TUOMAS HUUKI TYKONEDIESELMOOTTORIN ASAM ECU Measurement and Calibration Data Exchange Format, ... OBD On Board Diagnostics, ... OSI Open Systems Interconnection Reference Model, referenssimalli tiedonsi-irtoprotokolleien kuvaukseen

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • TUOMAS HUUKI

    TYKONEDIESELMOOTTORIN DIAGNOSTIIKKARAJAPINNAN

    MRITTELY

    Diplomity

    Tarkastaja: professori Hannu-Matti Jrvinen Tarkastaja ja aihe hyvksytty: 9 Elokuuta 2017

  • i

    TIIVISTELM

    Tuomas Huuki: Tykonedieselmoottorin diagnostiikkarajapinnan mrittely Tampereen teknillinen yliopisto Diplomity, 59 sivua, 2 liitesivua Lokakuu 2017 Tietotekniikan diplomi-insinrin tutkinto-ohjelma Paine: Sulautetut Jrjestelmt Tarkastaja: professori Hannu-Matti Jrvinen Avainsanat: diagnostiikka, tykonedieselmoottori, diagnostiikkaprotokollat

    Tykonedieselmoottoreiden jatkuvasti kiristyv pstlainsdnt asettaa moottorin toimilaitteille ja toimintaa mittaaville antureille alati kovenevia vaatimuksia. Antureiden lisntyess tykoneympristiss on niiden luotettava diagnosoiminen entist vaati-vampaa. Lisksi EU-lainsdnt asettaa vaatimuksia sille, miten ja miss muodossa diagnostiikkatieto on jaeltava. Diagnostiikkaan liittyv lainsdnt on verrannollisesti uutta, ja siihen on odotettavissa muutoksia tulevaisuudessa. Nin ollen on syyt tarkas-taa tt koskevan lainsdnnn ajankohtaisuus rajapintaratkaisuja tehtess.

    Rajapintamrittelyyn vaikuttaa olennaisesti mys erilaiset kytttilanteet. Rajapinnan tarjoamat palvelut tulee soveltaa sen mukaan, miss kytttilanteessa diagnostiikkaa suoritetaan. Ei ole siis sama, tarjotaanko diagnostiikkatieto toiselle koneelle, vai jollekin henkillle. Koneiden tapauksessa protokollavalintaa rajoittavat ne laitteet, joita niss ympristiss jo ennestn on. Henkiliden tapauksessa rajoitukset tulevat lhinn kyt-ttilanteista. On huomioitava, tarvitseeko kyttj yksinkertaisen tiedon jonkin anturin tai laitteen toimimattomuudesta, vai tydelliset tiedon mys toimimattomuuteen vaikut-tavista tekijist. Protokollista yksikn ei tyt jlkimmist tarvetta, vaan tllaisessa tapauksessa kyseeseen tulee kahden eri protokollan kyttminen.

    Valmista teollisuuden yleisesti hyvksym kokonaisratkaisua ei rajapintamrittelyyn ole olemassa. Jokaisen valmistajan on kyettv arvioimaan, miten vanhoista rajapin-noista pstn siirtymn sellaisiin uusiin rajapintoihin, jotka tyttvt kovenevat vaa-timukset. Tss tyss esitelln ratkaisu, joka reunaehdot huomioiden, sopii Agco Po-werin valmistamiin tykonedieselmoottoreihin.

  • ii

    ABSTRACT

    Tuomas Huuki: Defining diagnostic interfaces of an off-road diesel engine. Tampere University of Technology Master of Science Thesis, 59 pages, 2 Appendix pages October 2017 Masters Degree Programme in Information Technology Major: Embedded systems Examiner: Professor Hannu-Matti Jrvinen Keywords: diagnostics, off-road engines, diagnostic protocols

    The continuously tightening emission legislation on off-road diesel engines sets more and more demands for actuators and sensors. While the amount of sensors in increasing in engine environments, reliable diagnosing of these devices is coming more demand-ing. In addition, EU legislations dictate in what form diagnosis information has to be shared. The legislations regarding diagnostics are relatively new, and frequent changes to it are to be anticipated. Thus, it is worth checking that the referred legislation is up to date when making decisions on what interfaces to use for diagnostic purposes.

    Interface definitions are also heavily affected by the different use cases. This means that the interface has to be able to provide different functionality depending on how it is used. Thus, providing diagnostic information to another machine may differ significant-ly from providing the same information to a human operator. In the case of machine-to-machine communication, the restrictions imposed are related to any legacy equipment that is still used in modern machines. In human communication, the restrictions come mostly from the different use situations. It has to be noted that there is difference in whether simple sensor fault indications are enough, or if the user requires more wide di-agnostic information of the system. For the latter case, there is no single protocol that provides this functionality, but a set of protocols must be used for such cases.

    There is no industry standard solution for interface definitions. Any manufacturer must assess the most convenient way of moving to more modern protocols that fulfill the new demands. This thesis provides a solution that fulfills this requirement for Agco Power off-road engines, while considering the restrictions imposed by the environment.

