汽車電控模塊診斷一體化平臺及應用*

胡杰　周佼鵬　可志偉　石國勇　杜玉峰（.武漢理工大學 現(xiàn)代汽車零部件技術湖北省重點實驗室，汽車零部件技術湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430070；.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

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汽車電控模塊診斷一體化平臺及應用*

胡杰1周佼鵬1可志偉1石國勇2杜玉峰2
（1.武漢理工大學 現(xiàn)代汽車零部件技術湖北省重點實驗室，汽車零部件技術湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430070；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

【摘要】針對應用于車輛全生命周期中的各離線診斷系統(tǒng)因未使用標準化的診斷數(shù)據(jù)庫及VCI系統(tǒng)，而造成的診斷數(shù)據(jù)不一致、VCI系統(tǒng)重復開發(fā)問題，提出了電控模塊診斷一體化平臺的解決方案。設計開發(fā)了標準化的診斷數(shù)據(jù)庫及VCI系統(tǒng)，進行了離線診斷系統(tǒng)以及一體化平臺管理端的開發(fā)。實際應用表明，該解決方案能保證各離線診斷系統(tǒng)中診斷數(shù)據(jù)的一致性，避免VCI系統(tǒng)重復開發(fā)的問題，且降低了離線診斷系統(tǒng)開發(fā)、維護的難度。

主題詞：汽車電控模塊診斷一體化平臺診斷數(shù)據(jù)庫VCI系統(tǒng)

1　　前言

隨著電控技術在車輛上的廣泛應用，不僅要求在前期工程開發(fā)中制定診斷策略及方法用于在線診斷，而且要求后期要有離線診斷系統(tǒng)進行車輛下線檢測、車輛運行過程中的實時監(jiān)測、售后過程中電控模塊的故障診斷及刷新等。

目前，由于各離線診斷系統(tǒng)均是獨立開發(fā)的，沒有統(tǒng)一的診斷數(shù)據(jù)庫和標準化的VCI（Vehicle Communication Interface，車輛通信接口）系統(tǒng)，因而造成各離線診斷系統(tǒng)都需要從診斷通信協(xié)議中提取診斷數(shù)據(jù)，無法保證診斷數(shù)據(jù)最終的一致性［1］。另外，由于沒有標準化設計的VCI系統(tǒng)，使得各離線診斷系統(tǒng)中出現(xiàn)了不同的VCI系統(tǒng)，導致研發(fā)及維護成本的增加，測試驗證復雜度提高。針對上述問題，提出了電控模塊診斷一體化平臺的解決方案，設計了標準化的診斷數(shù)據(jù)庫、VCI系統(tǒng)，開發(fā)了離線診斷系統(tǒng)以及診斷一體化管理端，并進行了實際測試及應用。

2　診斷一體化平臺

汽車電控模塊診斷一體化平臺由診斷文件、VCI系統(tǒng)、診斷一體化平臺應用系統(tǒng)、診斷一體化平臺管理系統(tǒng)4部分組成，如圖1所示。診斷文件包括前期工程開發(fā)中制定的診斷通信協(xié)議，以及通過診斷配置工具解析診斷協(xié)議得到的診斷數(shù)據(jù)庫；VCI系統(tǒng)用于實現(xiàn)診斷應用與車載網(wǎng)絡的通信；診斷一體化平臺應用系統(tǒng)包括電控模塊下線檢測系統(tǒng)、車輛智能終端平臺、售后診斷及刷新系統(tǒng)；診斷一體化平臺管理系統(tǒng)包括服務器及診斷一體化管理端。

3　　診斷通信協(xié)議及診斷數(shù)據(jù)庫

診斷通信協(xié)議是進行診斷應用的基礎，其定義了離線診斷系統(tǒng)與電控模塊的通信機制和服務內容。而診斷數(shù)據(jù)庫則通過診斷配置工具解析診斷通信協(xié)議而得到。

3.1診斷通信協(xié)議

診斷通信協(xié)議參考國際標準協(xié)議［2～6］制定而成，其結構采用OSI（Open System Interconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián)）分層結構。診斷通信協(xié)議結構如表1所列。

