一種多功能綜合型電控汽車故障診斷系統的制作方法

專利名稱：一種多功能綜合型電控汽車故障診斷系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于汽車故障診斷技術領域，尤其是一種可以應用該系統對帶OBD系統的 車輛運行參數進行監測和記錄、故障診斷及遠程故障診斷的多功能綜合型電控汽車故障診 斷系統。
背景技術：
OBD (On Board Diagnosis 車載診斷)，首先由美國通用汽車公司于1981年引入， 其目的是在車輛使用過程中監測車輛的排放控制系統，能夠有效的監測在用車的排放狀 況。OBD系統通過對車輛與排放控制系統相關的子系統和零部件進行在線監測，判斷各子系 統和零部件是否由于部分或者完全失效而導致車輛的排放超過排放法規規定的OBD限值。 如果排放超標，OBD系統應診斷出特定的故障，并將故障信息保存于控制器的存儲器，同時 根據相應要求點亮故障指示燈(MIL)。通過相應的診斷設備可以從控制器中讀取故障碼，根 據故障碼的定義和提示，維修人員可以快速準確的確定故障的性質和部位。該系統有助于 發現并修復與車輛排放控制系統有關的故障，確保車輛在整個使用壽命中始終保持最佳排 放控制水平。2005年4月15日國家環境保護總局發布了《輕型汽車污染物排放限值及測量方 法(中國III、IV階段)》GB18352. 3-2005，規定全國于2007年7月1日起開始實施國III 排放法規，2008年7月1日起第一類車型需安裝OBD系統，其他車型于2010年7月1日起 需安裝OBD系統。為了滿足日趨嚴格的排放法規和進一步提高汽車的經濟性、動力性、安全性、舒適 性和操控性的要求，電子控制技術的應用是當今汽車工業發展的必然趨勢。目前電子產品 在整車成本中所占比例普遍為23 % 30 %，在高檔豪華轎車上更是占到50 % 60 %，今后 汽車的發展將更多地應用電子控制技術。電子控制技術的廣泛應用使得汽車電控系統的結 構越來越復雜，當發生故障時，判斷故障發生原因及發現故障的部位也相應的變得越來越 困難，在車輛技術保障中有資料統計，查找故障的時間為70%左右，而排除故障與維修的時 間占30%。因此，許多傳統的故障診斷方法和診斷設備，無論在診斷的可靠性和使用的方便 性都難以適應現代汽車技術的發展。如何快速、準確的診斷汽車電子控制系統的故障是當 前汽車維修行業所面臨的一個大難題。針對這種情況，在電控單元的開發過程中增加了相 應的故障自診斷系統，不僅能在車輛運行過程中不斷監測電子控制系統各個組成部分的運 行情況，還能檢測出電子控制系統中的大部分故障，并以故障碼的形式存儲于電子控制單 元的存儲器中，這樣不僅可以保證車輛的正常行駛，還有利于維修人員對車輛和電子控制 系統的維護，以實現汽車故障的在線診斷和離線診斷功能。傳統汽車故障診斷設備和方法主要建立在16位單片機或32位ARM嵌入式系統 上，其利用OBD診斷接口對車載網絡進行診斷，將結果顯示在液晶屏幕上，診斷數據保存在 存儲器中，傳統方法主要存在以下缺陷1.診斷儀器硬件系統相對固定，系統功能由硬件 決定，系統升級或者功能模塊擴展比較困難；2.診斷性能較低，診斷系統建立在嵌入式系統上，處理器性能較低，RAM和外置存儲器容量較小，無法實現進一步的高性能的診斷要求； 3.傳統診斷系統無法大量存儲診斷幫助和維修指導，不能提供智能化的診斷協助；4.傳統 診斷系統沒有或者帶有分辨率低的單色液晶顯示屏，不能實現診斷數據的豐富圖形顯示以 及友好的人機交互界面；5.傳統的故障診斷系統難以提供全面可靠便捷的診斷數據管理； 6.傳統的故障診斷系統沒有或者缺乏快捷的網絡支持，較難實現遠程網絡診斷需求。綜上所述，傳統故障診斷系統及方法較難適應未來復雜、智能化以及遠程診斷的 診斷需求。

發明內容
本發明的目的是針對傳統手持式診斷儀存在的功能簡單、性能較低、操作繁瑣、升 級不便等問題為電控汽車提供一種多功能綜合型故障診斷系統，以滿足全面復雜的汽車診 斷需求，提高車輛故障維修效率并且建立車輛遠程故障診斷平臺。為實現上述目的，本發明所采用的方案是一種多功能綜合型故障診斷系統，由 PC診斷軟件通過VCI (Vehicle Communication Interface,車輛通信轉接系統)系統連接 車載網絡或者直接由VCI系統連接車載網絡來進行汽車電控系統的故障診斷及汽車運行 參數的監測和記錄。系統主體部分為PC診斷軟件，其基于PC平臺，依托PC平臺強大的性 能和易于維護及編程的特性來降低開發難度和整個系統應用成本。所述多功能綜合型電控汽車故障診斷系統由車載網絡、VCI系統、PC診斷軟件三 個部分組成。車載網絡是被診斷對象，其包括各ECU模塊，通信總線及診斷座。