汽車(chē)故障自診斷系統與故障診斷儀V．A．G1551研究

摘 要： 著(zhù)重研究了汽車(chē)故障診斷儀V．A．G1551的工作原理，初步給出了開(kāi)發(fā)與其兼容的汽車(chē)診斷儀的方法，并簡(jiǎn)要介紹了汽車(chē)診斷技術(shù)的發(fā)展歷程與發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞： 汽車(chē)故障診斷儀 OBD-II V．A．G1551

隨著(zhù)微機在汽車(chē)上的應用日趨廣泛，不僅提高了汽車(chē)的性能和舒適性，也使整個(gè)汽車(chē)控制系統變得越來(lái)越復雜。因此，用戶(hù)的汽車(chē)一旦因故障拋錨時(shí)，維修人員能否迅速找到發(fā)生故障的部位并加以排除就成為擺在汽車(chē)制造商面前的重要課題。當今時(shí)代，汽車(chē)工業(yè)群雄鼎立，售后服務(wù)的方便和快捷必然成為競爭的焦點(diǎn)。這就要求在豐富汽車(chē)各種功能的同時(shí)，完善和提高故障的檢測能力，使汽車(chē)更安全、更易于維護。

１ 汽車(chē)故障自診斷技術(shù)

在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，汽車(chē)故障診斷技術(shù)和故障診斷設備得到了極大的發(fā)展，汽車(chē)診斷也作為一門(mén)專(zhuān)門(mén)技術(shù)發(fā)展起來(lái)。汽車(chē)故障自診斷裝置一般包括車(chē)載故障自診斷裝置和汽車(chē)故障診斷儀。

1.1 車(chē)載故障自診斷裝置

1976年美國通用汽車(chē)公司推出了世界上第一個(gè)電子點(diǎn)火控制系統MISAR，其中已具備了自診斷功能，用于診斷控制發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火時(shí)間的微機，發(fā)動(dòng)機冷卻水溫度和蓄電池電壓等輸入信號，當發(fā)生異常情況時(shí)報警指示燈亮。隨著(zhù)汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，故障自診斷系統已能對各傳感器、執行機構和ECU本身進(jìn)行監測，并能判斷和區分故障類(lèi)型，以故障代碼的形式存儲起來(lái)，供維修人員用專(zhuān)門(mén)的故障代碼讀取設備讀出。故障自診斷技術(shù)不僅應用于發(fā)動(dòng)機電子控制系統中，而且在自動(dòng)變速箱、防抱死制動(dòng)裝置、安全氣囊等系統的微機控制單元中廣泛使用。世界各大汽車(chē)公司都推廣了這一技術(shù)，并開(kāi)發(fā)出與各自車(chē)型配套的故障代碼讀出設置。這就給用戶(hù)在汽車(chē)運行中及時(shí)發(fā)現故障和汽車(chē)修理時(shí)故障的查詢(xún)帶來(lái)了極大的方便。

1.2 汽車(chē)故障診斷儀

汽車(chē)故障診斷儀是和車(chē)載故障自診斷系統配套使用的，從本質(zhì)上看，它相當于自診斷系統的終端設備，起到人機交互的作用。隨著(zhù)微機技術(shù)的發(fā)展，故障診斷儀能完成的功能愈來(lái)愈豐富，現歸納如下：

