基于車載自診斷系統(tǒng)的現(xiàn)代汽車維修技術(shù)

楊家印

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221004)

0 前言

我國(guó)汽車行業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的高速發(fā)展，汽車保有量大幅增加。隨著汽車增速放緩，后汽車時(shí)代逐步來(lái)臨，汽車的日常檢查、維修及保養(yǎng)增多且愈發(fā)重要。汽車零部件復(fù)雜且數(shù)量多，因此其檢測(cè)和維修難度較大，對(duì)維修技術(shù)人員要求較高。

通過(guò)對(duì)汽車維修市場(chǎng)的局部調(diào)研及相關(guān)文獻(xiàn)研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前汽車維修行業(yè)存在以下2個(gè)問題：① 維修人員技術(shù)水平不高，對(duì)汽車?yán)碚撝R(shí)的掌握不夠全面，只能通過(guò)邊工作邊學(xué)習(xí)，以獲得維修經(jīng)驗(yàn)；② 汽車故障的準(zhǔn)確診斷率不高，維修過(guò)程中使用先進(jìn)診斷技術(shù)和設(shè)備較少。

電子診斷技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)汽車維修的革新，在汽車維修中發(fā)揮巨大作用，提升了維修效率，同時(shí)能兼顧汽車的各個(gè)系統(tǒng)和構(gòu)件，對(duì)其進(jìn)行全面的診斷分析，減少或避免人工判斷錯(cuò)誤，精準(zhǔn)找到故障節(jié)點(diǎn)，使維修人員能夠有針對(duì)性地處理故障，確保維修的準(zhǔn)確性和有效性。推進(jìn)電子診斷技術(shù)應(yīng)用是時(shí)代快速發(fā)展下的必然趨勢(shì)。

1 電子診斷技術(shù)在汽車維修中的應(yīng)用

隨著電子診斷技術(shù)在汽車維修中的應(yīng)用及發(fā)展，其技術(shù)越來(lái)越成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。

1.1 汽車性能測(cè)試

應(yīng)用電子診斷技術(shù)可以很好地跟蹤、測(cè)試汽車性能指標(biāo)。汽車性能測(cè)試是相對(duì)綜合的過(guò)程，需要利用傳感器獲取并采集信號(hào)、通過(guò)處理器處理信號(hào)，然后分析可視化數(shù)據(jù)，形成可視化結(jié)果，使維修人員能夠根據(jù)結(jié)果了解其性能情況，判斷是否出現(xiàn)故障。

1.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的主要?jiǎng)恿M成。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程涉及較多的參數(shù)指標(biāo)，比如氣缸效率、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率、點(diǎn)火波形、噴油壓力等，這些指標(biāo)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)及性能有著重要影響。電子診斷技術(shù)可通過(guò)電子診斷的方式，評(píng)估各項(xiàng)指標(biāo)，通過(guò)差異化分析找出問題，確保故障的全面排查。

1.3 汽車底盤檢測(cè)

汽車底盤對(duì)于汽車運(yùn)行的穩(wěn)定性有著重要影響。針對(duì)底盤的故障診斷，具有一定分化性，包括局部診斷和整體診斷，不同診斷所考慮的范圍不同。整體診斷是對(duì)底盤運(yùn)行過(guò)程涉及的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行整體分析，評(píng)估整體性能指標(biāo)是否存在偏差；局部診斷是通過(guò)測(cè)量局部參數(shù)構(gòu)建故障體系，確定故障具體成因。利用電子診斷技術(shù)提取并分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析結(jié)果與原始設(shè)計(jì)參數(shù)，以評(píng)估底盤故障情況，有針對(duì)性地解決有異常問題的部件，確保汽車底盤運(yùn)行穩(wěn)定性。

2 車載自診斷系統(tǒng)

車載自診斷系統(tǒng)(OBD)發(fā)展至今，可分為一代(OBDⅠ)、二代(OBDⅡ)及三代(OBDⅢ)。OBDⅢ的典型特征是：以無(wú)線傳輸故障信息，同時(shí)該系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入被裝汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等重要部件，讀取故障碼和其它相關(guān)數(shù)據(jù)。車載故障診斷標(biāo)準(zhǔn)包括北美標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EOBD)，我國(guó)采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EOBD)，采用《道路車輛 排放相關(guān)診斷用車輛和外部設(shè)備之間的通信 第5部分：排放相關(guān)的診斷服務(wù)》(ISO 15031-5—2015)的規(guī)定格式和單位，提供基本診斷數(shù)據(jù)及雙向控制信息。各協(xié)議的應(yīng)用層統(tǒng)一采用SAE標(biāo)準(zhǔn)，各協(xié)議之間的區(qū)別在于物理層及數(shù)據(jù)鏈路層的定義不同。SAE標(biāo)準(zhǔn)下的通信接口為16針，且規(guī)定了診斷連接器中每個(gè)端口的功能，其中7端口號(hào)的功能為《道路車輛 診斷系統(tǒng) 第2部分：交換數(shù)字信息的CARB要求》(ISO 9141-2—1994)K-line通信，即本文采用的通信協(xié)議。該協(xié)議的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用由單到總的結(jié)構(gòu)模式，外圍設(shè)備(客戶機(jī))發(fā)出請(qǐng)求，汽車內(nèi)部各微處理控制器(ECU)請(qǐng)求進(jìn)行逐一處理并采用同步的方式工作，同時(shí)其物理層規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電氣參數(shù)等相關(guān)內(nèi)容。