其中診斷座提供 診斷接口，供VCI系統連接到車載網絡。PC診斷軟件是整個系統的主體部分，提供人機交互界面，實現系統的參數設置、功 能選擇、數據管理，各種診斷功能，以及提供遠程診斷接口。通過遠程診斷接口可將單個維 修站診斷系統通過互聯網或無線通信網絡連接到汽車生產廠商的售后維修中心，形成診斷 網絡，實現診斷信息共享及遠程協助診斷功能。VCI系統是車載網絡和診斷軟件通信的橋梁同時也具有單獨的診斷功能，主要實 現診斷軟件與車載網絡之間通信協議的物理層與鏈路層的轉換、數據的傳輸及離線模式下 的單獨診斷。上述PC診斷軟件由人機交互模塊、通信模塊、診斷應用模塊、數據管理模塊、診斷 幫助模塊五部分組成。人機交互模塊通過高級語言編程為用戶提供軟件操作界面和數據顯示功能。通 過操作界面實現設置系統工作參數及選擇各診斷應用功能。數據顯示功能將診斷結果以文 本、列表和曲線三種方式顯示在顯示器上。通信模塊建立在PC通信端口串口、USB和藍牙的驅動程序上，負責PC診斷軟件 與VCI系統的通信過程，包括通信數據加密處理，數據收發，數據容錯處理，診斷通信策略 及提供網絡診斷通信接口。診斷應用模塊建立在GMLAN、CLASS2、KMP2000和SAE-J1850診斷協議上，根據 診斷協議的規定實現具體的診斷功能，包括讀故障碼、讀凍結幀、清除故障碼、讀數據流、自 定義數據流、讀取ECU信息、車輛整體測試和功能測試、動作測試、ECU固件程序網絡下載及ECU重新編程。除診斷協議規定的功能外，診斷應用模塊還提供車載網絡K或CAN總線的數 據監聽及生成診斷結果報告功能。數據管理模塊建立在數據庫基礎上，負責PC診斷軟件的數據庫管理，診斷數據 的記錄、存儲和管理，操作用戶權限管理，重要數據的加密管理。其中數據庫包括ECU模塊 信息數據庫，診斷參數數據庫，故障碼數據庫，診斷幫助數據庫，診斷數據存儲數據庫；診斷 數據包括時間、地點、人物、模塊類型、故障事件、操作事件、解析結果及診斷結果。診斷幫助模塊基于故障碼數據庫和診斷幫助數據庫，數據庫中集成國內外大部 分ECU生產廠商的故障描述信息及解決方案，利用模塊廠商提供的故障維修指導，對已知 故障碼的汽車提供詳細故障分析及故障排除協助。上述VCI系統主要由主控模塊、通信模塊、協議轉換模塊、電源模塊、時鐘模塊、人 機交互模塊和數據存儲模塊組成。主控模塊以單片機為核心，控制VCI各系統的正常運轉，包括VCI系統工作流程 控制，VCI人機交互操作控制，數據存儲控制，協議轉換控制，數據通信控制等。通信模塊包含USB、串口和藍牙模塊三個部分，通過SCI接口與主控模塊單片機 連接。其中通過USB芯片完成SCI信號和USB信號的相互轉換，實現聯機模式下VCI系統 以USB接口的方式建立和PC的有線數據通信，在此模式下需安裝USB芯片驅動。通過串口 芯片完成單片機SCI信號和PC串口信號相互轉換，實現聯機模式下VCI系統以串口接口的 方式建立和PC的有線數據通信。通過藍牙模塊實現聯機模式下VCI系統以無線方式建立 和PC的數據通信，在此連接方式下需在PC上安裝藍牙適配器及相關驅動。協議轉換模塊包含硬件電路和邏輯控制兩部分，對基于K線和CAN總線的診斷協 議的物理層和鏈路層進行轉換，實現VCI系統和車載網絡的順利通信。硬件包括K線信號 轉換電路和CAN總線收發電路，兩者分別通過單片機的SCI、CAN接口和主控系統連接，邏輯 部分包括數據的校驗、格式化及封裝。電源模塊將車輛內部的12V、24V車用電源轉換為VCI系統各模塊所需的工作電 源，其中主控模塊需要5V供電，通信模塊需要3. 3V和5V同時供電，協議轉換模塊需要5V和 12V同時供電，時鐘模塊需要5V供電，人機交互模塊需要5V供電，數據存儲模塊需要3. 3V
{共 ο時鐘模塊由時鐘芯片和外置鋰電池構成，通過鋰電池額外供電保證時鐘芯片在 VCI系統掉電的情況下正常工作。時鐘芯片通過SPI接口與主控系統單片機連接，實現讀取 和設置時鐘芯片內部時間。在離線模式下VCI系統每次與車載網絡通信時主控模塊即時讀 取時鐘芯片時間，將時間信息附加到通信反饋數據后，形成診斷結果。人機交互模塊包含按鍵，液晶顯示屏和指示燈。這三者都通過IO 口與主控系統 單片機連接。通過按鍵和顯示屏配合來設置系統的參數，主要參數有VCI系統工作模式、離 線診斷功能選擇、離線診斷數據流讀取周期、離線診斷數據存儲格式等。通過液晶屏幕來顯 示系統操作界面、模塊信息及系統反饋結果。通過指示燈來來指示系統工作狀態，包括系統 開關狀態、系統通信狀態，系統與PC的連接狀態及藍牙工作狀態。數據存儲模塊由可擴展大容量數據存儲設備構成，通過SPI接口與主控系統單 片機連接。數據存儲模塊既作為VCI系統所需參數的存儲介質，也作為離線模式時診斷結 果保存的存儲介質。
