診斷開發(fā)在汽車中的應(yīng)用

張晶

摘 要：本文主要介紹在汽車研發(fā)、生產(chǎn)、售后各環(huán)節(jié)診斷開發(fā)的主要工作內(nèi)容以及相應(yīng)的作用，智能診斷系統(tǒng)應(yīng)用，為從事汽車診斷開發(fā)工作的工程師提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：汽車 診斷 開發(fā) 設(shè)計(jì) ECU 故障碼 遠(yuǎn)程 軟件 升級

1 引言

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的智能控制系統(tǒng)（ECU）應(yīng)用于汽車，整車出現(xiàn)電器類相關(guān)的故障越來越越多，電器類故障與機(jī)械類故障相比，故障原因紛繁復(fù)雜，如果靠經(jīng)驗(yàn)以及拆解故障件去查找問題原因，往往很難定位問題原因且原因確認(rèn)周期較長。故診斷開發(fā)及應(yīng)用在汽車整個(gè)生命周期中的作用非常重要，它能幫助人們快速準(zhǔn)確定位問題方向及查找問題原因。嚴(yán)重故障時(shí)，駕駛員通過觀察汽車人機(jī)交互接口的故障指示燈以及文字、聲音提示信息，來確認(rèn)車輛安全與否，確保在安全的情況下駕駛車輛，出現(xiàn)問題后引導(dǎo)客戶及時(shí)對車聯(lián)進(jìn)行維修。

2 汽車研發(fā)階段的診斷開發(fā)

車輛的診斷需要有診斷儀端和ECU端，診斷儀端和ECU端通過一問一答的形式進(jìn)行通信，因而診斷儀端和ECU端都需要遵循同樣的診斷通信協(xié)議，在協(xié)議里面定義了診斷的請求，診斷響應(yīng)的報(bào)文格式，以及ECU怎樣處理診斷請求報(bào)文，以及診斷服務(wù)的應(yīng)用。

大部分主機(jī)廠都是基于ISO 14229、ISO 15765、ISO 15031、ISO 14230國際標(biāo)準(zhǔn)及基于主機(jī)廠策略細(xì)化具體要求來制定企業(yè)級別的通用診斷規(guī)范。主要內(nèi)容包括：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層相應(yīng)要求。本文著重介紹應(yīng)用層要求。

2.1 診斷服務(wù)開發(fā)

如表1所列的診斷服務(wù)診斷開發(fā)階段所要進(jìn)行具體定義的服務(wù)。本文著重介紹0x10、0x27、0x3E、0x22、0x2E、0x2F、0x14、0x19、0x31服務(wù)。

每個(gè)模塊都應(yīng)定義獨(dú)有的診斷物理尋址ID，所有模塊都應(yīng)定義相同的功能尋址ID。

2.1.1 0X10服務(wù)

0X10服務(wù)定義的內(nèi)容是診斷會(huì)話窗口，10 01為默認(rèn)會(huì)話窗口，10 02為編程會(huì)話窗口，10 03為擴(kuò)展會(huì)話窗口，所有的服務(wù)均需要定義支持哪些會(huì)話窗口。某些特定的服務(wù)只能支持在10 02或10 03會(huì)話窗口，模塊上電后默認(rèn)的是默認(rèn)會(huì)話窗口，要想進(jìn)入非默認(rèn)會(huì)話窗口需要診斷儀進(jìn)行服務(wù)請求。

2.1.2 0X27服務(wù)

0X27服務(wù)定義的內(nèi)容是安全訪問，27 01/02為一級安全訪問，27 03/04或09/0A為二及安全訪問，27 05/06為三級安全訪問，安全訪問算法由主機(jī)廠釋放給ECU供應(yīng)商，安全訪問等級不是越高算法越復(fù)雜，各級安全算法獨(dú)立運(yùn)行，每個(gè)模塊安全算法不一樣，因此需要基于模塊進(jìn)行個(gè)性化開發(fā)。具體什么服務(wù)需要定義什么樣的安全等級可根據(jù)服務(wù)目的進(jìn)行界定。

2.1.3 0X3E服務(wù)

0X3E服務(wù)定義的內(nèi)容是診斷儀在線，3E 00為不抑制模塊正響應(yīng)服務(wù)，3E 80為抑制模塊正響應(yīng)服務(wù)，此服務(wù)的目的告知模塊診斷儀需要與之在既定的會(huì)話窗口下保持持續(xù)通話，例如為防止模塊從擴(kuò)展會(huì)話因超時(shí)機(jī)制自動(dòng)跳轉(zhuǎn)回默認(rèn)會(huì)話，可提前選擇3E服務(wù)。

2.1.4 0X22服務(wù)

