UDS診斷服務(wù)在車載ECU中的應(yīng)用分析

黃麗芳

（廣州汽車集團汽車研究院，廣東 廣州 510640）

隨著汽車電子的發(fā)展，電子控制單元越來越復(fù)雜，車輛故障診斷也越來越重要。汽車的電子控制單元大約有30%～40%的內(nèi)存被用于故障診斷，診斷服務(wù)也越來越豐富，各種服務(wù)子功能也越來越細化[7]。隨著汽車診斷技術(shù)的發(fā)展，診斷協(xié)議越來越完善。目前應(yīng)用比較廣泛的協(xié)議有ISO14229、ISO15765、ISO14230、SAE J1939。

早在1994年以前，ISO制定了ISO14230。2008年以前，ISO14230是國內(nèi)許多汽車廠商采用的診斷通信標準，是基于K線診斷的。但隨著K線的逐步淘汰，CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)的大力興起，大多數(shù)主機廠都過渡到基于ISO15765的診斷協(xié)議。但是隨著車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，又出現(xiàn)了MOST、FlexRay、無線網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)并存。為了統(tǒng)一不同網(wǎng)絡(luò)的診斷服務(wù)，ISO制定了一種新的診斷通信協(xié)議，ISO14229-1，也叫UDS（Unified diagnostic services，統(tǒng)一診斷服務(wù)）。UDS診斷服務(wù)不僅用于目前盛行的CAN網(wǎng)絡(luò)，還可以用于以后的MOST、FlexRay、無線網(wǎng)絡(luò)等，為汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展做鋪墊。UDS標準在歐美已經(jīng)普遍使用，國內(nèi)主機廠也正在逐步往UDS標準過渡，這將是未來的一種發(fā)展趨勢。

1 UDS診斷服務(wù)介紹

UDS診斷服務(wù)包括：診斷和通信管理服務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、存儲數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、輸入輸出控制服務(wù)、例程服務(wù)、上傳/下載服務(wù)。具體的服務(wù)描述見表1。

表1 UDS診斷服務(wù)描述

表1 （續(xù)）

2 ECU診斷功能設(shè)計分析

ECU診斷包括自診斷和外部診斷。

1）自診斷功能：汽車正常運行時，ECU實時監(jiān)測自身輸入輸出及其ECU內(nèi)部狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障會將故障碼存入內(nèi)存，同時根據(jù)故障的輕重等級決定是否點亮報警燈。

2）外部診斷功能：有故障的汽車駕駛到修理廠進行維修，維修人員可以利用汽車故障自診斷功能調(diào)出故障碼，快速對故障進行定位和修復(fù)。這種在車輛出現(xiàn)故障時，通過外部儀器 （汽車故障診斷儀）與車輛ECU進行通信，讀出ECU存儲器內(nèi)的故障信息，查找故障源，排除故障，稱為外部診斷[7]。

接下來將結(jié)合ECU功能原理框圖，分析車載ECU的故障檢測功能。如圖1所示，一個ECU由微控制器（國內(nèi)習(xí)慣稱為單片機）和外圍電路組成。微控制器是將微型計算機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機，包括中央處理器 （CPU）、存儲器和輸入輸出接口。

ECU將輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，根據(jù)存儲的參考數(shù)據(jù)進行對比加工，計算出輸出值，輸出信號再經(jīng)功率放大去控制若干個調(diào)節(jié)伺服元件，例如繼電器和開關(guān)等。

2.1 輸入電路

ECU的輸入信號主要有4種形式：①模擬信號（水溫、油壓、蓄電池電壓等）；②數(shù)字信號 （各種開關(guān)信號等）；③PWM信號 （脈沖信號、頻率信號等）；④網(wǎng)絡(luò)信號 （CAN、LIN上傳輸?shù)男盘枺Ｎ⒖刂破骺梢酝ㄟ^監(jiān)測這些信號來判別輸入電路的工作狀況。

在汽車診斷中，采用UDS診斷服務(wù)可以通過讀取數(shù)據(jù)流服務(wù) （0x22）的形式，提供實時工作數(shù)據(jù)供售后診斷分析，比如電源電壓、輸入電流、水溫、油壓、車速、轉(zhuǎn)速、開關(guān)的關(guān)閉狀態(tài)、PWM的占空比、網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男盘栔档取Ｍ瑫r，以故障碼的形式存儲以下故障：①水溫傳感器、油壓傳感器等對電源短路、斷路、對搭鐵短路；②蓄電池電壓過高/過低；③水溫過高；④開關(guān)粘連；⑤PWM信號異常；⑥CAN/LIN信號丟失；⑦CAN/LIN節(jié)點丟失等。

2.2 微控制器

微控制器包括CPU、時鐘、存儲器、特殊功能I/O（定時器、計數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器、中斷等）。微控制器首先完成傳感器信號的A/D轉(zhuǎn)換、周期脈沖信號測量以及其它有關(guān)汽車行駛狀態(tài)信號的輸入處理，然后計算并控制所需的輸出值，按要求適時地向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)送控制信號。