3 基于OBD的檢測(cè)系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

考慮到汽車網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議的多樣性，盡可能較多地適應(yīng)提取車輛的信息，在采用S3C44B0X處理器的基礎(chǔ)上選用TL718專用協(xié)議芯片作為通信處理芯片，處理器負(fù)責(zé)接收、處理人機(jī)接口發(fā)出的指令信息，對(duì)從OBD接口提取、通過(guò)TL718專用協(xié)議芯片傳輸?shù)墓收洗a等信息進(jìn)行分析處理，并將其結(jié)果輸出至液晶顯示器(LCD)，實(shí)現(xiàn)結(jié)果可視化。其系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)連接如圖1所示。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)連接

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)本文的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，其軟件的工作流程為：系統(tǒng)初始化、鍵盤檢測(cè)并接受診斷命令、發(fā)送OBD命令并對(duì)來(lái)自ECU的診斷數(shù)據(jù)接收、分析和整理數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并通過(guò)對(duì)應(yīng)的LCD輸出。軟件的工作流程如圖2所示。

圖2 檢測(cè)系統(tǒng)軟件工作流程

由圖可知，軟件系統(tǒng)分為以下模塊：鍵盤模塊、串行通信控制模塊、故障數(shù)據(jù)分析和處理模塊及顯示輸出模塊。其中，故障數(shù)據(jù)分析和處理模塊包括對(duì)車輛故障信息的提取分析、將各故障信息轉(zhuǎn)換成可視化的信息輸出。

根據(jù)軟件系統(tǒng)中不同模塊的特征和功能，創(chuàng)建優(yōu)先級(jí)別順序，1為最高級(jí)別任務(wù)，5為最低級(jí)別任務(wù)。

(1)主任務(wù)：完成各硬件的初始化程序，創(chuàng)建信號(hào)量，做好消息發(fā)送和接收的程序準(zhǔn)備。

(2)命令接收任務(wù)：從鍵盤等輸入設(shè)備接收指令，發(fā)送至主控芯片；綜合程序及軟件的功能要求，選擇行列鍵盤，并采用程序中斷的方式讀取鍵盤輸入，根據(jù)獲取的鍵盤輸入值對(duì)應(yīng)分配和處理任務(wù)。

(3)輸入故障(從主控芯片輸出)任務(wù)：接收車輛內(nèi)各部件的故障原始數(shù)據(jù)；對(duì)各通信模塊的軟硬件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，檢測(cè)BUSY引腳的電平，低電平表示故障碼未發(fā)送，如為高電平，需再次檢測(cè)BUSY引腳的電平；如再次為高電平，開始接收數(shù)據(jù)；如為低電平，表示接收完畢，該程序采用多重循環(huán)的方式。

(4)故障碼處理：分析、處理來(lái)自車輛內(nèi)部各部件故障的原始數(shù)據(jù)，故障碼與其具體的故障現(xiàn)象在SAE標(biāo)準(zhǔn)中有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此在程序上需要將故障碼和車輛的實(shí)際故障按照SAE標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(5)輸出顯示任務(wù)：該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)別最低，準(zhǔn)確處理完前序任務(wù)后方可執(zhí)行如下設(shè)計(jì)。① 對(duì)硬件接口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)與微控芯片的硬件識(shí)別與通信；② 運(yùn)行應(yīng)用接口(API)程序；③ 完成輸出任務(wù)，將信息輸出到LCD上顯示。采用圖形輸出的方式實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的顯示。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人們生活質(zhì)量的提高，汽車規(guī)模逐漸擴(kuò)大，推動(dòng)了汽車維修產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是傳統(tǒng)燃油汽車，其維修難度較高，主要依賴于維修人員的技術(shù)水平和維修經(jīng)驗(yàn)，難免出現(xiàn)誤判。因此，采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)實(shí)施汽車維修和檢查十分必要。電子診斷技術(shù)具有較好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠全面分析汽車的故障、降低對(duì)維修工人技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的依賴。

本文對(duì)基于OBD的電子診斷技術(shù)的軟硬件進(jìn)行了開發(fā)和設(shè)計(jì)，其硬件具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本較低、應(yīng)用便捷的優(yōu)勢(shì)，軟件流程和架構(gòu)合理，能夠很好地診斷車輛故障并及時(shí)輸出，其方案能較好地應(yīng)用于現(xiàn)代汽車維修。