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        基于OBD的新能源電動車故障診斷儀設(shè)計

        2018-06-12 06:22:30李昌泉
        時代汽車 2018年10期
        關(guān)鍵詞:診斷儀數(shù)據(jù)流整車

        李昌泉

        東風特汽(十堰)專用車有限公司 湖北省武漢市 430000

        本文闡述的就是一種基于CAN網(wǎng)絡(luò)的新能源電動車故障診斷儀,下面我們簡稱“診斷儀”。借助故障診斷儀,維修人員可以讀出車輛運行狀態(tài)參數(shù)及故障情況,為故障診斷及修復(fù)提供了依據(jù)。

        診斷儀由硬件部分和軟件部分兩部分組成,現(xiàn)分別介紹如下:

        1 診斷儀實現(xiàn)功能

        診斷儀主要實現(xiàn)兩大功能:

        A、網(wǎng)關(guān)功能:實現(xiàn)上位機軟件與整車CAN總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換,即CAN和RS232間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

        B、診斷功能:讀故障碼、清故障碼、讀數(shù)據(jù)流、讀/寫VIN碼、參數(shù)設(shè)置、顯示數(shù)據(jù)的實時曲線等。

        2 診斷儀硬件部分

        診斷儀硬件較為簡單,主要由外殼、控制板和液晶屏組成。

        2.1 外殼

        外殼前期采用3D打印技術(shù)一次成型,樣件速度快,成本低。后續(xù)批量生產(chǎn)時可改為開模注塑工藝。

        2.2 控制板

        控制板采用ST公司的STM32F103ZETT6控制器作為主控芯片,該芯片具有豐富的外設(shè)接口及內(nèi)部資源,具有64KB SRAM,512KB FLASH,2個基本定時器,4個通用定時器,2個高級定時器,3個SPI,2個IIC,5個串口,1個USB,1個CAN,3個12位ADC,1個12位DAC,1個SDIO接口,1個FSMC接口以及112個通用IO口,便于后期的功能擴展;支持emWin圖形化界面,并且外部總線(FSMC)可以用來擴展RAM和連接LCD,通過FSMC驅(qū)動LCD可以顯著提高LCD的刷新速率,可以實現(xiàn)美觀的圖形界面和良好的人機交互功能;支持觸摸屏功能,可使所有操作均在屏幕上點擊完成,無需任何外設(shè)按鍵。

        2.3 液晶屏

        液晶屏采用4.3寸TFTLCD電容觸摸屏,分辨率為800*480,16位真彩色顯示,支持5點同時觸摸。

        2.4 硬件接口

        診斷儀與整車通過OBD-II接口進行連接。

        2.4.1 OBD-II接口介紹

        OBD-II(on Board Diagnostics Ⅱ)是Ⅱ型在線診斷系統(tǒng)的縮寫,它由SAE(Society of Automotive Engineers,美國汽車工程師協(xié)會)開發(fā),EPA(Environmental ProtectionAgency,美國環(huán)境保護局)認證通過并于1989年正式公布,該系統(tǒng)統(tǒng)一了數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和診斷模式,使得使用同一診斷設(shè)備來診斷不同品牌車輛成為可能。

        2.4.2 OBD接口定義

        上圖為整車上OBD接口端子(整車OBD接口一般為母頭,診斷儀與之對應(yīng)為公頭),PIN定義如下:

        圖1

        3 診斷儀軟件部分

        3.1 診斷儀與整車網(wǎng)絡(luò)連接圖

        診斷儀通過整車OBD端口實現(xiàn)與整車的連接,通過CAN總線實現(xiàn)讀取診斷數(shù)據(jù),故障代碼及凍結(jié)幀數(shù)據(jù)(凍結(jié)幀數(shù)據(jù)指的是在故障發(fā)生時,實時存儲的整車相關(guān)信號參數(shù)值)等功能,甚至可以對車輛狀態(tài)進行判斷,對電池管理,ECU 固件版本等內(nèi)容進行升級。診斷儀與整車網(wǎng)絡(luò)連接圖如圖2:

        3.2 CAN協(xié) 議和UDS協(xié)議

        CAN, 全 稱 為“Controller Area Network”,即控制器局域網(wǎng),是一種多主方式的串行通訊總線,傳輸距離遠(最遠可達10Km)、傳輸速率快(最快可達1Mbps),抗電磁干擾性強,已成為國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。

        表1

        圖2

        UDS, 全 稱 為“Unified Diagnostic Services”,即統(tǒng)一診斷服務(wù),是國際標準組織結(jié)合歐美多種診斷協(xié)議而制定的。UDS支持多種協(xié)議類型,如CAN、LIN等,本文所述診斷儀使用的UDS是基于CAN總線。

        3.3 診斷儀軟件架構(gòu)

        3.3.1 人機交互模塊(GUI)

        人機交互模塊(GUI)采用STemWin圖形系統(tǒng)進行設(shè)計。STemWin圖形系統(tǒng)是Segger公司為ST公司量身定制的emWin。利用該設(shè)計軟件可以在電腦上進行仿真運行,實現(xiàn)人機交互界面的脫離硬件運行,可大大提高軟件設(shè)計進度。

        3.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊

        3.3.2.1 診斷儀遵循的協(xié)議

        (1)診斷儀與整車的通訊協(xié)議

        診斷儀通過整車OBD接口連接,采用基于CAN總線的車輛診斷標準ISO14229-2006(E):《Road vehicles —Unified diagnostic services (UDS) —Specification and requirements》,采用標準幀模式,波特率為500Kbps,主要涉及以下幾項服務(wù):

        DiagnosticSessionControl(10 hex)service

        診斷會話模式控制服務(wù)

        TesterPresent (3E hex)service

        診斷設(shè)備在線服務(wù)

        ReadDTCInformation(19 hex)service

        讀故障碼服務(wù)

        ClearDiagnosticInformation(14 hex)service

        清故障碼服務(wù)

        ReadDataByIdentifier(22 hex)service

        讀數(shù)據(jù)流服務(wù)

        SecurityAccess (27 hex)service

        安全存取服務(wù)

        WriteDataByIdentifier(2E hex)service

        寫數(shù)據(jù)服務(wù)

        (2)診斷儀與PC上位機的通訊協(xié)議

        診斷儀與PC上位機間的通訊采用RS232總線方式,波特率為25600bps,數(shù)據(jù)傳輸格式采用AT指令格式。

        3.3.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊軟件設(shè)計工具

        診斷儀數(shù)據(jù)處理模塊采用C語言作為編程語言,采用uVision5 IDE集成開發(fā)環(huán)境。

        4 診斷儀系統(tǒng)驗證

        本診斷儀可以完成對于被測車輛的故障碼讀取、故障碼清除、數(shù)據(jù)流讀取及數(shù)據(jù)圖表顯示、數(shù)據(jù)標定(如VIN)等功能,具有操作簡單、診斷效率高的特點。以讀取凍結(jié)幀為例,點擊主界面中的 “查看數(shù)據(jù)流”圖標,即可以看到汽車VCU中存儲的凍結(jié)幀數(shù)據(jù)。

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