汽车故障诊断工具开发研究

段金亮，丁娜

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

1 概述

在汽车售后领域，维修技师所使用的故障诊断工具，早期以一体式诊断仪为主，该类诊断仪为专业定制，软件、硬件、屏幕显示等均在这一台设备上实现。在一体式诊断仪使用过程中，其最大的劣势主要体现在以下方面：（1）单台设备造价昂贵；（2）硬件本身参数规格限制需求快速升级；（3）体积较大，重，不便于携带。

随着PC，尤其是手机等智能终端设备的快速发展，当前诊断仪的模式已经基本上被智能终端（如手机）+诊断硬件VCI设备占领，二者间通信根据需要采用无线或有线连接方式。因此设计开发一套可靠实用的诊断硬件VCI设备是汽车售后服务专业化、自动化、智能化的重要体现。

2 基础诊断协议

2.1 CAN总线诊断协议

ISO 15765协议是重要的基于 CAN总线的诊断规范协议，被广泛使用在汽车控制领域等方面，VCI设备需要完全支持该诊断相关协议以实现标准诊断服务功能。针对诊断类功能描述，其在网络层协议中详细定义了诊断数据的数据格式、数据传输形式和时间参数等信息。其中：

a）诊断数据格式定义：4种诊断数据格式，数据长度最大为8字节。

b）数据传输形式定义：单帧传输、多帧传输。当诊断服务数据可以采用单帧数据完成数据传输时，可以采用单帧传输方式；当诊断服务数据采用单帧数据无法完成数据传输时，可采用多帧传输方式，诊断服务数据被拆分为1个首帧和多个连续帧，当首帧发送后，接收方反馈一帧流控制帧，再按照既定顺序发送连续帧。两种传输过程如图所示：

图1 单帧传输示意图

图2 多帧传输、时间参数示意图

c）时间参数定义：在多帧传输过程中定义了相关时间参数，如上右图。

表1

其它如应用层服务为ISO 15765-3在ISO 14229所定义服务基础上定义了诊断应用服务，本文不做描述。

2.2 通信接口协议

在硬件VCI设备与上位机之间，采用基于SAE J2534标准的通信接口定义。SAE J2534提供了汽车诊断统一的编程接口，并支持多种的汽车总线协议标准：ISO - 9141：K线、ISO - 14230：KWP 2000、ISO - 15765：UDS诊断。在与诊断设备通讯时，遵循以下流程：

图3

3 诊断工具软件设计

3.1 诊断工具系统总体框架

一个诊断系统整体架构通常由诊断工具、客户端诊断软件及服务器平台三大部分组成，系统总体架构如图所示。

诊断工具与车辆上的车辆诊断接口（OBD）直接连接，客户端诊断软件与诊断工具进行数据交互[1]，与服务器平台通过TCP/IP协议进行数据通讯。本文主要阐述诊断工具的开发应用，客户端软件及服务器平台在本文中不做详细描述。

图4

诊断工具作为本系统与车辆连接的直接接口，其主要完成与客户端诊断软件的无线数据交互，同时实现与车辆电子控制单元诊断协议的数据格式相互转换。考虑到数据无线数据传输数据的可靠性，降低无线数据交互的数据量，尽可能多的功能在诊断工具中实现[2]，如诊断时间参数处理、诊断会话保持等功能。

3.2 诊断工具软件

3.2.1 软件设计采用模块化分层设计，共分为以下几个部分：

图5

1）协议转换功能。诊断工具软件应具备无线协议数据与K线、CAN总线诊断数据格式转换的功能，从而实现车辆与客户端诊断软件间的数据正常传输[3]；

2）诊断网络层处理。工具开发需满足ISO 15765协议，其协议中定义的时间参数、帧传输类型处理等均需要在诊断工具软件中实现；

3）诊断通道、速率可配置。因不同车型电子控制单元的诊断速率、诊断通道定义不一致，需要通过软件实现通道、速率的配置功能，实现本工具对所有产品的覆盖[4]。

4）软件刷新。诊断工具在使用过程中可能存在研发过程中验证不充分导致存在软件Bug，考虑设备使用地的分散性，为方便、快速的解决此类问题，诊断工具应具备软件刷新功能。

3.2.2 诊断工具与客户端诊断软件通讯协议设计

诊断工具与客户端诊断软件间采用无线方式进行数据交互，目前常用的无线数据通讯方式主要有蓝牙、WIFI等传输方式[5]。数据交互报文格式设计见下图：

图6 数据交互报文格式

其中，为实现诊断工具与客户端诊断软件的功能配对，依据功能对数据字段进行适应性定义实现不同的命令。依据上述数据报文格式，针对诊断软件请求、诊断硬件工具响应两个主体，分别对应用层配对、参数配置、通讯报文、诊断报文几个方面进行数据设计定义。其中参数配置字节定义如下图所示：

图7 参数配置数据定义

4 诊断工具硬件开发

4.1 硬件方案及电路组成

硬件框图如下所示：

图8 硬件总体框图

本模块主要由以下电路及模块组成：电源及控制电路、CAN收发电路、 K线收发电路、MCU电路、蓝牙模块、WIFI模块、USB控制电路、TF卡接口电路。

4.2 接插件接口定义

诊断硬件设备接口定义在满足标准的基础上，可根据实际需求规划，进行功能支持。同时，各个针脚定义实现可被软件定义，实现同一针脚不同功能的复用。

图9

5 结论

通过对诊断硬件工具软件、硬件的设计开发，很好的支持多款车型的诊断功能需求，软件的分层设计思路加快设计开发进度，硬件设计则通过完善的电路设计及其它智能休眠功能等使得工具本身适应更多的使用场景，为汽车售后工作带来可以预见的便利。