診斷技術在新能源汽車研發(fā)中的應用與創(chuàng)新

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）07-0019-04

ApplicationandInnovationofDiagnostic TechnologyintheResearch andDevelopmentofNewEnergyVehicles

Qiu Lin

（Gac Aion New Energy Automobile Co.，Ltd.，Guangzhou 5114Oo，Chinε

【Abstract】With the rapid development of intelligence and networking，thenumber and complexity of electronic andelectrical controlunits（ECUs）innew energyvehicles havemultiplied.ItisparticularlyimportantthatECU can quickly findthecause incaseoffailure.Diagnosis technology isaspecific method toconfirm thecause of vehicle ECU fault.Thispapertakes diagnosistechnologyastheresearchobject.Firstly，thedevelopmentofUDSprotocol for automotivediagnosisisintroduced，andthecontentofUDSprotocolisclarified.Secondly，itexplainshowtousethe diagnosticUDSprotocolforthedevelopmentanddesignofAutomotiveECU，andfurtherexplainshowtomeet the requirementsof vehicle factoryoff-lineelectrical inspection，after-salesservice，software upgradeandotherapplication scenarios.Finall，thenewdevelopmentof diagnosistechnologyinautomotiveremoteserviceisprospected.Through this design，wecan fuly grasp theapplyof diagnosis technologyin theautomotivedesignand development，and play a positive role inimproving ECU fault diagnosisand safetyperformance.

【Key words】UDS diagnostic protocol；diagnostic techniques；factoryofline diagnosis；after sales service；fault diagnosis；intellectualization

1車輛診斷USD協(xié)議發(fā)展介紹

從20世紀80年代和90年代開始，汽車制造商開始引入車載自診斷（ 0n -BoardDiagnostics，OBD）系統(tǒng)，用于監(jiān)測和診斷車輛的運行狀況。但由于不同制造商使用不同的通信協(xié)議，令診斷工具的開發(fā)和互操作性不能兼容。國際標準化組織ISO在2006年發(fā)布了IS014229標準，該標準定義了統(tǒng)一診斷服務（UnifiedDiagnosticServices，UDS）協(xié)議，確立了在診斷通信中使用的協(xié)議格式、通信服務、數(shù)據(jù)結構和相關細節(jié)。隨著ISO14229標準的發(fā)布，UDS協(xié)議逐漸在汽車制造商、維修機構和診斷設備中得到廣泛應用。

UDS診斷協(xié)議是一種用于汽車ECU的通信協(xié)議，可實現(xiàn)車輛的診斷、故障排除和維護。它允許診斷設備與汽車內(nèi)的各ECU進行通信，以檢測車輛的運行狀況，識別故障問題，執(zhí)行相應的診斷服務。診斷通信的機制是事件驅動、一問一答。在這種通信方式中，客戶端發(fā)送請求指令，ECU收到請求之后進行處理，向診斷儀響應結果。UDS是一個應用層協(xié)議，診斷報文的數(shù)據(jù)場格式由幀頭類型、服務標識符（SID）、子功能（如有）、實際數(shù)據(jù)組成。UDS協(xié)議內(nèi)容包含6大類服務，每種服務都有獨立的標識符（SID），常用診斷服務見表12]。

2新能源汽車ECU診斷設計方法

如何進行整車診斷系統(tǒng)及ECU產(chǎn)品的診斷設計，通過下面章節(jié)展開詳細說明。

2.1診斷USD協(xié)議設計基本內(nèi)容

對于某一個診斷服務，可以存在幾個不同的子功能，表示在這個服務下可以細分幾個不同的功能類型。以讀取故障碼服務＼$19為例，可以分5個子功能，具體見表2。

2.2定義整車診斷拓撲架構

新能源汽車整車通信網(wǎng)絡一般由多路子網(wǎng)絡共同組成。根據(jù)其功能屬性，一般可分為新能源動力網(wǎng)絡、底盤控制網(wǎng)絡、車身電子網(wǎng)絡、智駕網(wǎng)絡等，它們以總線型連接方式接在網(wǎng)關模塊（GatewayModule，GWM）的不同管腳，最終由GWM統(tǒng)一對與連接在車輛OBD口的外部設備進行服務通信，如圖1所示。

