混合动力汽车的在板故障诊断系统研究.pdf
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1、混合动力汽车的在板故障诊断系统研究 余春暄,张明杰,段建民 ( 北京工业大学电子信息与控制工程学院,北京1 0 0 0 2 2 ) S t u d yo nt h eO n - b o a r dD i a g n o s t i cS y s t e mo fHy b r i dE l e c t r i cV e h i c l e Y UC h u n x 瓶,Z H A N GM i n g j i e ,D U A NJ i a n r a i n ( C o l l e g eo fE l e c t r i c a lI n f o r m a t i o na n dC o n
2、 t r o lE n g i n e e r i n g ,B e i j i n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ,B e i i i n g1 0 0 0 2 2 ,C h i n a ) 摘要:提出了一种针对油电混合动力汽车的在 板故障诊断系统设计方法,实现了传统的故障诊断 仪与在板故障诊断系统的结合。在介绍了混合动力 汽车的整个通信网络的基础上,对故障诊断系统的 人机交互模块设计、诊断数据库设计以及C A N o p e n 故障诊断规范等进行了详细的描述,最后进行了实 验测试,证明了该设计方法的可行性。 关键词:混合动力汽车;故
3、障诊断;C A N o p e n 中图分类号:U 4 6 9 7 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1 2 2 5 7 ( 2 0 0 8 ) 0 6 0 0 3 9 一0 3 A b s t r a c t :T h i sp a p e ri n t r o d u c e sam e t h o do f d e v e l o p i n go n b o a r dd i a g n o s t i cs y s t e mo nh y b r i d e l e c t r i cv e h i c l e ,i m p l e m e n t st h ec o m b i
4、 n a t i o no ft r a d i t i o n a lt r o u b l es c a n n i n gt o o la n do n b o a r dd i a g - n o s t i cs y s t e m F i r s t l y ,p r e s e n t st h ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r ko fHE V S e c o n d l y ,d e s c r i b e sd e t a i l e d l yt h e s y s t e m Sm a n m a c h i n em o d
5、 u l ed e s i g n ,t r o u b l ei n f o r m a t i o nd a t a b a s ed e s i g na n dC A N o p e nd i a g n o s t i c c r i t e r i o n F i n a l l y ,t h ee x p e r i m e n t t e s ti sd o n e , p r o v e st h i sm e t h o d Sf e a s i b i l i t y K e yw o r d s :h y b r i de l e c t r i cv e h i c
6、l e ;d i a g n o s t i c s y s t e m ;C A N o p e n 0引言 混合动力汽车在传统汽车的基础上增加了蓄电 池、电机等设备,技术科技含量比较高,结构更加复 杂。传统的故障诊断系统和故障诊断仪器已经不能 满足它的要求,所以开发新的适合混合动力汽车的 收稿日期:2 0 0 8 0 2 一0 1 基金项目:北京市教委与北京市自然科学基金共同资助项目 ( K Z 2 0 0 4 1 0 0 0 5 0 1 ) 机械与电子) 2 0 0 8 ( 6 ) 故障诊断系统是必要的。本文针对油电混合动力电 动汽车提出了一种在板故障诊断系统与故障诊断仪 相结合的诊断方
7、法。将故障诊断仪的友好的界面显 示特点与在板诊断的实时性相结合,完成了故障信 息如故障诊断码的实时采集与显示,以及故障信息 的有效管理。 1混合动力汽车的通信网络设计 电机、发动机、中央仪表监控、整车控制器和电 池等部件需要协同工作,这些部件将会在一定的控 制策略下经常地切换工作模式,这就需要一个可靠 实时的控制网络。C A N 总线能够很好地满足这种 实时控制网络的要求。但C A N 本身并非是一个完 整的协议,要进行高效率的通讯还要进一步开发高 层协议。C A N o p e n 是在C A N 2 0 基础上发展起来 的应用层通讯协议,是一种公共开放通用的协议, 而且精练透明、容易开发,
