汽车故障远程诊断仪的设计与实现

分类号………。

ＵＤＣ………………

中南大学

ＣＥＮＴＲＡＬＳｏＵＴＨＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

硕士学位论文

论文题目

学辩、专业

研究生姓名导师姓名及专业技术职称密级

编号

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本文通过对汽车故障自诊断系统和汽车故障诊断设备现状的分析，设计ｒ一种新颖的随车、本地和远程诊断楣结合的嵌入式汽车敝障诊断仪。本谦题昆在研究基于ＡＲＭ平台的操作系统移植及其应用程

序的开发，完成汽车敌障运程诊繇仪的软硬件设计，实瑰汽车故障的远樱鳃能诊断。论文蓄先实现了薹予Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ的汽车故障诊断仪硬件设计，并对ＣＡＮ总线的几种扩展实现方法进行了比较，给出了基－Ｉ：ＣＰＬＤ的ｃＡＮ总线扩震实褒方法；然后论文阐述了系统较｛牛麴实褒过程，包括

ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ操作系统、基于Ｎａｎｄ～ｆｌａｓｈ的文件系统茅ｎＬＣＤ图形用户界蟊的移獯，并遥过移禧妇ＩＰ协议棱实现以太掰帮ＰＰＰ协汉豁通信，加入了Ｃｔｕ＼ｒ控割器驱动以实现基于ＣＡＮ渗断捺议的测试；鼗后以桑塔藜系歹§车型为铡说骥汽车馥障渗繇豹实现翻翻嗣ＧＰＲＳ无线逶信实蕊远程诊断的过程，并对汽车故障诊断专家系统的系统框架进行没计。渣文设诗与实现豹故障诊麟仪具有美麓豹天瓿器蟊季嚣文件系统，

可以对故障诊断协议为ＫＷＰｌ２８１的桑塔纳２０００、帕萨特等大众车繁进行故障捡溅。该设秘。采取了薅车、本邋以太霪器无线通信远程诊龋三种诊断方式结合的思想，可利用故障诊断专家系统实现汽车故障智麓诊酝。在嵌入式系统与汽车瞧子紧密结合及汽车霆盏营及豹趋势Ｆ，该汽车故障诊断仪具有一定的应削和研究价僮。

关键词嵌入式系统，ＡＲＭ，ｕＣ／ＯＳ—ＩＩ，汽车故障诊断仪，专家系统ＡＢＳＴＲＡＣＴ

ＴｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅＣａｒＴｒｏｕｂｌｅＳｅｌｆ－ＤｉａｇｎｏｓｔｉｃＳｙｓｔｅｍａｎｄ

ｔｈｅａｃｔｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅＣａｒＴｒｏｕｂｌｅＤｉａｇｎｏｓｔｉｃＴ００１．ＡｎｄｉｔｉＳｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅ

Ｃａｒ’ＹｒｏｕｂｌｅＤｉａｇｎｏｓｔｉｃＴｏｏｌｔｈａｔｉｎｔｅｇｒａｔｅｓｏｎ－ｖｅｈｉｃｌｅ，Ｅｔｈｅｍｅｔａｎｄ

ｒｅｍｏｔｅｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｍｏｄｅ．Ｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｔｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔｉｓｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇ—ｓｙｓｔｅｍｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｗｈｉｃｈ

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ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍ，ＡＲＭ，ｕＣ／ＯＳ－ＩＩ，ＣａｒＴｒｏｕｂｌｅＤｉａｇｎｏｓｉｓＴｏｏｌ，ＥｘｐｅｒｔＳｙｓｔｅｍ

ＩＩ源刨性声暌

本人声嘲，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工

作及取褥的研究成果。尽我所知，除ｒ论文中特别加以标注和致谢的缝方外，论文中不包含其他入已经发表藏撰写过的研究成果，也不包含为获褥中南大学或其它单位的学位或证书面使用过的材料。与我共麓：［｛乍的同志对本磷究所作的贡献均已在论文中侔了明确的说明。

作者签名：二舭日期：—埋生年ｊ己月盟ｌｉ；：｜

关于攀位论文使用授权说明

本人了解中南大学有关保壁、使用学位论文的援定，鼹：学校有权保留学位论文，允许学位论文被套阗和借阕；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。

学校可根据鬻家或澜南省有关部门麓定送交学位论文。

作者签名：僦

导师签名：鞭，ｊ：盘一日期：丛年上月卫臼颀：Ｌ学位论文第一章绪论

第一章绪论

随着汽车技术的进步，汽车正朝电子化方向发展，尤其是汽车电子技术与计算机、网络技术的结合为汽车电子化带来了根本的变革。同时汽车电子化也使故

障诊断方法发生了重大变化，传统的眼观、耳听、手摸的检查方法被使用各种电

子诊断设备读取汽车ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＪＣＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）的各种数据并判断汽车

是否工作正常的方法所取代。美国汽车工程学会ＳＡＥ（ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）和国际标准化组织ＩＳＯ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）很早就制订了有关故障诊断的标准，对于与ＥＣＵ通信的故障