該設計的整車診斷拓撲網(wǎng)絡可實現(xiàn)外部設備與車輛任何網(wǎng)絡段上的某個ECU進行診斷問答。比如診斷儀發(fā)送一條讀取ECAN上ECU1狀態(tài)的指令0x7E2 03 22 10 00 ，網(wǎng)關從OBD口收到指令后，識別收到指令的物理尋址ID（0x7E2），將該指令轉發(fā)到對應的網(wǎng)絡上（ECAN），ECU1在收到后進行回復0x7EA 04 62 10 00 83 ，網(wǎng)關收到回復后再轉發(fā)回OBD口，診斷儀就可以讀到結果，從而完成網(wǎng)絡上一問一答的通信。

2.3 定義整車ECU診斷地址

診斷地址是指在UDS協(xié)議中，每個ECU都有代表身份的唯一編號，確保在通信過程中能夠準確識別ECU身份。其中“問”的通信方式為診斷尋址，“答”的通信方式為診斷應答，診斷尋址通信方式可分為物理尋址和功能尋址。

1）物理尋址。指采用點對點一對一的通信方式，物理地址只與指定ECU進行通信應答，只有該地址的ECU進行回復，其他ECU不能回復。它適用于與特定ECU進行通信的場景，如讀取特定ECU的故障碼或執(zhí)行特定診斷服務。

2）功能尋址。指采用一對多的廣播通信方式，當診斷儀發(fā)送該請求時，所有支持該功能的ECU都要響應。適用于需要同時與多個ECU通信的場景，如請求所有ECU報告狀態(tài)。

此外，整車ECU數(shù)量較多，所以從車輛開發(fā)初期需要定義好診斷ID，同時也考慮不同車型之間平臺化需求，避免在開發(fā)設計后期新增ECU節(jié)點后造成診斷ID沖突或者不足，也要避免不同車型ECU診斷ID不同引起平臺不兼容。根據(jù)ISO協(xié)議規(guī)定，診斷地址格式使用11位字長定義。某車型ECU物理尋址ID為0x7E2。

2.4定義整車ECU診斷服務開發(fā)范圍

根據(jù)整車需求輸入和零部件自身開發(fā)需求，可在表1中選擇所需要開發(fā)的服務。但診斷服務的操作是有權限的，涉及診斷會話模式和安全等級的概念。診斷會話模式主要分為三種：默認會話、編程會話和擴展會話。默認會話是ECU上電時的初始狀態(tài)，支持基本的信息讀取和查詢操作，如讀取軟硬件版本號；編程會話主要用于對ECU進行程序刷寫操作，需要特定的權限和條件；擴展會話則用于執(zhí)行一些特殊請求，如控制應用通信和屏蔽故障等。安全等級涉及安全訪問服務，它確保只有授權的用戶才能執(zhí)行特定的診斷服務。安全訪問服務通過生成和驗證種子值來驗證客戶端的權限，每個診斷服務都有一個對應的安全訪問參數(shù)，只有在當前狀態(tài)滿足這些參數(shù)時，服務才能被執(zhí)行。

需要開發(fā)的診斷服務并結合會話模式以及安全級別明確后，就可以定義出ECU所需要開發(fā)的診斷服務范圍。一般而言，對于一個ECU的診斷服務開發(fā)，至少包含用于診斷會話控制的 $＼$ 10$ ，用于安全訪問的 $＼$ 27$ ，用于診斷通信管理的 $＼$ 11$ 、 $＼$ 28$ 、 $＼$ 3＼mathrm{ E }$ 和$＼$ 85$ ，用于故障碼清除讀寫的 $＼$ 14$ 、 $＼$ 19$ ，用于讀寫數(shù)據(jù)的 $＼$ 22$ 、 $＼$ 2＼mathrm { E }$ ，用于軟件刷寫的 $＼$ 34$ 、 $＼$ 36$ 、 $＼$ 37$ ，才能滿足基本的ECU診斷開發(fā)的基本需求。

除了滿足整車項目定義的基本診斷服務需求外，ECU可以根據(jù)自己產(chǎn)品特有需求補充開發(fā)。以下面某款新能源汽車的DC/DC電壓轉換器為例，其主要功能有把動力電池的高壓電轉換為車輛低壓12V供電。在一些調試場景下，想讓F1管腳電壓輸出值是14V，就可以使用2F服務實現(xiàn)，格式指令設計為2FF0 60 03 38 ，見表3。

某些ECU為了應對一些復雜的控制場景，如清除內(nèi)存、重置或學習自適應數(shù)據(jù)、運行自檢等情況，就需要用到31服務。它的主要作用是執(zhí)行指定的步驟序列并獲取相關結果，相當于ECU內(nèi)部有一段特別開發(fā)的代碼程序，通過啟動/停止代碼運算，完成復雜ECU的控制工作。以某新能源汽車整車控制器VCU為例，因為每臺車輛油門踏板裝配存在一定誤差，車輛下線后需要進行踏板自學習功能。這個時候就會用到31服務，參考表4，格式指令設計為\"31 01 0613 01.\"。

