基于UDS協議的新能源汽車整車控制器故障診斷研究

何國俊

摘要：隨著新能源汽車技術水平的不斷更新，先進的汽車整車控制技術被運用不同車型中，但當前整車控制技術還是不太成熟，有著較大的提高空間。其中新能源汽車整車控制器的優化升級是目前亟待解決的問題，UDS協議的新能源汽車整車控制器適合動態測量，它擁有強大的輸出能力，并且配用的電路較為簡單，性能較為穩定，一直是汽車測試中的首選。本文基于UDS協議的新能源汽車整車控制器故障診斷研究，以此來為我國汽車測試提供一些見解和貢獻。

Abstract： With the continuous renewal of new energy vehicle technology， advanced vehicle control technology is used in different models， but the current vehicle control technology is still not mature and has a lot of room for improvement. Among them， the optimization and upgrade of the new energy vehicle controller is a problem that needs to be solved urgently. The new energy vehicle controller of the UDS protocol is suitable for dynamic measurement. It has a strong output capability， and the equipped circuit is relatively simple， and the performance is relatively stable. ， Has always been the first choice in automotive testing. This article is based on the research of the fault diagnosis of the new energy vehicle controller based on the UDS protocol， in order to provide some insights and contributions for my country's vehicle testing.

關鍵詞：UDS協議;汽車測試;應用探究

Key words： UDS protocol;automotive testing;application exploration

中圖分類號：U46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0127-03

0 ?引言

隨著新能源汽車技術的不斷升級，我國新能源汽車集成化、模塊化程度也在不斷提高，操控性和舒適性的提升更是有目共睹。新能源汽車由復雜的電氣和高壓的電氣部件構成，在沒有診斷功能和安全控制策略的情況下，是很難獲取汽車的故障信息，并且新能源汽車出現故障時會造成嚴重后果。所以對新能源汽車控制器的性能要求和質量標準也十分的嚴格。汽車控制器必須得長期經受復雜工況的嚴苛考驗，所以對監測的精度和可靠性還有反應速度和抗壓能力都有較高要求。只有合格的控制器才能更加準確的實時性的監測駕駛車輛的正常運行工作狀態。它們能否穩定工作，將直接影響車輛的正常行駛?，F代汽車維修監測技術是汽車日常檢修的一項核心技術，其主要通過與汽車電子化和智能檢測技術的有效緊密結合，實現了在汽車日常維修過程中的故障診斷、記錄與故障排查功能，并將汽車有關故障信息實時存儲至內置的監測設備的源代碼中。汽車維修監測技術是指通過對各種汽車維修故障情況進行合理、有效地監測分析，來完成汽車故障的排查，對于新能源汽車整車控制器的故障排查起到了關鍵的作用。

1 ?CAN 總線 UDS 協議故障診斷架構

近年來隨著新能源汽車技術的突飛猛進，汽車安全性以及操控性都有了很大的提高，這也是衡量新能源汽車質量的重要標準。國家制定了嚴格的安全法規以規范新能源汽車行業，為了滿足安全法規的要求，新能源汽車企業對車輛進行系統功能上的調整與改進，并采用多種安全測試方法來保證汽車的安全控制性能，其中汽車電子技術的優化起了重大的推動作用。汽車控制器作為電子控制系統的重要部件，也是其核心領域的研究技術之一。零件的精度和可靠性還有反應速度和抗壓能力都有較高要求，只有裝備高水平的自動控制器才能更加準確的實時性的監測駕駛車輛的正常運行工作狀態，它們能否穩定工作，將直接影響新能源汽車安全行駛。

隨著車載故障智能診斷技術不斷發展，ISO組織為了研究車載故障智能診斷分析網絡協議，制定了目前已在國際上廣泛通用的車載故障智能診斷分析網絡協議。該協議在全球大多數國家通用。本文主要介紹用UDS診斷協議來定義故障智能診斷的各個網絡系統屬性，確定它的網絡CAN總線的網絡屬性，根據網絡系統架構可以大致細分為四層，其中主要部分包括物理層、數據系統層和網絡鏈路層、網絡層和數據系統中的應用層和管理層。基于它的PLC的網絡CAN總線UDS故障診斷網絡協議，見圖1，根據系統基礎建立以及設計工作過程，主要大致可細分為以下幾個基本設計步驟：

