基于ISO15765 CAN總線診斷測(cè)試方法研究

周紅英，陶龍龍

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

汽車電子

基于ISO15765 CAN總線診斷測(cè)試方法研究

周紅英，陶龍龍

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

隨著整車電氣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜化，汽車維修人員對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障診斷及分析的難度增加，汽車的診斷功能測(cè)試對(duì)汽車開(kāi)發(fā)進(jìn)度管控有較大影響。文章以車載CAN網(wǎng)絡(luò)通訊為主要研究對(duì)象，在分析車載CAN網(wǎng)絡(luò)診斷協(xié)議與車載網(wǎng)絡(luò)診斷結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，總ISO15765的車載網(wǎng)絡(luò)診斷體系結(jié)構(gòu)。并基于CANoe軟件工具，研究了以CAN總線為基礎(chǔ)的汽車系統(tǒng)診斷測(cè)試方法，利用API語(yǔ)言編寫測(cè)試程序，對(duì)零部件及整車進(jìn)行診斷操作，與基于診斷數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)試相比有很大的靈活性。

車載網(wǎng)絡(luò)；CAN總線；ISO15765協(xié)議；診斷測(cè)試方法

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.045

CLC NO. : U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-140-03

引言

CAN 總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域中最具應(yīng)用前景的技術(shù)之一，可提供高達(dá)1 Mb/s的數(shù)據(jù)傳送速率，在可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性方面優(yōu)勢(shì)明顯，適合測(cè)控單元之間的互連?，F(xiàn)階段，CAN總線在汽車電子系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，代表汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的主流發(fā)展趨勢(shì)，基于CAN總線的故障診斷系統(tǒng)將越來(lái)越受關(guān)注。針對(duì)診斷設(shè)備和車輛內(nèi)部電子控制單元(ECU)之間的數(shù)據(jù)交換，各個(gè)汽車公司幾乎都制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各個(gè)汽車公司之間診斷儀的不通用性。

ISO15765是一種基于CAN總線的診斷協(xié)議，其實(shí)質(zhì)就是在CAN總線上實(shí)現(xiàn)UDS即ISO14229，該協(xié)議滿足了OBD的系統(tǒng)要求，符合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)總線系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，將成為未來(lái)車輛行業(yè)的通用診斷標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的汽車診斷還是比較落后，只有充分理解和掌握診斷協(xié)議ISO14229和ISO15765，才能有助于我國(guó)車輛診斷技術(shù)的發(fā)展。本文主要對(duì)協(xié)議ISO15765的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了研究分析，并介紹了常用的診斷測(cè)試方法。

1、車載網(wǎng)絡(luò)診斷協(xié)議ISO15765分析

車載網(wǎng)絡(luò)診斷實(shí)現(xiàn)的技術(shù)突破點(diǎn)在ISO15765的深入研究與實(shí)現(xiàn)，診斷應(yīng)按協(xié)議內(nèi)容與體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，診斷協(xié)議體系結(jié)構(gòu)分為4層：分別為應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，ISO15765的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示：

數(shù)據(jù)鏈路層和物理層是由CAN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898所描述、具有非破壞性的網(wǎng)絡(luò)仲裁機(jī)制，其協(xié)議數(shù)據(jù)單元是CAN數(shù)據(jù)幀，包含的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8 Byte。物理層的物理介質(zhì)是CAN總線，具有較高的通信速率、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)層主要是為應(yīng)用層提供接口，并為長(zhǎng)報(bào)文(數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于8 Byte)的傳輸提供了分組和重組的功能，由ISO15765—2 標(biāo)準(zhǔn)所描述。

應(yīng)用層診斷協(xié)議設(shè)計(jì)應(yīng)遵循ISO14229—1或ISO15765—3，應(yīng)用層規(guī)定了具體診斷服務(wù)的服務(wù)標(biāo)識(shí)符(SID)及后面所攜帶的參數(shù)格式與內(nèi)容。應(yīng)用層數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、打包、解包，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)以單幀和多幀形式按ISO15765—2進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路層時(shí)應(yīng)按ISO11898—1轉(zhuǎn)化為有效的CAN數(shù)據(jù)幀，最后經(jīng)物理層實(shí)現(xiàn)與另一節(jié)點(diǎn)的通信。被診斷電子控制單元(Electronic Control Unit，ECU)收到請(qǐng)求報(bào)文后，再按診斷協(xié)議體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐層解析。

2、車載CAN網(wǎng)絡(luò)的診斷結(jié)構(gòu)和功能

2.1 車載CAN網(wǎng)絡(luò)的診斷結(jié)構(gòu)

診斷結(jié)構(gòu)是車載網(wǎng)絡(luò)診斷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該重要考慮的因素，但需根據(jù)車載網(wǎng)絡(luò)診斷的相應(yīng)需求來(lái)設(shè)計(jì)合適的車載網(wǎng)絡(luò)診斷結(jié)構(gòu)。

