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1 ECU故障诊断系统介绍
汽车上任何一个零件或任何零件间都可能会产生失效，即使失效的概率极低，但没法保证百分之百不会失效。基于这样的事实，我们没办法阻止，但是尽可能去识别到潜在的失效，这样才能最大限度去避免伤害。所以，汽车的各个控制器都需要故障诊断系统，去不断检测系统、零件等的异常之处，从中找出故障，找出故障后，还希望一方面可以采取临时补救措施，将伤害减到最小，另一方面，保存故障信息，以供后续排查和解决故障。因此，基于这样的需求，完整的ECU故障诊断系统包括车内在线诊断系统和车外离线诊断系统两个部分，将两者配合使用，就可以进行完整地故障诊断。其中，车内在线诊断系统用于监测车内部的传感器，电子控制单元和执行器的工作状态，并根据这些数据信息自动检测系统故障，并将以故障码的形式保存，同时做出相应的故障处理措施，并点亮相对应的故障灯提醒驾驶人员。车外离线诊断系统用于提取已保存的故障信息，通过向车内在线诊断系统发送服务请求（即使用UDS服务）的形式，可进行读取故障码信息、清除故障码和刷写软件等操作，完成故障的调查与维修。也就是说：当汽车出现故障，车内在线诊断系统就应该起作用，最终提醒驾驶员有故障，那驾驶员将汽车返修。维修人员进行查因和维修，就需要使用车外离线诊断系统，查看故障信息、查找原因和更新软件操作等。
2 ECU故障诊断系统设计的若干要点
为了实现上文的ECU故障诊断系统，同时也为铺垫下文的ECU故障诊断系统ECU故障诊断系统实现，需要先介绍设计方面的几个重要知识点，主要包括：诊断故障码DTC，故障诊断机制和UDS服务。2.1 诊断故障码DTC
- 机械/系统故障，以变速箱控制器所涉及的故障为例，像挡位执行器坏了，离合器坏了等故障；
- 电子电器故障，比如电磁阀或传感器短路，电源电压不在工作范围等故障；
- 硬件故障，主要指PCB上的器件故障，比如处理器故障，外围芯片故障等；
- 通讯故障， 比如CAN连不上，CAN报文丢失等故障。
对于这些故障，基于管理和处理方面的考虑，采用诊断故障码（Diagnostic Trouble Code，DTC）来表示。下面就具体了解DTC的几个重要概念：DTC可以说是故障类型的"身份ID"，一个DTC映射一个故障类型（诊断事件）。DTC格式是根据几个国际标准协议来定义的，比如ISO-14229-1，SAE J2012 OBD DTC和SAE J1939-73等。总的来说，DTC分为non OBD和OBD两种格式，如下所示：以non OBD为例，DTC包含3个字节数据。其中HighByte和MiddleByte这2个字节表示故障内码，对应5位标准故障码（第一位是字母，后四位是数字）。- 前两位用来区分故障来自的控制系统, 是系统代码，比如B0-B3 是用在车身控制系统，C0-C3 是用在底盘控制系统，P0-P3是用在发动机控制系统，U0-U3 是用在通讯故障；
比如"P080081"这个故障码中，故障内码为"P0800"，其中“P08”代表动力系统的传动系统控制故障，“00”代表传感器。LowByte这个字节表示Failure Type，包含Failure category和Failure Sub Type两个部分，具体可参考SAE J2012-DA，比如常见的timeout应该用0x87，信号无效应该为0x81等等；而对于OBD相关的ECU的DTC最低字位均为0x00。接着"P080081"这个故障码，“P08”代表动力系统的传动系统控制故障，“00”代表传感器，“81”代表信号无效，所以这个DTC代表就是动力系统的传动系统控制的传感器信号无效。到此认识了DTC，除此之外还需要了解它的严重程度，因为不同的严重程度将会有不同的处理方式。DTC严重程度采用1个字节来存储，它分为A、B、 C、D四个等级。比如说A类表示立即维修车辆，B类表示及时维修车辆，C类表示影响不大，有时间再维护，D类表示没影响。根据上述DTC的定义，我们可以知道是什么故障以及故障是否严重，但这不能清晰得知故障什么时候发生的，什么原因导致发生的，因此还需要DTC的关键信息，比如DTC状态（DTC status）、DTC快照信息（Snapshot）和DTC扩展数据信息(Extended data)。只有存储下了这些关键信息，才能助于故障的解决。先看DTC状态，用1个字节来存储，其8个bit分别代表为：常听说历史故障和当前故障，对应上表，当前故障为bit0为1的故障，历史故障指bit0为0但是bit3为1的故障，DTCStatus = 0x09 表示当前故障，即DTCStatus = 0x08 表示历史故障。- 历史故障是过去发生但当前还没有清除的故障码。历史故障产生的原因有两种情况，一种是故障己经排除，只是未清除故障码，此代码清除后，故障就不会再次发生；另一种是故障并未排除，只是当前没有发生，此代码清除后，当故障再次发生时，故障还会出现。
- 当前故障是正发生的故障产生的故障码。当前故障是确实存在的故障引起的，它属于持续性故障产生的故障码，它不会被清除。
当前故障是当前确实存在的故障，比较容易判断。而历史故障比较难于判断，因为它是曾经发生的故障而现在没有，重现故障产生的状态，可能需要很长时间来捕捉历史故障码的重现，或者需要人为的创造可重现故障的条件，如加热、振动等，同时需要较好的设备来捕捉故障出现瞬间各种数据参数的变化才行。因此，一般先解决当前故障，而对于历史故障暂时作为故障诊断的参考。快照信息就类似照相机一样，在故障发生的时刻，对整车信息按下快门，做个记录，以便后续分析问题。快照信息一般包括供电电压、里程读数、点火状态、发动机冷却液温度，节气门位置，发动机转速，车速等信息，如下所示。这些会按规定的方式保存下来。扩展数据信息是一组提供DTC相关扩展状态信息的数据组，包括故障出现计数器、故障待定计数器、已老去计数器和老化计数器等，这些信息的具体内容一般都由客户来定义。如下示意：DTC的这些内容设计要么是根据标准协议，要么是根据客户的特定需求，不管是哪种形式，一般都是以需求形式要求实现方实现。当然，除了这些内容会作为需求的一部分，接下来要介绍的故障诊断机制内容也会作为需求的另一部分。2.2 ECU故障诊断机制
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