整車電氣故障診斷的流程設(shè)計及應(yīng)用

張立華

（中國科學(xué)院 長春光學(xué)精密機械與物理研究所，吉林 長春 130033）

隨著現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的發(fā)展，電子化程度越來越高，這在極大的提升汽車性能的同時，也使得汽車的控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，如果這些復(fù)雜的電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，排查故障就會變得很困難。為了能夠迅速確定故障位置，排除故障，汽車故障診斷系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于車輛電子控制系統(tǒng)（簡稱ECU）中。在整車開發(fā)階段，診斷功能在一定程度上關(guān)系著ECU開發(fā)效率的高低。在車輛運行過程中，如果出現(xiàn)故障，故障信息將以故障燈的形式顯示，來提示用戶[1]。

汽車的故障診斷通常是指依照相關(guān)技術(shù)標準，使用專用的儀器、硬件設(shè)備和軟件，對汽車故障進行檢測排查、分析判斷，從而查明故障原因，確認故障部位的操作過程[1]。汽車故障的診斷方法通常有兩種，人工直觀經(jīng)驗診斷法和儀器設(shè)備診斷法。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是電子技術(shù)、計算機技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，汽車故障診斷方式逐漸從原來的眼觀、耳聽、鼻聞、手摸、隔離、試探等傳統(tǒng)診斷方式，向以數(shù)字化、集成化和智能化的診斷設(shè)備為輔助手段，以信息技術(shù)為依托的系統(tǒng)完整的現(xiàn)代汽車故障診斷技術(shù)體系發(fā)展[2-4]。

針對DTS-Monaco診斷軟件設(shè)計了常用的人機接口控制，提出了整車電氣故障診斷的流程，并舉例說明了此流程在實際工作中的應(yīng)用。

1 診斷軟件在工程設(shè)計階段的應(yīng)用

某主機廠自主車型的診斷軟件為DTS-Monaco，診斷設(shè)備為EDIC-USB。DTS-Monaco是一個功能齊全的診斷儀，既可組態(tài)多種診斷界面，用于診斷測試。此外，也可開發(fā)很多專用的診斷應(yīng)用，用于生產(chǎn)和售后服務(wù)階段。整車（或試驗臺架）、診斷設(shè)備、電腦的連接方式如圖1所示。診斷設(shè)備（EDICusb）的USB口與電腦相連，另一端連接到整車上的診斷接口。診斷接口位于儀表板下護板處，剎車踏板的上方。

1.1 DTS-Monaco軟件的應(yīng)用

DTS-Monaco是診斷分析及數(shù)據(jù)庫驗證工具，是Softing公司為某主機廠提供的一個診斷測試平臺。DTS-Monaco具有兩種操作模式：配置模式和執(zhí)行模式。在配置模式下，用戶可根據(jù)測試需要通過設(shè)計人機接口控制來編輯診斷測試界面。在執(zhí)行模式下，用戶打開已設(shè)計好的診斷測試界面，連接ECU進行診斷測試。

DTS-Monaco軟件在車型開發(fā)過程中 有以下3個應(yīng)用:

1）在車型項目的工程設(shè)計階段，用于診斷測試，以驗證各控制單元的故障檢測功能以及車輛下線時的EOL流程設(shè)計是否正確合理。

圖1 診斷設(shè)備連接方法Fig.1 The connection method of diagnosis device

2）在車型項目的工程設(shè)計階段，用于試制裝車的電氣故障診斷，通過對試制車進行讀取故障碼定位故障。

3）在生產(chǎn)和售后階段，將其應(yīng)用于診斷設(shè)備進行EOL配置和讀取故障碼。

1.2 人機接口控制設(shè)計

DTS-Monaco軟件提供了一些不同功能的人機接口控制，測試的執(zhí)行正是通過人機接口控制來實現(xiàn)的，不同的人機接口控制來完成不同內(nèi)容的測試工作[5]。DTS-Monaco提供了14種人機接口控制，限于篇幅本文不一一介紹這14種人機接口控制的功能，只舉例介紹和設(shè)計在測試中常用的Softkey人機接口控制的功能。