此外，當ECU不滿足診斷請求時，會進行負影響應答。一般正響應格式為！ （SID+0x40）+ 具體數(shù)據(jù)。負響應格式為 0x7F+ 請求報文里的 SID+1 個字節(jié)的NRC（否定響應碼）。NRC用于具體指示失敗的原因。

負響應作用也是十分必要的，ECU在判斷是否可以按指令工作，需要考慮車輛的具體條件和安全性，比如車輛在高速行駛，如果響應了1101復位的指令，那動力ECU會復位重啟，車輛會失去動力，給駕駛員行車帶來危險。每個ECU在開發(fā)中，都要結合自身工作特性設定前置條件才能響應。

2.5整車ECU診斷服務測試

ECU診斷功能開發(fā)也屬于軟件開發(fā)的一種，也需要對其診斷功能進行軟件測試。測試模擬環(huán)境中，至少包含被測試ECU、電源、線束、測試工具等。測試中，需要按照診斷測試用例逐條進行測試。記錄每一條測試詳細數(shù)據(jù)，并通過實測結果與期待結果相互對比得到測試結論。測試記錄的數(shù)據(jù)要進行保持，方便查閱。

3診斷技術的場景應用

新能源汽車ECU的診斷系統(tǒng)設計開發(fā)，其極大的靈活性和強大的功能在工廠下線檢測、售后車輛維修中發(fā)揮著重要的作用。下文分別介紹新能源汽車診斷技術在各個場景下的應用。

3.1診斷技術在車輛工廠下線電檢的應用

下線電檢是指在車輛生產(chǎn)下線過程中，對各ECU的狀態(tài)進行故障讀取確認，內(nèi)部數(shù)據(jù)調整再寫入，對ECU系統(tǒng)進行自學習及其他特殊操作的總稱。目的是檢測供應商來件、裝配的品質是否滿足車輛生產(chǎn)合格要求。以某款新能源汽車整車控制器VCU為例。在車輛裝配下線后，一般會經(jīng)過4個主要工位，分別為初始化工位、特殊（充電檢測）工位、測試檢測工位和退出工廠模式工位。

1）初始化工位。主要目的是讀取VCU中信息是否滿足要求，給VCU寫入特定數(shù)據(jù)，啟動VCU自學習等操作。比如車輛在銷售上車牌環(huán)節(jié)，車管所上牌工作人員需要用設備讀取車輛中的VIN，這就需要在車輛下線后，利用下線設備在初始化工位，用2F服務把車輛VIN寫入VCU中，再由VCU回復給車管所的工作人員。另外一個重要的應用是需要在初始化工位，給VCU寫入車輛配置碼。一輛車在市場銷售時，為滿足不同客戶的個性化需求，對車輛功能配置會進行各種組合搭配，不同配置碼相當于軟件內(nèi)不同的邏輯功能的開關，這個關聯(lián)關系組合通過診斷2E服務寫人不同數(shù)值。如圖2所示，根據(jù)該配置表，設計2E服務來實現(xiàn)該功能。如果要實現(xiàn)配置1功能，在下線初始化工位給VCU寫入2E010005，如果要實現(xiàn)配置2功能，在下線初始化工位給VCU寫人 2E01000A 。

2）特殊工位。主要指在車輛線下后一些特殊需求的工位，比如在四輪定位工位對底盤控制ECU進行寫入標定值。這些都需要通過診斷22服務、2E服務等來實現(xiàn)。以某款新能源汽車充電功能驗證工位為例。為保證車輛直流充電功能可用，啟動充電后對車輛是否進入充電模式及充電電流進行判斷，如果都滿足要求，判斷合格，否則不合格，進入維修工位。

3）測試檢測工位。指在車輛完成初始化工位及特殊需求工位后，車輛會進行幾公里的場內(nèi)路試，路試后會通過19服務（1902FF）讀取車輛是否產(chǎn)生故障碼，通過22服務讀取車輛關鍵數(shù)據(jù)是否在正常范圍內(nèi)。

4）退出工廠模式工位。指在車輛出廠前最后一個工位，在測試驗證工位合格后，通過2E服務改寫ECU內(nèi)部工廠模式狀態(tài)，表述車輛合格，完成生成下線。

3.2 診斷技術在售后服務中的應用

汽車故障診斷維修從最初靠維修技師經(jīng)驗到簡單的儀器測量，進而發(fā)明出專門的售后診斷儀器。診斷儀的原理就是診斷儀和車輛ECU之間建立通信，按照UDS診斷協(xié)議規(guī)范的要求，和車輛進行診斷服務的請求和應答，把發(fā)送的指令、ECU的應答都變成可視化界面操作和顯示設計在專有界面中[3]。

