1 ECU故障診斷系統(tǒng)介紹

汽車上任何一個(gè)零件或任何零件間都可能會(huì)產(chǎn)生失效，即使失效的概率極低，但沒(méi)法保證百分之百不會(huì)失效?；谶@樣的事實(shí)，我們沒(méi)辦法阻止，但是盡可能去識(shí)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(gè)控制器都需要故障診斷系統(tǒng)，去不斷檢測(cè)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(shí)補(bǔ)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(gè)部分，將兩者配合使用，就可以進(jìn)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(cè)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(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)故障，并將以故障碼的形式保存，同時(shí)做出相應(yīng)的故障處理措施，并點(diǎn)亮相對(duì)應(yīng)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(guò)向車內(nèi)在線診斷系統(tǒng)發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求（即使用UDS服務(wù)）的形式，可進(jìn)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(shuō)：當(dāng)汽車出現(xiàn)故障，車內(nèi)在線診斷系統(tǒng)就應(yīng)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(jìn)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(shè)計(jì)的若干要點(diǎn)

為了實(shí)現(xiàn)上文的ECU故障診斷系統(tǒng)，同時(shí)也為鋪墊下文的ECU故障診斷系統(tǒng)ECU故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，需要先介紹設(shè)計(jì)方面的幾個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，主要包括：診斷故障碼DTC，故障診斷機(jī)制和UDS服務(wù)。

2.1 診斷故障碼DTC

ECU故障診斷系統(tǒng)檢測(cè)的故障主要有五種類型：

機(jī)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(bào)文丟失等故障。

對(duì)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(lái)表示。下面就具體了解DTC的幾個(gè)重要概念： 2.1.1 DTC定義 DTC可以說(shuō)是故障類型的"身份ID"，一個(gè)DTC映射一個(gè)故障類型（診斷事件）。DTC格式是根據(jù)幾個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議來(lái)定義的，比如ISO-14229-1，SAE J2012 OBD DTC和SAE J1939-73等。總的來(lái)說(shuō)，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(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。其中HighByte和MiddleByte這2個(gè)字節(jié)表示故障內(nèi)碼，對(duì)應(yīng)5位標(biāo)準(zhǔn)故障碼（第一位是字母，后四位是數(shù)字）。

前兩位用來(lái)區(qū)分故障來(lái)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(dòng)機(jī)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(duì)象和類型。

比如"P080081"這個(gè)故障碼中，故障內(nèi)碼為"P0800"，其中“P08”代表動(dòng)力系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)控制故障，“00”代表傳感器。 LowByte這個(gè)字節(jié)表示Failure Type，包含F(xiàn)ailure category和Failure Sub Type兩個(gè)部分，具體可參考SAE J2012-DA，比如常見(jiàn)的timeout應(yīng)該用0x87，信號(hào)無(wú)效應(yīng)該為0x81等等；而對(duì)于OBD相關(guān)的ECU的DTC最低字位均為0x00。 接著"P080081"這個(gè)故障碼，“P08”代表動(dòng)力系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)控制故障，“00”代表傳感器，“81”代表信號(hào)無(wú)效，所以這個(gè)DTC代表就是動(dòng)力系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)控制的傳感器信號(hào)無(wú)效。 到此認(rèn)識(shí)了DTC，除此之外還需要了解它的嚴(yán)重程度，因?yàn)椴煌膰?yán)重程度將會(huì)有不同的處理方式。DTC嚴(yán)重程度采用1個(gè)字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)，它分為A、B、 C、D四個(gè)等級(jí)。比如說(shuō)A類表示立即維修車輛，B類表示及時(shí)維修車輛，C類表示影響不大，有時(shí)間再維護(hù)，D類表示沒(méi)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(yán)重，但這不能清晰得知故障什么時(shí)候發(fā)生的，什么原因?qū)е掳l(fā)生的，因此還需要DTC的關(guān)鍵信息，比如DTC狀態(tài)（DTC status）、DTC快照信息（Snapshot）和DTC擴(kuò)展數(shù)據(jù)信息(Extended data)。只有存儲(chǔ)下了這些關(guān)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(gè)字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)，其8個(gè)bit分別代表為：

引自ISO14229 常聽(tīng)說(shuō)歷史故障和當(dāng)前故障，對(duì)應(yīng)上表，當(dāng)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(dāng)前故障，即DTCStatus = 0x08 表示歷史故障。

歷史故障是過(guò)去發(fā)生但當(dāng)前還沒(méi)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(huì)再次發(fā)生；另一種是故障并未排除，只是當(dāng)前沒(méi)有發(fā)生，此代碼清除后，當(dāng)故障再次發(fā)生時(shí)，故障還會(huì)出現(xiàn)。

當(dāng)前故障是正發(fā)生的故障產(chǎn)生的故障碼。當(dāng)前故障是確實(shí)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(huì)被清除。

當(dāng)前故障是當(dāng)前確實(shí)存在的故障，比較容易判斷。而歷史故障比較難于判斷，因?yàn)樗窃?jīng)發(fā)生的故障而現(xiàn)在沒(méi)有，重現(xiàn)故障產(chǎn)生的狀態(tài)，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)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(dòng)等，同時(shí)需要較好的設(shè)備來(lái)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(dāng)前故障，而對(duì)于歷史故障暫時(shí)作為故障診斷的參考。 2> 快照信息 快照信息就類似照相機(jī)一樣，在故障發(fā)生的時(shí)刻，對(duì)整車信息按下快門，做個(gè)記錄，以便后續(xù)分析問(wèn)題。快照信息一般包括供電電壓、里程讀數(shù)、點(diǎn)火狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，節(jié)氣門位置，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，車速等信息，如下所示。這些會(huì)按規(guī)定的方式保存下來(lái)。

引自ISO14229 3> 擴(kuò)展數(shù)據(jù) 擴(kuò)展數(shù)據(jù)信息是一組提供DTC相關(guān)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)信息的數(shù)據(jù)組，包括故障出現(xiàn)計(jì)數(shù)器、故障待定計(jì)數(shù)器、已老去計(jì)數(shù)器和老化計(jì)數(shù)器等，這些信息的具體內(nèi)容一般都由客戶來(lái)定義。如下示意：

DTC的這些內(nèi)容設(shè)計(jì)要么是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)方實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，除了這些內(nèi)容會(huì)作為需求的一部分，接下來(lái)要介紹的故障診斷機(jī)制內(nèi)容也會(huì)作為需求的另一部分。

2.2 ECU故障診斷機(jī)制

故障診斷包括檢測(cè)，確認(rèn)和處理3個(gè)部分。