易懂的ECU故障診斷指南

智能汽車電子與軟件 2022-11-19 16:20

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來源：汽車電子與軟件

作者：糊涂振

1 ECU故障診斷系統介紹

汽車上任何一個零件或任何零件間都可能會產生失效，即使失效的概率極低，但沒法保證百分之百不會失效。基于這樣的事實，我們沒辦法阻止，但是盡可能去識別到潛在的失效，這樣才能最大限度去避免傷害。所以，汽車的各個控制器都需要故障診斷系統，去不斷檢測系統、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補救措施，將傷害減到最小，另一方面，保存故障信息，以供后續排查和解決故障。因此，基于這樣的需求，完整的ECU故障診斷系統包括車內在線診斷系統和車外離線診斷系統兩個部分，將兩者配合使用，就可以進行完整地故障診斷。

其中，車內在線診斷系統用于監測車內部的傳感器，電子控制單元和執行器的工作狀態，并根據這些數據信息自動檢測系統故障，并將以故障碼的形式保存，同時做出相應的故障處理措施，并點亮相對應的故障燈提醒駕駛人員。

車外離線診斷系統用于提取已保存的故障信息，通過向車內在線診斷系統發送服務請求（即使用UDS服務）的形式，可進行讀取故障碼信息、清除故障碼和刷寫軟件等操作，完成故障的調查與維修。

也就是說：當汽車出現故障，車內在線診斷系統就應該起作用，最終提醒駕駛員有故障，那駕駛員將汽車返修。維修人員進行查因和維修，就需要使用車外離線診斷系統，查看故障信息、查找原因和更新軟件操作等。

2?ECU故障診斷系統設計的若干要點

為了實現上文的ECU故障診斷系統，同時也為鋪墊下文的ECU故障診斷系統ECU故障診斷系統實現，需要先介紹設計方面的幾個重要知識點，主要包括：診斷故障碼DTC，故障診斷機制和UDS服務。

2.1 診斷故障碼DTC

ECU故障診斷系統檢測的故障主要有五種類型：

機械/系統故障，以變速箱控制器所涉及的故障為例，像擋位執行器壞了，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，除零，溢出等故障；
通訊故障，比如CAN連不上，CAN報文丟失等故障。

對于這些故障，基于管理和處理方面的考慮，采用診斷故障碼（Diagnostic Trouble Code，DTC）來表示。下面就具體了解DTC的幾個重要概念：

2.1.1 DTC定義

DTC可以說是故障類型的"身份ID"，一個DTC映射一個故障類型（診斷事件）。DTC格式是根據幾個國際標準協議來定義的，比如ISO-14229-1，SAE J2012 OBD DTC和SAE J1939-73等。總的來說，DTC分為non OBD和OBD兩種格式，如下所示：

以non OBD為例，DTC包含3個字節數據。其中HighByte和MiddleByte這2個字節表示故障內碼，對應5位標準故障碼（第一位是字母，后四位是數字）。

前兩位用來區分故障來自的控制系統, 是系統代碼，比如B0-B3 是用在車身控制系統，C0-C3 是用在底盤控制系統，P0-P3是用在發動機控制系統，U0-U3 是用在通訊故障；
第三位是數字，表示表示故障所屬的子系統碼；
最后兩位數字提供故障的對象和類型。

比如"P080081"這個故障碼中，故障內碼為"P0800"，其中“P08”代表動力系統的傳動系統控制故障，“00”代表傳感器。

LowByte這個字節表示Failure Type，包含Failure category和Failure Sub Type兩個部分，具體可參考SAE J2012-DA，比如常見的timeout應該用0x87，信號無效應該為0x81等等；而對于OBD相關的ECU的DTC最低字位均為0x00。

接著"P080081"這個故障碼，“P08”代表動力系統的傳動系統控制故障，“00”代表傳感器，“81”代表信號無效，所以這個DTC代表就是動力系統的傳動系統控制的傳感器信號無效。

到此認識了DTC，除此之外還需要了解它的嚴重程度，因為不同的嚴重程度將會有不同的處理方式。DTC嚴重程度采用1個字節來存儲，它分為A、B、 C、D四個等級。比如說A類表示立即維修車輛，B類表示及時維修車輛，C類表示影響不大，有時間再維護，D類表示沒影響。

2.1.2 DTC附屬信息

根據上述DTC的定義，我們可以知道是什么故障以及故障是否嚴重，但這不能清晰得知故障什么時候發生的，什么原因導致發生的，因此還需要DTC的關鍵信息，比如DTC狀態（DTC status）、DTC快照信息（Snapshot）和DTC擴展數據信息(Extended data)。只有存儲下了這些關鍵信息，才能助于故障的解決。

1> DTC 狀態

先看DTC狀態，用1個字節來存儲，其8個bit分別代表為：

引自ISO14229

常聽說歷史故障和當前故障，對應上表，當前故障為bit0為1的故障，歷史故障指bit0為0但是bit3為1的故障，DTCStatus = 0x09 表示當前故障，即DTCStatus = 0x08 表示歷史故障。

歷史故障是過去發生但當前還沒有清除的故障碼。歷史故障產生的原因有兩種情況，一種是故障己經排除，只是未清除故障碼，此代碼清除后，故障就不會再次發生；另一種是故障并未排除，只是當前沒有發生，此代碼清除后，當故障再次發生時，故障還會出現。
當前故障是正發生的故障產生的故障碼。當前故障是確實存在的故障引起的，它屬于持續性故障產生的故障碼，它不會被清除。

當前故障是當前確實存在的故障，比較容易判斷。而歷史故障比較難于判斷，因為它是曾經發生的故障而現在沒有，重現故障產生的狀態，可能需要很長時間來捕捉歷史故障碼的重現，或者需要人為的創造可重現故障的條件，如加熱、振動等，同時需要較好的設備來捕捉故障出現瞬間各種數據參數的變化才行。因此，一般先解決當前故障，而對于歷史故障暫時作為故障診斷的參考。

2> 快照信息

快照信息就類似照相機一樣，在故障發生的時刻，對整車信息按下快門，做個記錄，以便后續分析問題。快照信息一般包括供電電壓、里程讀數、點火狀態、發動機冷卻液溫度，節氣門位置，發動機轉速，車速等信息，如下所示。這些會按規定的方式保存下來。