ECU故障诊断系统概述

1、ECU故障诊断介绍

完整的ECU故障诊断系统包括两个部分：车内在线诊断系统和车外离线诊断系统。

l车内在线诊断系统，其用于监测车身内部的传感器和电子控制单元的工作情况，并根据这些数据信息自动检测系统故障，并将以故障代码的形式保存，同时点亮相对应故障灯提醒驾驶人员。车内在线诊断系统在汽车行驶过程是实时运行的，实时监测汽车各控制器的状态，假如行驶过程中，发动机突然出现故障，那么该系统就会监测到，并且给出不同故障的应对策略，比如点亮仪表中的发动机故障指示灯，引起驾驶员的注意。除了发动机故障之外，汽车仪表中还会出现右侧所示的其他类型的故障指示灯，以表示不同汽车零部件的故障信息。

l车外离线诊断系统，其通过向车内在线诊断系统发送服务请求，读取相应的故障码信息以及清除故障码，并完成诊断协议提供的其他服务。具体来说，就是当驾驶员从汽车仪表发现有故障指示灯亮了，但他也不知道具体是什么故障，这时将车开到4S店，由维护人员用专门的诊断工具检查，这个检查过程用到的就是车外离线诊断系统。

这样将车内在线诊断系统和车外离线诊断系统配合使用，就可以对汽车故障进行完整地诊断，不断检测系统的异常点，从中找出潜在故障，一方面采取临时补救措施，比如让汽车能够跛行回家，另一方面将故障信息记录在非易失存储器上，使得维修人员使用离线诊断工具检查故障原因，必要时还点亮故障指示灯告诉驾驶员。

2、ECU故障类型

ECU故障诊断系统都会检测哪些故障？

从ECU技术研发角度来将，不外乎为四大类：

1)机械/系统故障，通常指执行器的故障，这类故障可通过相应的信号或数据来监测，以发动机控制系统为例，下同，比如喷油嘴无法开启，或活塞杆运动波动大，或火花塞无法点火等等。

2)电子器件故障，通常指传感器，电磁阀或电机的故障等，比如传感器短路或断路，电磁阀过压或过温等等。

3)ECU硬件故障，通常指芯片和电子元器件（电阻，电容，电感）的故障等，比如CPU的某个模块失效，外围芯片出现故障信息，接插件接触不良等等。

4)ECU软件故障，顾名思义，即指软件本身的故障，比如软件死循环（跑飞）， 除零，溢出等等。

以上这些故障数量会特别多，那么实际开发过程中怎么能全面地考虑到位？通常采用FMEA或FTA在系统和软件level进行初始的潜在故障分析，详细地一一列举归纳，再作为故障诊断开发的需求输入。

3、ECU故障诊断机制

ECU故障诊断过程包括以下两个步骤：

第1步是车内在线诊断系统先通过ECU内部软硬件功能模块实现自我诊断，即每个故障函数将会检测两个状态标志，即监控条件标志（Monitor Condition，MC）和故障条件标志（Fault Condition，FC）：

1) 监控条件标识用来表示诊断是否有效，即检测故障的前提条件是否满足，比如电磁阀关闭的时候，是不需要检测电磁阀有无堵塞故障；

2) 故障条件标识用表示诊断是否已经检测到故障，比如电磁阀已打开，但监测通过电磁阀的流量非常小，那么就怀疑是电磁阀堵塞故障。

然后，根据监控条件标识和故障条件标识出现的次数或时间或频率来确认故障，比如采用基于计数器的debounce算法，就是根据监控条件标识和故障条件标识的状态来决定是否计数器需要累加或累减，在此过程中，当计数器的累计次数达到，那么就确认故障。

当故障被确认，那么车内诊断系统一方面将故障代码及相关数据存入ECU内部的非易失存储器内；另一方面需要根据故障的严重程度决定是否点亮故障指示灯以及点亮何种颜色，以此来告诉驾驶人员故障的存在，同时车内诊断系统还需要根据故障的严重程度决定做怎样的处理，比如变速箱控制系统出现故障，可能出现只能采用跛行回家模式。通过上述机制，我们就可以在汽车行驶过程中，由车内诊断诊断系统实时监控汽车电子控制系统各组成部分的工作状态，从而检测电子控制系统中的故障。

第2步是故障车辆被送往汽车维修厂，维修人员通过车外离线诊断设备读取车内诊断系统所存储的诊断信息（比如DTC），从而判断故障发生的位置和原因，进而决定维修方案。这里实现车外离线诊断的关键在于如何实现诊断设备和ECU之间的诊断服务和通信机制，即制定规范的诊断协议，包括UDS服务相关的ISO14229， CAN传输相关的ISO15765，和OBD相关的ISO15031。

以上故障诊断机制通过AUTOSAR故障诊断模块实现如下图所示：

该诊断系统主要包括SW-C(Monitor, controlling indicator, providing data)，Dem, Dcm和NVRAM Manager等模块，其中Dem 和Dcm是实现AUTOSAR诊断功能的核心模块。

Dem负责对故障诊断数据（如故障冻结帧）进行处理，保存以及管理。为了读取和保存故障信息，DEM需要通过NVM提供的服务访问非易失存储器。同时Dem向Dcm提供访问故障数据的接口，如读取和清楚故障码。

Dcm模块遵循ISO14229-1, ISO15031-5, ISO15765-4和J1939标准等，主要实现UDS和OBD的诊断服务，即处理诊断数据流和管理诊断状态，包括诊断会话和安全状态，检查诊断服务的请求是否满足条件等功能。

Dem对一个事件的诊断是由Dem模块和SW-C共同完成的，由应用层软件的SW-C或底层软件BSW中的Monitor函数实时监控需要检测的部分,即MC和FC。当检测到错误时，就需要将这个错误报告给Dem模块并判断是否出现故障，即采用相应的Debounce算法。Dem再调用NVRAM的读写接口，存储故障信息；同时Dem进行故障处理，当需要给驾驶人员作出故障指示，则控制SW-C中的controlling indicator点灯和文本信息提示。

当维修人员查找故障时，则通过Dcm模块对接Dem模块，以此来获取故障信息或做一些故障处理，比如清除所有故障或重新刷写软件等处理。

4、总结

上述简单介绍了ECU故障诊断系统的概念，类型和机制，后续再深入细节，做进一步探讨。

审核编辑 ：李倩