汽車故障診斷工具開發(fā)研究

段金亮，丁娜

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

1 概述

在汽車售后領(lǐng)域，維修技師所使用的故障診斷工具，早期以一體式診斷儀為主，該類診斷儀為專業(yè)定制，軟件、硬件、屏幕顯示等均在這一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。在一體式診斷儀使用過(guò)程中，其最大的劣勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：（1）單臺(tái)設(shè)備造價(jià)昂貴；（2）硬件本身參數(shù)規(guī)格限制需求快速升級(jí)；（3）體積較大，重，不便于攜帶。

隨著PC，尤其是手機(jī)等智能終端設(shè)備的快速發(fā)展，當(dāng)前診斷儀的模式已經(jīng)基本上被智能終端（如手機(jī)）+診斷硬件VCI設(shè)備占領(lǐng)，二者間通信根據(jù)需要采用無(wú)線或有線連接方式。因此設(shè)計(jì)開發(fā)一套可靠實(shí)用的診斷硬件VCI設(shè)備是汽車售后服務(wù)專業(yè)化、自動(dòng)化、智能化的重要體現(xiàn)。

2 基礎(chǔ)診斷協(xié)議

2.1 CAN總線診斷協(xié)議

ISO 15765協(xié)議是重要的基于 CAN總線的診斷規(guī)范協(xié)議，被廣泛使用在汽車控制領(lǐng)域等方面，VCI設(shè)備需要完全支持該診斷相關(guān)協(xié)議以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)診斷服務(wù)功能。針對(duì)診斷類功能描述，其在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議中詳細(xì)定義了診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)傳輸形式和時(shí)間參數(shù)等信息。其中：

a）診斷數(shù)據(jù)格式定義：4種診斷數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最大為8字節(jié)。

b）數(shù)據(jù)傳輸形式定義：?jiǎn)螏瑐鬏?、多幀傳輸。?dāng)診斷服務(wù)數(shù)據(jù)可以采用單幀數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可以采用單幀傳輸方式；當(dāng)診斷服務(wù)數(shù)據(jù)采用單幀數(shù)據(jù)無(wú)法完成數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可采用多幀傳輸方式，診斷服務(wù)數(shù)據(jù)被拆分為1個(gè)首幀和多個(gè)連續(xù)幀，當(dāng)首幀發(fā)送后，接收方反饋一幀流控制幀，再按照既定順序發(fā)送連續(xù)幀。兩種傳輸過(guò)程如圖所示：

圖1 單幀傳輸示意圖

圖2 多幀傳輸、時(shí)間參數(shù)示意圖

c）時(shí)間參數(shù)定義：在多幀傳輸過(guò)程中定義了相關(guān)時(shí)間參數(shù)，如上右圖。

表1

其它如應(yīng)用層服務(wù)為ISO 15765-3在ISO 14229所定義服務(wù)基礎(chǔ)上定義了診斷應(yīng)用服務(wù)，本文不做描述。

2.2 通信接口協(xié)議

在硬件VCI設(shè)備與上位機(jī)之間，采用基于SAE J2534標(biāo)準(zhǔn)的通信接口定義。SAE J2534提供了汽車診斷統(tǒng)一的編程接口，并支持多種的汽車總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：ISO - 9141：K線、ISO - 14230：KWP 2000、ISO - 15765：UDS診斷。在與診斷設(shè)備通訊時(shí)，遵循以下流程：

圖3

3 診斷工具軟件設(shè)計(jì)

3.1 診斷工具系統(tǒng)總體框架

一個(gè)診斷系統(tǒng)整體架構(gòu)通常由診斷工具、客戶端診斷軟件及服務(wù)器平臺(tái)三大部分組成，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖所示。

診斷工具與車輛上的車輛診斷接口（OBD）直接連接，客戶端診斷軟件與診斷工具進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[1]，與服務(wù)器平臺(tái)通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。本文主要闡述診斷工具的開發(fā)應(yīng)用，客戶端軟件及服務(wù)器平臺(tái)在本文中不做詳細(xì)描述。