8、并且具有可配置性,很容 易扩展以构成特定的网络应用。基于这些特点该混 合动力汽车采用C A N o p e n 作为控制网络。混合动 力汽车内的各个控制系统作为C A N o p e n 网络的节 点,通过C A N 总线进行数据交换。网络中最多节 点数是1 2 7 个。车载故障诊断系统作为其中的一个 节点,通过C A N o p e n 网络获得总线上的故障信息 报文。在该控制网络中,车载故障诊断系统节点来 充当C A N o p e n 主站。混合动力汽车的整个网络结 构如图1 所示。 图1 混合动力汽车网络结构 2故障诊断系统的总体设计 从2 0 0 6 年1 2 月起,在北京销售的所有
9、新车都 3 9 要求装有车载诊断系统( O B D ) 。它是一个复杂的 自诊断系统,此系统的作用是在车辆尾气排放超标 或出现故障时,点亮故障指示灯向驾驶员报警,同时 记录一个故障码。第2 代车载诊断系统O B D I I 采 用统一定义的5 位故障代码,由1 个英文字母和4 位数字组成,英文字母表示电控系统代号,4 位数字 分别表示编码企业代号、系统故障代号、原厂编码顺 序代号和具体故障代码 1 。 混合动力汽车与传统汽车相比有发动机和电机 2 套动力系统。为了使该混合动力汽车的故障诊断 系统将来方便与O B D I I 结合,所以该诊断系统的故 障码采用O B D I I 标准的定义方式。
10、它的故障码分 为2 类,一类是与传统汽车相同的电控系统采用的 O B D I I 标准故障码,另一类是自己定义的电机、蓄电 池及发电机等部分的专用故障码。该混合动力汽车 故障诊断系统所要完成的功能就是监测混合动力汽 车内部各个控制系统的功能模块,当汽车故障发生 时存储并显示故障码等故障信息,点亮故障灯,并且 通过数据库实现对故障信息的有效管理。 系统的硬件平台采用研华公司的U N O 一2 1 7 0 工控机,并配有1 0 4 寸触摸液晶显示器。U N O 一 2 1 7 0 是一款高性能的C e l e r o nM1 G H z 控制器,2 5 6 M B 的内存,另有2 个扩展的C A
11、N 口。该工控机体 积小巧,而且抗震性高、稳定、可靠,这些特点满足车 载电脑的需要。支持的操作系统是W i n d o w sX P E m b e d d e d 。该操作系统灵活性高,易于开发友好的 人机交互界面。故障诊断系统的结构如图2 所示。 故障诊断系统G U I c A N o p c n 主站卜一通讯接口卜一M y S Q L 数据库 l 丛塑! lI 丛兰! l l 丛塑! l 图2 故障诊断系统总体结构 3 故障诊断系统的软件设计 该故障诊断系统的软件采用模块化的设计。整 个软件系统和软件流程的结构如图3 所示。 军H 攀I 薯霪垂鬟H 馨翟婺l 舀蛔 通信模块I ( a )
12、 系统软件结构 图3 4 0 【初始化C A N o p e n 】 = = = = r = 二 1 启动C A N o p e n N 络l = 二二= 工二二二= 故障发生卜 = 二二二 二二= i l 故障存入数据库Il 故障指示灯闪 i - i = 二= 二一 1 人机交互界面中显示故障信息l ( b ) 软件流程 软件系统和流程 3 1 故障诊断人机交互模块设计 故障诊断人机交互部分是整个诊断系统不可或 缺的一部分。为了方便驾驶员使用,设计时应该尽 可能的使它易于操作。当故障发生时诊断界面上故 障指示灯闪烁,这时驾驶员可以很直观的看到所发 生故障的故障码,以及该故障所在的系统和发生部
13、 位。一些重要的工况参数也可以在界面中实时的图 形显示,维修人员可以根据这些图形显示进行故障 预测。 由于不同的汽车生产厂商或同一生产厂商不同 汽车型号的汽车,采用的通信协议可能不一样,为了 使该软件可以应用在不同的汽车上,所以在进入诊 断界面之前首先要进行车型选择和通信协议的选 择。诊断界面主要包括诊断故障码和实时数据监 测、数据流波形这3 个窗体。各个界面之间的层次 关系如图4 所示。 车型选择 通信协议选择 诊断界面选择 故障诊断码 J一 故障指示灯、 当前故障码、 历史故障码等 实时数据监测 发动机转速、 电动机温度, 电池电压等 数据流波形 二二二 二二 电机电流波形、 氧传感器波形
14、等 图4 界面之间的层次关系 诊断故障码界面显示的详细信息如下: a 当前故障码信息。正在发生的故障所产生的 故障码,以及故障发生时间、故障级别、该故障所属 子系统和故障发生部位等信息。 b 历史故障码信息。过去发生的故障所产生的 还未被清除的故障码,以及该故障曾经发生的时间 和发生次数等。 c 故障指示灯。故障被分为3 个级别A ,B ,C 类,A 类故障码是最严重的一类,只要发生一次就触 发红色指示灯。B 类故障是次严重的一类故障,只 有在连续的2 次行驶过程中发生才使黄色指示灯闪 烁,并存储故障码。C 类故障码表示发生一个瞬时 轻微故障,绿色指示灯闪烁。 d 建议操作。对维修人员及驾驶员
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