·顯示故障代碼，同時(shí)顯示發(fā)生故障的部位、檢查的方法、檢測的標準數據等，并打印上述信息；

· 清除故障代碼；

·汽車(chē)運行實(shí)時(shí)狀態(tài)數據的顯示，維修人員可對照標準數據，通過(guò)分析數據偏離標準數據的方向和大小找出故障的原因；

·向ECU發(fā)出執行器強制動(dòng)作的命令，以查看執行器是否工作正常；

·存儲汽車(chē)運行的狀態(tài)數據和故障信息，向個(gè)人計算機或故障診斷專(zhuān)家系統輸出。

２ 故障診斷通訊接口OBD-II標準簡(jiǎn)介

早先的故障診斷儀都是由各個(gè)整車(chē)制造廠(chǎng)或儀器制造商各自開(kāi)發(fā)的，診斷接口和通訊方式各不相同，不能互相通用。以診斷插座為例，福特車(chē)系有7針、25針，奔馳車(chē)系有圓形9針、38針、長(cháng)方形16針等等。這種各自為政的局面不僅給維修工作帶來(lái)了麻煩，而且也增加了維修成本和人員培訓費用，反過(guò)來(lái)也影響了產(chǎn)品在全球范圍的銷(xiāo)售。

自1987年起，美國加州大氣資源局（CARB）規定車(chē)載故障自診斷系統必須能夠對汽車(chē)排氣系部件進(jìn)行監測。1994年CARB頒布了更為嚴格的廢氣排放控制法規，規定與排氣相關(guān)的部件必須與被稱(chēng)為萬(wàn)能掃描工具的故障診斷儀進(jìn)行通信。同時(shí)，美國環(huán)境廳（EPA）也采取相應措施在全美推廣使用。在CARB的要求下，美國汽車(chē)工程學(xué)會(huì )（SAE）進(jìn)一步推進(jìn)了與故障診斷儀相關(guān)的標準化工作，形成了診斷儀接口的OBD-II標準。

OBD-II是ON-BOARD DIAGNOSITICS的縮寫(xiě)，即第二代隨車(chē)電腦診斷系統，它代表了目前大部分診斷儀的技術(shù)水平，可以說(shuō)是一個(gè)實(shí)際的標準，因而得到了汽車(chē)制造商的支持。其主要特點(diǎn)有：

·診斷插座統一為16針插座，并統一安裝于駕駛室儀表板下方。診斷插座如圖1所示，引腳定義如表1所示；

·串行數據通信協(xié)議采用IS09141和SAE兩個(gè)標準；

·具有統一的5位故障代碼。例如P1352，第一個(gè)英文字母代表被測控制器，如P代表發(fā)動(dòng)機電腦控制器（Power），B代表車(chē)身電腦控制器（Boby），C代表底盤(pán)電腦控制器（Chassis），第二個(gè)字代表制造廠(chǎng)，第三個(gè)字代表SAE定義的故障范圍碼，最后兩個(gè)字代表原廠(chǎng)故障碼；

·具有用診斷儀直接讀取并清除故障碼的功能；

·具有行車(chē)記錄功能，能記錄車(chē)輛行駛過(guò)程中的有關(guān)數據資料；

·具有記憶并重新顯示故障信息的功能。

３ V．Ａ．G1551功能簡(jiǎn)介

V．A．G1551是大眾集團內部售后服務(wù)通用的汽車(chē)電子系統維修、診斷儀器，可以讀取電子控制汽油噴射發(fā)動(dòng)機、自動(dòng)變速箱等十多個(gè)汽車(chē)電子系統的診斷和測試信息。比如在檢修發(fā)動(dòng)機電子時(shí)，維修人員可以使用其來(lái)讀取故障代碼，同時(shí)也可以讀取發(fā)動(dòng)機實(shí)時(shí)狀態(tài)參數如轉速、水溫、負荷、電壓、噴油時(shí)間等，另外還能向ECU的各執行機構發(fā)出強制執行命令。操作時(shí)，將診斷儀與汽車(chē)排檔前的診斷插座連接即可。診斷插座符合OBD-II標準，其中引腳4為車(chē)身搭鐵，引腳7為B．D．DIAKM即K線(xiàn)），引腳16為蓄電池正極，其余引腳均為空。

使用時(shí)首先要輸入檢測對象的地址代碼，如發(fā)動(dòng)機電子為01，然后要選擇功能，如查詢(xún)故障代碼的功能號為02。具體使用方法見(jiàn)相關(guān)資料。