  • iii

    ALKUSANAT

    Kirjoitin diplomityn ollessani Agco Powerin palveluksessa kehitysinsinrin Nokian

    Linnavuoressa. Tyn kirjoittaminen tapahtui alkuvuoden 2017 aikana, ja kokemukseni

    kentlt, tyskennellessni applikaatioinsinrin, tarjosi erinomaisen pohjan tmn

    tyn kirjoitukselle. Rajapintamrittely tss laajuudessa on niin monimutkainen, ett

    kokonaiskuvan hahmottaminen saattaa vaatia jonkinlaista kokemusta asiasta ennak-

    koon. Erilaisten kytttilanteiden hahmottaminen tapahtuu kokemuksen avulla, eik

    tutkimuksia aiheesta kytnnss lytynyt.

    Standardien ja monikansallisten lakipyklien viidakko on uskomattoman laaja, eik asi-

    aa helpota se, ett lait ovat tulkinnanvaraisia. Vaikka tulkinta jostain laista olisi mootto-

    rivalmistajien mielest yksiselitteinen, voi tuomioistuin lopullisen ptksen antaessaan

    tulkita asiaa toisin. Lisksi EU-direktiivin muuttuivat tmn tyn tekemisen aikana, jol-

    loin osa direktiiveihin liittyvst tiedosta saattaa olla vanhentunutta. Haastetta aiheutti

    mys eri standardoijien tyyli kirjoittaa omia standardeja. Joissain tapauksissa hersi

    epilys, ett standardi oli kirjoitettu vasta toteutuksen jlkeen, koska esimerkiksi kehys-

    ten rakennekuvaukset olivat suoraan C-ohjelmointikielest tuttuja rakenteita.

    Edell mainituista haasteista huolimatta kokonaisuus siirtymiseen vaikuttaa onnistuneel-

    ta, mutta vasta kokemukset kytnnss osoittavat uusien rajapintavalintojen onnistumi-

    sen.

    Esitn kiitokseni nykyiselle tynantajalleni Agco Powerille, joka on antanut minun kes-

    kitty tyn tekemiseen tyspivisesti. Haluan kiitt tyn tarkastajaa Hannu-Matti Jr-

    vist, sek kehityspllikk Ari Konttista tuesta ja ohjauksesta. Lisksi haluan antaa

    erikoismaininnan moottoriohjelmiston tiiminvetjlle Mikko Viinikaiselle, sek van-

    hemmalle sovelluskehittjlle Heikki Suontaustalle, joiden kanssa olemme kyneet

    useita pitki ja mielenkiintoisia keskusteluita aiheeseen liittyen.

    Lopuksi haluan kiitt viel perhettni jatkuvasta tuesta, ja pient Elias-poikaani joka on

    sinnikksti jaksanut valvottaa minua yt pohtiessani tmn tyn yksityiskohtia.

    Tampereella, 18.10.2017

    Tuomas Huuki

    tuomas.huuki@agcocorp.com

  • iv

    SISLLYSLUETTELO

    1. JOHDANTO ............................................................................................................. 1

    2. DIAGNOSTIIKAN KEHITYS JA VAATIMUKSET ............................................. 2

    2.1 Tykonemoottorin mritelm ....................................................................... 2

    2.2 Moottoreiden kehitys...................................................................................... 2

    2.3 Elektroninen ohjausyksikk ........................................................................... 7

    2.4 Moottoriohjelmistojen kehitys ....................................................................... 8

    2.5 Diagnostiikan vaatimukset nykymoottoreissa .............................................. 10

    3. DIAGNOSTISET LAITTEISTORAJAPINNAT ................................................... 13

    3.1 Fyysiset liitynnt .......................................................................................... 14

    3.2 Digitaaliset kytkinrajapinnat ........................................................................ 14

    3.3 Vylrajapinnat ............................................................................................ 14

    3.3.1 RS-232 ........................................................................................... 15

    3.3.2 CAN ............................................................................................... 18

    3.3.3 CAN FD ......................................................................................... 22

    3.3.4 Automotive Ethernet ...................................................................... 23

    3.3.5 Muut yleisesti kytetyt rajapinnat .................................................. 26

    4. DIAGNOSTIIKKAPROTOKOLLAT .................................................................... 27

    4.1 Historialliset protokollat ............................................................................... 27

    4.1.1 KWP2000 ....................................................................................... 27

    4.1.2 Valmistajakohtaiset rajapinnat ....................................................... 29

    4.2 Nykyiset rajapinnat ...................................................................................... 29

    4.2.1 J1939 .............................................................................................. 29

    4.2.2 ISOBUS ......................................................................................... 34

    5. DIAGNOSTIIKKARAJAPINNAN SUUNNITTELU ........................................... 36

    5.1 Laitteistomrittely....................................................................................... 37

    5.2 Lakivaatimukset ja mrykset EU-alueella ................................................ 38

    5.3 Rajapintavaatimukset kytttapauksittain .................................................... 39

    5.3.1 Peruskehitys ja testaus dynamometrill ......................................... 39

    5.3.2 Proto