1 ECU故障診斷系統(tǒng)介紹

汽車上任何一個零件或任何零件間都可能會產(chǎn)生失效，即使失效的概率極低，但沒法保證百分之百不會失效?；谶@樣的事實，我們沒辦法阻止，但是盡可能去識別到潛在的失效，這樣才能最大限度去避免傷害。所以，汽車的各個控制器都需要故障診斷系統(tǒng)，去不斷檢測系統(tǒng)、零件等的異常之處，從中找出故障，找出故障后，還希望一方面可以采取臨時補救措施，將傷害減到最小，另一方面，保存故障信息，以供后續(xù)排查和解決故障。因此，基于這樣的需求，完整的ECU故障診斷系統(tǒng)包括車內(nèi)在線診斷系統(tǒng)和車外離線診斷系統(tǒng)兩個部分，將兩者配合使用，就可以進行完整地故障診斷。 其中，車內(nèi)在線診斷系統(tǒng)用于監(jiān)測車內(nèi)部的傳感器，電子控制單元和執(zhí)行器的工作狀態(tài)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息自動檢測系統(tǒng)故障，并將以故障碼的形式保存，同時做出相應的故障處理措施，并點亮相對應的故障燈提醒駕駛?cè)藛T。

車外離線診斷系統(tǒng)用于提取已保存的故障信息，通過向車內(nèi)在線診斷系統(tǒng)發(fā)送服務請求（即使用UDS服務）的形式，可進行讀取故障碼信息、清除故障碼和刷寫軟件等操作，完成故障的調(diào)查與維修。

也就是說：當汽車出現(xiàn)故障，車內(nèi)在線診斷系統(tǒng)就應該起作用，最終提醒駕駛員有故障，那駕駛員將汽車返修。維修人員進行查因和維修，就需要使用車外離線診斷系統(tǒng)，查看故障信息、查找原因和更新軟件操作等。

2ECU故障診斷系統(tǒng)設計的若干要點

為了實現(xiàn)上文的ECU故障診斷系統(tǒng)，同時也為鋪墊下文的ECU故障診斷系統(tǒng)ECU故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)，需要先介紹設計方面的幾個重要知識點，主要包括：診斷故障碼DTC，故障診斷機制和UDS服務。

2.1 診斷故障碼DTC

ECU故障診斷系統(tǒng)檢測的故障主要有五種類型：

機械/系統(tǒng)故障，以變速箱控制器所涉及的故障為例，像擋位執(zhí)行器壞了，離合器壞了等故障；

電子電器故障，比如電磁閥或傳感器短路，電源電壓不在工作范圍等故障；

硬件故障，主要指PCB上的器件故障，比如處理器故障，外圍芯片故障等；

軟件故障，比如死循環(huán)， 除零，溢出等故障；

通訊故障， 比如CAN連不上，CAN報文丟失等故障。

對于這些故障，基于管理和處理方面的考慮，采用診斷故障碼（Diagnostic Trouble Code，DTC）來表示。下面就具體了解DTC的幾個重要概念： 2.1.1 DTC定義 DTC可以說是故障類型的"身份ID"，一個DTC映射一個故障類型（診斷事件）。DTC格式是根據(jù)幾個國際標準協(xié)議來定義的，比如ISO-14229-1，SAE J2012 OBD DTC和SAE J1939-73等。總的來說，DTC分為non OBD和OBD兩種格式，如下所示：

以non OBD為例，DTC包含3個字節(jié)數(shù)據(jù)。其中HighByte和MiddleByte這2個字節(jié)表示故障內(nèi)碼，對應5位標準故障碼（第一位是字母，后四位是數(shù)字）。

前兩位用來區(qū)分故障來自的控制系統(tǒng), 是系統(tǒng)代碼，比如B0-B3 是用在車身控制系統(tǒng)，C0-C3 是用在底盤控制系統(tǒng)，P0-P3是用在發(fā)動機控制系統(tǒng)，U0-U3 是用在通訊故障；

