基于ISO15765 CAN总线诊断测试方法研究

周红英，陶龙龙

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

汽车电子

基于ISO15765 CAN总线诊断测试方法研究

周红英，陶龙龙

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

随着整车电气网络架构复杂化，汽车维修人员对车载网络控制系统故障诊断及分析的难度增加，汽车的诊断功能测试对汽车开发进度管控有较大影响。文章以车载CAN网络通讯为主要研究对象，在分析车载CAN网络诊断协议与车载网络诊断结构的基础上，总ISO15765的车载网络诊断体系结构。并基于CANoe软件工具，研究了以CAN总线为基础的汽车系统诊断测试方法，利用API语言编写测试程序，对零部件及整车进行诊断操作，与基于诊断数据库的测试相比有很大的灵活性。

车载网络；CAN总线；ISO15765协议；诊断测试方法

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.045

CLC NO. : U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-140-03

引言

CAN 总线是当今自动化领域中最具应用前景的技术之一，可提供高达1 Mb/s的数据传送速率，在可靠性、实时性和灵活性方面优势明显，适合测控单元之间的互连。现阶段，CAN总线在汽车电子系统中得到广泛的应用，代表汽车电子控制网络的主流发展趋势，基于CAN总线的故障诊断系统将越来越受关注。针对诊断设备和车辆内部电子控制单元(ECU)之间的数据交换，各个汽车公司几乎都制定了相关的标准，导致各个汽车公司之间诊断仪的不通用性。

ISO15765是一种基于CAN总线的诊断协议，其实质就是在CAN总线上实现UDS即ISO14229，该协议满足了OBD的系统要求，符合现代网络总线系统的发展趋势，将成为未来车辆行业的通用诊断标准。我国的汽车诊断还是比较落后，只有充分理解和掌握诊断协议ISO14229和ISO15765，才能有助于我国车辆诊断技术的发展。本文主要对协议ISO15765的结构和功能进行了研究分析，并介绍了常用的诊断测试方法。

1、车载网络诊断协议ISO15765分析

车载网络诊断实现的技术突破点在ISO15765的深入研究与实现，诊断应按协议内容与体系结构实现来进行设计，诊断协议体系结构分为4层：分别为应用层，网络层，数据链路层和物理层，ISO15765的体系结构如图1所示：

数据链路层和物理层是由CAN国际标准ISO 11898所描述、具有非破坏性的网络仲裁机制，其协议数据单元是CAN数据帧，包含的最大数据长度为8 Byte。物理层的物理介质是CAN总线，具有较高的通信速率、传输距离较远、抗电磁干扰能力强等优点。

网络层主要是为应用层提供接口，并为长报文(数据长度大于8 Byte)的传输提供了分组和重组的功能，由ISO15765—2 标准所描述。

应用层诊断协议设计应遵循ISO14229—1或ISO15765—3，应用层规定了具体诊断服务的服务标识符(SID)及后面所携带的参数格式与内容。应用层数据经过网络层实现数据的传输、打包、解包，数据传输时以单帧和多帧形式按ISO15765—2进行传输。数据经数据链路层时应按ISO11898—1转化为有效的CAN数据帧，最后经物理层实现与另一节点的通信。被诊断电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)收到请求报文后，再按诊断协议体系结构进行逐层解析。

2、车载CAN网络的诊断结构和功能

2.1 车载CAN网络的诊断结构

诊断结构是车载网络诊断设计时应该重要考虑的因素，但需根据车载网络诊断的相应需求来设计合适的车载网络诊断结构。

2.1.1 车载网络诊断结构分析

根据不同的车身网络层次结构和客户端的接入位置，大体上可分为3种诊断结构：

(1)是客户端(诊断设备)与服务器(ECU)在同一个网络，客户端与服务器直接相连。

(2)客户端通过网关与服务器相连接。

(3)主网络下面有子网络，客户端在主网络中，而需要诊断的服务器在子网络中，此时客户端与服务器的通信通过兼有网关功能的服务器实现。

2.1.2 CAN网络诊断结构的设计

对2.1.1节中讨论的3种车身网络诊断结构而言，第(3)种诊断结构为远程诊断，主要用于不同网段的诊断，此种诊断方式下其数据域需携带远程地址信息，所以有浪费帧资源的缺陷。针对CAN 网络的诊断，本文的诊断结构设计选用第(1)种诊断结构，诊断设备与被诊断ECU在同一个网络，不需要网关客户端与服务器直接相连。所设计的结构如图2所示，基于低成本的USBCANII网络报文采集工具与VC所开发的上位机软件作为诊断上位机连接到网络中，诊断上位机与被诊断ECU 连接到同一网络组成车载网络诊断系统。

2.2 车载网络诊断功能的设计

根据2.1节中的网络诊断结构，对诊断网络进行功能和协议的设计。

2.2.1 车载网络诊断功能的设计

系统功能设计及PC端诊断软件各功能模块之间的关系与参数传递如图3所示。硬件配置功能模块，实现通信网络波特率、滤波等的配置；通信功能模块，通过硬件配置模块所传递的配置通信参数以及诊断模块所传递的诊断参数可实现通信；诊断功能模块，可实现诊断参数配置、诊断服务请求以及诊断响应的实施，在此功能模块中，包含应用层的25种诊断服务执行。此外报文显示功能模块、文件存储功能模块以及屏幕刷新功能模块，可实现对诊断通信报文的分析与处理。诊断上位机与被诊断ECU通过诊断协议ISO15765进行诊断通信。

