商用混合動(dòng)力汽車故障診斷通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

許靈斐 黎揚(yáng) 王兆喜

四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)對(duì)通信確定性有更高的要求。基于汽車總線開發(fā)V模式流程，從四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)通信需求出發(fā)，設(shè)計(jì)其FlexRay通信網(wǎng)絡(luò)。采用Network Designer生成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)入到CANoe.FlexRay軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全仿真、半實(shí)物仿真，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的FlexRay通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議參數(shù)的正確性，最后將該網(wǎng)絡(luò)用于樣車中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的FlexRay通信網(wǎng)絡(luò)完全可用于四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車控制系統(tǒng)，具有較高的可靠性、確定性及實(shí)時(shí)性，能夠滿足控制系統(tǒng)的通信需求。

隨著車輛中ECU（Electronic Control Unit）數(shù)量增加，CAN（Controller Area Network）網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在車輛控制器通信中越來越普遍[1]。

汽車故障診斷技術(shù)的發(fā)展，使得車輛故障維修已經(jīng)從人識(shí)別故障轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破魍ㄟ^傳感器診斷故障。

目前，故障診斷中，診斷通信協(xié)議存在

兩種，在轎車上一般采用ISO15745以及ISO14229協(xié)議，而在商用車上，一般采用SAE J1939協(xié)議。

2 商用車故障診斷通信系統(tǒng)概述

診斷通信系統(tǒng)包含以下幾個(gè)部分：

車內(nèi)CAN通信網(wǎng)絡(luò)、車內(nèi)ECU，CAN適配器，以及診斷上位機(jī)軟件。

某型商用混合動(dòng)力汽車CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞譃镃AN1低壓網(wǎng)絡(luò)和CAN2高壓網(wǎng)絡(luò)。CAN3網(wǎng)絡(luò)用于診斷數(shù)據(jù)和HCU標(biāo)定數(shù)據(jù)的發(fā)送。HCU（Hybrid Control Uint）是混合動(dòng)力汽車的控制中樞，其在高壓和低壓網(wǎng)絡(luò)上.在混合動(dòng)力控制的過程中，HCU必須要實(shí)時(shí)獲取其他各個(gè)模塊的故障狀態(tài)，所以其他各個(gè)ECU通過CAN報(bào)將各自模塊的故障上傳給HCU，HCU將故障信息匯總，通過SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)診斷通信協(xié)議將故障傳給外部診斷設(shè)備。另外HCU通過與自身連接的外部傳感器，診斷由其直接控制的部件的故障狀態(tài)。

應(yīng)用層和診斷層支持的J1939-73標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，主要完成具體的診斷任務(wù)。定義了診斷消息DM1（Diagnistci Message）-DM21用于傳輸發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)、凍結(jié)幀數(shù)據(jù)以及標(biāo)定、Bootloader數(shù)據(jù)等。

3 SAE J1939診斷通信網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)

CAN報(bào)文的一幀只能傳輸8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，當(dāng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)多于8個(gè)字節(jié)時(shí)，就需要采用多包傳輸機(jī)制來完成數(shù)據(jù)的傳輸。在J1939協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)層由J1939-21定義。

從該CAN報(bào)文的數(shù)據(jù)中，從ID場(chǎng)讀出SA，PGN以及Priority，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和具體的數(shù)據(jù)，后交給其他軟件模塊處理。

當(dāng)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，首先需要根據(jù)數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)計(jì)算一共需要發(fā)送的幀數(shù)。如果該數(shù)據(jù)為廣播數(shù)據(jù)，則不需要考慮[2]其他節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)，只需要在傳輸時(shí)間參數(shù)范圍內(nèi)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。如果不是廣播的數(shù)據(jù)，則需要按照多包傳輸協(xié)議。它是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，首先發(fā)送CM_RTS請(qǐng)求報(bào)文，并啟動(dòng)定時(shí)器，開始等待接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送CM_CTS報(bào)文。如果CM_CTS報(bào)文超時(shí)，則發(fā)送放棄連接報(bào)文Abort報(bào)文，放棄連接原因?yàn)闀r(shí)間超時(shí)。

4 故障診斷系統(tǒng)測(cè)試

在Microsoft Visual C++基于MFC開發(fā)了商用車的故障診斷軟件，該軟件通過硬件USB-CAN卡連接到車輛的診斷CAN網(wǎng)絡(luò)上

5.1 診斷儀進(jìn)行故障診斷

啟動(dòng)故障診斷軟件，讀取HCU內(nèi)部的故障碼。

5.2 凍結(jié)參數(shù)讀取

車輛在故障時(shí)候的狀態(tài)參數(shù)有助于幫助維修，所以本系統(tǒng)會(huì)將車輛在故障時(shí)的參數(shù)保存，當(dāng)外部有請(qǐng)求的時(shí)候，使用DM9（凍結(jié)幀）將該數(shù)據(jù)發(fā)送出來。

讀到的凍結(jié)幀參數(shù)如圖12所示。

（作者單位：重慶郵電大學(xué)）