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ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD 2021.4
设计应用
esign & Application
D
Application of uds diagnostic protocol in Electric Vehicle motor controller
闫肖梅，杭孟荀，王 瑛 （奇瑞新能源汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241000）
摘 要：针对UDS诊断协议在电动汽车电机控制器中的应用问题，利用UDS诊断协议中各项服务的功能，同时根据电机控制器的功能需求，实现UDS诊断协议在电机控制器中的应用。本文首先介绍了UDS各项服务的功能及应用场景，其次详细阐述了电机驱动系统故障分类与等级划分，最后介绍了UDS协议在电机控制器中的具体应用场景及功能使用情况，通过开发的上位机进行台架测试。实验表明，UDS诊断协议可以
有效应用于电机控制器的诊断功能的开发，其具有诊断功能完善、运行稳定的优点，以及广泛的市场应用前景。关键词：UDS诊断协议；电机控制器；电机驱动系统；电动汽车
0 引言
目前，“中国制造2025”将汽车产业作为中国经济发展的十大重要产业之一，新能源汽车成为了重点的发展对象，获得了国家的大力扶持。纯电动汽车由于其能量利用率高、零排放的优点成为了汽车产业的重点发展方向。电机控制器是控制电机驱动整车行驶的控制单元，属于电动汽车核心零部件。电机控制器具有CAN 通信功能、过流保护、过载保护、欠压保护、过压保护、缺相保护、能量回馈、限功率、高压互锁、故障诊断
[1]
等功能。电机控制器的故障诊断功能使用了车载
UDS [2]（unified diagnostic service ）诊断系统。UDS 是基于OSI 参考模型设计的，它只定义诊断服务[3]，可以有效实现电机控制器的各项故障诊断功能需求。UDS 诊断协议通过诊断服务[4]不仅可以读取电机控制器中的动态数据流、电机控制器的各项配置信息，还可以读取控制器当前所存储的故障码，方便专业人员的维修工作。UDS 诊断协议
[5]
可以实现电机控制器的刷新。正是由
于这些优势，ISO 14229道路车辆统一诊断服务（UDS ）广泛应用于纯电动汽车的电机控制器。
1 UDS诊断协议的服务介绍
UDS 诊断协议主要包括以下功能：诊断和通信管理
功能、数据传输功能、存储数据传输功能、输入输出控制功能、例行程序功能、上传/下载功能等。具体功能如表1、表2、表3所示。
表１ 诊断和通信管理服务
诊断和通信管理
服务服务描述
诊断会话服务（0×10）激活控制器各种不同的会话模式ECU 复位服务（0×11）诊断设备用于请求控制器复位安全访问服务（0×27）外部设备请求解锁某个ECU 受安全保护的
功能通信控制服务（0×28）开启/关闭一个或多个控制器特定报文的发
送和/或接收
设备在线服务（0×3E ）
外部设备向ECU 提示设备仍然在线
表２ 数据传输服务
51汽车网数据传输服务服务描述
读取数据流服务（0×22）通过一个数据标识符请求获得ECU 定
义的数据记录值写数据服务（0×2E ）外部设备请求写入由数据标识读取故障码信息$19
读取电控单元存储的故障码信息
电子产品世界
表３ 上传下载服务
上传下载服务服务描述
请求上传服务（0×34）外部设备请求上传数据给ECU
传输数据服务（0×36）外部设备请求传输数据
请求下载服务（0×35）外部设备请求ECU下载数据
请求停止数据传输服务
（0×37）
外部设备请求停止传输数据
2 电机驱动系统故障分类与等级划分
２．１ 电机驱动系统故障分类
本文针对系统中导致电机驱动系统故障、影响整车正常运行的元件或部件故障进行研究。包括：由于电流应力、温度应力、振动、电冲击、疲劳、磨损、粉尘等原因，导致电机出现损坏性故障：功率器件断路、功率器件短路、直流母线电容断路、直流母线电容短路、预充电电阻断路等；由于高温、潮湿、漏
油、漏液、老化的因素导致电机出现退化型故障：定子绕组绝缘不良、永磁体退磁等；由于电机系统控制不当、机械间隙调整不当导致高压供电过压/欠压、低压供电过压/欠压、电机控制器过流/过载、转子偏心、电机/电机控制器过温故障等；由于电机系统控制不当、设计参数不合理、散热系统等原因导致驱动扭矩不足、电机/电机控制器过热等故障。
２．２ 电机驱动系统故障等级的划分