2.1.1 車載網(wǎng)絡(luò)診斷結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)不同的車身網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)和客戶端的接入位置，大體上可分為3種診斷結(jié)構(gòu)：

(1)是客戶端(診斷設(shè)備)與服務(wù)器(ECU)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，客戶端與服務(wù)器直接相連。

(2)客戶端通過(guò)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器相連接。

(3)主網(wǎng)絡(luò)下面有子網(wǎng)絡(luò)，客戶端在主網(wǎng)絡(luò)中，而需要診斷的服務(wù)器在子網(wǎng)絡(luò)中，此時(shí)客戶端與服務(wù)器的通信通過(guò)兼有網(wǎng)關(guān)功能的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 CAN網(wǎng)絡(luò)診斷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

對(duì)2.1.1節(jié)中討論的3種車身網(wǎng)絡(luò)診斷結(jié)構(gòu)而言，第(3)種診斷結(jié)構(gòu)為遠(yuǎn)程診斷，主要用于不同網(wǎng)段的診斷，此種診斷方式下其數(shù)據(jù)域需攜帶遠(yuǎn)程地址信息，所以有浪費(fèi)幀資源的缺陷。針對(duì)CAN 網(wǎng)絡(luò)的診斷，本文的診斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用第(1)種診斷結(jié)構(gòu)，診斷設(shè)備與被診斷ECU在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不需要網(wǎng)關(guān)客戶端與服務(wù)器直接相連。所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，基于低成本的USBCANII網(wǎng)絡(luò)報(bào)文采集工具與VC所開(kāi)發(fā)的上位機(jī)軟件作為診斷上位機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)中，診斷上位機(jī)與被診斷ECU 連接到同一網(wǎng)絡(luò)組成車載網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)。

2.2 車載網(wǎng)絡(luò)診斷功能的設(shè)計(jì)

根據(jù)2.1節(jié)中的網(wǎng)絡(luò)診斷結(jié)構(gòu)，對(duì)診斷網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能和協(xié)議的設(shè)計(jì)。

2.2.1 車載網(wǎng)絡(luò)診斷功能的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及PC端診斷軟件各功能模塊之間的關(guān)系與參數(shù)傳遞如圖3所示。硬件配置功能模塊，實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)波特率、濾波等的配置；通信功能模塊，通過(guò)硬件配置模塊所傳遞的配置通信參數(shù)以及診斷模塊所傳遞的診斷參數(shù)可實(shí)現(xiàn)通信；診斷功能模塊，可實(shí)現(xiàn)診斷參數(shù)配置、診斷服務(wù)請(qǐng)求以及診斷響應(yīng)的實(shí)施，在此功能模塊中，包含應(yīng)用層的25種診斷服務(wù)執(zhí)行。此外報(bào)文顯示功能模塊、文件存儲(chǔ)功能模塊以及屏幕刷新功能模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)診斷通信報(bào)文的分析與處理。診斷上位機(jī)與被診斷ECU通過(guò)診斷協(xié)議ISO15765進(jìn)行診斷通信。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)診斷協(xié)議設(shè)計(jì)

診斷協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是診斷設(shè)備與被診斷網(wǎng)絡(luò)ECU 的診斷通信過(guò)程，因此，診斷協(xié)議的設(shè)計(jì)包含診斷設(shè)備軟件的診斷協(xié)議設(shè)計(jì)與被診斷ECU的診斷協(xié)議設(shè)計(jì)。其中，在此系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)中，診斷設(shè)備的診斷協(xié)議實(shí)現(xiàn)即為PC端診斷軟件協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。

在設(shè)計(jì)PC端診斷軟件診斷協(xié)議時(shí)，充分考慮了診斷協(xié)議中否定響應(yīng)的可能情況，在與被診斷ECU進(jìn)行診斷通信發(fā)生否定響應(yīng)狀況時(shí)，上位機(jī)會(huì)給以否定響應(yīng)種類和原因的提示。診斷PC端軟件設(shè)計(jì)了ISO14229—1.2所規(guī)定的25種應(yīng)用層診斷服務(wù)，在此以安全訪問(wèn)服務(wù)的診斷協(xié)議的執(zhí)行流程為例，如圖4所示：

首先，ECU 進(jìn)行非默認(rèn)模式會(huì)話請(qǐng)求，需注意的是，ECU上電時(shí)默認(rèn)的診斷會(huì)話狀態(tài)為默認(rèn)會(huì)話模式，因此，需要進(jìn)行診斷會(huì)話模式跳轉(zhuǎn)才能執(zhí)行安全訪問(wèn)服務(wù)。然后，進(jìn)行安全等級(jí)選擇并請(qǐng)求種子，根據(jù)接收到的種子及安全訪問(wèn)算法發(fā)送密鑰，收到ECU正定響應(yīng)后則ECU被解鎖。其中，安全算法可自行設(shè)計(jì)，在此設(shè)計(jì)了3種安全等級(jí)的安全算法，分別為等級(jí)1、等級(jí)2和等級(jí)3，算法依次復(fù)雜。

