基于OBD的新能源電動(dòng)車故障診斷儀設(shè)計(jì)

李昌泉

東風(fēng)特汽(十堰)專用車有限公司 湖北省武漢市 430000

本文闡述的就是一種基于CAN網(wǎng)絡(luò)的新能源電動(dòng)車故障診斷儀，下面我們簡(jiǎn)稱“診斷儀”。借助故障診斷儀，維修人員可以讀出車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)及故障情況，為故障診斷及修復(fù)提供了依據(jù)。

診斷儀由硬件部分和軟件部分兩部分組成，現(xiàn)分別介紹如下：

1 診斷儀實(shí)現(xiàn)功能

診斷儀主要實(shí)現(xiàn)兩大功能：

A、網(wǎng)關(guān)功能：實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件與整車CAN總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，即CAN和RS232間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

B、診斷功能：讀故障碼、清故障碼、讀數(shù)據(jù)流、讀/寫VIN碼、參數(shù)設(shè)置、顯示數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線等。

2 診斷儀硬件部分

診斷儀硬件較為簡(jiǎn)單，主要由外殼、控制板和液晶屏組成。

2.1 外殼

外殼前期采用3D打印技術(shù)一次成型，樣件速度快，成本低。后續(xù)批量生產(chǎn)時(shí)可改為開(kāi)模注塑工藝。

2.2 控制板

控制板采用ST公司的STM32F103ZETT6控制器作為主控芯片，該芯片具有豐富的外設(shè)接口及內(nèi)部資源，具有64KB SRAM，512KB FLASH，2個(gè)基本定時(shí)器，4個(gè)通用定時(shí)器，2個(gè)高級(jí)定時(shí)器，3個(gè)SPI，2個(gè)IIC，5個(gè)串口，1個(gè)USB，1個(gè)CAN，3個(gè)12位ADC，1個(gè)12位DAC，1個(gè)SDIO接口，1個(gè)FSMC接口以及112個(gè)通用IO口，便于后期的功能擴(kuò)展；支持emWin圖形化界面，并且外部總線（FSMC）可以用來(lái)擴(kuò)展RAM和連接LCD，通過(guò)FSMC驅(qū)動(dòng)LCD可以顯著提高LCD的刷新速率，可以實(shí)現(xiàn)美觀的圖形界面和良好的人機(jī)交互功能；支持觸摸屏功能，可使所有操作均在屏幕上點(diǎn)擊完成，無(wú)需任何外設(shè)按鍵。

2.3 液晶屏

液晶屏采用4.3寸TFTLCD電容觸摸屏，分辨率為800*480，16位真彩色顯示，支持5點(diǎn)同時(shí)觸摸。

2.4 硬件接口

診斷儀與整車通過(guò)OBD-II接口進(jìn)行連接。

2.4.1 OBD-II接口介紹

OBD-II（on Board Diagnostics Ⅱ）是Ⅱ型在線診斷系統(tǒng)的縮寫，它由SAE（Society of Automotive Engineers，美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)）開(kāi)發(fā)，EPA（Environmental ProtectionAgency，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局）認(rèn)證通過(guò)并于1989年正式公布，該系統(tǒng)統(tǒng)一了數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和診斷模式，使得使用同一診斷設(shè)備來(lái)診斷不同品牌車輛成為可能。

2.4.2 OBD接口定義

上圖為整車上OBD接口端子（整車OBD接口一般為母頭，診斷儀與之對(duì)應(yīng)為公頭），PIN定義如下：

圖1

3 診斷儀軟件部分

3.1 診斷儀與整車網(wǎng)絡(luò)連接圖

診斷儀通過(guò)整車OBD端口實(shí)現(xiàn)與整車的連接，通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)讀取診斷數(shù)據(jù)，故障代碼及凍結(jié)幀數(shù)據(jù)（凍結(jié)幀數(shù)據(jù)指的是在故障發(fā)生時(shí)，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的整車相關(guān)信號(hào)參數(shù)值）等功能，甚至可以對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行判斷，對(duì)電池管理，ECU 固件版本等內(nèi)容進(jìn)行升級(jí)。診斷儀與整車網(wǎng)絡(luò)連接圖如圖2：

3.2 CAN協(xié) 議和UDS協(xié)議

CAN， 全 稱 為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是一種多主方式的串行通訊總線，傳輸距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)可達(dá)10Km）、傳輸速率快（最快可達(dá)1Mbps），抗電磁干擾性強(qiáng)，已成為國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

表1

圖2

UDS， 全 稱 為“Unified Diagnostic Services”，即統(tǒng)一診斷服務(wù)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織結(jié)合歐美多種診斷協(xié)議而制定的。UDS支持多種協(xié)議類型，如CAN、LIN等，本文所述診斷儀使用的UDS是基于CAN總線。

3.3 診斷儀軟件架構(gòu)

3.3.1 人機(jī)交互模塊（GUI）

人機(jī)交互模塊（GUI）采用STemWin圖形系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。STemWin圖形系統(tǒng)是Segger公司為ST公司量身定制的emWin。利用該設(shè)計(jì)軟件可以在電腦上進(jìn)行仿真運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面的脫離硬件運(yùn)行，可大大提高軟件設(shè)計(jì)進(jìn)度。

3.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊

3.3.2.1 診斷儀遵循的協(xié)議

（1）診斷儀與整車的通訊協(xié)議

診斷儀通過(guò)整車OBD接口連接，采用基于CAN總線的車輛診斷標(biāo)準(zhǔn)ISO14229-2006（E）：《Road vehicles —Unified diagnostic services （UDS） —Specification and requirements》，采用標(biāo)準(zhǔn)幀模式，波特率為500Kbps，主要涉及以下幾項(xiàng)服務(wù)：

DiagnosticSessionControl（10 hex）service

診斷會(huì)話模式控制服務(wù)

TesterPresent （3E hex）service

診斷設(shè)備在線服務(wù)

ReadDTCInformation（19 hex）service

讀故障碼服務(wù)

ClearDiagnosticInformation（14 hex）service

清故障碼服務(wù)

ReadDataByIdentifier（22 hex）service

讀數(shù)據(jù)流服務(wù)

SecurityAccess （27 hex）service

安全存取服務(wù)

WriteDataByIdentifier（2E hex）service

寫數(shù)據(jù)服務(wù)

（2）診斷儀與PC上位機(jī)的通訊協(xié)議

診斷儀與PC上位機(jī)間的通訊采用RS232總線方式，波特率為25600bps，數(shù)據(jù)傳輸格式采用AT指令格式。

3.3.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊軟件設(shè)計(jì)工具

診斷儀數(shù)據(jù)處理模塊采用C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，采用uVision5 IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。

4 診斷儀系統(tǒng)驗(yàn)證

本診斷儀可以完成對(duì)于被測(cè)車輛的故障碼讀取、故障碼清除、數(shù)據(jù)流讀取及數(shù)據(jù)圖表顯示、數(shù)據(jù)標(biāo)定（如VIN）等功能，具有操作簡(jiǎn)單、診斷效率高的特點(diǎn)。以讀取凍結(jié)幀為例，點(diǎn)擊主界面中的 “查看數(shù)據(jù)流”圖標(biāo)，即可以看到汽車VCU中存儲(chǔ)的凍結(jié)幀數(shù)據(jù)。