0X22服務(wù)定義模塊需要通過診斷服務(wù)可讀取到的信息，例如讀取車速信息、電壓信息、零件號信息、車VIN信息等等，每個(gè)模塊都有自己的獨(dú)特的22服務(wù)所需要進(jìn)行讀取的信息，因此需要基于模塊進(jìn)行個(gè)性化開發(fā)。22服務(wù)通常不需要安全訪問。

2.1.5 0X2E服務(wù)

0X2E服務(wù)定義模塊需要通過診斷服務(wù)寫入的信息，例如在IMMO防盜及鑰匙匹配過程中，需要向相應(yīng)的模塊內(nèi)部定義好的標(biāo)識符內(nèi)寫入相應(yīng)的值才能完成匹配。每個(gè)模塊都是自己獨(dú)特的2E服務(wù)所需要寫入的信息，因此需要基于模塊進(jìn)行個(gè)性化開發(fā)。想進(jìn)入2E服務(wù)通常是需要通過27安全訪問。

2.1.6 0X2F服務(wù)

0X2F服務(wù)定義模塊需要通過輸入輸出端口進(jìn)行診斷控制，如開關(guān)指令輸入、轉(zhuǎn)向燈、大燈等輸出控制，每個(gè)模塊都是自己獨(dú)特的2F服務(wù)所需控制的輸入輸出，因此需要基于模塊進(jìn)行個(gè)性化開發(fā)。

2.1.7 0X14服務(wù)

0X14服務(wù)定義清除故障碼服務(wù)，可以選擇一次性清除所有故障碼，也可以選擇清除某一個(gè)故障碼或某一組故障碼。

2.1.8 0X19服務(wù)

0X19服務(wù)定義了故障讀取服務(wù)，可以按需求讀取歷史故障碼，當(dāng)前故障碼，還可以通過如下組合讀取更多類型的故障碼。DTC（Diagnostic Trouble Codes）， DTC狀態(tài)由8個(gè)位組成的一個(gè)字節(jié)。這8個(gè)位分別代表不同的含義，具體這8個(gè)位代表的含義，包括這8個(gè)位初始值是什么，它什么時(shí)候被置1，什么時(shí)候又被置0，在什么情況下用及怎樣用，在14229-1版附錄D有詳細(xì)的定義（表2）。

2.1.9 0X31服務(wù)

0X31服務(wù)定了模塊需要滿足的例程服務(wù)，如網(wǎng)關(guān)的報(bào)文映射，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的零位標(biāo)定，無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的鑰匙學(xué)習(xí)，儀表的保養(yǎng)提醒復(fù)位等功能都需要在相應(yīng)的ECU內(nèi)部定義相應(yīng)例程服務(wù)來支持。31服務(wù)通常需要通過安全訪問。

2.2 故障碼開發(fā)

汽車研發(fā)過程中需要定義各個(gè)模塊的故障碼信息。故障碼分為兩類，網(wǎng)絡(luò)類故障碼及電氣類故障碼。

網(wǎng)絡(luò)類故障碼是模塊基于網(wǎng)絡(luò)通訊矩陣未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到相應(yīng)報(bào)文或收到報(bào)文標(biāo)志位為無效，接受模塊需記錄相應(yīng)的丟失或無效故障碼及CAN BUSOFF故障。電氣類故障碼是基于模塊內(nèi)部特性，例如內(nèi)部繼電器故障、溫度異常、電流異常等等定義的模塊內(nèi)部的故障碼。

故障碼清單需包括的內(nèi)容有：故障碼、故障描述、故障碼運(yùn)行條件、故障碼設(shè)置條件、故障碼設(shè)置時(shí)發(fā)生的操作、故障恢復(fù)條件、激活故障燈規(guī)則、熄滅故障燈規(guī)則、故障碼清除條件。

故障燈的點(diǎn)亮需要進(jìn)行嚴(yán)格界定，且不可以什么故障碼都可以點(diǎn)亮故障燈，更不能出現(xiàn)故障且影響到行車安全而不點(diǎn)亮故障燈，此處的策略需要主機(jī)廠和供應(yīng)商結(jié)合功能安全I(xiàn)SO26262、及故障出現(xiàn)時(shí)發(fā)生的操作進(jìn)行充分的評估。

故障碼組成，ISO 15031-6對故障組成進(jìn)行了定義，如圖1所示。00表示動(dòng)力; 01表示底盤;10表示車身;11是網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的。左邊第3～4位反應(yīng)的是DTC是由ISO，SAE，這些標(biāo)準(zhǔn)組織所定義的故障，還是由整車廠來定義命名的故障;左邊第5～8位反應(yīng)的是車輛系統(tǒng)的區(qū)域（Area of vehicle system）;右邊8位是DTC的編碼。

2.3 在線配置開發(fā)