所述多功能綜合型電控汽車故障診斷系統有兩種工作模式離線模式和聯機模 式，兩者通過按鍵來進行選擇。當系統處于離線模式時，VCI系統通過OBD診斷接口連接車載網絡。通過人機交 互界面設置VCI系統參數，VCI通過主控系統內部設定程序完成各種診斷功能。整個診斷 過程不需要PC參與，診斷完成后，再通過PC診斷軟件讀取VCI系統診斷過程中存儲的診斷 結果，提取出診斷數據。當系統處于聯機模式時，首先VCI系統通過OBD診斷接口連接車載網絡，PC診斷 軟件再通過串口或者USB或者藍牙連接到VCI系統。PC診斷軟件作為控制主體實現診斷應 用層，實現具體的診斷功能。VCI系統作為PC診斷軟件和車載網絡連接的橋梁，實現兩者之 間物理層和數據鏈路層協議的轉換。所述多功能綜合型電控汽車故障診斷系統包含K、CAN總線、串口、USB和藍牙通信 方式。 VCI系統通過診斷接口與車載網絡建立有線連接，通過K線或者CAN總線的方式與 車載網絡進行通信。VCI協議轉換模塊實現K線或者CAN總線與VCI主控模塊間的物理層 與鏈路層的協議轉換。PC診斷軟件與VCI系統通過三種方式通信串口、USB及藍牙。對于串口，本系統 使用串口線建立PC診斷軟件和VCI的有線連接。對于USB，本系統則首先安裝VCI系統所 用的USB芯片驅動，然后再使用USB數據線建立PC診斷軟件和VCI的有線連接。對于藍牙， 本系統則首先在PC上安裝藍牙適配器及相關驅動，然后通過無線藍牙立起PC診斷軟件和 VCI系統的無線連接。所述多功能綜合型電控汽車故障診斷系統在離線模式下能夠通過VCI人機交互 模塊實現不同模塊不同協議的故障診斷。VCI存儲模塊中存儲有多種診斷協議包括GMLAN、CLASS2、KMP2000和SAE-J1850 和不同廠商ECU模塊的信息數據庫。VCI系統進入離線模式后，主控模塊首先讀取數據存儲 模塊上保存的模塊信息數據庫，將數據庫中的模塊信息以合理的排列方式如按時間排列、 按字母順序排列顯示在液晶屏幕上，操作者借助按鍵依次選擇選擇車型廠家、年份、車型、 模塊類型，確定本次診斷初始化參數。主控系統依此初始化VCI系統。保存在存儲模塊中 的模塊信息數據庫可以通過PC診斷軟件進行更新，以適應診斷協議和模塊不斷增加及診 斷功能擴展的需要。所述多功能綜合型電控汽車故障診斷系統在離線模式下能夠通過VCI人機交互 模塊實現讀故障碼，清故障碼，讀凍結幀，讀數據流，讀模塊信息功能。VCI系統初始化完成后，主控系統顯示該模塊所支持的診斷功能，如讀故障碼、清 故障碼、讀凍結幀、讀數據流，讀模塊信息功能，操作者通過按鍵選擇診斷功能，主控系統通 過按鍵獲取診斷需求后，讀取存儲模塊中的模塊參數數據庫，根據數據庫信息生成相應的 診斷指令，協議轉換模塊對指令進行鏈路層與物理層協議轉換，將指令發送至車載網絡。 ECU接收到診斷指令后發送反饋數據。反饋數據經過協議轉換模塊轉換后被發送到主控模 塊，主控模塊讀取存儲模塊中的診斷參數數據庫，根據數據庫信息解析反饋數據，獲得診斷 數據。如果是故障碼，則解析結果為故障碼數目和具體故障代碼，如果是數據流則解析結果 為一個或者多個車輛運行參數如氣壓、節氣門開度、各缸點火時間、噴油脈寬、水溫和氧傳感器電壓值等具體數值。對于診斷數據將以文本或者圖形的方式顯示在液晶屏幕上，同時 主控模塊讀取時鐘模塊獲得當前的實時時間信息，將時間信息附加到反饋數據后，作為最 終診斷結果，最后主控模塊將診斷結果保存在存儲模塊。所述反饋數據的時間戳為反饋數 據到達主控模塊的時間，是真實反饋數據產生時間對某一固定時間的偏移時間。如果診斷 指令為讀數據流指令，則診斷指令由主控系統定時發送，直到選擇結束診斷功能，定時間隔 可通過按鍵選擇。每一次診斷指令發送結束后都將獲得反饋數據，通過解析出的診斷數據 將獲得一個或者多個車輛運行參數的連續變化情況。(本過程包含四個概念診斷指令，反饋數據，診斷數據，診斷結果。所述診斷指令 為與ECU通信的通信指令，所述反饋數據為ECU對診斷指令的回饋，所述診斷數據為對反饋 數據進行解析獲得的針對某診斷功能的具體數值，診斷結果為儲存在存儲模塊上附加時間 戳的反饋數據)。所述多功能綜合型電控汽車故障診斷系統在聯機模式下通過PC診斷軟件實現不 同模塊不同診斷協議的診斷功能。PC診斷軟件包含豐富數據庫，數據庫中記錄了 GMLAN、CLASS2、KMP2000和 SAE-J1850診斷協議及不同廠商的ECU模塊信息以及診斷過程中所需要的反饋數據解析參 數。在聯機模式時，首先，VCI系統通過診斷接口連接到車載網絡，PC診斷軟件再通過串口 或者USB或者無線藍牙連接到VCI系統。數據管理模塊讀取模塊信息數據庫，通過人機交 互模塊將模塊信息顯示在顯示器上，供操作者選擇。