胡艷峰

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

隨著汽車技術的快速發(fā)展，汽車性能不斷提高，汽車電子控制裝置在汽車上的應用越來越多，傳統(tǒng)的汽車布線難以滿足汽車技術發(fā)展的要求，因此汽車總線技術越來越受到主機廠的關注。目前CAN總線技術在汽車上已被廣泛應用，并且在相當長一段時間內仍將占據主流地位。與此同時，總線的診斷技術也在同時成長壯大。本文將著重對電動汽車CAN總線的診斷系統(tǒng)設計進行探討。

1 診斷標準概述

標準化的診斷方式是車載自診斷方法的主流。提到診斷，首先讓人想到診斷標準，不同類型的總線的診斷都是基于一定的診斷標準進行。ISO 9141、ISO 14230、ISO／DIS l5765都是早期診斷使用的K線標準。隨著之后CAN總線技術的應用，關于CAN總線的診斷標準也隨之應運而生。ISO 15765是基于CAN總線的診斷標準，但是其診斷內容更主要是針對有關排放系統(tǒng)；ISO 14229（UDS，Unified Diagnosis Services）統(tǒng)一診斷服務定義了一系列的通用的診斷服務功能；SAE J1939針對于重型載貨汽車、大客車的應用，規(guī)定了一系列的DM診斷報文。本文將闡述的CAN總線診斷系統(tǒng)是基于UDS及ISO 15765。

2 診斷拓撲結構

為什么要有診斷呢？診斷及故障診斷，它包含兩方面內容：一是對設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，多用于車輛設計完成并裝車后的功能驗證，是技術人員的設計手段；二是在發(fā)現(xiàn)異常情況后對設備的故障進行分析、診斷，這種情況多用于4S店工作人員對故障件的故障排查及定位，以便定位、解決故障并反饋給技術人員。診斷的存在大大方便了故障的排查，即使完全不了解設計的銷售人員也可以進行。

診斷的方式是什么呢？診斷時要用到診斷設備，一般稱之為診斷儀。車輛設計過程中都會有診斷接口，用于診斷儀接入進行診斷。在總線型拓撲結構中，當車輛網絡只有一條CAN總線時，可以將診斷儀直接掛在車輛CAN網絡上，這樣診斷設備就可以對網絡上任意一個節(jié)點進行診斷，如圖1所示。當車輛網絡不止一條CAN網絡時（這種情況會存在網關），有2種方式：一是在每一條CAN網絡上都預留出診斷接口，方便診斷設備接入網絡（相當于只有一條CAN總線的情況）；二是診斷設備通過網關實現(xiàn)對網絡上節(jié)點的診斷功能，如圖2所示［1］。

圖1 診斷儀直接掛在CAN網絡上

圖2 診斷儀通過網關進行診斷

3 尋址方式

ISO 15765-2定義了網絡層協(xié)議數(shù)據單元［2］，即N_PDU（Network Protocol Data Unit）。N_PDU的目的是建立一個點對點的網絡通信的通道，用于交換通信參數(shù)及數(shù)據傳輸。ISO 15765-2描述了4種不同類型的網絡層協(xié)議數(shù)據單元，這4種分別是單幀、首幀、連續(xù)幀以及數(shù)據流控制。診斷報文采用常規(guī)固定式地址模式，并定義了兩種尋址方式，一種是物理尋址，一種是功能尋址，詳見表1、表2，表中詳細描述了CAN報文格式，包括報文內容、數(shù)據場以及單個位的定義。

N_PDU類型用N_PCI（Network Protocol Control Information）來區(qū)分，詳見表3，由表3可看出，字節(jié)1的高四位用于區(qū)分N_PDU的類型。

表1 物理尋址報文格式

表2 功能尋址報文格式

表3 N_PCI字節(jié)概述

表3中其它縮寫含義如表4所示。

表4 表3中縮寫含義

4 診斷服務選?。?］［3］

ISO 15765-3、UDS中規(guī)定了一系列的通用診斷服務。診斷服務的本質是信息交互，一般是診斷儀對節(jié)點發(fā)出診斷需求，被診斷的節(jié)點需要給出相應的響應，即應答信息（應答有肯定應答和否定應答兩種）。由于通用的診斷服務是非常全面的考慮，主機廠在開發(fā)自己車型的診斷系統(tǒng)時，肯定不能將所有診斷服務都用到，因此都需要根據自身的需要選取需要的診斷服務，從而形成自己車型特有的診斷系統(tǒng)。某電動汽車車型診斷服務選取見表5。