為了減少ECU零件供貨狀態(tài)，減少零件號，模塊的差異化需要通過在配置進(jìn)行，需要定義2E服務(wù)下的特定診斷標(biāo)識符，用于在線配置信息的寫入，針對模塊差異化，需要制定不同模塊的在線配置文件。模塊會(huì)根據(jù)在線配置標(biāo)識符寫入的信息制定相應(yīng)的軟件邏輯。例如標(biāo)識符配置為XX，模塊需要收發(fā)哪些報(bào)文、記錄哪些故障碼、開啟哪些功能，配置成其他內(nèi)容則對應(yīng)的收發(fā)報(bào)文、故障碼、功能會(huì)不同。工程開發(fā)階段要確保在線配置的正確性，如在線配置定義錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致某些功能無法開啟，嚴(yán)重影響整車質(zhì)量。

3 生產(chǎn)售后中診斷的應(yīng)用

3.1 汽車生產(chǎn)中的診斷應(yīng)用

車輛在車間產(chǎn)線下線時(shí)，由于各個(gè)模塊不是同時(shí)裝配到車輛上，模塊會(huì)報(bào)報(bào)文丟失類故障碼，需要通過診斷服務(wù)去清除故障碼。有些模塊需要在產(chǎn)線通過診斷服務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定服務(wù)，如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零位標(biāo)定，360模塊的攝像頭標(biāo)定，鑰匙匹配，IMMO防盜匹配，胎壓模塊標(biāo)準(zhǔn)胎壓的寫入等等，通常會(huì)用OX10、OX22、OX27、OX2E、OX31、OX14、OX19服務(wù)。產(chǎn)線會(huì)開發(fā)特定的設(shè)備用于產(chǎn)線模塊標(biāo)定及在線配置。產(chǎn)線輸出的車輛應(yīng)確保沒有故障碼，如有故障碼一直不能清除，需要及時(shí)對車輛進(jìn)行返修。

3.2 汽車售后中診斷應(yīng)用

4S店賣出車輛后，通常會(huì)通過診斷服務(wù)開啟車輛的特定模式，如用戶模式的開啟，維修保養(yǎng)功能激活等都是通過診斷服務(wù)進(jìn)行的。在售后維修車輛時(shí)，需要通過診斷服務(wù)進(jìn)行故障的讀取及問題指向的分析，4S店人員應(yīng)該能熟練操作使用專用的診斷設(shè)備，這對確認(rèn)售后車輛故障原因非常重要。

4 智能診斷的應(yīng)用

4.1 遠(yuǎn)程診斷功能

隨著汽車智能化發(fā)展，遠(yuǎn)程診斷服務(wù)正在逐步融入到用戶端，用戶可以通過手機(jī)APP的操作對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，車輛上電后，網(wǎng)聯(lián)模塊模擬診斷儀發(fā)送0X19服務(wù)讀取故障碼，并對ECU發(fā)送的診斷報(bào)文進(jìn)行回讀，云平臺將回讀數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將析結(jié)果釋放給用戶，這樣用戶就可以通過手機(jī)端查看車輛狀態(tài)。尤其是共享汽車在城市中的普及，遠(yuǎn)程診斷功能將幫助維護(hù)人員隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程查詢監(jiān)控車輛狀態(tài)，節(jié)約共享汽車的運(yùn)營及維護(hù)成本。

4.2 ECU遠(yuǎn)程升級功能

無需進(jìn)入4S店就可以實(shí)現(xiàn)ECU軟件的更新?lián)Q代，用戶可以在手機(jī)端或車機(jī)端進(jìn)行遠(yuǎn)程升級服務(wù)，網(wǎng)聯(lián)模塊模擬診斷儀發(fā)送相應(yīng)的診斷服務(wù)，逐個(gè)對車內(nèi)ECU的進(jìn)行軟件讀取、刷新會(huì)話、下載、傳輸、擦除、復(fù)位等操作，將最新版軟件刷寫如ECU內(nèi)，涉及的診斷服務(wù)有0X22、0X10、0X11、0X27、0X34、0X36、0X37、0X31、0X85、0X28等。需要注意整車需要在特定的環(huán)境下才能進(jìn)行軟件的更新，以防出現(xiàn)相關(guān)的故障影響車輛安全。

5 汽車診斷展望

隨著智能化電控技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，診斷的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，ECU關(guān)聯(lián)的診斷服務(wù)會(huì)越來越多，診斷開發(fā)工作變得更加復(fù)雜繁瑣，模塊診斷策略開發(fā)的合理與否直接影響車輛功能實(shí)現(xiàn)、故障維修、用戶體驗(yàn)等，故作為診斷開發(fā)工程師需要對ECU診斷策略的開發(fā)進(jìn)行全方面考量。

參考文獻(xiàn)：

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