Softkey人機接口控制的功能是能夠?qū)⒁幌盗械脑\斷服務(wù)命令集中到一個按鍵，通過點擊這個按鍵，診斷軟件將自動按照順序發(fā)送這一系列的診斷命令，省去了手動一個一個寫命令、發(fā)送命令的過程。在進行ECU的診斷命令測試時，可以大大減少測試時間。

在配置模式下，新建一個名稱為“EOL檢測”的按鍵，分別將讀取零件號命令、讀取FCC零件軟件版本號命令、讀取FCC零件硬件版本號命令、讀取供應(yīng)商零件軟件版本號命令、讀取供應(yīng)商零件硬件版本號命令、讀VIN碼命令集中到此按鍵上，如圖2所示。

圖2 配置模式下的Softkey人機接口控制設(shè)計Fig.2 The design of Softkey HMI control in configuration mode

在執(zhí)行模式下，點擊“EOL檢測”按鍵，診斷軟件自動向ECU發(fā)送以上定義的診斷命令，ECU自動回復(fù)診斷命令，如圖3所示。

以上操作可以看出，通過設(shè)計的Softkey人機接口控制，診斷軟件按照順序依次向被測ECU發(fā)送多條診斷命令，ECU也依次回復(fù)診斷命令，測試者可根據(jù)ECU回復(fù)的命令，來查看診斷回復(fù)時間和回復(fù)格式是否符合診斷測試規(guī)范要求，通過這一設(shè)計可節(jié)省診斷測試時間。

圖3 Trace窗口Fig.3 The window of trace

2 故障診斷流程設(shè)計及應(yīng)用

2.1 故障診斷流程

在車型項目的工程設(shè)計階段，主機廠往往通過試制車來完成驗證整車車身性能、電氣功能、車身噪音、標定發(fā)動機等用途[6]。但試制車由于是試裝，無論是裝配質(zhì)量、ECU的電氣功能還是整車線束設(shè)計都存在一些問題，因此試制車常會有電氣功能故障。在故障診斷的過程中，測試者可提前發(fā)現(xiàn)是否存在ECU電氣功能策略不合理、線束設(shè)計不合理的問題，提前更改設(shè)計。

診斷軟件在故障診斷過程中起著快速定位故障的作用[7]，結(jié)合故障診斷工作的經(jīng)驗，本文設(shè)計出故障診斷流程，如圖4所示。主要流程解釋如下：

了解故障詳情：首先是了解車輛狀態(tài)、故障出現(xiàn)工況、故障為常態(tài)還是偶發(fā)，如果是偶發(fā)，故障出現(xiàn)的是否有規(guī)律，故障出現(xiàn)前后是否拆卸或更換過零件，將這些信息進行詳細詢問、記錄。

檢查故障所在系統(tǒng)/零件的保險絲：檢查保險絲是否有熔斷情況，例如車輛儀表故障，則檢查儀表保險絲情況。

圖4 故障診斷流程Fig.4 The process of the fault diagnosis

讀取故障碼/總線監(jiān)控：如果保險絲無損壞，通過診斷儀讀取相應(yīng)ECU的故障碼或總線信息將有助于縮小排查范圍。

檢查線束對接裝配：根據(jù)故障碼，檢查相關(guān)線束對接裝配是否裝配到位。如果對接裝配正常，則需要檢查相關(guān)導(dǎo)線回路是否正常。

檢查系統(tǒng)/零件：如果線束檢查結(jié)果正常，則需要檢查系統(tǒng)/零件是否工作正常。如果線束檢查結(jié)果異常，需要排查線束故障范圍/故障點。

在維修后，測試者仍需要針對故障系統(tǒng)進行多次測試，確保故障問題解決，故障現(xiàn)象消失。

2.2 典型電氣故障排查

在工作中，按照故障診斷流程[8-10]，往往可最終定位到故障，解除故障。

2.2.1 安全氣囊控制單元（ACU）故障及分析

故障現(xiàn)象：儀表上顯示安全氣囊系統(tǒng)故障報警燈常亮。

排查方法：按照故障診斷流程，在了解了故障詳情后，第一步檢查安全氣囊保險絲未熔斷。第二步讀取ACU當前故障碼，有一個故障碼為駕駛員安全帶預(yù)緊器電阻開路故障。第三步排查線束，根據(jù)故障碼可定位到具體段線束，即查看駕駛員安全帶預(yù)緊器至安全氣囊控制單元間線束通斷，發(fā)現(xiàn)駕駛員安全帶預(yù)緊器線束未插到位。插到位后故障現(xiàn)象消失。

