汽車故障診斷工具開發研究

段金亮，丁娜

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

1 概述

在汽車售后領域，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，該類診斷儀為專業定制，軟件、硬件、屏幕顯示等均在這一臺設備上實現。在一體式診斷儀使用過程中，其最大的劣勢主要體現在以下方面：（1）單臺設備造價昂貴；（2）硬件本身參數規格限制需求快速升級；（3）體積較大，重，不便于攜帶。

隨著PC，尤其是手機等智能終端設備的快速發展，當前診斷儀的模式已經基本上被智能終端（如手機）+診斷硬件VCI設備占領，二者間通信根據需要采用無線或有線連接方式。因此設計開發一套可靠實用的診斷硬件VCI設備是汽車售后服務專業化、自動化、智能化的重要體現。

2 基礎診斷協議

2.1 CAN總線診斷協議

ISO 15765協議是重要的基于 CAN總線的診斷規范協議，被廣泛使用在汽車控制領域等方面，VCI設備需要完全支持該診斷相關協議以實現標準診斷服務功能。針對診斷類功能描述，其在網絡層協議中詳細定義了診斷數據的數據格式、數據傳輸形式和時間參數等信息。其中：

a）診斷數據格式定義：4種診斷數據格式，數據長度最大為8字節。

b）數據傳輸形式定義：單幀傳輸、多幀傳輸。當診斷服務數據可以采用單幀數據完成數據傳輸時，可以采用單幀傳輸方式；當診斷服務數據采用單幀數據無法完成數據傳輸時，可采用多幀傳輸方式，診斷服務數據被拆分為1個首幀和多個連續幀，當首幀發送后，接收方反饋一幀流控制幀，再按照既定順序發送連續幀。兩種傳輸過程如圖所示：

圖1 單幀傳輸示意圖

圖2 多幀傳輸、時間參數示意圖

c）時間參數定義：在多幀傳輸過程中定義了相關時間參數，如上右圖。

表1

其它如應用層服務為ISO 15765-3在ISO 14229所定義服務基礎上定義了診斷應用服務，本文不做描述。

2.2 通信接口協議

在硬件VCI設備與上位機之間，采用基于SAE J2534標準的通信接口定義。SAE J2534提供了汽車診斷統一的編程接口，并支持多種的汽車總線協議標準：ISO - 9141：K線、ISO - 14230：KWP 2000、ISO - 15765：UDS診斷。在與診斷設備通訊時，遵循以下流程：

圖3

3 診斷工具軟件設計

3.1 診斷工具系統總體框架

一個診斷系統整體架構通常由診斷工具、客戶端診斷軟件及服務器平臺三大部分組成，系統總體架構如圖所示。

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行數據交互[1]，與服務器平臺通過TCP/IP協議進行數據通訊。本文主要闡述診斷工具的開發應用，客戶端軟件及服務器平臺在本文中不做詳細描述。

圖4

診斷工具作為本系統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線數據交互，同時實現與車輛電子控制單元診斷協議的數據格式相互轉換。考慮到數據無線數據傳輸數據的可靠性，降低無線數據交互的數據量，盡可能多的功能在診斷工具中實現[2]，如診斷時間參數處理、診斷會話保持等功能。

3.2 診斷工具軟件

3.2.1 軟件設計采用模塊化分層設計，共分為以下幾個部分：

圖5

1）協議轉換功能。診斷工具軟件應具備無線協議數據與K線、CAN總線診斷數據格式轉換的功能，從而實現車輛與客戶端診斷軟件間的數據正常傳輸[3]；

2）診斷網絡層處理。工具開發需滿足ISO 15765協議，其協議中定義的時間參數、幀傳輸類型處理等均需要在診斷工具軟件中實現；

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，需要通過軟件實現通道、速率的配置功能，實現本工具對所有產品的覆蓋[4]。

4）軟件刷新。診斷工具在使用過程中可能存在研發過程中驗證不充分導致存在軟件Bug，考慮設備使用地的分散性，為方便、快速的解決此類問題，診斷工具應具備軟件刷新功能。

3.2.2 診斷工具與客戶端診斷軟件通訊協議設計

診斷工具與客戶端診斷軟件間采用無線方式進行數據交互，目前常用的無線數據通訊方式主要有藍牙、WIFI等傳輸方式[5]。數據交互報文格式設計見下圖：

圖6 數據交互報文格式

其中，為實現診斷工具與客戶端診斷軟件的功能配對，依據功能對數據字段進行適應性定義實現不同的命令。依據上述數據報文格式，針對診斷軟件請求、診斷硬件工具響應兩個主體，分別對應用層配對、參數配置、通訊報文、診斷報文幾個方面進行數據設計定義。其中參數配置字節定義如下圖所示：

圖7 參數配置數據定義

4 診斷工具硬件開發

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收發電路、 K線收發電路、MCU電路、藍牙模塊、WIFI模塊、USB控制電路、TF卡接口電路。

4.2 接插件接口定義

診斷硬件設備接口定義在滿足標準的基礎上，可根據實際需求規劃，進行功能支持。同時，各個針腳定義實現可被軟件定義，實現同一針腳不同功能的復用。

圖9

5 結論

通過對診斷硬件工具軟件、硬件的設計開發，很好的支持多款車型的診斷功能需求，軟件的分層設計思路加快設計開發進度，硬件設計則通過完善的電路設計及其它智能休眠功能等使得工具本身適應更多的使用場景，為汽車售后工作帶來可以預見的便利。