這些信息包括車輛生產商，車輛類型、 車輛年份、車輛排量、車輛模塊、模塊診斷協議。由操作者選擇匹配信息，最后確定本次診斷 所連接的具體模塊。系統診斷參數設置完后，進行系統初始化。系統初始化主要為VCI系 統參數初始化和PC診斷程序診斷應用模塊初始化。VCI系統初始化完成對VCI的工作配 置，如VCI的通信波特率，VCI的診斷協議轉換類型等。診斷應用模塊初始化根據所選具體 模塊讀取診斷參數數據庫，初始化該模塊所對應的反饋數據解析參數。在聯機模式下，由PC診斷軟件控制所有診斷過程，實現各種診斷應用。所述多功能綜合型電控汽車故障診斷系統在聯機模式下具有的包括診斷在內的 多種功能。初始化完成后，PC診斷軟件提供多種診斷功能，包括讀故障碼，讀凍結幀，清故障 碼，讀數據流，讀取ECU模塊信息，車輛整體測試和功能測試，ECU動作測試，車載網絡K或 CAN總線數據監聽，E⑶程序網絡下載及E⑶重新編程，K線和CAN總線的數據監聽。所述診斷功能由人機交互模塊提供操作界面供選擇，PC診斷軟件根據所選具體功 能產生診斷指令，并將指令發送至VCI系統，VCI系統對診斷指令進行鏈路層和物理層協議 轉換，然后將指令發送到車載網絡，ECU接收到診斷指令，發送相應反饋到車載網絡，VCI系 統接收反饋數據，對反饋數據進行物理層和鏈路層的協議轉換，然后將反饋數據發送到PC 診斷系統。反饋數據由通信模塊接收并對其校驗。診斷應用模塊根據診斷協議數據定義對 反饋數據進行解析最終獲得診斷數據，人機交互模塊將診斷數據以文本，列表、曲線三種方 式顯示在顯示器上。如果是故障碼，診斷應用模塊還將調用數據管理模塊，查詢故障碼數據 庫，得到故障碼的詳細解釋，得到詳細解釋后將調用診斷幫助模塊，診斷幫助模塊查詢診斷 幫助數據庫，通過人機交互模塊將詳細的故障分析和故障排除協助顯示在顯示器上，供操 作者使用。如果是數據流，以上通信過程將連續進行，每一次通信結束都將獲得診斷數據，
10并將診斷數據以列表或者曲線的方式顯示在屏幕上。由此診斷者能夠以直觀的方式實時地 看到數據流的連續變化曲線，從而獲知車輛內部的實際運行狀況。所述多功能綜合型電控汽車故障診斷系統在聯機模式下能夠對故障診斷過程進 行全程記錄。在聯機模式下故障診斷時，數據管理管理模塊將記錄整個診斷過程，當模塊選定 時，數據管理模塊將記錄所選模塊的唯一識別碼。每進行一次具體診斷操作，如讀故障碼， 讀凍結幀，清故障碼，讀數據流，動作測試，數據管理模塊將記錄相應的操作過程。對于診斷 通信過程中的診斷指令和反饋數據也進行記錄。這些記錄將附加上記錄產生的即時時間以 時間為順序保存在診斷數據存儲數據庫里。所述多功能綜合型電控汽車故障診斷系統提供遠程故障診斷接口。PC可以通過寬帶或者無線通信網絡連接到Internet，并連接至hternet上的遠 程故障診斷中心，實現PC診斷軟件與遠程診斷故障診斷中心的數據通信。通過遠程故障診 斷接口，可以實現PC診斷軟件和遠程故障診斷中心的數據共享及遠程對本地的故障維修 指導。共享數據包括多種內容，如故障碼，凍結幀，數據流，模塊信息等。遠程診斷診斷中心 通過這些信息可以理解故障具體情況，并提供故障維修幫助。本發明的有益效果是1、具有兩種診斷模式，在有PC的條件下可使用聯機模式，在沒有PC的情況下可只 使用VCI系統進行故障診斷。2、本發明使用了藍牙無線技術，實現了 PC診斷軟件與VCI系統的無線數據通信， 最遠距離可達到100米。該方法擺脫了有線診斷的限制，方便了故障診斷。2、本發明基于PC平臺，可以利用PC強大的硬件性能和易于編程的特性，實現豐富 強大的診斷功能，以提高故障診斷效率。5、本系統基于PC平臺，無論是個人用戶還是維修站點都可以利用現有的PC資源， 只需額外購買VCI系統。以16位單片機為核心的VCI系統成本較低，而且可以通過PC診 斷軟件升級實現不斷增加的ECU模塊和診斷協議的診斷需求，所以本發明可以大規模推廣 和應用，具有可觀的社會價值。4、本發明基于PC平臺，能夠輕易的高速連接上hternet，較傳統手持式診斷儀提 供了網絡診斷接口，可作為遠程診斷平臺。


圖1為本發明工作模式示意圖。圖2為本發明的VCI系統結構示意圖。圖3為本發明的PC診斷軟件結構示意圖。圖4為本發明的離線模式實施例一示意圖。圖5為本發明的聯機模式實施例二示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，顯然所述實施例僅是本發 明的一部分實施例，而不是全部實施例，所以所述實施例不應理解為對本發明的限制。
