽目前使用ISO 15765診斷協(xié)議。

2 診斷系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 診斷設(shè)備

采用統(tǒng)一的整車(chē)專用診斷設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)電控系統(tǒng)的故障診斷、數(shù)據(jù)刷寫(xiě)、產(chǎn)品配置、功能檢測(cè)等操作。

2.2 診斷接口

整車(chē)診斷接口采用ISO 15031中定義的DB16接口，如圖1所示。診斷儀連接到接口上，通過(guò)6和14腳對(duì)控制器進(jìn)行診斷。

圖1 DB16診斷接口

2.3 連接線束

陜汽車(chē)型通信系統(tǒng)使用的是成熟的CAN通信技術(shù)，診斷使用的是基于CAN總線的UDS診斷，二者使用一套傳輸媒介，采用非屏蔽雙絞線，線束拓?fù)鋮?shù)見(jiàn)圖2，參數(shù)值要求見(jiàn)表1。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖

表1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值要求

3 診斷系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)診斷功能的關(guān)鍵因素是診斷協(xié)議，它的作用是：描述一系列的診斷服務(wù)；定義ECU與診斷儀之間的請(qǐng)求響應(yīng)規(guī)則；ECU對(duì)于請(qǐng)求報(bào)文的處理行為以及請(qǐng)求；響應(yīng)報(bào)文信息含義。診斷協(xié)議是ECU與診斷儀之間進(jìn)行診斷通信必不可少的一部分。診斷協(xié)議主要包括診斷ID、診斷服務(wù)、故障列表、數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符列表。

3.1 診斷協(xié)議

3.1.1 診斷報(bào)文ID和報(bào)文格式定義

診斷系統(tǒng)報(bào)文采用CAN擴(kuò)展幀（29位標(biāo)識(shí)符）形式發(fā)送，CAN標(biāo)識(shí)符含義見(jiàn)表2。診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)了功能尋址和物理尋址2種尋址方式，CAN報(bào)文格式見(jiàn)表3、表4。N_PCI見(jiàn)表5。

表2 診斷CAN標(biāo)識(shí)符

表3 物理尋址CAN幀格式

表4 功能尋址CAN幀格式

表5 N_PCI

3.1.2 診斷服務(wù)

根據(jù)陜汽車(chē)型的具體設(shè)計(jì)，從ISO 15765中選擇UDS診斷服務(wù)用于診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，如表6所示。

表6 UDS增強(qiáng)型診斷服務(wù)

3.1.3 診斷報(bào)文數(shù)據(jù)流

以診斷會(huì)話控制服務(wù)（10 h）為例，簡(jiǎn)單描述請(qǐng)求、肯定/否定應(yīng)答報(bào)文傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，如表7～表10所示。

表7 診斷請(qǐng)求

表8 肯定響應(yīng)

表9 否定響應(yīng)

表10 否定響應(yīng)碼

肯定應(yīng)答的服務(wù)標(biāo)識(shí)符是在請(qǐng)求服務(wù)標(biāo)識(shí)符的基礎(chǔ)上加40 h；否定應(yīng)答統(tǒng)一使用7Fh表示，具體否定的原因見(jiàn)否定響應(yīng)碼的定義。

3.2 診斷策略和診斷代碼

控制器的診斷策略是根據(jù)驅(qū)動(dòng)的選型來(lái)確定，并通過(guò)故障檢測(cè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如控制器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器通過(guò)繼電器低邊驅(qū)動(dòng)，則能檢測(cè)出繼電器的開(kāi)路、短路故障；通過(guò)MOSFET高邊驅(qū)動(dòng)，則能檢測(cè)出開(kāi)路、對(duì)搭鐵短路故障。根據(jù)診斷協(xié)議編寫(xiě)診斷代碼。圖3為驅(qū)動(dòng)電路圖。

3.3 診斷數(shù)據(jù)庫(kù)建立

根據(jù)控制器的診斷規(guī)范，使用CANdelaStudio軟件編制cdd診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，使用CANdito軟件加載cdd數(shù)據(jù)庫(kù)后，對(duì)控制器進(jìn)行診斷功能測(cè)試，如圖4所示。

3.4 測(cè)試驗(yàn)證

根據(jù)控制器診斷規(guī)范，利用CANdito軟件進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)數(shù)據(jù)流生成測(cè)試報(bào)告，測(cè)試階段是反復(fù)進(jìn)行測(cè)試-驗(yàn)證的過(guò)程，診斷功能測(cè)試報(bào)告見(jiàn)表11。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)完美的自診斷系統(tǒng)，需要不斷地對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，對(duì)控制器進(jìn)行測(cè)試和完善，這是診斷工程師的奮斗目標(biāo)。

圖3 驅(qū)動(dòng)電路

圖4 CANdito和CANdealStudio

表11 診斷功能測(cè)試報(bào)告

［1］ 羅峰，孫澤昌.汽車(chē)CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［2］ 魯植雄.汽車(chē)CAN總線故障診斷圖解［M］.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

［3］ 蔡浩.汽車(chē)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)［D］.上海：上海交通大學(xué)，2009.

［4］ Road vehicles-Unified diagnostic services （UDS）-Specification and requirements［S］.2006.

［5］ Road vehicles-Controller area network（CAN）-Part 1：Data Link Layer and physical signaling［S］.2003.

（編輯 心 翔）

Vehicle Diagnosis and Design Method Based On UDS

CHEN Zi-lin， SONG Lei-feng， ZHANG Long-gang， DONG Hai
（Automobile Engineering Research Institute， Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.， Ltd.， Xi，an 710200， China）

This paper introduces design idea and method of vehicle diagnostic system based on UDS， analyzes key points in hardware and software design， and demonstrates the whole design process systematically.

diagnostic function；diagnostic protocol；hardware design；software design

U463.6

A

1003-8639（2017）04-0014-04

2016-08-26

陳姿霖（1984-），女，工程師，主要從事整車(chē)CAN總線系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)及自動(dòng)化測(cè)試工作；宋磊鋒（1989-），男，工程師，主要從事整車(chē)CAN、LIN系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)及自動(dòng)化測(cè)試工作；張龍崗（1984-），男，工程師，主要從事計(jì)量設(shè)計(jì)工作；董海（1983-），男，工程師，主要從事自動(dòng)化測(cè)試工作。