UDS診斷服務在車載ECU中的應用分析

黃麗芳

（廣州汽車集團汽車研究院，廣東 廣州 510640）

隨著汽車電子的發展，電子控制單元越來越復雜，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%的內存被用于故障診斷，診斷服務也越來越豐富，各種服務子功能也越來越細化[7]。隨著汽車診斷技術的發展，診斷協議越來越完善。目前應用比較廣泛的協議有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）網絡的大力興起，大多數主機廠都過渡到基于ISO15765的診斷協議。但是隨著車載網絡的發展，又出現了MOST、FlexRay、無線網絡等多種網絡并存。為了統一不同網絡的診斷服務，ISO制定了一種新的診斷通信協議，ISO14229-1，也叫UDS（Unified diagnostic services，統一診斷服務）。UDS診斷服務不僅用于目前盛行的CAN網絡，還可以用于以后的MOST、FlexRay、無線網絡等，為汽車網絡的發展做鋪墊。UDS標準在歐美已經普遍使用，國內主機廠也正在逐步往UDS標準過渡，這將是未來的一種發展趨勢。

1 UDS診斷服務介紹

UDS診斷服務包括：診斷和通信管理服務、數據傳輸服務、存儲數據傳輸服務、輸入輸出控制服務、例程服務、上傳/下載服務。具體的服務描述見表1。

表1 UDS診斷服務描述

表1 （續）

2 ECU診斷功能設計分析

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實時監測自身輸入輸出及其ECU內部狀態，一旦發現故障會將故障碼存入內存，同時根據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出故障碼，快速對故障進行定位和修復。這種在車輛出現故障時，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（國內習慣稱為單片機）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將輸入信號轉換成數字形式，根據存儲的參考數據進行對比加工，計算出輸出值，輸出信號再經功率放大去控制若干個調節伺服元件，例如繼電器和開關等。

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數字信號 （各種開關信號等）；③PWM信號 （脈沖信號、頻率信號等）；④網絡信號 （CAN、LIN上傳輸的信號）。微控制器可以通過監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診斷服務可以通過讀取數據流服務 （0x22）的形式，提供實時工作數據供售后診斷分析，比如電源電壓、輸入電流、水溫、油壓、車速、轉速、開關的關閉狀態、PWM的占空比、網絡上傳輸的信號值等。同時，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開關粘連；⑤PWM信號異常；⑥CAN/LIN信號丟失；⑦CAN/LIN節點丟失等。

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、計數器、A/D轉換器、中斷等）。微控制器首先完成傳感器信號的A/D轉換、周期脈沖信號測量以及其它有關汽車行駛狀態信號的輸入處理，然后計算并控制所需的輸出值，按要求適時地向執行機構發送控制信號。

在汽車診斷中，采用UDS診斷服務可以通過讀取數據流服務 （0x22）的形式，獲取ECU內部狀態信息供售后診斷分析，比如程序刷寫次數、車輛配置信息、軟硬件版本信息、ECU標定狀態等。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，大多數為數字信號。

在汽車診斷中，采用UDS診斷服務可以通過讀取數據流服務 （0x22）的形式，獲取輸出執行器的狀態供售后診斷分析，比如節氣門開度、指示燈的狀態、步進電機的工作狀態等。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；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，將會產生一定的成本，廠商應該要綜合考慮成本及其故障檢測的必要性，科學地分析設計故障檢測功能。

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

3 UDS診斷服務的實際應用

結合以上ECU診斷功能的初步分析，下面以EMS（Engine management system，發動機管理系統）作為實際例子，具體分析UDS診斷服務在車載ECU中的實際應用。圖2為EMS的基本結構及其功能框圖。將ECU的基本結構與UDS診斷服務功能相結合，即可得出表2所列功能。

表2 UDS診斷服務在EMS中的具體應用

首先，從輸入電路來看，主要有以下信號：①模擬信號 （車速、轉速、蓄電池電壓、水溫）；②數字信號 （檔位、選擇器桿的狀態、節氣門開關狀態、加速踏板開關狀態、空調開關狀態、制動開關狀態、巡航開關狀態、照明開關狀態）；③PWM信號 （加速踏板位置、離合器位置、節氣門開度）；④網絡信號 （CAN、LIN上傳輸的信號）。

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，主要有以下執行器：①怠速控制閥；②廢氣再循環電磁閥；③炭罐電磁閥；④指示器；⑤起動器/繼電器。

而從UDS診斷服務來分析，主要有以下幾項基本功能：①數據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

隨著電子技術和軟件技術的應用，診斷技術應用越來越廣泛，貫穿到產品研發、工程設計、測試驗證、生產制造、售后服務等車輛的整個生命周期。除了以上提到的讀取故障信息、讀取數據流等基本診斷功能外，ECU還可以實現在線配置、防盜匹配、背光評審、車輛事故分析、零件管理等功能。

隨著汽車技術的發展，診斷功能的應用將越來越廣，從而使得整車品質和售后服務越來越好，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.汽車電控發動機診斷服務功能的開發與應用［J］. 汽車工程師， 2010, （8）： 45-47， 53.