在汽車診斷中，采用UDS診斷服務(wù)可以通過讀取數(shù)據(jù)流服務(wù) （0x22）的形式，獲取ECU內(nèi)部狀態(tài)信息供售后診斷分析，比如程序刷寫次數(shù)、車輛配置信息、軟硬件版本信息、ECU標定狀態(tài)等。同時，以故障碼的形式存儲以下故障：①硬件故障；②EEPROM故障；③配置不匹配；④ECU未標定等。

2.3 輸出電路

微控制器輸出的信號往往用作控制電磁閥、指示燈、步進電機等，大多數(shù)為數(shù)字信號。

在汽車診斷中，采用UDS診斷服務(wù)可以通過讀取數(shù)據(jù)流服務(wù) （0x22）的形式，獲取輸出執(zhí)行器的狀態(tài)供售后診斷分析，比如節(jié)氣門開度、指示燈的狀態(tài)、步進電機的工作狀態(tài)等。同時，以故障碼的形式存儲以下故障：①電磁閥故障；②指示燈輸出對搭鐵短路、對電源短路、開路；③電機堵轉(zhuǎn)；④燈泡過熱等。針對輸出電路的故障，需要ECU增加故障檢測回路，將會產(chǎn)生一定的成本，廠商應(yīng)該要綜合考慮成本及其故障檢測的必要性，科學(xué)地分析設(shè)計故障檢測功能。

此外，還可以通過輸入輸出控制服務(wù) （0x2F）對ECU的輸出執(zhí)行器進行控制，由此判斷執(zhí)行器是否工作正常。

3 UDS診斷服務(wù)的實際應(yīng)用

結(jié)合以上ECU診斷功能的初步分析，下面以EMS（Engine management system，發(fā)動機管理系統(tǒng)）作為實際例子，具體分析UDS診斷服務(wù)在車載ECU中的實際應(yīng)用。圖2為EMS的基本結(jié)構(gòu)及其功能框圖。將ECU的基本結(jié)構(gòu)與UDS診斷服務(wù)功能相結(jié)合，即可得出表2所列功能。

表2 UDS診斷服務(wù)在EMS中的具體應(yīng)用

首先，從輸入電路來看，主要有以下信號：①模擬信號 （車速、轉(zhuǎn)速、蓄電池電壓、水溫）；②數(shù)字信號 （檔位、選擇器桿的狀態(tài)、節(jié)氣門開關(guān)狀態(tài)、加速踏板開關(guān)狀態(tài)、空調(diào)開關(guān)狀態(tài)、制動開關(guān)狀態(tài)、巡航開關(guān)狀態(tài)、照明開關(guān)狀態(tài)）；③PWM信號 （加速踏板位置、離合器位置、節(jié)氣門開度）；④網(wǎng)絡(luò)信號 （CAN、LIN上傳輸?shù)男盘枺?/p>

其次，從微控制器來看，主要有CPU、隨機存儲器、只讀存儲器。

再次，從輸出電路來看，主要有以下執(zhí)行器：①怠速控制閥；②廢氣再循環(huán)電磁閥；③炭罐電磁閥；④指示器；⑤起動器/繼電器。

而從UDS診斷服務(wù)來分析，主要有以下幾項基本功能：①數(shù)據(jù)流及其版本信息的讀取與寫入；②讀取ECU的故障信息；③清除ECU的故障信息；④輸入輸出控制；⑤例程控制；⑥程序下載。

4 總結(jié)

隨著電子技術(shù)和軟件技術(shù)的應(yīng)用，診斷技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，貫穿到產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計、測試驗證、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)等車輛的整個生命周期。除了以上提到的讀取故障信息、讀取數(shù)據(jù)流等基本診斷功能外，ECU還可以實現(xiàn)在線配置、防盜匹配、背光評審、車輛事故分析、零件管理等功能。

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，診斷功能的應(yīng)用將越來越廣，從而使得整車品質(zhì)和售后服務(wù)越來越好，排放越來越少！

［1］ISO11898—2006-P1 Data Link Layer and Physical Signalling［S］.

［2］ISO11898—2003-P2 High-Speed medium access unit［S］.

［3］ISO11898—2006-P3 Low-Speed_fault-tolerant_medium dependent interface［S］.

［4］ISO15765-2 Road vehicles–Diagnostics on CAN–Part2:Network layer services（2000）［S］.

［5］ISO15765-3 Road vehicles–Diagnostics on CAN–Part 3:Implementation of Diagnostic Services（2005）［S］.

［6］ISO14229-1 Road Vehicles-Dianostic Systems Diagnostic Services Specification［S］.

［7］曹傳云，陳志剛.汽車電控發(fā)動機診斷服務(wù)功能的開發(fā)與應(yīng)用［J］. 汽車工程師， 2010, （8）： 45-47， 53.