基于UDS的整車診斷系統設計方法

陳姿霖，宋磊鋒，張龍崗，董 海

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

基于UDS的整車診斷系統設計方法

陳姿霖，宋磊鋒，張龍崗，董 海

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

介紹基于UDS的整車診斷系統的設計思路和方法，分析設計過程中需要關注的硬件和軟件方面的設計要點，系統地闡述整個設計過程。

診斷功能；診斷協議；硬件設計；軟件設計

汽車電子控制系統的大量應用，提高了車輛性能，增加了新功能，同時也產生了新的問題。電控系統自身的故障，可能導致汽車失控和不能運行。從可靠性、安全性和可維護性的角度，汽車電控系統必須具備故障自診斷功能。而目前使用最廣泛、最成熟的為CAN總線通信技術，診斷技術也就從基于K線過渡為CAN線，本文主要描述的是基于CAN總線的統一診斷的設計方法。

診斷功能主要是指在汽車運行過程中，電控單元不斷監控系統各組成部分的工作情況，判斷出具體的故障，以代碼形式存儲下來。同時啟動相應跛行模式，使故障車輛能夠被駕駛到修理廠進行維修，維修人員使用外部測試設備請求故障碼，對故障進行快速定位和維修。診斷功能由硬件和軟件兩部分實現，硬件包括診斷設備、診斷接口、連接線束等；軟件包括診斷協議、診斷策略、診斷代碼、診斷數據庫等。

1 診斷協議發展沿革

1994 年，美國汽車工程學會（SAE）在第1代車載診斷標準的基礎上，統一了故障代碼和軟硬件結構，制定了第2代在線診斷標準OBD-Ⅱ（European On Board Diagnose），它側重于與排放控制相關的診斷。隨著OBD-Ⅱ標準被世界各汽車公司接受，該標準很快成為世界汽車工業標準，汽車故障診斷標準逐漸走向統一。

20世紀90年代，許多汽車廠商采用ISO 14230和ISO 9141診斷協議。而歐洲汽車領域廣泛使用的車載診斷協議標準是KWP 2000（Keyword Protocol 2000），該協議最初是基于K線形成的一套完整的車載診斷服務，并且滿足E-OBD標準。

2000 年，ISO制定了一種基于CAN總線的診斷系統通信標準ISO 15765，以ISO 14229-1定義的服務為基礎，規范了基于CAN總線的診斷服務UDS on CAN（unified diagnostic services，統一診斷服務），包括網絡定時、應用層定時等詳細內容，并與ISO 14230應用層的服務和參數完全兼容。在使用CAN總線通信的車上，通過一套傳輸媒介，實現通信和診斷功能。UDS統一診斷服務是汽車診斷技術的通用診斷標準。陜汽目前使用ISO 15765診斷協議。

2 診斷系統硬件設計

2.1 診斷設備

采用統一的整車專用診斷設備，可以實現對整車電控系統的故障診斷、數據刷寫、產品配置、功能檢測等操作。

2.2 診斷接口

整車診斷接口采用ISO 15031中定義的DB16接口，如圖1所示。診斷儀連接到接口上，通過6和14腳對控制器進行診斷。

圖1 DB16診斷接口

2.3 連接線束

陜汽車型通信系統使用的是成熟的CAN通信技術，診斷使用的是基于CAN總線的UDS診斷，二者使用一套傳輸媒介，采用非屏蔽雙絞線，線束拓撲參數見圖2，參數值要求見表1。

圖2 網絡拓撲結構參數示意圖

表1 網絡拓撲結構參數數值要求

3 診斷系統軟件設計

實現診斷功能的關鍵因素是診斷協議，它的作用是：描述一系列的診斷服務；定義ECU與診斷儀之間的請求響應規則；ECU對于請求報文的處理行為以及請求；響應報文信息含義。診斷協議是ECU與診斷儀之間進行診斷通信必不可少的一部分。診斷協議主要包括診斷ID、診斷服務、故障列表、數據標識符列表。

3.1 診斷協議

3.1.1 診斷報文ID和報文格式定義

診斷系統報文采用CAN擴展幀（29位標識符）形式發送，CAN標識符含義見表2。診斷系統設計了功能尋址和物理尋址2種尋址方式，CAN報文格式見表3、表4。N_PCI見表5。

表2 診斷CAN標識符

表3 物理尋址CAN幀格式

表4 功能尋址CAN幀格式

表5 N_PCI

3.1.2 診斷服務

根據陜汽車型的具體設計，從ISO 15765中選擇UDS診斷服務用于診斷系統開發，如表6所示。

表6 UDS增強型診斷服務

3.1.3 診斷報文數據流

以診斷會話控制服務（10 h）為例，簡單描述請求、肯定/否定應答報文傳輸的數據流，如表7～表10所示。

表7 診斷請求

表8 肯定響應

表9 否定響應

表10 否定響應碼

肯定應答的服務標識符是在請求服務標識符的基礎上加40 h；否定應答統一使用7Fh表示，具體否定的原因見否定響應碼的定義。

3.2 診斷策略和診斷代碼

控制器的診斷策略是根據驅動的選型來確定，并通過故障檢測電路來實現。例如控制器驅動執行器通過繼電器低邊驅動，則能檢測出繼電器的開路、短路故障；通過MOSFET高邊驅動，則能檢測出開路、對搭鐵短路故障。根據診斷協議編寫診斷代碼。圖3為驅動電路圖。

3.3 診斷數據庫建立

根據控制器的診斷規范，使用CANdelaStudio軟件編制cdd診斷數據庫，使用CANdito軟件加載cdd數據庫后，對控制器進行診斷功能測試，如圖4所示。

3.4 測試驗證

根據控制器診斷規范，利用CANdito軟件進行測試，根據數據流生成測試報告，測試階段是反復進行測試-驗證的過程，診斷功能測試報告見表11。

4 結束語

實現完美的自診斷系統，需要不斷地對國際標準進行研究，對控制器進行測試和完善，這是診斷工程師的奮斗目標。

圖3 驅動電路

圖4 CANdito和CANdealStudio

表11 診斷功能測試報告

［1］ 羅峰，孫澤昌.汽車CAN總線系統原理、設計與應用［M］.北京：電子工業出版社，2010.

［2］ 魯植雄.汽車CAN總線故障診斷圖解［M］.南京：江蘇科學技術出版社，2009.

［3］ 蔡浩.汽車故障診斷系統的設計和開發［D］.上海：上海交通大學，2009.

［4］ Road vehicles-Unified diagnostic services （UDS）-Specification and requirements［S］.2006.

［5］ Road vehicles-Controller area network（CAN）-Part 1：Data Link Layer and physical signaling［S］.2003.

（編輯 心 翔）

Vehicle Diagnosis and Design Method Based On UDS

CHEN Zi-lin， SONG Lei-feng， ZHANG Long-gang， DONG Hai
（Automobile Engineering Research Institute， Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.， Ltd.， Xi，an 710200， China）

This paper introduces design idea and method of vehicle diagnostic system based on UDS， analyzes key points in hardware and software design， and demonstrates the whole design process systematically.

diagnostic function；diagnostic protocol；hardware design；software design

U463.6

A

1003-8639（2017）04-0014-04

2016-08-26

陳姿霖（1984-），女，工程師，主要從事整車CAN總線系統和診斷系統設計研發及自動化測試工作；宋磊鋒（1989-），男，工程師，主要從事整車CAN、LIN系統設計研發及自動化測試工作；張龍崗（1984-），男，工程師，主要從事計量設計工作；董海（1983-），男，工程師，主要從事自動化測試工作。