本發明的目的在于提供一種多功能綜合型電控汽車故障診斷系統，該系統可用于 新車在開發過程中的各種性能測試；用于生產過程和汽車維修站點的ECU重新編程；用于 車輛故障維修過程中故障診斷，以提高車輛故障維修效率；用于建立車輛遠程故障診斷平 臺。一種多功能綜合型電控汽車故障診斷系統有兩種工作模式一種是VCI系統單獨 工作即可完成對帶OBD的電控汽車的故障診斷，即離線模式；一種是需要PC診斷軟件配合 VCI系統才能完成對帶OBD的電控汽車的故障診斷，即聯機模式。在本發明實施案例中，一種多功能綜合型電控汽車故障診斷系統由車載網絡、VCI 系統及PC診斷軟件三部分構成。VCI系統主要由主控模塊、通信模塊、協議轉換模塊、電源 模塊、時鐘模塊、人機交互模塊及數據存儲模塊組成。當一種多功能綜合型電控汽車故障診斷系統及方法處于離線工作模式時，工作流 程如圖4所示401、VCI連接診斷座，通過OBD診斷接口對VCI進行供電及建立VCI和車載網絡 的物理連接。402、VCI系統第一次開機時進行系統硬件初始化。VCI在硬件初始化過程中進行 硬件自檢，如果自檢正常則進入404，否則進入403 ；403, VCI自檢失敗，通過LED指示燈指示VCI故障，進入417，中止診斷；404、通過按鍵和液晶顯示屏選擇E⑶模塊，包括診斷協議類型、模塊廠家和型號 等，并設置VCI系統參數。選擇完成后進行VCI軟件初始化；405、通過按鍵和液晶顯示屏選擇診斷功能如讀故障碼，讀數據流等，根據選擇的 診斷功能，主控模塊生成對應的診斷指令；406、主控模塊將診斷指令發送到協議轉換模塊；407、協議轉換模塊對診斷指令進行鏈路層和物理層的轉換，轉換為車載網絡標準 信號發送到車載網絡K線或CAN總線上；408、E⑶接收到診斷指令后對指令進行判斷、處理，將反饋數據發送到車載網絡K 線或CAN總線上；409、反饋數據由車載網絡經診斷接口發送到VCI協議轉換模塊；410、協議轉換模塊對反饋數據進行物理層和鏈路層的轉換，將反饋數據發送到主 控系統單片機；411、主控系統接收到反饋數據后對反饋數據進行解析，獲得故障碼或數據流信息 等具體診斷數據。412、通過液晶顯示屏將解析后的具體診斷數據顯示在屏幕上。413、主控系統單片機讀取時鐘模塊，獲取及時時間信息。414、通過存儲模塊將反饋數據附加上對應的時間戳以一定格式和一定的文件名 保存在存儲模塊中。415、判斷是否為數據流讀取指令，如果是則進入步驟406，如此反復形成數據流通 信循環，由此獲得數據流在某段時間的連續變化數據。如果不是則進入416 ；416、通過以上故障碼或凍結幀或數據流信息，判斷故障原因，解決故障。417、診斷結束。
以上工作過程為離線模式工作流程，如果持續診斷，則從406到415循環進行，如 果是數據流命令，由此可獲得連續的數據流數據，形成數據流變化曲線，從而實現對車輛運 行狀態的監測和記錄。離線模式診斷完成后可通過PC診斷軟件對存儲系統中保存的診斷 結果進行提取和分析，獲得數據流隨時間的變化曲線，借此分析ECU內部的工作狀況。當一種多功能綜合型電控汽車故障診斷系統處于聯機工作模式時，其工作流程如 圖5所示501、VCI連接診斷座，通過OBD接口對VCI進行供電及建立VCI和車載網絡的物
理連接。502、通過VCI按鍵選擇VCI工作模式，隨后進行VCI硬件和軟件的初始化；503、選擇PC診斷軟件與VCI的連接方式，如有為有線連接，則進入505，如果為無 線連接則進入504 ；504、在無線連接的情況下，在PC上安裝藍牙適配器及相關驅動(驅動僅在第一次 安裝)，安裝完畢后進入506;505、有線連接PC和VCI診斷系統，對于串口連接則使用串口線，USB連接則使用 USB數據線；506、啟動PC診斷軟件，系統自動搜索503或504所連端口，并對端口進行初始化；507,PC診斷軟件向VCI系統發送握手信號，檢測PC與VCI是否正確連接，如果VCI 系統反饋正常則進入509，否則進入508 ；508、PC診斷軟件通過文字和聲音發出警告，提示PC診斷軟件與VCI連接異常，然 后進入527，退出診斷；509、進行PC診斷軟件初始化。進入總線類型、診斷協議類型、模塊型號設置界面， 完成系統診斷參數設置，依此進行系統各工作參數初始化；510、選擇診斷子功能，包括讀故障碼、清除故障碼、讀數據流、自定義數據流、數據 幀凍結、讀取ECU信息、車輛整體測試和功能測試、動作測試，ECU重新編程等功能；51UPC診斷軟件根據選定診斷子功能，查詢診斷協議數據庫和模塊信息數據庫生 成診斷指令；512、診斷指令通過多種方式如串口、USB或者無線藍牙發送給VCI系統；513、VCI接收診斷指令后，判指令類型，如果為OBD診斷指令則進入515，如果為 VCI設置指令則進入514 ；514、根據指令內容，設置VCI系統運行參數，如VCI協議轉換類型，VCI通信速率 等；515、主控系統單片機將診斷指令發送到協議轉換模塊。