诊断设备大多参考了ＩＳＯ和ＳＡＥ的标准设计…。自从汽车发动机的电子控制模块

嵌入第一台微控制器以后，２０年来在汽车中的嵌入式系统应用迅速增加。嵌入式系统由于自身特点一旦进入各行业的市场，会具有较长的生命周期，嵌入式系

统在应用数量上远远超过了各种通用计算机。嵌入式系统目前已广泛应用于通

讯、网络、汽车、航天、航空、消费电子、军事装备、仪器仪表、制造业控制等领域。本章介绍了汽车故障自诊断系统和汽车故障诊断设备的现状，并介绍了嵌

入式系统的基本概念和特点。

１．１汽车故障自诊断系统和故障诊断设备介绍

汽车制造技术与电子、计算机技术的结合，一方面使汽车产品的质量、安全

性和排放性都得到了极大的提高，另一方面也出现了汽车故障诊断复杂化等问题。针对这种情况，汽车设计人员在进行汽车电子控制系统设计时增加了故障自

诊断功能模块。

１．１１汽车自诊断的基本原理及组成

故障自诊断模块监测的对象是电控汽车上的各种传感器（如：水温传感器）、

电子控制系统本身以及各种执行元件（如继电器等），故障判断正是针对上述三种对象进行的。故障自诊断模块共用汽车电子控制系统的信号输入电路，在汽车

运行过程中监测上述三种对象的输入信息，当某一信号超出了预设的范围值，并

且这一现象在一定的时间内没有消失，故障自诊断模块便判断为这一信号对应的

电路或元件出现故障，并把这一故障以代码的形式存入内部存储器，同时点亮仪

表盘上的故障指示灯。颂上学位论文第一章绪论

针对三种监控对象产生的故障，故障自渗断模块采取不同的应急措施。

１．当某一传感器或电路产生了故障后，其信号就不能再作为汽车的控制参

数，为了维护汽车的运行，故障自诊断模块便从其程序存储器中调出预先设定的

经验值，作为该电路的应急输入参数，保证汽车可以继续工作；２．当电子控制系统自身产生故障时，故障自诊断模块便触发备用控制回路对

汽车进行应急的简单控制，使汽车可以丌到修理厂进行维修，这种应急功能就叫

故障运行，又称“跛行”功能：

３．当某个执行元件出现可能导致其它元件损坏或严重后果的故障时，为了安全起见，故障自诊断模块采取一定的安全措施，自动停止某些功能的执行，这种

功能称为故障保险。

如图卜１所示汽车故障自诊断系统包括：监测输入、逻辑运算及控制、程序

及数据存储器、备用控制回路、信息和数据驱动输出等模块。汽车自诊断系统在

车辆出现故障时点亮故障灯，有些车辆还可通过汽车控制台上的ＬＣＤ显示屏显示出故障，但是所提供的信息有限。所以汽车故障诊断一般通过汽车故障诊断仪来

读取更多的诊断信息。

图卜１汽车自诊断系统原理图

１．１２汽车故障自诊断系统的发展和故障诊断设备的现状

汽车故障自诊断系统经历了如下几个阶段：１．专用汽车故障检测仪

２０世纪７０年代后期，为了提高现代汽车使用和维修的方便性，出现了专用汽车故障检测仪用来检测汽车电控系统的工作状况。例如美国福特公司研制的

ＥＥＣ—Ｉ和ＥＥＣ—ＩＩ检测仪，它可用于监控电控汽油发动机的信号，并找出故障部

位。由于这种专用检测仪对操作人员的技术要求较高，一直未能普及开来。

２．随车诊断系统顶：ｌ‘学位论文第一章绪论

进入８０年代一种新型诊断系统即随车诊断系统问世，它是利用微处理控制

单元对电控系统各部件进行检测和诊断，自行找出故障，故也被称为故障自珍断

系统。由于它可以对汽车电控系统参数实行连续监控，并能记录该系统的间歇故障，因此查找故障及时方便，所以使用较为广泛。但是由于微处理器内存有限，

故其渗断项目受到一定的限制，而且不能诊断较为复杂的故障，因此人们又在研

制和开发更新更好的自诊断系统。

３．多功能车外诊断系统为了扩充随车自诊断系统的诊断容量和诊断功能，８０年代末福特的车外诊

断仪ＯＡＳＩＳ、丰阳的Ｄｉａｑｍｏｎｉｔｏｒ诊断系统、日产公司的Ｃｏｎｓｕｌｔ等相继诞生，这些系统功能较为齐全，但是价格较为昂贵，专业技术要求高，且诊断标准不统

一，因而其使用和维护也受到一定的限制。进入９０年代以后一些符合国际标准、易操作且价格较为合理的多功能诊断系统研制成功。

早期不同生产厂家的汽车自诊断系统自成体系，不具有通用性，给汽车的售

后服务和维修造成了很大的困难。针对上述情况从１９９６年开始各国统一使用代

号为ＯＢＤ—ＩＩ的故障码，大大便利了汽车的诊断和维修。ＯＢＤ—ＩＩ规范是由美国汽车：亡程师协会ＳＡＥ和美国加洲环保组织提出，统一了汽车故障自诊断的各项技术