表5 診斷服務選取

表5的服務中，應答ID均指肯定應答ID。每一個診斷服務請求的肯定應答在UDS中都有具體的定義，并根據請求方式的不同肯定應答的方式不同，即都定義了相應的消息幀格式，這里不再詳述。但對于否定應答，只給出了通用的否定應答。否定應答消息格式及否定應答代碼詳見表6、表7。

表6 否定應答消息格式定義

表7 否定應答代碼

5 診斷參數(shù)定義

診斷服務是診斷標準規(guī)定的，主機廠只能在里面選取自己需要的服務，并在自己的診斷系統(tǒng)實現(xiàn)即可；診斷參數(shù)卻是由主機廠自己來定義的，具體可理解為功能診斷行為及故障代碼的定義。電動汽車的主要節(jié)點按所屬系統(tǒng)劃分見表8。

表8 電動汽車節(jié)點劃分

5.1 故障代碼定義

SAE J2012針對排放系統(tǒng)給出了一種占用2個字節(jié)的故障代碼的定義方式，見表9。

表9 SAE J2012故障代碼定義

電動汽車由于沒有發(fā)動機等，因此SAE J2012規(guī)定的故障代碼不能直接使用。鑒于電動汽車自身的特點以及參照SAE J1939定義的故障碼為4個字節(jié)，這里自定義一種故障代碼的描述方式，具體為一個診斷故障代碼（DTC）占用4個字節(jié)，并由4個部分構成，這4個部分是：故障等級、系統(tǒng)分類代碼、故障代碼和故障發(fā)生次數(shù)，數(shù)據填充方式選用Intel。詳見表10。

說明：①故障等級占3位，共有4級故障等級，其中4級故障最為嚴重。②系統(tǒng)分類代碼為P、C、B、U，分別代表動力系統(tǒng)代碼、底盤系統(tǒng)代碼、車身系統(tǒng)代碼和通信網絡系統(tǒng)代碼；為了與SAE J2012故障代碼定義兼容，定義第1字節(jié)系統(tǒng)分類代碼中的P、B、C、U用第4位和第3位來表示，具體為00：P；01：C；10：B；11：U。故障代碼定義如表11所示。

表10 自定義故障代碼格式

表11 故障代碼定義

按照故障代碼格式給出故障碼例子，如電機母線電壓欠壓故障為3級故障，故障代碼為P1064，故障代碼示例見表12。

表12 故障代碼示例

5.2 診斷功能定義

現(xiàn)在就儀表節(jié)點給出診斷功能定義示例。電動汽車儀表上要通過CAN總線顯示電動汽車特有的一些點亮符號［4］，可參照表13。

表13 GB/T 4094.2—2005標準內容

我們定義一個字節(jié)來包含表13中的報警提示，并定義0——指示燈不點亮，沒有發(fā)生故障；1——指示燈點亮，發(fā)生相應故障。報警提示定義見表14。

表14 報警提示定義

5.3 版本信息

版本信息是診斷中一個需要關注的點。在診斷測試過程中，很多時候會出現(xiàn)信息不匹配，這時候首先要查的是版本信息是否正確，因此主機廠一般都會要求網絡中的各個節(jié)點發(fā)送自己的版本信息。版本信息定義見表15。

表15 軟件版本信息定義

6 總結

本文從診斷拓撲、診斷標準到用戶自定義的診斷參數(shù)，詳細闡述了診斷系統(tǒng)的設計過程。此外還對電動汽車的節(jié)點進行了系統(tǒng)分類，并提出了一種自定義的診斷故障代碼格式。

［1］ ISO 14229—2006，Road vehicles-Unified diagnostic services（UDS）-Specification and requirements［S］.

［2］ ISO 15765-2：2004，Road vehicles-Diagnostics on CAN-Part 2：Network layer services［S］.

［3］ ISO 15765-3：2004，Road vehicles-Diagnostics on CAN-Part 2：Application layer services［S］.

［4］ 胡艷峰.基于CANoe的新能源車顯示屏測試［J］.汽車電器， 2017（1）：8-11.