基于CAN網(wǎng)絡(luò)的車輛故障診斷軟件設(shè)計

胡 洋, 李 韌, 常 圣

(安徽安凱汽車股份有限公司, 合肥 230051)

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車的電子控制系統(tǒng)智能化程度越來越高，所使用的電子控制單元越來越多，也越來越復(fù)雜。系統(tǒng)中任何一個部件的故障，都可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的故障。電子控制系統(tǒng)的故障通常由CAN總線發(fā)出，總線上的信息都是以二進制為基礎(chǔ)。當車輛出現(xiàn)故障時，汽車維修人員需要具備一定的專業(yè)知識，才能解讀和定位車輛的故障。因此，開發(fā)一款有針對性的車輛故障診斷軟件在汽車的維修服務(wù)中非常重要[1]。本文所開發(fā)的車輛故障診斷軟件能夠自動完成故障數(shù)據(jù)采集、問題判斷及故障描述等功能，能夠降低維修人員的工作復(fù)雜度，提高工作效率。

1 基本方案

基本方案由標準總線設(shè)備(CAN工具)和故障診斷軟件兩部分組成。其基本構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)基本構(gòu)架圖

標準總線設(shè)備通過車輛的OBD接口接入車載CAN網(wǎng)絡(luò)，主要負責(zé)電腦和車輛之間不同數(shù)據(jù)幀的封裝和信號轉(zhuǎn)換[2]。

故障診斷軟件安裝在電腦上，通過USB接口與標準總線設(shè)備連接，主要負責(zé)向車輛控制單元發(fā)送指令，同時處理應(yīng)答的數(shù)據(jù)；記錄下每次的故障信息及維修人員的維修記錄，建立維修記錄文件。

目前車輛上的電控模塊都使用CAN總線進行通信，因此汽車故障診斷系統(tǒng)主要針對CAN總線通信協(xié)議進行開發(fā)，通過連接車輛OBD口實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件的通信流程如下：

1) 故障診斷系統(tǒng)通過專用的CAN工具與車輛CAN總線進行連接；若連接不成功，則進行提示，并且在一定時間內(nèi)循環(huán)連接，直至成功為止。

2) 連接成功后，對CAN進行特定波特率(250 kbps)設(shè)置，完成初始化。

3) 設(shè)置總線信息的過濾機制，對于CAN總線而言，總線上傳輸著大量的數(shù)據(jù)，通過CAN ID的過濾，篩選出需要的數(shù)據(jù)傳給上位機，避免上位機對繁多的數(shù)據(jù)進行處理。

4) 根據(jù)通信協(xié)議中故障位的范圍對總線上相應(yīng)的CAN信息進行取值，再進行一定的數(shù)據(jù)處理。

5) 處理后的數(shù)據(jù)如是車輛的故障碼，則查詢軟件中存入的故障描述表，將對應(yīng)的故障描述顯示出來。

6) 將每次出現(xiàn)的故障進行記錄，同時記錄下解決此次故障的方法。

7) 收集數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)文件，若再出現(xiàn)相同故障時，可調(diào)出之前處理的維修記錄，提示維修人員。

8) 故障處理完成后，斷開故障診斷系統(tǒng)和總線的連接，此次故障診斷結(jié)束[3]。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

車輛故障診斷平臺開發(fā)使用Microsoft Visual Studio的開發(fā)工具集，基于NET Framework 4，采用C#語言編寫，適用于主流的Microsoft Windows系統(tǒng)。根據(jù)診斷系統(tǒng)需求分析，采用分層的設(shè)計思路，將軟件架構(gòu)從下到上分為4層：底層——驅(qū)動層，次中層——數(shù)據(jù)層，中層——邏輯層，上層——表示層[4]。