516、協議轉換模塊對診斷指令進行鏈路層和物理層的轉換，轉換為車載網絡標準 信號發送到車載網絡K線或CAN總線上；517、E⑶接收到診斷指令后對指令進行判斷、處理，將反饋數據發送到車載網絡K 線或CAN總線上；518、通過OBD接口，診斷指令被發送到VCI協議轉換模塊，協議轉換模塊對反饋數 據進行物理層和鏈路層的轉換，將反饋數據發送到主控系統單片機；519、主控模塊單片機將反饋數據通過串口或者USB或者藍牙方式發送給PC診斷軟件；520、PC通信模塊接收反饋數據，并對數據進行校驗；521、診斷應用模塊對反饋數據進行解析，判斷是否需要提供診斷幫助，如果需要 則進入522，否則進入523.522、針對解析結果提供詳細診斷幫助，如對故障碼提供詳細故障碼解釋，及對應 的故障排除協助指南。523、由人機交互模塊將解析結果以多種形式包括文字、列表、曲線等形式顯示在 顯不器上；524、數據存儲模塊記錄以上診斷過程及相關數據，并保存至診斷數據存儲數據庫。525、判斷診斷數據是否為數據流數據，如果是則重復通信循環，進入512以獲得 連續數據流數據，否則進入526 ；526、根據以上信息如故障碼或者數據流或者凍結幀信息解決故障；527、診斷結束。以上工作過程為聯機模式下的工作流程，如果持續診斷，則從512到525循環進 行，如果是讀數據流，由此可獲得連續的數據流數據，形成數據流變化曲線，從而實現對車 輛運行狀態的監測和記錄，借此分析ECU內部的工作狀況，為故障診斷提供依據。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1.一種多功能綜合型電控汽車故障診斷系統，由PC診斷軟件通過VCI系統連接車載網 絡或者直接由VCI系統連接車載網絡來進行汽車電控系統的故障診斷及汽車運行參數的 監測和記錄，其特征在于該系統由車載網絡、VCI系統、PC診斷軟件三個部分組成，其中車載網絡被診斷對象，包括各ECU模塊，通信總線及診斷座，其中診斷座提供診斷接 口，供VCI系統連接到車載網絡；PC診斷軟件整個系統的主體部分，提供人機交互界面，實現系統的參數設置、功能選 擇、數據管理，各種診斷功能，以及提供遠程診斷接口，通過遠程診斷接口將單個維修站診 斷系統通過互聯網或無線通信網絡連接到汽車生產廠商的售后維修中心，形成診斷網絡， 實現診斷信息共享及遠程協助診斷功能；VCI系統車載網絡和診斷軟件通信的橋梁，同時也具有單獨的診斷功能，實現診斷軟 件與車載網絡之間通信協議的物理層與鏈路層的轉換、數據的傳輸及離線模式下的單獨診 斷。
2.如權利要求1所述的多功能綜合型電控汽車故障診斷系統，其特征在于PC診斷軟 件由人機交互模塊、通信模塊、診斷應用模塊、數據管理模塊、診斷幫助模塊五部分組成，其 中人機交互模塊通過高級語言編程為用戶提供軟件操作界面和數據顯示功能。通過操 作界面實現設置系統工作參數及選擇各診斷應用功能，數據顯示功能將診斷結果以文本、 列表和曲線三種方式顯示在顯示器上；通信模塊建立在PC通信端口串口、USB和藍牙的驅動程序上，負責PC診斷軟件與VCI 系統的通信過程，包括通信數據加密處理，數據收發，數據容錯處理，診斷通信策略及提供 網絡診斷通信接口；診斷應用模塊建立在GMLAN、CLASS2、KMP2000和SAE-J1850診斷協議上，根據診斷協 議的規定實現具體的診斷功能，包括讀故障碼、讀凍結幀、清除故障碼、讀數據流、自定義數 據流、讀取E⑶信息、車輛整體測試和功能測試、動作測試、E⑶固件程序網絡下載及E⑶重 新編程，除診斷協議規定的功能外，診斷應用模塊還提供車載網絡K或CAN總線的數據監聽 及生成診斷結果報告功能；數據管理模塊建立在數據庫基礎上，負責PC診斷軟件的數據庫管理，診斷數據的記 錄、存儲和管理，操作用戶權限管理，重要數據的加密管理。其中數據庫包括ECU模塊信息 數據庫，診斷參數數據庫，故障碼數據庫，診斷幫助數據庫，診斷數據存儲數據庫；診斷數據 包括時間、地點、人物、模塊類型、故障事件、操作事件、解析結果及診斷結果；診斷幫助模塊基于故障碼數據庫和診斷幫助數據庫，數據庫中集成國內外大部分 ECU生產廠商的故障描述信息及解決方案，利用模塊廠商提供的故障維修指導，對已知故障 碼的汽車提供詳細故障分析及故障排除協助。