①使用者可以按照自身的應用需要來確定故障診斷功能要求，在多個協議中通過分別選取一個協議對應的用戶故障診斷服務功能來界定應用級，而根據這些約定，對于需要通過應用協議實現的各個故障診斷，在文中通過依次選擇應用協議的診斷業務功能，來具體分析并定義故障診斷分析業務。

②基于層的CAN總線，ISO15765-2協議可以來直接指定在網絡故障與應急診斷處理架構體系中的網絡級。網絡層的主要功能之一是按照客戶要求，統一定義各個應用層網絡并進行數據通訊傳送以及所有數據包之間的通訊傳輸服務，并通過對網絡底層的所有數據單元、數據包類型和傳輸方式等分別作出了明確界定，來直接實現基于CAN總線上所有數據包的傳送、包裝、解包等主要功能。為網絡故障應急診斷處理過程架構中的網絡服務器以及所有互聯網客戶端的數據通訊傳送服務奠定了信息基石。

③基于幀的CAN總線ISO11898-1協議明確通信故障數據診斷網絡架構系統中的故障數據鏈接線路網絡層和物理層。在故障診斷信息傳遞過程中，數據鏈接線路層將網絡層診斷傳輸數據的不成幀信號進行解析分解，將故障數據診斷傳輸發送到幀CAN總線上，并將幀在CAN總線上的診斷數據成幀信號傳輸發送給網絡層。為網絡層診斷提供物理服務，并通過成幀信號處理和數據差錯跟蹤監測技術來有效保證數據的診斷傳輸線路穩定性和診斷準確性。根據不同功能線路需要首先來明確定義物理層，對通信接口的主要機械線路特性、功能線路特性、電氣線路特性、傳輸線路特性等要素進行明確定義，為數據鏈接線路的分層診斷提供物理服務。

1.1 新能源汽車CAN總線

目前，國際通用的總線是CAN總線，CAN總線是車載控制器局域網絡的簡稱，具有技術成本低、運行簡單方便、環境適應性強、可以多對多發送數據、防止總線擁堵、干擾率和出錯率低等優點。CAN總線技術可以實時精確控制總線上的報文及節點，還可對網絡實行分布式控制，提高網絡安全性和可靠性。

1.2 CAN總線通信技術分析

根據CAN總線協議規范，CAN總線的通信接口包含架構中的數據鏈路層和物理層功能。通信時通過發送幀來傳輸數據，通常幀的類型有四種：數據幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀，CAN總線的報文結構有兩種：標準幀和擴展幀。

從發送節點往總線發送的是數據幀，其接收對象是CAN總線上的接收報文的節點，CAN總線上主要的數據傳輸是由數據幀完成的;遠程幀和數據幀的格式大體一致，但遠程幀中沒有數據域，其發送對象為報文接收節點，接收對象是和接收節點ID一致的報文發送節點，在通信時為了成功完成數據傳輸，接收節點向發送節點發送遠程幀，催促發送節點發出報文;當總線上連續出現6個顯性位時就進入錯誤標識位即出現錯誤幀，CAN總線上的其他節點也將發送錯誤被動標識，為了進一步防止總線發送錯誤的信息而導致異常，CAN總線協議設置了一套完整的錯誤幀管理機制，也就是當節點不停的發送主動錯誤的信息時，總線會直接關閉，通過延遲報文的接收時間，來降低總線負載。所以，當接收點處理數據的能力進一步飽和的時候，那么CAN總線通信時為了等待數據幀或者遠程幀發送后的ACK應答，調整數據幀的優先級設置了幀間空間，所以，主要由間歇和總線空閑組成，需要注意的是只有數據幀和數據幀，遠程幀和遠程幀之間才設置有幀間間隔，其他幀無幀間間隔。

2 ?整車控制器故障診斷

電氣系統故障主要進行基于時域的檢測：機械故障主要進行基于信號頻域的檢測;與模型相關的故障則進行基于累計數據的檢測。其作用為判定故障的類型、發生部位和故障的嚴重程度以及發展趨勢。可以根據故障的嚴重程度決定電機的運行、制定維修計劃。不同的故障等級對應不同的故障處理方法，尤其是在車輛的駕駛過程中，通過嚴重的故障檢測，整車控制應進入故障模式，并對駕駛員發出警告，安全停車等待救援;而對于輕微故障，在保證行駛安全性的前提下，可以進行容錯的處理，可使車輛跛行回家，或行駛至維修點進行故障維修。將具體故障以故障碼的方式進行存儲。故障碼的存儲有靜態存儲值和動態存儲值。實際上，可以通過靜態的存儲進行外部測試，信號基本不變，可以通過使用控制系統不斷進行重復的編程，而動態的儲存值是可以被內部故障信號進行置換的。靜態存儲值即寫入程序的值，動態存儲值為寫入flash等掉電存儲的存儲器中的值。