表1　　診斷通信協(xié)議結構

其中，診斷通信協(xié)議的物理層規(guī)定了離線診斷系統(tǒng)與電控模塊的通信波特率；數(shù)據(jù)鏈路層采用標準CAN數(shù)據(jù)幀（11位標識符）格式進行診斷通信；網(wǎng)絡層定義了數(shù)據(jù)幀發(fā)送與接收策略；會話層定義了離線診斷系統(tǒng)與電控模塊之間通信執(zhí)行規(guī)則、診斷會話管理時間參數(shù)；應用層定義了診斷功能單元及服務（見表2）。

表2　　診斷功能單元及服務

3.2診斷數(shù)據(jù)庫

設計的標準化診斷數(shù)據(jù)庫目錄包含車輛信息、通信參數(shù)、診斷服務、參數(shù)標識符、電控模塊零部件描述等，診斷數(shù)據(jù)庫目錄如表3所列。

表3 診斷數(shù)據(jù)庫目錄

在標準化診斷數(shù)據(jù)庫基礎上，通過診斷協(xié)議配置工具將診斷通信協(xié)議中的診斷數(shù)據(jù)導入診斷數(shù)據(jù)庫中，形成XML（eXtensible Markup Language，可擴展標記語言）格式的診斷數(shù)據(jù)庫文件，供下線檢測系統(tǒng)、車輛智能終端平臺、售后診斷及刷新系統(tǒng)使用。各離線診斷系統(tǒng)可從診斷數(shù)據(jù)庫中快速獲得需要的診斷信息，包括車輛總線類型、總線波特率、診斷服務標識符、參數(shù)標識符、公式解析因子等。

4　VCI系統(tǒng)

在診斷一體化平臺中，VCI系統(tǒng)是電控模塊和離線診斷系統(tǒng)間通信的橋梁，完成通信協(xié)議轉換及數(shù)據(jù)傳輸功能。VCI系統(tǒng)按照SAE J2534標準協(xié)議開發(fā)，包括協(xié)議轉換功能模塊、主控單片機模塊以及USB、藍牙、WIFI、3G通信模塊等。協(xié)議轉換功能模塊完成電控模塊與主控單片機之間通訊電平轉換；主控單片機模塊解析處理電控模塊數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)人機接口部分控制和診斷數(shù)據(jù)存儲功能；USB、藍牙、WIFI、3G通信模塊完成不同通信方式的電平轉換，實現(xiàn)與離線診斷系統(tǒng)的通信［2］。

VCI系統(tǒng)軟件由通信接口層、通信實現(xiàn)層、應用層和系統(tǒng)核心服務層等組成。軟件架構如圖2所示。

通信接口層建立在物理通信接口之上，實現(xiàn)對物理通信接口的訪問。整個通信過程中，VCI系統(tǒng)被動地接收離線診斷系統(tǒng)或車載網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)請求并執(zhí)行下一步操作。

通信實現(xiàn)層對報文數(shù)據(jù)進行組包、封裝及拆包。在VCI和外部設備的通信接口SCI0上，根據(jù)通信協(xié)議對數(shù)據(jù)進行拆包和校驗，如果校驗成功則解析數(shù)據(jù)幀，提取有效數(shù)據(jù)，并根據(jù)有效數(shù)據(jù)進行判斷。

應用層包括系統(tǒng)參數(shù)設置、通信設置、診斷參數(shù)設置、基于CAN總線的診斷協(xié)議實現(xiàn)。系統(tǒng)參數(shù)設置包括診斷總線選擇、VCI運行模式選擇；通信設置包括CAN總線通信波特率、CANID格式等；診斷參數(shù)設置包括CAN總線流控制、CAN總線過濾器設置等；CAN總線診斷協(xié)議可實現(xiàn)模塊完成流控制、過濾器控制、報文校驗等功能。

系統(tǒng)核心服務實現(xiàn)VCI系統(tǒng)底層和硬件管理功能。

5　　離線診斷系統(tǒng)

離線診斷系統(tǒng)包括電控模塊下線檢測系統(tǒng)、車輛智能終端平臺、售后診斷及刷新系統(tǒng)等。

5.1電控模塊下線檢測系統(tǒng)