3.如權利要求1所述的多功能綜合型電控汽車故障診斷系統，其特征在于VCI系統由 主控模塊、通信模塊、協議轉換模塊、電源模塊、時鐘模塊、人機交互模塊和數據存儲模塊組 成，其中主控模塊以單片機為核心，控制VCI各系統的正常運轉，包括VCI系統工作流程控制， VCI人機交互操作控制，數據存儲控制，協議轉換控制，數據通信控制；通信模塊包含USB、串口和藍牙模塊三個部分，通過SCI接口與主控模塊單片機連接，其中通過USB芯片完成SCI信號和USB信號的相互轉換，實現聯機模式下VCI系統以USB 接口的方式建立和PC的有線數據通信，在此模式下需安裝USB芯片驅動，通過串口芯片完 成單片機SCI信號和PC串口信號相互轉換，實現聯機模式下VCI系統以串口接口的方式建 立和PC的有線數據通信，通過藍牙模塊實現聯機模式下VCI系統以無線方式建立和PC的 數據通信；協議轉換模塊包含硬件電路和邏輯控制兩部分，對基于K線和CAN總線的診斷協議的 物理層和鏈路層進行轉換，實現VCI系統和車載網絡的順利通信，硬件包括K線信號轉換電 路和CAN總線收發電路，兩者分別通過單片機的SCI、CAN接口和主控系統連接，邏輯部分包 括數據的校驗、格式化及封裝；電源模塊將車輛內部的12V44V車用電源轉換為VCI系統各模塊所需的工作電源，其 中主控模塊需要5V供電，通信模塊需要3. 3V和5V同時供電，協議轉換模塊需要5V和12V 同時供電，時鐘模塊需要5V供電，人機交互模塊需要5V供電，數據存儲模塊需要3. 3V供 電；時鐘模塊由時鐘芯片和外置鋰電池構成，通過鋰電池額外供電保證時鐘芯片在VCI 系統掉電的情況下正常工作，時鐘芯片通過SPI接口與主控系統單片機連接，實現讀取和 設置時鐘芯片內部時間，在離線模式下VCI系統每次與車載網絡通信時主控模塊即時讀取 時鐘芯片時間，將時間信息附加到通信反饋數據后，形成診斷結果；人機交互模塊包含按鍵，液晶顯示屏和指示燈，這三者都通過IO 口與主控系統單片 機連接，通過按鍵和顯示屏配合來設置系統的參數，主要參數有VCI系統工作模式、離線診 斷功能選擇、離線診斷數據流讀取周期、離線診斷數據存儲格式，通過液晶屏幕來顯示系統 操作界面、模塊信息及系統反饋結果。通過指示燈來來指示系統工作狀態，包括系統開關狀 態、系統通信狀態，系統與PC的連接狀態及藍牙工作狀態；數據存儲模塊由可擴展大容量數據存儲設備構成，通過SPI接口與主控系統單片機 連接，數據存儲模塊既作為VCI系統所需參數的存儲介質，也作為離線模式時診斷結果保 存的存儲介質。
4.如權利要求1所述的多功能綜合型電控汽車故障診斷系統，其特征在于該系統有 兩種工作模式離線工作模式和聯機工作模式，兩者通過按鍵來進行選擇離線工作模式VCI系統通過OBD診斷接口連接車載網絡。通過人機交互界面設置VCI 系統參數，VCI通過主控系統內部設定程序完成各種診斷功能，整個診斷過程不需要PC參 與，診斷完成后，再通過PC診斷軟件讀取VCI系統診斷過程中存儲的診斷結果，提取出診斷 數據；聯機工作模式首先VCI系統通過OBD診斷接口連接車載網絡，PC診斷軟件再通過串 口或者USB或者藍牙連接到VCI系統，PC診斷軟件作為控制主體實現診斷應用層，實現具 體的診斷功能，VCI系統作為PC診斷軟件和車載網絡連接的橋梁，實現兩者之間物理層和 數據鏈路層協議的轉換。
5.如權利要求4所述的多功能綜合型電控汽車故障診斷系統，其特征在于離線工作 模式工作流程是、VCI連接診斷座，通過OBD診斷接口對VCI進行供電及建立VCI和車載網絡的物理連接；.402、VCI系統第一次開機時進行系統硬件初始化，VCI在硬件初始化過程中進行硬件 自檢，如果自檢正常則進入404，否則進入403 ；.403、VCI自檢失敗，通過LED指示燈指示VCI故障，進入417，中止診斷；.404、通過按鍵和液晶顯示屏選擇ECU模塊，包括診斷協議類型、模塊廠家和型號，并設 置VCI系統參數。選擇完成后進行VCI軟件初始化；.405、通過按鍵和液晶顯示屏選擇診斷功能如讀故障碼，讀數據流，根據選擇的診斷功 能，主控模塊生成對應的診斷指令；.406、主控模塊將診斷指令發送到協議轉換模塊；.407、協議轉換模塊對診斷指令進行鏈路層和物理層的轉換，轉換為車載網絡標準信號 發送到車載網絡K線或CAN總線上；.408、ECU接收到診斷指令后對指令進行判斷、處理，將反饋數據發送到車載網絡K線或 CAN總線上；.409、反饋數據由車載網絡經診斷接口發送到VCI協議轉換模塊；.410、協議轉換模塊對反饋數據進行物理層和鏈路層的轉換，將反饋數據發送到主控系 統單片機；.411、主控系統接收到反饋數據后對反饋數據進行解析，獲得故障碼或數據流信息等具 體診斷數據；.412、通過液晶顯示屏將解析后的具體診斷數據顯示在屏幕上；.413、主控系統單片機讀取時鐘模塊，獲取及時時間信息；.414、通過存儲模塊將反饋數據附加上對應的時間戳以一定格式和一定的文件名保存 在存儲模塊中；.415、判斷是否為數據流讀取指令，如果是則進入步驟406，如此反復形成數據流通信循 環，由此獲得數據流在某段時間的連續變化數據，如果不是則進入.416 ；.416、通過以上故障碼或凍結幀或數據流信息，判斷故障原因，解決故障。.417、診斷結束；以上工作過程如果持續診斷，則從406到415循環進行，如果是數據流命令，由此可獲 得連續的數據流數據，形成數據流變化曲線，從而實現對車輛運行狀態的監測和記錄，離線 模式診斷完成后通過PC診斷軟件對存儲系統中保存的診斷結果進行提取和分析，獲得數 據流隨時間的變化曲線，借此分析ECU內部的工作狀況。