2.1 系統需求分析

在深入研究基于UDS協議的新能源汽車整車控制器故障診斷的過程中，發現當前故障檢測系統的主要功能對于UDS協議主要體現有以下幾個層面的功能。第一個就是遠程視頻信息監控的主要功能，可以通過智能手機或者平板電腦上的移動監控設備連接來實時監察其現場的遠程監控視頻信息，通過傳輸設備再連接到移動端，進而幫助設備進行操作。鑒于傳統監控系統的諸多局限性，新能源汽車企業在設計新系統時需要更加先進的視頻監控功能;第二是智能識別動態目標的系統，當汽車行駛時此系統實時檢測動態目標并預警，改善駕駛體驗、增強安全性。監控系統要想進行全方位的監控，不僅需要采集車輛現場信息，同時也要對于各個環境的指標進行監控以及預警。除此之外，還需要硬件設施的實用性強，在功能不受影響的同時可以選擇成本較低，體積較小，擴展性較強的硬件模塊。

2.2 自動化數據使用

在實際應用中，新能源汽車充分利用UDS各方面的優勢采用先進的故障診斷技術對自身的各個工作環節進行實時監控。UDS的智能監控系統以PC服務器端為中心，可充分發揮CAN總線的性能優勢對控制器中的數據信息進行傳輸，并對其進行及時的保存。在編寫控制器故障檢測程序時，要遵循相關的數據傳輸原則，及時優化存在差異的細節，保證計算機通訊的順暢性。在系統實現遠程實時監控的工作過程中，要對監控服務器端的監控函數數據變化的情況進行實時監測，并進行實時監聽。服務器的監控工作管理流程較為復雜，在實際的監控工作流程運行管理環節中，要注意保證主機控制器與主機攝像頭之間采集視頻數據的實時準確性。因此當對新能源汽車整車控制管理系統用戶界面信息進行數據初始化自動處理后，要根據監控系統正常運行的實際工作情況自動重啟監聽服務，及時進行主機網絡的實時監聽。當系統有其他客戶端數據接入時，要及時創建與其他客戶端的實時連接，準備實際的監聽接收數據，這大大提升了監控的效率。

UDS協議作為新能源汽車整車控制系統的主要組成部分，在監控管理領域中發揮這重要作用，如圖2，主要就是利用了其較為智能化的技術特點，對新能源汽車運行情況進行實時監測并實時監控可能出現的故障。這種自動化的監控手段比傳統人工監控作業更準確、更快速，它能實時預測故障發生的可能性，并且迅速地做出預防措施，能更加好地提高了監控質量及安全水平。

3 ?結論

新能源汽車技術突飛猛進的發展要求其故障診斷系統必須緊跟技術潮流，不斷優化升級，而整車控制器是新能源汽車故障診斷的核心所在，是重中之重，目前已經基本實現了故障的實時監測、故障處理、故障信息存儲和交互式診斷通信等功能，可以說它就是新能源汽車的"大腦"。先進的PC端故障診斷功能比傳統故障診斷儀更加高效，功能也更加強大，整車控制器優化升級，對新能源汽車故障診斷是十分重要的?；赨DS協議的新能源汽車整車控制器故障診斷模塊能夠充分利用先進診斷技術根據新能源汽車實際工作情況，實時監測新能源汽車動力電池系統、驅動電機系統、操控系統、安全駕駛系統等模塊的各項性能指標、數據，同時進行分析判斷，確定出故障發生位置以及推測故障發生原因并將故障信息存儲在ROM存儲器中。

參考文獻：

[1]岳剛，劉俠.高速動車組車載水箱控制器故障檢測與診斷技術研究[J].電氣開關，2018（01）.

[2]關文舉.關于汽車電子電器故障檢測技術的研究[J].山東工業技術，2018（04）.

[3]彭玲.汽車電子電器故障檢測技術研究[J].當代旅游（高爾夫旅行），2017（05）.

[4]魏涯峰，謝銳，鄧慧芳，楊冀豫.基于無線配置重觸發的力學傳動參數測試系統設計[J].儀表技術與控制器，2019（02）.