整车电气故障诊断的流程设计及应用

张立华

（中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033）

随着现代汽车电子技术的发展，电子化程度越来越高，这在极大的提升汽车性能的同时，也使得汽车的控制系统变得越来越复杂，如果这些复杂的电控系统出现故障，排查故障就会变得很困难。为了能够迅速确定故障位置，排除故障，汽车故障诊断系统被广泛应用于车辆电子控制系统（简称ECU）中。在整车开发阶段，诊断功能在一定程度上关系着ECU开发效率的高低。在车辆运行过程中，如果出现故障，故障信息将以故障灯的形式显示，来提示用户[1]。

汽车的故障诊断通常是指依照相关技术标准，使用专用的仪器、硬件设备和软件，对汽车故障进行检测排查、分析判断，从而查明故障原因，确认故障部位的操作过程[1]。汽车故障的诊断方法通常有两种，人工直观经验诊断法和仪器设备诊断法。随着现代汽车技术的迅速发展，尤其是电子技术、计算机技术在汽车上的广泛应用，汽车故障诊断方式逐渐从原来的眼观、耳听、鼻闻、手摸、隔离、试探等传统诊断方式，向以数字化、集成化和智能化的诊断设备为辅助手段，以信息技术为依托的系统完整的现代汽车故障诊断技术体系发展[2-4]。

针对DTS-Monaco诊断软件设计了常用的人机接口控制，提出了整车电气故障诊断的流程，并举例说明了此流程在实际工作中的应用。

1 诊断软件在工程设计阶段的应用

某主机厂自主车型的诊断软件为DTS-Monaco，诊断设备为EDIC-USB。DTS-Monaco是一个功能齐全的诊断仪，既可组态多种诊断界面，用于诊断测试。此外，也可开发很多专用的诊断应用，用于生产和售后服务阶段。整车（或试验台架）、诊断设备、电脑的连接方式如图1所示。诊断设备（EDICusb）的USB口与电脑相连，另一端连接到整车上的诊断接口。诊断接口位于仪表板下护板处，刹车踏板的上方。

1.1 DTS-Monaco软件的应用

DTS-Monaco是诊断分析及数据库验证工具，是Softing公司为某主机厂提供的一个诊断测试平台。DTS-Monaco具有两种操作模式：配置模式和执行模式。在配置模式下，用户可根据测试需要通过设计人机接口控制来编辑诊断测试界面。在执行模式下，用户打开已设计好的诊断测试界面，连接ECU进行诊断测试。

DTS-Monaco软件在车型开发过程中 有以下3个应用:

1）在车型项目的工程设计阶段，用于诊断测试，以验证各控制单元的故障检测功能以及车辆下线时的EOL流程设计是否正确合理。

图1 诊断设备连接方法Fig.1 The connection method of diagnosis device

2）在车型项目的工程设计阶段，用于试制装车的电气故障诊断，通过对试制车进行读取故障码定位故障。

3）在生产和售后阶段，将其应用于诊断设备进行EOL配置和读取故障码。

1.2 人机接口控制设计

DTS-Monaco软件提供了一些不同功能的人机接口控制，测试的执行正是通过人机接口控制来实现的，不同的人机接口控制来完成不同内容的测试工作[5]。DTS-Monaco提供了14种人机接口控制，限于篇幅本文不一一介绍这14种人机接口控制的功能，只举例介绍和设计在测试中常用的Softkey人机接口控制的功能。

Softkey人机接口控制的功能是能够将一系列的诊断服务命令集中到一个按键，通过点击这个按键，诊断软件将自动按照顺序发送这一系列的诊断命令，省去了手动一个一个写命令、发送命令的过程。在进行ECU的诊断命令测试时，可以大大减少测试时间。

在配置模式下，新建一个名称为“EOL检测”的按键，分别将读取零件号命令、读取FCC零件软件版本号命令、读取FCC零件硬件版本号命令、读取供应商零件软件版本号命令、读取供应商零件硬件版本号命令、读VIN码命令集中到此按键上，如图2所示。

图2 配置模式下的Softkey人机接口控制设计Fig.2 The design of Softkey HMI control in configuration mode

在执行模式下，点击“EOL检测”按键，诊断软件自动向ECU发送以上定义的诊断命令，ECU自动回复诊断命令，如图3所示。

以上操作可以看出，通过设计的Softkey人机接口控制，诊断软件按照顺序依次向被测ECU发送多条诊断命令，ECU也依次回复诊断命令，测试者可根据ECU回复的命令，来查看诊断回复时间和回复格式是否符合诊断测试规范要求，通过这一设计可节省诊断测试时间。

图3 Trace窗口Fig.3 The window of trace

2 故障诊断流程设计及应用

2.1 故障诊断流程

在车型项目的工程设计阶段，主机厂往往通过试制车来完成验证整车车身性能、电气功能、车身噪音、标定发动机等用途[6]。但试制车由于是试装，无论是装配质量、ECU的电气功能还是整车线束设计都存在一些问题，因此试制车常会有电气功能故障。在故障诊断的过程中，测试者可提前发现是否存在ECU电气功能策略不合理、线束设计不合理的问题，提前更改设计。