車輛下線檢測項目中與電控模塊性能有關的檢測項目包括電控模塊靜態(tài)檢測、電控模塊出廠信息刷寫、傳感器在線標定及學習等［3，4］，這些項目的檢測均可通過電控模塊診斷功能來實現(xiàn)。

目前電控模塊性能相關檢測項目選擇了不同供應商進行開發(fā)，給開發(fā)、管理、維護及升級帶來了諸多問題。為有效解決此問題，開發(fā)了電控模塊下線檢測系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可進行電控模塊靜態(tài)檢測、電控模塊出廠信息刷寫、傳感器在線標定及學習的綜合檢測，下線檢測流程及界面如圖3所示。

檢測時，先讀取下線檢測系統(tǒng)配置信息進行初始化，再根據(jù)車輛識別碼匹配車型信息，加載診斷數(shù)據(jù)庫，然后對VCI系統(tǒng)進行初始化，建立與電控模塊的連接。在進行檢測前，先進行故障碼的清除與讀取操作，以保證電控模塊在沒有故障的情況下進行檢測。最后，通過診斷數(shù)據(jù)庫中診斷服務與電控模塊進行信息交互，實現(xiàn)電控模塊下線檢測，并將檢測結果發(fā)送到服務器中下線檢測數(shù)據(jù)庫中。

5.2車輛智能終端平臺

隨著信息技術的發(fā)展，越來越多的車輛制造商推出了基于車載終端的服務，其中大多為車載導航、語音通信、緊急救援、多媒體娛樂類，沒有與電控模塊有關的服務。本文提出的車輛智能終端平臺可在車輛運行過程中與電控模塊進行信息交互，運行基于車輛電控模塊數(shù)據(jù)的服務。車輛智能終端平臺包括電控模塊、VCI系統(tǒng)、車載智能終端、移動終端、終端應用、通信網(wǎng)絡、云平臺以及分析系統(tǒng)，如圖4所示。

各類移動終端與車輛配備的車載智能終端建立通信連接，實現(xiàn)車輛狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、車輛遠程控制、數(shù)據(jù)采集等功能。獲取的各類數(shù)據(jù)經無線網(wǎng)絡發(fā)送至云平臺，經云平臺上應用程序處理后可進行基于車輛數(shù)據(jù)的分析。云平臺上應用程序除可進行車輛故障碼讀取、故障碼清除、實時參數(shù)顯示等基本診斷功能外，還可進行遠程診斷及監(jiān)控、車輛及車況分析、油量油耗分析、安全預警等，以及基于實時行車數(shù)據(jù)進行駕駛行為分析、車輛及零部件性能估計。

5.3售后診斷及刷新系統(tǒng)

目前使用的售后診斷及刷新系統(tǒng)比較固定，系統(tǒng)擴展升級或更改比較困難，且在嵌入式系統(tǒng)上運行，處理器性能低，設備運行速度慢，功能較簡單，不能適應多車型、多電控模塊刷新需求，此外還缺乏快捷的網(wǎng)絡支持，診斷數(shù)據(jù)共享不充分，專家遠程協(xié)助困難等。針對上述售后診斷及刷新系統(tǒng)存在的問題，開發(fā)了基于PC∕智能手機∕PAD平臺的售后診斷及刷新系統(tǒng)，進行本地或基于Internet∕3G網(wǎng)絡的遠程故障診斷及刷新，滿足不同應用場合的故障診斷及刷新需求。

基于本地的售后診斷及刷新系統(tǒng)硬件包括VCI系統(tǒng)、PC∕智能手機∕PAD等，可完成車型選擇、故障碼讀取與清除、數(shù)據(jù)流讀取、電控模塊配置信息讀取、動作測試、總線監(jiān)聽等功能，各平臺下系統(tǒng)使用界面如圖5所示。

基于Internet∕3G網(wǎng)絡的遠程故障診斷及刷新系統(tǒng)是指系統(tǒng)在讀取電控模塊故障信息或運行數(shù)據(jù)后，經有線或無線方式接入通信網(wǎng)絡，將診斷結果共享至遠程服務中心，由智能診斷系統(tǒng)和診斷專家在遠端進行故障診斷，提供問題解決方案和指導，或本地服務人員通過診斷系統(tǒng)從遠程服務器獲取有效信息，得到解決方案?；贗nternet∕3G網(wǎng)絡的遠程售后診斷及刷新系統(tǒng)可實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的自動更新、遠程協(xié)助診斷、電控模塊售后刷新、故障診斷及刷新報告上傳等功能。遠程故障診斷及刷新系統(tǒng)架構如圖6所示。