根據(jù)車輛售后保養(yǎng)維修的特點，診斷儀常用的功能主要分為以下五大部分。

車輛維修指導是指在車輛出現(xiàn)故障后，通過診斷儀讀取車輛故障ECU和故障碼，可以快速排查解決問題。舉例車輛因低壓供電異常返回維修車間后，用診斷儀讀出故障碼為P22E719，診斷儀顯示含義為DC/DC低壓輸出軟件過流保護。這時就可以定位故障原因為DC/DC故障造成，然后根據(jù)維修建議進行排查，可以快速解決問題。

ECU運行狀態(tài)確認，是指通過診斷22服務，讀取ECU運行過程中的數(shù)據(jù)流，比如觀察溫度是否正常，壓力是否正常，工作狀態(tài)處于什么模式，還包含讀取ECU的軟件版本號。

售后換件標定，是指售后維修中，會發(fā)生一些ECU故障損壞的情況，這時需要更換新ECU。部分ECU更換后需要完成類似車輛在工廠下線的初始化過程，功能才可以正常被使用，比如鑰匙學習、胎壓標定、冷卻液排空和全景雷達標定等，這些也都是通過專門的診斷服務31服務來完成。

ECU參數(shù)設置，是指利用診斷2E服務，去改寫ECU中的參數(shù)設置，去改變一些功能設定，比如車窗門鎖設定、遙控鑰匙按鈕設定等。

3.3診斷技術在軟件升級中的應用

傳統(tǒng)的控制器ECU應用軟件升級方案比較繁瑣，需要將ECU拆卸下來進行升級，或者各自私有協(xié)議升級，這樣工具太多，不便于車輛售后維修。通過USD統(tǒng)一的協(xié)議規(guī)范，標準化的升級流程，大大提升了軟件升級的效率4。具體方法是：首先通過10服務請求ECU進人編程會話模式，通過27服務進行安全訪問，通過31服務進行原有軟件刪除，再通過34、36、37服務進行軟件數(shù)據(jù)下載。最后對下載數(shù)據(jù)校驗，如圖3所示。

4診斷技術的新應用與發(fā)展

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術在新能源汽車上的深度應用，汽車上的ECU也可以像智能手機APP軟件，實現(xiàn)OTA升級（空中在線更新軟件），無需回到車輛維修店就可以實現(xiàn)軟件更新。像這樣利用車輛自身的移動網(wǎng)絡通信，遠程通過云端數(shù)據(jù)平臺對車輛進行診斷操作的新應用，都可以叫汽車遠程診斷技術[5]。它的實質也是遵循著診斷協(xié)議內(nèi)容，只是原本由本地設備，如診斷儀發(fā)出的指令，變?yōu)橥ㄟ^遠程云端數(shù)據(jù)平臺或者車內(nèi)某個ECU控制器模擬發(fā)出，作為主控節(jié)點，與被診斷節(jié)點進行通信。對車內(nèi)被控ECU節(jié)點的診斷設計是一致的。遠程診斷技術可以實現(xiàn)汽車軟件OTA升級，遠程讀取、清除車輛故障碼，遠程改寫車輛配置。

5結語

隨著新能源汽車的智能化和網(wǎng)聯(lián)化的迅速發(fā)展，對ECU診斷、故障檢測也提出了更高的要求，這也表示了診斷技術在未來新能源汽車智能化的發(fā)展中扮演著越來越重要的角色。

參考文獻

[1]吳含冰.基于控制器局域網(wǎng)的車載診斷服務研究[J].汽車電器，2020（7）：40-42.

[2]閆肖梅，杭孟荀，王瑛.UDS診斷協(xié)議在純電動汽車電機控制器中的應用[J].電子產(chǎn)品世界，2021（4）：42-44.

[3]劉雙雙，陳啟達，陳敏華.售后診斷系統(tǒng)設計[J].電子世界，2021 （8）：110-113.

[4]馬宏偉，吳長水.基于統(tǒng)一診斷協(xié)議的控制器在線升級系統(tǒng)設計[J].軟件工程，2020（8）：5-8.

[5]朱鵬波，溫小鋒，楊毅.遠程診斷技術在汽車OTA刷新應用的研究[J].汽車實用技術，2021（7）：45-49.

（編輯楊凱麟）