汽车故障系统中实时显示及ECU模块的关键技术研究

摘要

现代汽车电控系统越来越复杂，传统的汽车故障诊断技术仅仅依靠人工经验，进行拆卸作业，修理零部件，这种方法对于具有很多电子元件的汽车来说是行不通的。现代的故障诊断技术利用高新技术设备，对故障做出科学准确的判断，极大的提高了汽车维修的可靠程度和维修速度。随着汽车电子技术的飞速发展，为了更快的发现车辆中存在的故障码，目前几乎所有的车辆控制系统，都增加了自诊断功能。故障码存储在ECU模块中，汽车维修人员可以采用专门的故障诊断系统来获取故障码信息，根据这个信息来分析汽车的故障原因。这种新型的汽车故障诊断技术成为目前研究的重大课题，这项研究具有很强的实际应用价值和重要的科学意义。
　　 汽车供应商提供的传统的手持式故障诊断仪设备，存在通用性差、携带极其不方便和价格昂贵等缺点，本文在分析了国内外汽车诊断技术发展现状的基础上，结合了汽车通信接口设备，设计了基于PassThru的汽车故障诊断软件系统，来实现汽车数据流分析和故障码分析，以此来帮助汽车维修人员来进行故障诊断。新型汽车故障诊断系统可高效地处理传统的手持式故障诊断仪设备所存在的缺陷问题。汽车故障诊断系统的关键技术是诊断协议标准，包括SAE J2534、CAN总线和基于K线、CAN总线的KWP2000协议。使用Authoring Tool（诊断数据录入系统）工具软件来录入汽车故障诊断所需数据。硬件设备采用VCI(Vehiclecommunication interface)，即车辆通信接口设备。VCI即Passthru+XS2G，完全兼顾J2534和J2534-1标准，在此基础上研究实现了一种基于PassThru的PC式汽车故障诊断系统。
　　 论文主要研究工作与内容如下:
　　 (1)首先介绍了汽车故障诊断系统的研究背景，先论述汽车电子技术的发展，接着引出车载总线的发展，最后论述了国内外汽车故障诊断技术的发展。
　　 (2)论文对汽车故障诊断相关理论知识和前沿技术进行了较为全面深入的研究，介绍了系统开发的关键技术。汽车故障诊断协议是基于CAN总线和KWP2000协议开发，并对CAN线和K线协议进行了对比和分析，所有汽车电子控制单元的通信都是遵循协议标准的，电子控制单元模块的供应商可能会针对标准诊断协议来修改适应其自身的模块通信标准。
　　 (3)汽车故障诊断系统的需求分析及方案设计。由MVC三层架构引出PC汽车故障诊断系统的三层结构，根据需要分析来划分功能模块，主要包括车辆识别模块、诊断模块、编程与编码模块、数据管理模块和快速通道模块，给出了故障诊断系统的方案设计，其中包括系统工作原理、系统应用平台需求和非功能性需求，为后续工作提供了有力的理论支撑。
　　 (4)论文完成了PC式汽车故障诊断系统。文中给出了系统的主界面设计与功能实现。介绍了实时显示模块，用于数据流和故障码分析。为了建立完善的安全机制，引入了安全认证算法。本文重点介绍了ECU刷新模块，包括ECU的通讯过程、刷新文件解析器、ECU刷新算法、刷新类的具体实现、EMS刷新速率改进的方案、授权机制算法的改进和在系统实现过程中遇到的问题及解决方案。
　　 (5)论文对该诊断系统进行模拟测试、台架测试和实车测试，通过测试结果表明，新型汽车故障诊断系统能够实现数据流分析和故障码分析，系统运行正常，能够满足实际要求。
　　 (6)论文最后对汽车故障诊断系统设计和实现过程中所做的具体研究以及创新性的工作做了简要总结，并指出该系统今后需要继续完善和改进的部分。
　　 基于PassThru的汽车故障诊断系统，具有高可靠性、携带使用方便、造价低廉和功能易于扩展等优点，本文所研究的诊断系统已经在实车上进行了功能验证。测试实验表明，该汽车故障诊断系统具有较高的诊断性能和适应不同车型诊断的能力，能够正确的读出电子控制单元中的储存的故障码信息，并对数据流信息进行分析，通过分析偏离标准数据的方向和大小来指出故障的原因。但是尚存在许多不足，比如远程诊断、资料数据在线化、Telematis服务和数字工厂等等，有望在以后的研究中依次实现。
　　 该系统无论从理论上还是实际应用中都有着较强的先进性和实用性，目前该系统已经投入市场使用中，可以运用在大量车型的电控单元上，该汽车故障诊断系统可以代替国内外现有的故障诊断产品，具有较高的使用价值和研究价值，为同类产品的开发提供了一种有效的解决方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 汽车电子技术的研究

1．1．2 车载总线技术的研究

1．1．3 汽车故障诊断技术的研究

1．1．4 问题的提出

1．2 汽车故障诊断系统的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容

1．4 研究方法

1．5 研究工作

1．6 论文组织结构

本章小结

第2章 系统开发的关键技术

2．1 PassThru接口

2．1．1 PassThru设备

2．1．2 SAE J2534

2．2 汽车故障诊断协议标准CAN线

2．2．1 车用总线

2．2．2 CAN总线

2．2．3 CAN协议报文

2．2．4 CAN总线位判断技术

2．2．5 CAN总线优缺点

2．3 KWP2000协议

2．3．1 基于K线的KWP2000协议

2．3．2 ISO 15765协议

2．3．3 两种协议的对比

2．4 系统整体方案设计

本章小结

第3章 汽车故障诊断系统的需求分析与方案设计

3．1 系统结构与需求分析

3．1．1 系统结构

3．1．2 需求功能分析

3．2 系统方案设计

3．2．1 新型汽车故障诊断系统

3．2．2 系统工作原理

3．2．3 系统应用平台需求

3．2．4 系统非功能性需求

本章小结

第4章 系统主要模块的详细设计与实现

4．1 主界面的设计

4．2 实时显示模块

4．2．1 诊断数据录入系统

4．2．2 实时显示

4．2．3 参数和DTC触发

4．3 安全认证算法

4．4 ECU刷新模块

4．4．1 ECU的通讯过程

4．4．2 刷新文件解析器

4．4．3 ECU刷新算法

4．4．4 刷新类的具体实现

4．4．5 EMS刷新速率的改进方案

4．5 授权机制算法的改进与优化

4．6 系统实现过程中遇到的问题和解决方案

本章小结

第5章 系统实验与测试

5．1 系统测试环境的搭建

5．2 系统测试方法

5．3 应用实例分析

5．3．1 Vehicle Spy监控数据

5．3．2 故障码测试

5．3．3 数据流测试

5．3．4 录制和触发功能测试

5．4 系统性能分析

本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间研究成果