診斷插座的引腳７應與汽車(chē)上各電子控制系統的Ｋ線(xiàn)相連接，診斷儀一次只能與一個(gè)電子控制系統通信。開(kāi)始時(shí)，診斷儀以廣播的方式通過(guò)K線(xiàn)發(fā)送識別信息（即地址碼），但只有與地址碼相對應的電子控制系統才作出響應，于是診斷儀和該電子控制系統開(kāi)始通信，其余各系統仍處于待機狀態(tài)。

４ V．A．G1551與發(fā)動(dòng)機電子通信規律初探

由于條件限制，本文只研究了V．A．G1551與Engine Electronics的通信規律，并且ECU只限于MOTRONIC M1.54P。

4.1 利用計算機串口截碼

考慮到V．A．G1551與ECU的通信碼均為串口信號，只是與RS-232標準串口信號的電壓不同，標準串口信號的“1”用-12V表示，“0”用+12V表示，而K線(xiàn)的“0”用0～1.3V表示，“1”用12V表示，所以只要設計一塊轉換卡，把Ｋ線(xiàn)的串口信號轉換為標準串口信號，即可實(shí)現利用計算機串口來(lái)截取V．A．G1551與ECU的通信碼，從而研究它們的通信規律。轉換卡除了能完成電平轉換功能外，工作頻率要大于10kHz，且輸入電阻要大，不至于影響V．A．G1551與ECU的通信。圖2給出計算機串口截碼原理圖。

采用轉換卡截碼的效率很高，每次截碼得到的文件也較小，大約1Kbytes多，并可以直接在編輯軟件下閱讀，使用非常方便。下面的任務(wù)就是對V．A．G1551的各個(gè)功能逐個(gè)進(jìn)行截碼研究，弄清在發(fā)動(dòng)機的各個(gè)工況下它們是如何進(jìn)行通信的。

4.2 截碼數據分析

下面給出V．A．G1551在功能號04數據塊000進(jìn)行通信時(shí)截碼得到的數據，并進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

在V．A．G1551發(fā)出地址碼后，ECU回答控制器版本號，如表2所示。

接下來(lái)，雙方發(fā)出握手信號以不中斷聯(lián)系，并且ECU等待V．A．G1551發(fā)出指令：

03FC OBF4 09F6 03

03FC 0CF3 09F6 03

03FC 0DF2 09F6 03

V．A．G1551發(fā)出功能04-000指令，ECU回答相應信息，并且雙方不斷問(wèn)答，直到用戶(hù)輸入“→”：

03FC CEF1 11EE 03

0DF2 0FF0 F40B 659A A25D C837 1DE2 807F SBA4 02FD 00FF 07F8 1FE0 03

03FC 10EF 11EE 03

0DF2 11EE F40B 659A A25D C837 1DE2 807F 5BA4 02FD 00FF 07F8 1EE1 03

03FC 12ED 11EE 03

0DF2 13EC F40B 659A A25D C837 1DE2 807F 5BA4 02FD 00FF 07F8 1EE1 03

接下來(lái)雙方又進(jìn)行握手等待，直到用戶(hù)發(fā)出結束指令，通信結束：

03FC 14EB 09F6 03

03FC 15EA 09F6 03

03FC 16E9 09F6 03

03FC 17EB 09F6 03

03FC 18E7 06F9 03

在這些數據中，還可以發(fā)現一個(gè)特殊的碼子，即每一行的第二個(gè)數據，經(jīng)分析，這是一個(gè)記數碼，通信雙方每發(fā)出一次信息均加一。并且可以看到，在功能號04數據塊000時(shí)V．A．G1551發(fā)出的命令為11，結束指令為06。雙方采用的校驗方式為反碼，即接收方發(fā)出接收碼的反碼，發(fā)送方收到反碼后就認為對方接收正確（如V．A．G1551發(fā)06，ECU答F9）。