1) 驅(qū)動層。驅(qū)動層主要通過調(diào)用CAN工具提供的DLL庫為接口，實現(xiàn)對CAN工具的開啟、配置、初始化、收發(fā)數(shù)據(jù)和關(guān)閉等功能。其主要負責(zé)標準接口函數(shù)的調(diào)用，將其封裝成功能函數(shù)，供數(shù)據(jù)層調(diào)用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)層和接口函數(shù)的連接。接口函數(shù)主要包括：建立總線連接、斷開總線連接、發(fā)送/接收數(shù)據(jù)、過濾接收CAN ID、讀取車輛模塊信息、CAN連接過程中錯誤提示、更新/清除數(shù)據(jù)緩存區(qū)[5]。

2) 數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層主要是對數(shù)據(jù)的處理，包括對數(shù)據(jù)進行發(fā)送、接收、記錄與調(diào)用。其建立在驅(qū)動層上，通過驅(qū)動層封裝的函數(shù)，設(shè)計以下功能程序：向CAN總線發(fā)送診斷請求、接收ECU反饋回來的數(shù)據(jù)、收集數(shù)據(jù)信息、從數(shù)據(jù)記錄文件里查詢相應(yīng)的信息[6]。

3) 邏輯層。邏輯層主要負責(zé)對CAN總線指令生成。當用戶對車輛故障診斷軟件進行操作時，邏輯層對操作進行解析，轉(zhuǎn)化成一定的數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)層和驅(qū)動層，發(fā)送到CAN總線上。當邏輯層接收到CAN總線上的車輛反饋數(shù)據(jù)時，將從反饋的數(shù)據(jù)中提取所需信息，根據(jù)通訊協(xié)議解析為有效數(shù)據(jù)，在表示層上和用戶進行交互[7]。

邏輯層負責(zé)車輛故障診斷平臺系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，主要包括故障診斷功能、故障維修幫助功能和軟件其他功能：①故障診斷功能通過將車輛的模塊發(fā)送出來的數(shù)據(jù)進行解析，從而得到故障碼，進而對車輛實現(xiàn)故障診斷；②維修診斷幫助功能是通過訪問診斷數(shù)據(jù)文件，從診斷文件中查詢相應(yīng)的維修幫助內(nèi)容并調(diào)用[8]；③軟件其他功能包括軟件激活、用戶認證、密碼登錄、軟件升級等。

4)表示層。表示層主要功能包括數(shù)據(jù)的顯示和用戶操作入口兩個方面。軟件界面主要包括標題區(qū)、工作區(qū)和狀態(tài)顯示區(qū)3個部分：標題區(qū)可以實現(xiàn)不同界面之間的切換和軟件的關(guān)閉；工作區(qū)包括用戶的操作入口和結(jié)果的顯示；狀態(tài)顯示區(qū)包括總線連接狀態(tài)、動態(tài)接收數(shù)據(jù)狀態(tài)和總線負載狀態(tài)[9]。

3 系統(tǒng)測試及結(jié)果

以某車輛為測試對象，其核心電控模塊包括ECU、ABS、ASR、EBS等，故障診斷平臺工具通過車輛OBD接口連接車載總線網(wǎng)絡(luò)，測試人員通過PC端的車輛故障診斷軟件進行整車的故障診斷功能測試。車輛故障診斷軟件顯示的故障及描述如圖2所示。

圖2 軟件顯示的故障

當車輛壓力故障燈亮?xí)r，維修人員使用故障診斷軟件讀到故障碼，描述為壓力傳感器，初步判斷為發(fā)動機的壓力傳感器電壓數(shù)據(jù)故障，意味著壓力傳感器并未工作。根據(jù)軟件的維修診斷幫助排查，檢查壓力傳感器，對傳感器進行維修，重新讀取車輛的數(shù)據(jù)，壓力傳感部分恢復(fù)正常。故障碼被清除，故障燈熄滅，故障被排除。

4 結(jié)束語

基于OBD的汽車故障診斷系統(tǒng)適用于標準的診斷接口工具，同時使用主流的車載CAN網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，具有良好的通用性。軟件模塊化的開發(fā)思路，具有良好的擴展性。將現(xiàn)代的軟件技術(shù)和汽車故障診斷技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)故障診斷的智能化，從而更加便捷地診斷汽車電子控制系統(tǒng)的故障[10]。