基于OBD的新能源电动车故障诊断仪设计

李昌泉

东风特汽(十堰)专用车有限公司 湖北省武汉市 430000

本文阐述的就是一种基于CAN网络的新能源电动车故障诊断仪，下面我们简称“诊断仪”。借助故障诊断仪，维修人员可以读出车辆运行状态参数及故障情况，为故障诊断及修复提供了依据。

诊断仪由硬件部分和软件部分两部分组成，现分别介绍如下：

1 诊断仪实现功能

诊断仪主要实现两大功能：

A、网关功能：实现上位机软件与整车CAN总线间的协议转换，即CAN和RS232间的协议转换。

B、诊断功能：读故障码、清故障码、读数据流、读/写VIN码、参数设置、显示数据的实时曲线等。

2 诊断仪硬件部分

诊断仪硬件较为简单，主要由外壳、控制板和液晶屏组成。

2.1 外壳

外壳前期采用3D打印技术一次成型，样件速度快，成本低。后续批量生产时可改为开模注塑工艺。

2.2 控制板

控制板采用ST公司的STM32F103ZETT6控制器作为主控芯片，该芯片具有丰富的外设接口及内部资源，具有64KB SRAM，512KB FLASH，2个基本定时器，4个通用定时器，2个高级定时器，3个SPI，2个IIC，5个串口，1个USB，1个CAN，3个12位ADC，1个12位DAC，1个SDIO接口，1个FSMC接口以及112个通用IO口，便于后期的功能扩展；支持emWin图形化界面，并且外部总线（FSMC）可以用来扩展RAM和连接LCD，通过FSMC驱动LCD可以显著提高LCD的刷新速率，可以实现美观的图形界面和良好的人机交互功能；支持触摸屏功能，可使所有操作均在屏幕上点击完成，无需任何外设按键。

2.3 液晶屏

液晶屏采用4.3寸TFTLCD电容触摸屏，分辨率为800*480，16位真彩色显示，支持5点同时触摸。

2.4 硬件接口

诊断仪与整车通过OBD-II接口进行连接。

2.4.1 OBD-II接口介绍

OBD-II（on Board Diagnostics Ⅱ）是Ⅱ型在线诊断系统的缩写，它由SAE（Society of Automotive Engineers，美国汽车工程师协会）开发，EPA（Environmental ProtectionAgency，美国环境保护局）认证通过并于1989年正式公布，该系统统一了数据传输协议和诊断模式，使得使用同一诊断设备来诊断不同品牌车辆成为可能。

2.4.2 OBD接口定义

上图为整车上OBD接口端子（整车OBD接口一般为母头，诊断仪与之对应为公头），PIN定义如下：

图1

3 诊断仪软件部分

3.1 诊断仪与整车网络连接图

诊断仪通过整车OBD端口实现与整车的连接，通过CAN总线实现读取诊断数据，故障代码及冻结帧数据（冻结帧数据指的是在故障发生时，实时存储的整车相关信号参数值）等功能，甚至可以对车辆状态进行判断，对电池管理，ECU 固件版本等内容进行升级。诊断仪与整车网络连接图如图2：

3.2 CAN协 议和UDS协议

CAN， 全 称 为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是一种多主方式的串行通讯总线，传输距离远（最远可达10Km）、传输速率快（最快可达1Mbps），抗电磁干扰性强，已成为国际上应用最广泛的现场总线之一。

表1

图2

UDS， 全 称 为“Unified Diagnostic Services”，即统一诊断服务，是国际标准组织结合欧美多种诊断协议而制定的。UDS支持多种协议类型，如CAN、LIN等，本文所述诊断仪使用的UDS是基于CAN总线。

3.3 诊断仪软件架构

3.3.1 人机交互模块（GUI）

人机交互模块（GUI）采用STemWin图形系统进行设计。STemWin图形系统是Segger公司为ST公司量身定制的emWin。利用该设计软件可以在电脑上进行仿真运行，实现人机交互界面的脱离硬件运行，可大大提高软件设计进度。

3.3.2 数据处理模块

3.3.2.1 诊断仪遵循的协议

（1）诊断仪与整车的通讯协议

诊断仪通过整车OBD接口连接，采用基于CAN总线的车辆诊断标准ISO14229-2006（E）：《Road vehicles —Unified diagnostic services （UDS） —Specification and requirements》，采用标准帧模式，波特率为500Kbps，主要涉及以下几项服务：

DiagnosticSessionControl（10 hex）service

诊断会话模式控制服务

TesterPresent （3E hex）service

诊断设备在线服务

ReadDTCInformation（19 hex）service

读故障码服务

ClearDiagnosticInformation（14 hex）service

清故障码服务

ReadDataByIdentifier（22 hex）service

读数据流服务

SecurityAccess （27 hex）service

安全存取服务

WriteDataByIdentifier（2E hex）service

写数据服务

（2）诊断仪与PC上位机的通讯协议

诊断仪与PC上位机间的通讯采用RS232总线方式，波特率为25600bps，数据传输格式采用AT指令格式。

3.3.2.2 数据处理模块软件设计工具

诊断仪数据处理模块采用C语言作为编程语言，采用uVision5 IDE集成开发环境。

4 诊断仪系统验证

本诊断仪可以完成对于被测车辆的故障码读取、故障码清除、数据流读取及数据图表显示、数据标定（如VIN）等功能，具有操作简单、诊断效率高的特点。以读取冻结帧为例，点击主界面中的 “查看数据流”图标，即可以看到汽车VCU中存储的冻结帧数据。