基于KWP2000的AMT(手自动一体变速器,AutomatedManualTransmission

基于KWP2000的AMT诊断系统摘要开发了基于KWP2000的AMT(手自动一体变速器，AutomatedManualTransmission)[1]诊断系统。通过基于CAN总线的KWP2000，实现了控制器ECU与诊断平台之间准确、快速、稳定可靠的数据通信。利用CANoe平台，对系统进行了测试。应用表明，设计的方案合理，系统具有工作稳定、硬件成本低、操作简单等优点，可以实际应用推广。关键词：AMT；汽车电子技术；诊断；KWP20001引言近几年在汽车故障诊断领域，针对诊断设备和汽车ECU之间的数据交换，各大汽车公司几乎都制订了相关的标准和协议。其中，欧洲汽车领域广泛使用的一种车载诊断协议标准是KWP2000(KeywordProtocol2000)，该协议实现了一套完整的车载诊断服务，并且满足E-OBD(EuropeanOnBoardDiagnose)标准。CAN(ControllerAreaNetwork)网络[2]由于其非破坏性的网络仲裁机制、较高的通讯速率(可达1Mbps)和灵活可靠的通讯方式，在车载网络领域广受青睐，因此，近年来欧洲汽车领域广泛采用了基于CAN总线的KWP2000，即ISO15765协议[3]。在汽车行驶过程中微机测取汽车运行状态参数，按存储的最佳换档规律求得最佳档位，通过执行机构控制发动机、离合器和变速器完成换档过程。因为其电子化程度的提高，电子控制系统较为复杂，系统中任何一个元件出了故障，或者出现导线、引脚松脱及接触不良等，都会导致整个系统出现故障。由于这些复杂的系统，使一般人员维修起来非常困难，为了便于维修及提高车辆的安全性，为了快速准确地发现故障，从而开发了一套AMT诊断系统来读取ECU中的故障码和数据，以得到当前AMT电控系统外围设备。本文所述的AMT诊断系统，通过测量标定平台可以在线编辑修改AMTECU中的参数，并对其进行实时监测，可以读取AMT开发过程中所出现故障的故障码，并将其清除。该系统稳定、可靠性高、简单易用,可实际应用及推广。2基于CAN总线的KWP2000简介基于CAN总线的KWP2000协议实际上指的就是ISO/WD15765-1-15765-4，该协议把KWP2000应用层的诊断服务移植到CAN总线上。数据链路层采用了ISO11898-1协议，该协议是对CAN2.0B协议的进一步标准化和规范化；应用层采用了ISO15765-3协议，该协议完全兼容基于K线[4]的应用层协议14230-3，并加人了CAN总线诊断功能组；网络层则采用ISO15765-2协议，规定了网络层协议数据单元与底层CAN数据帧、上层KWP2000服务之间的映射关系，并且为长报文的多包数据传输过程提供了同步控制、顺序控制、流控制和错误恢复功能。其中，地址信息包含：源地址（SA）、目标地址（TA）、目标地址格式（TA_Type）和远程地址（RA）；协议控制信息包含4种帧格式；数据域：KWP2000服务标识符（ServiceID）+服务参数[5]。应用层协议规定了4种服务数据结构，即Service_Name.Request,Service_Name.Indication,Service_Name.Response和Service_Name.Confirm，分别用于诊断设备(Tester)的服务请求、ECU的服务指示、ECU的服务响应和Tester的服务确认。这些数据结构中包含了地址信息、服务请求ID和服务请求参数等内容。归纳起来，利用基于CAN的KWP2000的优点如下：（1）CAN总线最大波特率可达1Mbps。（2）CAN总线采用差分信号传输，抗干扰能力强，信号传输的可靠性高。（3）基于CAN总线的诊断设备不需要对ECU进行初始化即可进行诊断服务。（4）CAN数据帧以整帧报文的形式进行发送，应用程序开发者不必管理字节间定时，并且CAN总线物理层和数据链路层具备完善的错误检测和错误恢复机制，应用程序不必监视和处理底层通讯错误。（5）利用CAN总线可构建复杂的网络结构，可跨越网段进行远程诊断,如图1所示。（6）CAN网络采用非破坏性的仲裁机制，并且仲裁过程由数据链路层完成，当诊断设备采用功能寻址与多个ECU进行通讯时，ECU开发者不必考虑总线访问冲突问题。（7）CAN总线诊断服务报文最大字节长度可达4096(12位)，对于长报文的传输，网络层协议还具备标准化和规范化的同步控制、顺序控制、流控制和错误恢复等功能，具备很高的可靠性、兼容3AMT诊断系统总体结构本系统分为两个部分：上位机的液晶显示屏和下位机AMT的ECU。