圖4

診斷工具作為本系統(tǒng)與車輛連接的直接接口，其主要完成與客戶端診斷軟件的無(wú)線數(shù)據(jù)交互，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與車輛電子控制單元診斷協(xié)議的數(shù)據(jù)格式相互轉(zhuǎn)換?？紤]到數(shù)據(jù)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，降低無(wú)線數(shù)據(jù)交互的數(shù)據(jù)量，盡可能多的功能在診斷工具中實(shí)現(xiàn)[2]，如診斷時(shí)間參數(shù)處理、診斷會(huì)話保持等功能。

3.2 診斷工具軟件

3.2.1 軟件設(shè)計(jì)采用模塊化分層設(shè)計(jì)，共分為以下幾個(gè)部分：

圖5

1）協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。診斷工具軟件應(yīng)具備無(wú)線協(xié)議數(shù)據(jù)與K線、CAN總線診斷數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的功能，從而實(shí)現(xiàn)車輛與客戶端診斷軟件間的數(shù)據(jù)正常傳輸[3]；

2）診斷網(wǎng)絡(luò)層處理。工具開發(fā)需滿足ISO 15765協(xié)議，其協(xié)議中定義的時(shí)間參數(shù)、幀傳輸類型處理等均需要在診斷工具軟件中實(shí)現(xiàn)；

3）診斷通道、速率可配置。因不同車型電子控制單元的診斷速率、診斷通道定義不一致，需要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)通道、速率的配置功能，實(shí)現(xiàn)本工具對(duì)所有產(chǎn)品的覆蓋[4]。

4）軟件刷新。診斷工具在使用過(guò)程中可能存在研發(fā)過(guò)程中驗(yàn)證不充分導(dǎo)致存在軟件Bug，考慮設(shè)備使用地的分散性，為方便、快速的解決此類問(wèn)題，診斷工具應(yīng)具備軟件刷新功能。

3.2.2 診斷工具與客戶端診斷軟件通訊協(xié)議設(shè)計(jì)

診斷工具與客戶端診斷軟件間采用無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，目前常用的無(wú)線數(shù)據(jù)通訊方式主要有藍(lán)牙、WIFI等傳輸方式[5]。數(shù)據(jù)交互報(bào)文格式設(shè)計(jì)見下圖：

圖6 數(shù)據(jù)交互報(bào)文格式

其中，為實(shí)現(xiàn)診斷工具與客戶端診斷軟件的功能配對(duì)，依據(jù)功能對(duì)數(shù)據(jù)字段進(jìn)行適應(yīng)性定義實(shí)現(xiàn)不同的命令。依據(jù)上述數(shù)據(jù)報(bào)文格式，針對(duì)診斷軟件請(qǐng)求、診斷硬件工具響應(yīng)兩個(gè)主體，分別對(duì)應(yīng)用層配對(duì)、參數(shù)配置、通訊報(bào)文、診斷報(bào)文幾個(gè)方面進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)定義。其中參數(shù)配置字節(jié)定義如下圖所示：

圖7 參數(shù)配置數(shù)據(jù)定義

4 診斷工具硬件開發(fā)

4.1 硬件方案及電路組成

硬件框圖如下所示：

圖8 硬件總體框圖

本模塊主要由以下電路及模塊組成：電源及控制電路、CAN收發(fā)電路、 K線收發(fā)電路、MCU電路、藍(lán)牙模塊、WIFI模塊、USB控制電路、TF卡接口電路。

4.2 接插件接口定義

診斷硬件設(shè)備接口定義在滿足標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，可根據(jù)實(shí)際需求規(guī)劃，進(jìn)行功能支持。同時(shí)，各個(gè)針腳定義實(shí)現(xiàn)可被軟件定義，實(shí)現(xiàn)同一針腳不同功能的復(fù)用。

圖9

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)診斷硬件工具軟件、硬件的設(shè)計(jì)開發(fā)，很好的支持多款車型的診斷功能需求，軟件的分層設(shè)計(jì)思路加快設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)度，硬件設(shè)計(jì)則通過(guò)完善的電路設(shè)計(jì)及其它智能休眠功能等使得工具本身適應(yīng)更多的使用場(chǎng)景，為汽車售后工作帶來(lái)可以預(yù)見的便利。