第三位是數(shù)字，表示表示故障所屬的子系統(tǒng)碼；

最后兩位數(shù)字提供故障的對象和類型。

比如"P080081"這個故障碼中，故障內(nèi)碼為"P0800"，其中“P08”代表動力系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)控制故障，“00”代表傳感器。 LowByte這個字節(jié)表示Failure Type，包含F(xiàn)ailure category和Failure Sub Type兩個部分，具體可參考SAE J2012-DA，比如常見的timeout應該用0x87，信號無效應該為0x81等等；而對于OBD相關的ECU的DTC最低字位均為0x00。 接著"P080081"這個故障碼，“P08”代表動力系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)控制故障，“00”代表傳感器，“81”代表信號無效，所以這個DTC代表就是動力系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)控制的傳感器信號無效。 到此認識了DTC，除此之外還需要了解它的嚴重程度，因為不同的嚴重程度將會有不同的處理方式。DTC嚴重程度采用1個字節(jié)來存儲，它分為A、B、 C、D四個等級。比如說A類表示立即維修車輛，B類表示及時維修車輛，C類表示影響不大，有時間再維護，D類表示沒影響。

2.1.2 DTC附屬信息 根據(jù)上述DTC的定義，我們可以知道是什么故障以及故障是否嚴重，但這不能清晰得知故障什么時候發(fā)生的，什么原因?qū)е掳l(fā)生的，因此還需要DTC的關鍵信息，比如DTC狀態(tài)（DTC status）、DTC快照信息（Snapshot）和DTC擴展數(shù)據(jù)信息(Extended data)。只有存儲下了這些關鍵信息，才能助于故障的解決。 1> DTC 狀態(tài) 先看DTC狀態(tài)，用1個字節(jié)來存儲，其8個bit分別代表為：

引自ISO14229 常聽說歷史故障和當前故障，對應上表，當前故障為bit0為1的故障，歷史故障指bit0為0但是bit3為1的故障，DTCStatus = 0x09 表示當前故障，即DTCStatus = 0x08 表示歷史故障。

歷史故障是過去發(fā)生但當前還沒有清除的故障碼。歷史故障產(chǎn)生的原因有兩種情況，一種是故障己經(jīng)排除，只是未清除故障碼，此代碼清除后，故障就不會再次發(fā)生；另一種是故障并未排除，只是當前沒有發(fā)生，此代碼清除后，當故障再次發(fā)生時，故障還會出現(xiàn)。

當前故障是正發(fā)生的故障產(chǎn)生的故障碼。當前故障是確實存在的故障引起的，它屬于持續(xù)性故障產(chǎn)生的故障碼，它不會被清除。

當前故障是當前確實存在的故障，比較容易判斷。而歷史故障比較難于判斷，因為它是曾經(jīng)發(fā)生的故障而現(xiàn)在沒有，重現(xiàn)故障產(chǎn)生的狀態(tài)，可能需要很長時間來捕捉歷史故障碼的重現(xiàn)，或者需要人為的創(chuàng)造可重現(xiàn)故障的條件，如加熱、振動等，同時需要較好的設備來捕捉故障出現(xiàn)瞬間各種數(shù)據(jù)參數(shù)的變化才行。因此，一般先解決當前故障，而對于歷史故障暫時作為故障診斷的參考。 2> 快照信息 快照信息就類似照相機一樣，在故障發(fā)生的時刻，對整車信息按下快門，做個記錄，以便后續(xù)分析問題?？煺招畔⒁话惆?a target="_blank">供電電壓、里程讀數(shù)、點火狀態(tài)、發(fā)動機冷卻液溫度，節(jié)氣門位置，發(fā)動機轉(zhuǎn)速，車速等信息，如下所示。這些會按規(guī)定的方式保存下來。

引自ISO14229 3> 擴展數(shù)據(jù) 擴展數(shù)據(jù)信息是一組提供DTC相關擴展狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)組，包括故障出現(xiàn)計數(shù)器、故障待定計數(shù)器、已老去計數(shù)器和老化計數(shù)器等，這些信息的具體內(nèi)容一般都由客戶來定義。如下示意：

DTC的這些內(nèi)容設計要么是根據(jù)標準協(xié)議，要么是根據(jù)客戶的特定需求，不管是哪種形式，一般都是以需求形式要求實現(xiàn)方實現(xiàn)。當然，除了這些內(nèi)容會作為需求的一部分，接下來要介紹的故障診斷機制內(nèi)容也會作為需求的另一部分。

2.2 ECU故障診斷機制

故障診斷包括檢測，確認和處理3個部分。