系统总体结构如图2所示。图2诊断系统总体结构诊断仪ECU采用80C196KC单片机，与AMT的ECU之间CAN通信由独立CAN控制器SJA1000来完成，采用KWP2000协议。其中，系统硬件部分主要包括：80C196KC、程序存储器28C256、数据存储器6264、液晶显示屏、键盘板、CAN总线控制器SJA1000和82C250电路等。系统软件设计包括：主控制程序、基于CAN的KWP2000协议实现程序、CAN中断处理程序、液晶显示屏驱动程序、字体显示程序以及键盘控制程序。系统通过液晶显示屏可以读取从下位机传上来的各种故障码及参数数据，上位机可以发送命令给下位机，在显示屏中会事先设置好一些命令页面，通过按不同的键，可以发送不同的命令，这些命令通过通信模块传到下位机，再将所要的数据返回到上位机并通过液晶屏显示。上位机通信基本流程如图3所示。本系统可以单独与ECU通过接口连接，读出ECU中的参数和故障码，以文字和数字形式显示。支持与ECU之间的通信程序和硬件接口，按KWP2000与AMTECU通信。以下为将要读取，并可以显示的数据信息：发动机转速（EngineSpeedCODE），汽车速度（VehicleSpeedCODE），离合器位置（ClutchPositionCODE），加速踏板的位置（AcceleratePedalCODE），节气门（ThrottlePedalCODE），手柄位置（GearPositionCODE），输入轴转速(InputShaftSpeedCODE)，输出轴转速(OutputShaftSpeedCODE)。4.3仿真与测试本诊断系统，利用德国Vector公司的CANoe软件和相关硬件板卡组成的应用开发平台[6]，来对ECU和诊断设备进行测试。CANoe中的KWP2000实际指的是基于CAN总线的KWP2000，即15765协议。由于CANoe输出输入CAN_LCAN_HAMTECU诊断仪ECU键盘液晶屏图3上位机通信基本流程图默认的硬件板卡是CAN卡，因此在仿真时，只需将ECU的网络模块设置为KWP2000.d11即可进行CAN总线的KWP2000服务测试。KWP2000.dll中包含15765应用层协议中规定的服务请求、服务指示、服务响应和服务确认接口函数，用户调用这些函数即可完成Tester端和ECU端的KWP2000诊断服务。此外，该模块中的功能函数还可对ECU的源地址、目标地址、寻址模式等参数进行动态设置。KWP2000.d11只提供了部分KWP2000服务的接口函数，根据KWP2000应用层协议构造服务报文数据，然后调用该模块中的KWP_DataReq（）和KWP_GetRxData（）函数进行报文的发送和接收，进行了其它的仿真测试。通过比较CANoe与诊断仪的显示结果，说明本系统不但实现了诊断功能，满足实际需要，而且体现出很好的性能。CANoe的KWP2000协议测试环境如图4所示。图4CANoe中基于CAN线的KWP2000测试环境CANoe实际诊断节点ISOTP代理节点USB-to-CAN转换器实际ECU诊断COM5结论KWP2000是一套非常完善的车载故障诊断协议标准，协议的分层结构使得KWP2000诊断服务并不依赖于某种特定的网络介质，其应用层可以移植到任何一种物理层和数据链路层协议之上。基于CAN总线的KWP2000AMT诊断系统的特点是功能明确，实用性强，电路简单清晰，具有很好的使用价值和推广价值。本文作者创新点：提出了将基于CAN总线的KWP2000协议应用在AMT变速箱上的方法。基于CAN总线的KWP2000将成为下一代车载诊断协议的主流之一。参考文献[1]秦贵和,范巨新,张宏坤等.机械式自动变速器微机控制系统[J].汽车工程.1999:21(1):21～25.[2]沈君，方凯，刘峰等.在CAN中植入时间触发机制的研究[J].汽车工程.2006:(4):379～382.[3]郝志华，林田，关榆君.基于时频图像的不变矩神经网络故障诊断方法[J].微计算机信息，2006，10-3：307-309。[4]宋国民,季晓华.基于K线的电控系统诊断平台开发[J].现代车用动力.2004:(5):1～3.[5]刘国权，张伯英，宋卫锋.KWP2000协议分析及开发测试[J].汽车技术.2006:(5):20～24.[6]张新波孙泽昌罗峰.使用CANoe对车身控制器局域网络仿真的研究[J].江苏大学学报(自然科学版).2003