本文根据电机驱动系统故障模式、故障的严重程度和对系统造成的影响等因素对电驱动系统的故障等级进行划分。当出现I级故障时，此类故障对电机驱动系统不会产生较大的影响，电机控制器会根据故障的严重程度来进行降功率操作，同时上报最大使用扭矩；当I级故障消失时，电机控制器会令电驱系统达到满功率输出状态，同时对应的故障码会立刻消失。I级故障包括电机过温故障、控制器(IGBT)过温故障、电机超速故障、相电流过载报警、母线电压欠压故障、DCDC故障、电机堵转故障、电机温度报警、控制器( IGBT) 温度报警、电机温度传感器故障、IGBT 温度传感器故障等。
当出现II级故障时，此类故障对电机驱动系统会产生严重损害，电机控制器会令电驱系统限制功率，同时限制正常的动力输出，将会对严重影响整车的性能，电机控制器自动关闭PWM输出，停止功率输出；II级故障不会自动回复，需要通过专业诊断设备将此类故障清除。II级故障主要包括模块故障、相电流过流故障、母线电压过压故障、CAN通信故障、旋变传感器故障、母线电流传感器故障、A相电流传感器故障、C相电流传感器故障、母线电压传感器故障等。
当出现Ⅲ级故障时，电机驱动系统极具危险性，此时整车的安全性会受到严重影响，电机控制器会发送断高压指令，并且此类故障不能清除，需要专业人员检查维修后才可修复此故障。Ⅲ级故障包括母线电流过流故障。
3 UDS诊断协议在电机控制器中的应用
本文利用UDS诊断协议对电机控制器进行控制或获取电机控制器中的信息。通过22服务读取电机控制器的数据流信息，包括电机的硬件版本号、软件版本号、电机序列号、电机转速等信息；通过2E服务向电机控制器写入数据流信息，包括软件版本号、硬件版本号、日期等信息；通过19服务读取电机控制器中的故障信息，包括I级故障、II级故障和Ⅲ级故障对应着故障码信息；通过11服务实现电机控制器的复位功能；通过请求上传服务（0×34）、请求下载服务（0×35）、传输数据服务（0×36）、请求停止数据传输服务（0×37）实现电机控制器的在线刷新功能，通过外部设备诊断接口直接对ECU进行软件更新。
4 实验测试
根据电机控制器诊断规范，本人利用C#软件开发上位机进行测试，测试上位机如图1所示。使用19服务读取电机控制器的故障信息并通过上位机脚本将故障信息显示出来，如图2所示。以11服务为例根据数据流生成测试报告，以验证UDS诊断协议的准确性，11服务上位机功能如图3所示，生成的测试报告如表4所示。
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图１ 诊断测试上位机
图２ 故障信息
图３ １１服务上位机功能表４ １１服务数据流分析
诊断服务数据流数据流分析
电控单元复位（11）
①硬复位
满足UDS 诊断协议要求
TX 02 11 01 00 00 00 00 00RX 02 51 01 00 00 00 00 00
②点火开关复位
TX 02 11 02 00 00 00 00 00RX 02 51 02 00 00 00 00 00
③点火开关复位
TX 02 11 02 00 00 00 00 00RX 02 51 02 00 00 00 00 00
通过19服务可以读取电机控制器的故障信息，便于
整车开发人员调试和专业技术人员维修。以11服务为例通过获取的数据流同时参考诊断协议，11服务完全满足诊断协议要求。测试实验表明，UDS 诊断协议可以有效地应用于电机控制器诊断功能的开发，具有诊断功能完善、运行稳定的优点，以及有广泛的市场应用前景。
5 结语
本文介绍了UDS 诊断协议在电机控制器中的具体应用场景及功能使用情况，通过开发的上位机进行台架
测试。实验表明，UDS 诊断协议可以有效地应用于电机控制器的诊断功能的开发，其具有诊断功能完善
、运行稳定的优点，以及广泛的市场应用前景。根据UDS 诊断协议对于电机控制器诊断功能的开发是后期研究的重点。
参考文献：
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[2] 李锐，王晶莹，姚燕，等.基于ISO15765的车载CAN网络诊断设计[J].计算机工程,2012(4):35-36,39.
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[4] 张丽莉，储江伟，强添刚，等.现代汽车故障诊断方法及其应用研究[J].机械研究与应用,2008(1):8-16.
[5] 屠雨，张凤登，单冰华.基于汽车OBD车联网的设计与实现[J].电子测量技术,2016,39(8):32-36.
（上接第１０页）载超大规模企业的一款流行应用之前，其设备需要按照超大规模企业的规定进行认证。
但是对于那些不属于受监管市场（如公用事业）范
畴或超大规模企业专有生态系统（如亚马逊Alexa ）的设备，开发人员就需要根据设备的底层技术来实现服务提供商的安全要求。标准会提供一个框架和一些指南，但是产品推出的具体细节和认证责任则需要开发人员、服务提供商和设备制造商来一起协商确定。
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