6.如權利要求4所述的多功能綜合型電控汽車故障診斷系統，其特征在于聯機工作 模式工作流程是.501、VCI連接診斷座，通過OBD接口對VCI進行供電及建立VCI和車載網絡的物理連接；.502、通過VCI按鍵選擇VCI工作模式，隨后進行VCI硬件和軟件的初始化；.503、選擇PC診斷軟件與VCI的連接方式，如有為有線連接，則進入505，如果為無線連 接則進入504 ；.504、在無線連接的情況下，在PC上安裝藍牙適配器及相關驅動，安裝完畢后進入506；.505、有線連接PC和VCI診斷系統，對于串口連接則使用串口線，USB連接則使用USB數 據線；·506、啟動PC診斷軟件，系統自動搜索503或504所連端口，并對端口進行初始化；·507、PC診斷軟件向VCI系統發送握手信號，檢測PC與VCI是否正確連接，如果VCI系 統反饋正常則進入509，否則進入508 ；·508、PC診斷軟件通過文字和聲音發出警告，提示PC診斷軟件與VCI連接異常，然后進 入527，退出診斷；·509、進行PC診斷軟件初始化，進入總線類型、診斷協議類型、模塊型號設置界面，完成 系統診斷參數設置，依此進行系統各工作參數初始化；·510、選擇診斷子功能，包括讀故障碼、清除故障碼、讀數據流、自定義數據流、數據幀凍 結、讀取E⑶信息、車輛整體測試和功能測試、動作測試和E⑶重新編程；·511、UPC診斷軟件根據選定診斷子功能，查詢診斷協議數據庫和模塊信息數據庫生成診 斷指令；·512、診斷指令通過多種方式如串口、USB或者無線藍牙發送給VCI系統；·513、VCI接收診斷指令后，判指令類型，如果為OBD診斷指令則進入515，如果為VCI設 置指令則進入514;·514、根據指令內容，設置VCI系統運行參數VCI協議轉換類型，VCI通信速率；·515、主控系統單片機將診斷指令發送到協議轉換模塊；·516、協議轉換模塊對診斷指令進行鏈路層和物理層的轉換，轉換為車載網絡標準信號 發送到車載網絡K線或CAN總線上；·517、ECU接收到診斷指令后對指令進行判斷、處理，將反饋數據發送到車載網絡K線或 CAN總線上；·518、通過OBD接口，診斷指令被發送到VCI協議轉換模塊，協議轉換模塊對反饋數據進 行物理層和鏈路層的轉換，將反饋數據發送到主控系統單片機；·519、主控模塊單片機將反饋數據通過串口或者USB或者藍牙方式發送給PC診斷軟件；·520、PC通信模塊接收反饋數據，并對數據進行校驗；·521、診斷應用模塊對反饋數據進行解析，判斷是否需要提供診斷幫助，如果需要則進 Λ 522，否則進入523.·522、針對解析結果提供詳細診斷幫助，對故障碼提供詳細故障碼解釋，及對應的故障 排除協助指南；·523、由人機交互模塊將解析結果以多種形式包括文字、列表、曲線等形式顯示在顯示 器上；·524、數據存儲模塊記錄以上診斷過程及相關數據，并保存至診斷數據存儲數據庫；·525、判斷診斷數據是否為數據流數據，如果是則重復通信循環，進入512以獲得連續 數據流數據，否則進入526;·526、根據以上信息如故障碼或者數據流或者凍結幀信息解決故障；·527、診斷結束；以上工作過程如果持續診斷，則從512到525循環進行，如果是讀數據流，由此可獲得 連續的數據流數據，形成數據流變化曲線，從而實現對車輛運行狀態的監測和記錄，借此分 析ECU內部的工作狀況，為故障診斷提供依據。
全文摘要
本發明涉及一種多功能綜合型電控汽車故障診斷系統，包含三個組成部分車載網絡，VCI系統及PC診斷軟件。該系統有兩種工作模式離線模式和聯機模式。在離線模式下，VCI連接車載網絡，通過VCI系統實現多種協議及不同模塊類型的故障診斷，實現讀故障碼、清故障碼、讀凍結幀，讀數據流及讀模塊信息功能，并可通過液晶顯示屏顯示診斷結果，而且具有診斷數據存儲功能。在聯機模式下VCI系統連接車載網絡，PC診斷軟件連接VCI系統，實現對多種協議的故障診斷。除診斷協議規定的功能外，診斷應用模塊還提供車載網絡的數據監聽和生成診斷結果報告功能。
文檔編號G05B23/02GK102073319SQ20111002614
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月25日 優先權日2011年1月25日
發明者曹愷, 李洪飛, 田靜, 盛祥政, 胡杰, 顏伏伍 申請人:武漢理工大學