3、常見(jiàn)的診斷測(cè)試方法

3.1 常見(jiàn)問(wèn)題診斷步驟

通過(guò)對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)故障的分析，可以總結(jié)出一般診斷步驟為：

（1）了解該車型的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸特點(diǎn)(包括傳輸介質(zhì)、車載網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式等)。

（2）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)墓δ?，如有無(wú)喚醒功能和睡眠功能等。

（3）檢查汽車電源系統(tǒng)是否存在故障，如發(fā)電機(jī)的輸出波形是否正常(如不正常將導(dǎo)致信號(hào)干擾等故障)等。

（4）檢查車載網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)逆溌肥欠翊嬖诠收?，采用替換法或跨線法進(jìn)行檢測(cè)。

（5）如果節(jié)點(diǎn)故障，只能用替換法進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 基于測(cè)試軟件的診斷

目前大多診斷工作都是基于診斷測(cè)試軟件進(jìn)行，如通過(guò)CANoe進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試，或是編制診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用DIVA進(jìn)行診斷自動(dòng)化測(cè)試，再是使用診斷儀讀取故障代碼（DTC），確認(rèn)故障類型。

基于德國(guó)Vector公司開(kāi)發(fā)的CANoe軟件，通過(guò)軟件自帶CAPL（CAN access programming language）語(yǔ)言編寫測(cè)試程序，對(duì)被測(cè)試模塊進(jìn)行診斷測(cè)試。測(cè)試時(shí)通過(guò)CANoe trace窗口讀取被測(cè)樣件的診斷報(bào)文，根據(jù)報(bào)文判斷被測(cè)樣件的診斷功能是否符合整車廠提出的診斷規(guī)范。這種方法較為靈活、可靠。不僅可以對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行全面的測(cè)試，也可以針對(duì)特定診斷服務(wù)進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，如圖5所示為基本的診斷測(cè)試界面：

4、總結(jié)

本文通過(guò)研究分析車載網(wǎng)絡(luò)國(guó)際診斷標(biāo)準(zhǔn)IS015765，根據(jù)車載網(wǎng)絡(luò)診斷結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了基于ISO15765的車載網(wǎng)絡(luò)診斷。開(kāi)發(fā)的基于低成USBCANII的診斷工具可實(shí)現(xiàn)對(duì)被診斷ECU實(shí)現(xiàn)基于ISO15765的診斷通信。同時(shí)，在開(kāi)發(fā)支持診斷功能的ECU階段，可實(shí)現(xiàn)診斷服務(wù)的執(zhí)行與響應(yīng)測(cè)試，為支持診斷功能ECU的開(kāi)發(fā)商提供一種低成本、方便靈活的診斷測(cè)試工具。通過(guò)實(shí)際測(cè)試車載網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的可行性與可靠性，對(duì)基于ISO15765的車載網(wǎng)絡(luò)診斷的后續(xù)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)具有一定參考價(jià)值。

[1] International Organization for Standardization.ISO 1 5765—2—2004Road Vehicles-diagnostics on Controller Area Networks (cAN)—Part2：Netwo～layer services[S].2004.

[2] International Organization for Standardization.ISO 1 5765- 3·2004. Road Vehicles一DiagnOstics on Controller Area NetworksfCAN1— Part3：Implementation of Unified Diagnostic Services(UDS on CAN)[S].2004.

[3] International Organization for Standardization.ISO 14229—2006 Road Vehicles—Unined Diagnostics Services(UDS1 Specifica—tion and Requirements(v2)[S].2006.

[4] 劉麗麗,徐皚冬,宋巖，周亞.車輛通用故障診斷協(xié)議的研究與開(kāi)發(fā)[J].計(jì)算機(jī)工程,2012.38(16).

[5] 常欣紅.汽車故障診斷標(biāo)準(zhǔn)ISOl5765的網(wǎng)絡(luò)層分析與實(shí)現(xiàn)哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文2006.

Research of Vehicular CAN Network Diagnosis Test Method Based on ISO15765

Zhou Hongying, Tao Longlong
（AnHui JiangHuai Automobile CO., LTD. Technical Center, Anhui Hefei 230601）

The Electric structure are continuously complex.It also undoubtedly increases the dificulty to diagnose and analysis the vehicle network control system by the technician.The test of vehicular CAN Diagnostic function has great influence on the vehicle development progress. In this article,it mainly covers the classifying of network malfunction.On the basis of the research and analysis of CAN network diagnostic protocol and automotive diagnostic structure ,summarize the architecture of ISO15765 . Based on CANoe Software, research diagnosis test method of vehicular CAN network and use API languages to write test program. This test using this program is very convenient. Compared to the test based on diagnostic database, it is more flexible.

Vehicle network；CAN； ISO15765 protocol；diagnosis test method

U463.8

A

1671-7988(2016)10-140-03

通訊作者：周紅英，（1988.6-），女，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。主要從事電器設(shè)計(jì)工作。