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗，可以獲知V．A．G1551在檢測發(fā)動(dòng)機電子的各個(gè)功能（包括讀故障碼和消除故障碼）時(shí)的通信碼，這些通信碼為研制與V．A．G1551兼容的汽車(chē)故障診斷儀打下堅實(shí)的基礎。

V．A．G1551除了可以讀取故障代碼外，還可以讀取發(fā)動(dòng)機實(shí)時(shí)狀態(tài)參數如轉速、水溫、負荷、電壓、噴油時(shí)間等，經(jīng)過(guò)數據分析，V．A．G1551并不是把這些參數直接顯示出來(lái)，而是把這些參數的碼子經(jīng)過(guò)某種轉換再顯示出來(lái)。

5 開(kāi)發(fā)與V．A．G1551兼容的計算機汽車(chē)診斷系統

V．A．G1551是德國制造的儀器，價(jià)格昂貴，并且有部分V．A．G1551是德文顯示，用起來(lái)多有不便，因此有必要開(kāi)發(fā)與其兼容的汽車(chē)診斷儀。通用的計算機系統有標準的串口，且編程余地大、易調試、所以可先開(kāi)發(fā)計算機診斷系統。

5.1 硬件部分

同樣，計算機系統的串口與V．A．G1551的串口不兼容，因此需要設計一塊適配卡，與上述轉換卡不同的是，適配卡的數據流是雙向的，但因為通信是半雙工的，所以適配卡上應加上一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，以隔離雙方數據。圖3給出適配卡原理圖。

當計算機發(fā)出數據時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)接通，數據通過(guò)K線(xiàn)發(fā)給ECU，同時(shí)數據又發(fā)回給計算機，當計算機接收到數據后可判定數據已發(fā)完，此時(shí)應立刻關(guān)閉模擬開(kāi)關(guān)，等待ECU回答。在這個(gè)過(guò)程中模擬開(kāi)關(guān)的關(guān)閉時(shí)間是個(gè)關(guān)鍵，若模擬開(kāi)關(guān)關(guān)早了（即計算機串碼還未發(fā)完）則ECU接收的數據會(huì )出錯，若模擬開(kāi)關(guān)關(guān)晚了（即ECU已發(fā)出數據）則會(huì )影響計算機接收數據。

5.2 軟件部分

軟件采用模塊化設計，即把主程序編成一個(gè)模塊，V．A．G1551每一個(gè)功能都編成一個(gè)模塊，每個(gè)模塊分別匯編后再連接成可執行文件。采用模塊程序設計有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

（１）每個(gè)模塊任務(wù)明確，便于理解；

（２）單個(gè)模塊易于編寫(xiě)和調試；

（３）便于程序和維護的修改；

（４）要增加診斷的功能，只要增加相應的模式塊即可。

編制程序的時(shí)候可采用逐漸增加功能的方法，即先編主模塊和第一個(gè)功能模塊，調試成功后連上第二個(gè)功能模塊再調試，直到全部完。

通過(guò)一段時(shí)間的調試，筆者已初步開(kāi)發(fā)完成與V.A.G1551兼容的計算機診斷系統，當然目前只限于診斷M1.54P的發(fā)動(dòng)機電子。圖４給出軟件的主框圖。

本文介紹的方法是通過(guò)研究V.A.G1551與ECU的外部通信規律來(lái)開(kāi)發(fā)與V.A.G1551兼容的汽車(chē)故障診斷儀，應該說(shuō)在主要功能上能與V.A.G1551保持一致，但在細節問(wèn)題上還有差異。并且本文尚未涉及到另一個(gè)很重要的方面，就是V.A.G1551與ECU的確認碼問(wèn)題的，也就是說(shuō)當V.A.G1551收到ECU的確認碼是錯誤的時(shí)候會(huì )做何動(dòng)作畫(huà)。這些問(wèn)題還等待我們去作進(jìn)一步研究。

參考文獻

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(收稿日期：1999-07-19）