基于车载自诊断系统的现代汽车维修技术

杨家印

(江苏联合职业技术学院，江苏 徐州 221004)

0 前言

我国汽车行业经过几十年的高速发展，汽车保有量大幅增加。随着汽车增速放缓，后汽车时代逐步来临，汽车的日常检查、维修及保养增多且愈发重要。汽车零部件复杂且数量多，因此其检测和维修难度较大，对维修技术人员要求较高。

通过对汽车维修市场的局部调研及相关文献研究，发现当前汽车维修行业存在以下2个问题：① 维修人员技术水平不高，对汽车理论知识的掌握不够全面，只能通过边工作边学习，以获得维修经验；② 汽车故障的准确诊断率不高，维修过程中使用先进诊断技术和设备较少。

电子诊断技术是对传统汽车维修的革新，在汽车维修中发挥巨大作用，提升了维修效率，同时能兼顾汽车的各个系统和构件，对其进行全面的诊断分析，减少或避免人工判断错误，精准找到故障节点，使维修人员能够有针对性地处理故障，确保维修的准确性和有效性。推进电子诊断技术应用是时代快速发展下的必然趋势。

1 电子诊断技术在汽车维修中的应用

随着电子诊断技术在汽车维修中的应用及发展，其技术越来越成熟，应用领域也越来越广泛。

1.1 汽车性能测试

应用电子诊断技术可以很好地跟踪、测试汽车性能指标。汽车性能测试是相对综合的过程，需要利用传感器获取并采集信号、通过处理器处理信号，然后分析可视化数据，形成可视化结果，使维修人员能够根据结果了解其性能情况，判断是否出现故障。

1.2 汽车发动机检测

发动机是汽车的主要动力组成。发动机运行过程涉及较多的参数指标，比如气缸效率、发动机运行功率、点火波形、喷油压力等，这些指标对发动机的工作状态及性能有着重要影响。电子诊断技术可通过电子诊断的方式，评估各项指标，通过差异化分析找出问题，确保故障的全面排查。

1.3 汽车底盘检测

汽车底盘对于汽车运行的稳定性有着重要影响。针对底盘的故障诊断，具有一定分化性，包括局部诊断和整体诊断，不同诊断所考虑的范围不同。整体诊断是对底盘运行过程涉及的参数指标进行整体分析，评估整体性能指标是否存在偏差；局部诊断是通过测量局部参数构建故障体系，确定故障具体成因。利用电子诊断技术提取并分析检测数据，对比分析结果与原始设计参数，以评估底盘故障情况，有针对性地解决有异常问题的部件，确保汽车底盘运行稳定性。

2 车载自诊断系统

车载自诊断系统(OBD)发展至今，可分为一代(OBDⅠ)、二代(OBDⅡ)及三代(OBDⅢ)。OBDⅢ的典型特征是：以无线传输故障信息，同时该系统会进入被装汽车的发动机、变速箱等重要部件，读取故障码和其它相关数据。车载故障诊断标准包括北美标准和欧洲标准(EOBD)，我国采用欧洲标准(EOBD)，采用《道路车辆 排放相关诊断用车辆和外部设备之间的通信 第5部分：排放相关的诊断服务》(ISO 15031-5—2015)的规定格式和单位，提供基本诊断数据及双向控制信息。各协议的应用层统一采用SAE标准，各协议之间的区别在于物理层及数据链路层的定义不同。SAE标准下的通信接口为16针，且规定了诊断连接器中每个端口的功能，其中7端口号的功能为《道路车辆 诊断系统 第2部分：交换数字信息的CARB要求》(ISO 9141-2—1994)K-line通信，即本文采用的通信协议。该协议的数据通信网络采用由单到总的结构模式，外围设备(客户机)发出请求，汽车内部各微处理控制器(ECU)请求进行逐一处理并采用同步的方式工作，同时其物理层规定了网络结构、电气参数等相关内容。

3 基于OBD的检测系统软硬件实现

3.1 系统硬件设计

考虑到汽车网络通信标准及协议的多样性，尽可能较多地适应提取车辆的信息，在采用S3C44B0X处理器的基础上选用TL718专用协议芯片作为通信处理芯片，处理器负责接收、处理人机接口发出的指令信息，对从OBD接口提取、通过TL718专用协议芯片传输的故障码等信息进行分析处理，并将其结果输出至液晶显示器(LCD)，实现结果可视化。其系统硬件设计连接如图1所示。

图1 检测系统硬件设计连接

3.2 系统软件设计

根据本文的硬件系统设计方案，其软件的工作流程为：系统初始化、键盘检测并接受诊断命令、发送OBD命令并对来自ECU的诊断数据接收、分析和整理数据、转换数据并通过对应的LCD输出。软件的工作流程如图2所示。

图2 检测系统软件工作流程

由图可知，软件系统分为以下模块：键盘模块、串行通信控制模块、故障数据分析和处理模块及显示输出模块。其中，故障数据分析和处理模块包括对车辆故障信息的提取分析、将各故障信息转换成可视化的信息输出。

根据软件系统中不同模块的特征和功能，创建优先级别顺序，1为最高级别任务，5为最低级别任务。

(1)主任务：完成各硬件的初始化程序，创建信号量，做好消息发送和接收的程序准备。

(2)命令接收任务：从键盘等输入设备接收指令，发送至主控芯片；综合程序及软件的功能要求，选择行列键盘，并采用程序中断的方式读取键盘输入，根据获取的键盘输入值对应分配和处理任务。

(3)输入故障(从主控芯片输出)任务：接收车辆内各部件的故障原始数据；对各通信模块的软硬件进行驱动设计，检测BUSY引脚的电平，低电平表示故障码未发送，如为高电平，需再次检测BUSY引脚的电平；如再次为高电平，开始接收数据；如为低电平，表示接收完毕，该程序采用多重循环的方式。

(4)故障码处理：分析、处理来自车辆内部各部件故障的原始数据，故障码与其具体的故障现象在SAE标准中有明确的对应关系，因此在程序上需要将故障码和车辆的实际故障按照SAE标准构建对应关系。

(5)输出显示任务：该任务的优先级别最低，准确处理完前序任务后方可执行如下设计。① 对硬件接口进行驱动设计，可实现与微控芯片的硬件识别与通信；② 运行应用接口(API)程序；③ 完成输出任务，将信息输出到LCD上显示。采用图形输出的方式实现人机界面的显示。

4 结语

随着人们生活质量的提高，汽车规模逐渐扩大，推动了汽车维修产业的发展。汽车结构复杂，特别是传统燃油汽车，其维修难度较高，主要依赖于维修人员的技术水平和维修经验，难免出现误判。因此，采用先进的科学技术实施汽车维修和检查十分必要。电子诊断技术具有较好的应用优势，能够全面分析汽车的故障、降低对维修工人技术和经验的依赖。

本文对基于OBD的电子诊断技术的软硬件进行了开发和设计，其硬件具有设计简单、成本较低、应用便捷的优势，软件流程和架构合理，能够很好地诊断车辆故障并及时输出，其方案能较好地应用于现代汽车维修。