2.2.2 發(fā)動機控制單元（EMS）故障及分析

故障現(xiàn)象：車啟動后儀表上顯示發(fā)動機故障燈常亮、發(fā)動機系統(tǒng)故障。

排查方法：按照故障診斷流程，在了解了故障詳情后，第一步檢查EMS保險絲未熔斷。第二步讀取EMS當前故障碼，有一個故障碼為ECU與TCU通訊故障，讀取GW當前無故障碼，由于GW無缺失TCU節(jié)點故障碼，可以判斷TCU總線線束正常。第三步監(jiān)測總線報文，上有TCU_1、TCU_2、TCU_3報文，無TCU_4報文，因此可以定位TCU軟件故障問題導(dǎo)致，在重新設(shè)計TCU軟件后，總線上有TCU_4報文，并且故障現(xiàn)象消失。

3 結(jié)束語

通過對人機接口控制的設(shè)計，可以將多個診斷命令集成到一個按鍵上，在整車EOL過程中，省去了輸入各種命令，按一次按鍵即可完成多個命令的發(fā)送，節(jié)省了診斷測試時間和故障排查時間。按照故障診斷流程，使用診斷軟件快速定位故障，縮短了故障排查時間，提升

工作效率。通過典型電氣故障排查事例，說明了本文提出的故障診斷流程可有效定位故障，提升工作效率。目前汽車電子技術(shù)可以說是發(fā)展迅猛，越來越多的電氣功能應(yīng)用到整車上，因此故障診斷技術(shù)也需要不斷的更新和發(fā)展，以適應(yīng)多樣的電氣功能。在將來，故障診斷也將與電氣功能一樣，必將受到汽車設(shè)計師的重視。

[1]《汽車維修速查手冊叢書》編委會．汽車故障碼速查手冊[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2002．

[2]田光輝，黎霞．汽車故障常用診斷方法剖析[J]．四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，23（3）：159-160，168．TIAN Guang-hui，LI Xia.The analysis of common diagnostic method of automotive fault[J].Journal of Sichuan Vocational and Technical College，2013，23（3）:159-160，168.

[3]宣峰．淺談汽車故障診斷方法[J]．河北農(nóng)機，2012，38（5）：65-66．XUAN Feng.Talking about automotive fault diagnostic method[J].Hebei Agricultural Machinery，2012，38（5）:65-66.

[4]王征．汽車電氣故障診斷的流程與分析方法[J]．汽車電器，2008，47（1）：60-62．WANG Zheng.Automotive electric fault diagnostic flow and analytic method[J].AUTO Electric Parts，2008，47（1）:60-62.

[5]王黎明，夏立，邵英，等．CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2008．

[6]陳家瑞，馬天飛．汽車構(gòu)造[M]．北京：人民交通出版社，2006．

[7]陽憲惠．工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2003．

[8]韋孟洲．汽車故障診斷中的數(shù)據(jù)流分析技術(shù)[J]．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，21（6）：169-170．WEI Meng-zhou.The data flow analysis technology of automotive fault diagnostic[J].New Technologies and Products，2013，21（6）:169-170.

[9]李雷，蘭文奎．數(shù)據(jù)分析在汽車故障診斷中的應(yīng)用[J]．拖拉機與農(nóng)用運輸車，2010， 37（2）：91-92．LI Lei，LAN Wen-kui.Application of data analysis in automotive fault diagnosis[J].Tractor&Farm Transporter，2010，37（2）:91-92.

[10]袁苗達，黃朝慧．基于汽車故障診斷機理的故障診斷流程設(shè)計[J]．制造業(yè)自動化，2012， 34（2）：141-144．YUAN Miao-da，HUANG Chao-hui.Carfaultdiagnosis based on the mechanism of fault diagnosis process design[J].Manufacturing Automation，2012，34（2）:141-144.