诊断软件在故障诊断过程中起着快速定位故障的作用[7]，结合故障诊断工作的经验，本文设计出故障诊断流程，如图4所示。主要流程解释如下：

了解故障详情：首先是了解车辆状态、故障出现工况、故障为常态还是偶发，如果是偶发，故障出现的是否有规律，故障出现前后是否拆卸或更换过零件，将这些信息进行详细询问、记录。

检查故障所在系统/零件的保险丝：检查保险丝是否有熔断情况，例如车辆仪表故障，则检查仪表保险丝情况。

图4 故障诊断流程Fig.4 The process of the fault diagnosis

读取故障码/总线监控：如果保险丝无损坏，通过诊断仪读取相应ECU的故障码或总线信息将有助于缩小排查范围。

检查线束对接装配：根据故障码，检查相关线束对接装配是否装配到位。如果对接装配正常，则需要检查相关导线回路是否正常。

检查系统/零件：如果线束检查结果正常，则需要检查系统/零件是否工作正常。如果线束检查结果异常，需要排查线束故障范围/故障点。

在维修后，测试者仍需要针对故障系统进行多次测试，确保故障问题解决，故障现象消失。

2.2 典型电气故障排查

在工作中，按照故障诊断流程[8-10]，往往可最终定位到故障，解除故障。

2.2.1 安全气囊控制单元（ACU）故障及分析

故障现象：仪表上显示安全气囊系统故障报警灯常亮。

排查方法：按照故障诊断流程，在了解了故障详情后，第一步检查安全气囊保险丝未熔断。第二步读取ACU当前故障码，有一个故障码为驾驶员安全带预紧器电阻开路故障。第三步排查线束，根据故障码可定位到具体段线束，即查看驾驶员安全带预紧器至安全气囊控制单元间线束通断，发现驾驶员安全带预紧器线束未插到位。插到位后故障现象消失。

2.2.2 发动机控制单元（EMS）故障及分析

故障现象：车启动后仪表上显示发动机故障灯常亮、发动机系统故障。

排查方法：按照故障诊断流程，在了解了故障详情后，第一步检查EMS保险丝未熔断。第二步读取EMS当前故障码，有一个故障码为ECU与TCU通讯故障，读取GW当前无故障码，由于GW无缺失TCU节点故障码，可以判断TCU总线线束正常。第三步监测总线报文，上有TCU_1、TCU_2、TCU_3报文，无TCU_4报文，因此可以定位TCU软件故障问题导致，在重新设计TCU软件后，总线上有TCU_4报文，并且故障现象消失。

3 结束语

通过对人机接口控制的设计，可以将多个诊断命令集成到一个按键上，在整车EOL过程中，省去了输入各种命令，按一次按键即可完成多个命令的发送，节省了诊断测试时间和故障排查时间。按照故障诊断流程，使用诊断软件快速定位故障，缩短了故障排查时间，提升

工作效率。通过典型电气故障排查事例，说明了本文提出的故障诊断流程可有效定位故障，提升工作效率。目前汽车电子技术可以说是发展迅猛，越来越多的电气功能应用到整车上，因此故障诊断技术也需要不断的更新和发展，以适应多样的电气功能。在将来，故障诊断也将与电气功能一样，必将受到汽车设计师的重视。

[1]《汽车维修速查手册丛书》编委会．汽车故障码速查手册[M]．北京：电子工业出版社，2002．

[2]田光辉，黎霞．汽车故障常用诊断方法剖析[J]．四川职业技术学院学报，2013，23（3）：159-160，168．TIAN Guang-hui，LI Xia.The analysis of common diagnostic method of automotive fault[J].Journal of Sichuan Vocational and Technical College，2013，23（3）:159-160，168.

[3]宣峰．浅谈汽车故障诊断方法[J]．河北农机，2012，38（5）：65-66．XUAN Feng.Talking about automotive fault diagnostic method[J].Hebei Agricultural Machinery，2012，38（5）:65-66.

[4]王征．汽车电气故障诊断的流程与分析方法[J]．汽车电器，2008，47（1）：60-62．WANG Zheng.Automotive electric fault diagnostic flow and analytic method[J].AUTO Electric Parts，2008，47（1）:60-62.

[5]王黎明，夏立，邵英，等．CAN现场总线系统的设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2008．

[6]陈家瑞，马天飞．汽车构造[M]．北京：人民交通出版社，2006．

[7]阳宪惠．工业数据通信与控制网络[M]．北京：清华大学出版社，2003．

[8]韦孟洲．汽车故障诊断中的数据流分析技术[J]．中国新技术新产品，2013，21（6）：169-170．WEI Meng-zhou.The data flow analysis technology of automotive fault diagnostic[J].New Technologies and Products，2013，21（6）:169-170.

[9]李雷，兰文奎．数据分析在汽车故障诊断中的应用[J]．拖拉机与农用运输车，2010， 37（2）：91-92．LI Lei，LAN Wen-kui.Application of data analysis in automotive fault diagnosis[J].Tractor&Farm Transporter，2010，37（2）:91-92.

[10]袁苗达，黄朝慧．基于汽车故障诊断机理的故障诊断流程设计[J]．制造业自动化，2012， 34（2）：141-144．YUAN Miao-da，HUANG Chao-hui.Carfaultdiagnosis based on the mechanism of fault diagnosis process design[J].Manufacturing Automation，2012，34（2）:141-144.