2.2.2 网络诊断协议设计

诊断协议的实现是诊断设备与被诊断网络ECU 的诊断通信过程，因此，诊断协议的设计包含诊断设备软件的诊断协议设计与被诊断ECU的诊断协议设计。其中，在此系统功能设计中，诊断设备的诊断协议实现即为PC端诊断软件协议的实现。

在设计PC端诊断软件诊断协议时，充分考虑了诊断协议中否定响应的可能情况，在与被诊断ECU进行诊断通信发生否定响应状况时，上位机会给以否定响应种类和原因的提示。诊断PC端软件设计了ISO14229—1.2所规定的25种应用层诊断服务，在此以安全访问服务的诊断协议的执行流程为例，如图4所示：

首先，ECU 进行非默认模式会话请求，需注意的是，ECU上电时默认的诊断会话状态为默认会话模式，因此，需要进行诊断会话模式跳转才能执行安全访问服务。然后，进行安全等级选择并请求种子，根据接收到的种子及安全访问算法发送密钥，收到ECU正定响应后则ECU被解锁。其中，安全算法可自行设计，在此设计了3种安全等级的安全算法，分别为等级1、等级2和等级3，算法依次复杂。

3、常见的诊断测试方法

3.1 常见问题诊断步骤

通过对车载网络传输系统故障的分析，可以总结出一般诊断步骤为：

（1）了解该车型的车载网络系统传输特点(包括传输介质、车载网络传输系统的结构形式等)。

（2）车载网络系统传输的功能，如有无唤醒功能和睡眠功能等。

（3）检查汽车电源系统是否存在故障，如发电机的输出波形是否正常(如不正常将导致信号干扰等故障)等。

（4）检查车载网络传输的链路是否存在故障，采用替换法或跨线法进行检测。

（5）如果节点故障，只能用替换法进行检测。

3.2 基于测试软件的诊断

目前大多诊断工作都是基于诊断测试软件进行，如通过CANoe进行手动测试，或是编制诊断数据库，运用DIVA进行诊断自动化测试，再是使用诊断仪读取故障代码（DTC），确认故障类型。

基于德国Vector公司开发的CANoe软件，通过软件自带CAPL（CAN access programming language）语言编写测试程序，对被测试模块进行诊断测试。测试时通过CANoe trace窗口读取被测样件的诊断报文，根据报文判断被测样件的诊断功能是否符合整车厂提出的诊断规范。这种方法较为灵活、可靠。不仅可以对测试对象进行全面的测试，也可以针对特定诊断服务进行单独测试，如图5所示为基本的诊断测试界面：

4、总结

本文通过研究分析车载网络国际诊断标准IS015765，根据车载网络诊断结构，设计了基于ISO15765的车载网络诊断。开发的基于低成USBCANII的诊断工具可实现对被诊断ECU实现基于ISO15765的诊断通信。同时，在开发支持诊断功能的ECU阶段，可实现诊断服务的执行与响应测试，为支持诊断功能ECU的开发商提供一种低成本、方便灵活的诊断测试工具。通过实际测试车载网络中的节点验证了所开发系统的可行性与可靠性，对基于ISO15765的车载网络诊断的后续设计与开发具有一定参考价值。

[1] International Organization for Standardization.ISO 1 5765—2—2004Road Vehicles-diagnostics on Controller Area Networks (cAN)—Part2：Netwo～layer services[S].2004.

[2] International Organization for Standardization.ISO 1 5765- 3·2004. Road Vehicles一DiagnOstics on Controller Area NetworksfCAN1— Part3：Implementation of Unified Diagnostic Services(UDS on CAN)[S].2004.

[3] International Organization for Standardization.ISO 14229—2006 Road Vehicles—Unined Diagnostics Services(UDS1 Specifica—tion and Requirements(v2)[S].2006.

[4] 刘丽丽,徐皑冬,宋岩，周亚.车辆通用故障诊断协议的研究与开发[J].计算机工程,2012.38(16).

[5] 常欣红.汽车故障诊断标准ISOl5765的网络层分析与实现哈尔滨工业大学硕士论文2006.

Research of Vehicular CAN Network Diagnosis Test Method Based on ISO15765

Zhou Hongying, Tao Longlong
（AnHui JiangHuai Automobile CO., LTD. Technical Center, Anhui Hefei 230601）

The Electric structure are continuously complex.It also undoubtedly increases the dificulty to diagnose and analysis the vehicle network control system by the technician.The test of vehicular CAN Diagnostic function has great influence on the vehicle development progress. In this article,it mainly covers the classifying of network malfunction.On the basis of the research and analysis of CAN network diagnostic protocol and automotive diagnostic structure ,summarize the architecture of ISO15765 . Based on CANoe Software, research diagnosis test method of vehicular CAN network and use API languages to write test program. This test using this program is very convenient. Compared to the test based on diagnostic database, it is more flexible.

Vehicle network；CAN； ISO15765 protocol；diagnosis test method

U463.8

A

1671-7988(2016)10-140-03

通讯作者：周红英，（1988.6-），女，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。主要从事电器设计工作。