基于車載自診斷系統的現代汽車維修技術

楊家印

(江蘇聯合職業技術學院，江蘇 徐州 221004)

0 前言

我國汽車行業經過幾十年的高速發展，汽車保有量大幅增加。隨著汽車增速放緩，后汽車時代逐步來臨，汽車的日常檢查、維修及保養增多且愈發重要。汽車零部件復雜且數量多，因此其檢測和維修難度較大，對維修技術人員要求較高。

通過對汽車維修市場的局部調研及相關文獻研究，發現當前汽車維修行業存在以下2個問題：① 維修人員技術水平不高，對汽車理論知識的掌握不夠全面，只能通過邊工作邊學習，以獲得維修經驗；② 汽車故障的準確診斷率不高，維修過程中使用先進診斷技術和設備較少。

電子診斷技術是對傳統汽車維修的革新，在汽車維修中發揮巨大作用，提升了維修效率，同時能兼顧汽車的各個系統和構件，對其進行全面的診斷分析，減少或避免人工判斷錯誤，精準找到故障節點，使維修人員能夠有針對性地處理故障，確保維修的準確性和有效性。推進電子診斷技術應用是時代快速發展下的必然趨勢。

1 電子診斷技術在汽車維修中的應用

隨著電子診斷技術在汽車維修中的應用及發展，其技術越來越成熟，應用領域也越來越廣泛。

1.1 汽車性能測試

應用電子診斷技術可以很好地跟蹤、測試汽車性能指標。汽車性能測試是相對綜合的過程，需要利用傳感器獲取并采集信號、通過處理器處理信號，然后分析可視化數據，形成可視化結果，使維修人員能夠根據結果了解其性能情況，判斷是否出現故障。

1.2 汽車發動機檢測

發動機是汽車的主要動力組成。發動機運行過程涉及較多的參數指標，比如氣缸效率、發動機運行功率、點火波形、噴油壓力等，這些指標對發動機的工作狀態及性能有著重要影響。電子診斷技術可通過電子診斷的方式，評估各項指標，通過差異化分析找出問題，確保故障的全面排查。

1.3 汽車底盤檢測

汽車底盤對于汽車運行的穩定性有著重要影響。針對底盤的故障診斷，具有一定分化性，包括局部診斷和整體診斷，不同診斷所考慮的范圍不同。整體診斷是對底盤運行過程涉及的參數指標進行整體分析，評估整體性能指標是否存在偏差；局部診斷是通過測量局部參數構建故障體系，確定故障具體成因。利用電子診斷技術提取并分析檢測數據，對比分析結果與原始設計參數，以評估底盤故障情況，有針對性地解決有異常問題的部件，確保汽車底盤運行穩定性。

2 車載自診斷系統

車載自診斷系統(OBD)發展至今，可分為一代(OBDⅠ)、二代(OBDⅡ)及三代(OBDⅢ)。OBDⅢ的典型特征是：以無線傳輸故障信息，同時該系統會進入被裝汽車的發動機、變速箱等重要部件，讀取故障碼和其它相關數據。車載故障診斷標準包括北美標準和歐洲標準(EOBD)，我國采用歐洲標準(EOBD)，采用《道路車輛 排放相關診斷用車輛和外部設備之間的通信 第5部分：排放相關的診斷服務》(ISO 15031-5—2015)的規定格式和單位，提供基本診斷數據及雙向控制信息。各協議的應用層統一采用SAE標準，各協議之間的區別在于物理層及數據鏈路層的定義不同。SAE標準下的通信接口為16針，且規定了診斷連接器中每個端口的功能，其中7端口號的功能為《道路車輛 診斷系統 第2部分：交換數字信息的CARB要求》(ISO 9141-2—1994)K-line通信，即本文采用的通信協議。該協議的數據通信網絡采用由單到總的結構模式，外圍設備(客戶機)發出請求，汽車內部各微處理控制器(ECU)請求進行逐一處理并采用同步的方式工作，同時其物理層規定了網絡結構、電氣參數等相關內容。

3 基于OBD的檢測系統軟硬件實現

3.1 系統硬件設計

考慮到汽車網絡通信標準及協議的多樣性，盡可能較多地適應提取車輛的信息，在采用S3C44B0X處理器的基礎上選用TL718專用協議芯片作為通信處理芯片，處理器負責接收、處理人機接口發出的指令信息，對從OBD接口提取、通過TL718專用協議芯片傳輸的故障碼等信息進行分析處理，并將其結果輸出至液晶顯示器(LCD)，實現結果可視化。其系統硬件設計連接如圖1所示。

圖1 檢測系統硬件設計連接

3.2 系統軟件設計

根據本文的硬件系統設計方案，其軟件的工作流程為：系統初始化、鍵盤檢測并接受診斷命令、發送OBD命令并對來自ECU的診斷數據接收、分析和整理數據、轉換數據并通過對應的LCD輸出。軟件的工作流程如圖2所示。

圖2 檢測系統軟件工作流程

由圖可知，軟件系統分為以下模塊：鍵盤模塊、串行通信控制模塊、故障數據分析和處理模塊及顯示輸出模塊。其中，故障數據分析和處理模塊包括對車輛故障信息的提取分析、將各故障信息轉換成可視化的信息輸出。

根據軟件系統中不同模塊的特征和功能，創建優先級別順序，1為最高級別任務，5為最低級別任務。

(1)主任務：完成各硬件的初始化程序，創建信號量，做好消息發送和接收的程序準備。

(2)命令接收任務：從鍵盤等輸入設備接收指令，發送至主控芯片；綜合程序及軟件的功能要求，選擇行列鍵盤，并采用程序中斷的方式讀取鍵盤輸入，根據獲取的鍵盤輸入值對應分配和處理任務。

(3)輸入故障(從主控芯片輸出)任務：接收車輛內各部件的故障原始數據；對各通信模塊的軟硬件進行驅動設計，檢測BUSY引腳的電平，低電平表示故障碼未發送，如為高電平，需再次檢測BUSY引腳的電平；如再次為高電平，開始接收數據；如為低電平，表示接收完畢，該程序采用多重循環的方式。

(4)故障碼處理：分析、處理來自車輛內部各部件故障的原始數據，故障碼與其具體的故障現象在SAE標準中有明確的對應關系，因此在程序上需要將故障碼和車輛的實際故障按照SAE標準構建對應關系。

(5)輸出顯示任務：該任務的優先級別最低，準確處理完前序任務后方可執行如下設計。① 對硬件接口進行驅動設計，可實現與微控芯片的硬件識別與通信；② 運行應用接口(API)程序；③ 完成輸出任務，將信息輸出到LCD上顯示。采用圖形輸出的方式實現人機界面的顯示。

4 結語

隨著人們生活質量的提高，汽車規模逐漸擴大，推動了汽車維修產業的發展。汽車結構復雜，特別是傳統燃油汽車，其維修難度較高，主要依賴于維修人員的技術水平和維修經驗，難免出現誤判。因此，采用先進的科學技術實施汽車維修和檢查十分必要。電子診斷技術具有較好的應用優勢，能夠全面分析汽車的故障、降低對維修工人技術和經驗的依賴。

本文對基于OBD的電子診斷技術的軟硬件進行了開發和設計，其硬件具有設計簡單、成本較低、應用便捷的優勢，軟件流程和架構合理，能夠很好地診斷車輛故障并及時輸出，其方案能較好地應用于現代汽車維修。