6　　診斷一體化平臺管理系統(tǒng)

診斷一體化平臺管理系統(tǒng)（圖7）包括服務器及管理端。服務器存儲有診斷數(shù)據(jù)庫，供診斷一體化平臺下各應用系統(tǒng)使用，保證診斷數(shù)據(jù)的一致性及實時性。同時，還存儲車輛的下線檢測數(shù)據(jù)、車輛運行數(shù)據(jù)及售后診斷數(shù)據(jù)，可通過查看整個生命周期下的車輛數(shù)據(jù)進行總體評價。

通過該管理系統(tǒng)可查詢、統(tǒng)計和分析車輛下線檢測結果，掌握車輛質量信息，包括查詢車輛某檢測項檢測結果，如電控模塊出廠信息刷寫、電控模塊靜態(tài)檢測、傳感器在線標定及學習檢測項，獲取車型質量數(shù)據(jù)（檢測合格率、一次檢測合格率、故障統(tǒng)計、車輛下線檢測數(shù)值）、臺量數(shù)據(jù)（日∕月過線臺次統(tǒng)計）等?？赏ㄟ^車輛智能終端平臺上傳的運行數(shù)據(jù)查詢車輛實時位置、運行狀態(tài)信息、進行車輛遠程控制等。還可對售后診斷及刷新系統(tǒng)進行用戶管理（用戶信息、用戶狀態(tài)、用戶日志）、刷新管理（刷新文件上傳、刷新文件查詢）、幫助文檔管理、診斷查詢（故障碼查詢、刷新下載查詢）、統(tǒng)計與分析等。

7　　結束語

針對目前汽車離線診斷系統(tǒng)存在的問題，提出了汽車電控模塊診斷一體化平臺的解決方案，設計開發(fā)了標準化的診斷數(shù)據(jù)庫、VCI系統(tǒng)以及離線診斷系統(tǒng)。經實際開發(fā)及應用，該診斷一體化平臺的解決方案保證了各離線診斷系統(tǒng)中診斷數(shù)據(jù)的一致性，避免了VCI系統(tǒng)的重復開發(fā)問題，且降低了離線診斷系統(tǒng)開發(fā)、維護的難度。此外，通過診斷一體化平臺管理端，可對各離線診斷系統(tǒng)產生的下線檢測數(shù)據(jù)、車輛運行數(shù)據(jù)、售后診斷及刷新數(shù)據(jù)進行綜合管理，可從全生命周期角度對車輛進行總體評價。

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（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2016年3月2日。

中圖分類號：U469.7

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3703（2016）06-0049-04

*基金項目：國際合作項目（2012DFA11180）、廣西科技計劃項目（2014BA10089）、自然科學基金項目（51406140）及中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金（2013-VII-022）資助。

The Integrated Diagnostic Platform of Vehicle Electronic Control Module and Application

Hu Jie1，Zhou Jiaopeng1，Ke Zhiwei1，Shi Guoyong2，Du Yufeng2
（1.Hubei Key Laboratory of Advanced Technology of Automotive Parts，Wuhan University of Technology，Hubei Collaborate Innovation Center for Automotive Components Technology，Wuhan 430070；2.SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.Liuzhou 545007）

【Abstract】The paper presents an integrated diagnostic platform solution for electronic control module diagnosis to the problems including inconsistent diagnostic data，repeated development of VCI system as a result of not using standardized diagnostic database and VIC system by the off-line diagnostic systems in the vehicle total lifecycle.Standardized diagnostic database，VCI system，off-board diagnostic system and integrated diagnostic platform management system are developed. The practical application shows that this solution can ensure consistency of diagnostic data of the off-line diagnostic system，avoid repeated development of VCI system，lower difficulty of offline diagnostic system development and maintenance.

Key words:Automotive electronic control module，Integrated Diagnostic Platform，Diagnostic database，VCI System