基于CAN-ECU的汽車自動化故障診斷測試系統(tǒng)研究

何醫(yī)天

摘 要：為了改善傳統(tǒng)車輛ECU診斷系統(tǒng)開發(fā)方式的缺點，本文使用Vector CANdelaStudio與CANoe，建立ECU診斷功能數(shù)據(jù)庫，在CANoe環(huán)境中加載ODX 檔案，建立虛擬ECU的診斷功能和測試功能。ECU節(jié)點模型的診斷功能自動測試結(jié)果表明：系統(tǒng)可以生成HTML診斷、測試報告，且與ECU規(guī)格文件一致，可以幫助汽車制造商、系統(tǒng)供貨商及車輛維修商，縮短開發(fā)時程，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高汽車維護、維修效率。

關(guān)鍵詞：汽車;故障診斷;自動測試;CAN;ECU

1 引言

ECU軟件在現(xiàn)代車輛的車身、動力、底盤與安全系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，使汽車的故障診斷和測試更加復(fù)雜化。為了改善傳統(tǒng)車輛ECU診斷系統(tǒng)開發(fā)方式的缺點，本文使用Vector CANdelaStudio與CANoe，建立ECU 診斷功能數(shù)據(jù)庫，在CANoe環(huán)境中加載ODX 檔案，建立虛擬ECU的診斷功能，幫助汽車制造商、系統(tǒng)供貨商及車輛維修商，縮短開發(fā)時程，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高汽車維護、維修效率。

2 自動測試系統(tǒng)設(shè)計

2.1 自動測試系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

在完成車輛網(wǎng)絡(luò)診斷功能測試開發(fā)工具的應(yīng)用規(guī)劃后，先規(guī)劃出“ECU診斷伺服功能自動測試機”開發(fā)的輸入格式，并建立輸入工具、設(shè)定或編輯軟件功能，以及輸出報告檔案的整體架構(gòu)，以利開發(fā)人員進行ECU 診斷服務(wù)測試軟件的研發(fā)。首先，根據(jù)OEM 或系統(tǒng)供貨商提供的ECU 診斷服務(wù)功能規(guī)格文件（ECU diagnostic requirements spec.，簡稱RS），通過CANdelaStudio 產(chǎn)生ODX 與ODX-C 檔案，并搭配ECU 診斷測試規(guī)格文件（ECU diagnostic services testing spec.，簡稱TS），在CANoe開發(fā)工具環(huán)境內(nèi)，建構(gòu)虛擬ECU 與診斷測試器的診斷服務(wù)功能以及診斷服務(wù)自動測試功能。在CANoe整合開發(fā)環(huán)境中，通過仿真實際網(wǎng)絡(luò)通訊的方式，執(zhí)行ECU診斷伺服自動測試軟件;依序完成所有測試項目后，產(chǎn)生ECU診斷功能測試報告。本文采取的車輛網(wǎng)絡(luò)ECU 診斷功能測試架構(gòu)詳如圖1所示，ECU診斷伺服功能自動測試機開發(fā)的規(guī)格需求則整理如表1所示。

2.2 功能模塊設(shè)計

2.2.1 使用CANdelaStudio編輯診斷描述文件

CANdelaStudio（圖2）為Vector（車用網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)公司）的產(chǎn)品，開發(fā)人員可以根據(jù)OEM 提供診斷需求規(guī)格（RS）文件，建立ECU 診斷功能，并產(chǎn)生ODX 2.0.1 格式的診斷描述檔案，提供Vector CANoe使用，以進行ECU診斷功能及診斷測試器的模擬測試。

2.2.2 建立ECU診斷功能文件

首先，在工作窗口中的主選單中，選擇File選單中的New 選項，根據(jù)OEM 提供ECU診斷功能需求規(guī)格，選擇CANdelaStudio內(nèi)建的UDSonCAN-Example 或KWPonCAN-Example 的診斷文件樣板（圖3），作為建立符合OEM 規(guī)格的ECU診斷功能描述文件的基本架構(gòu)。

（1）ECU診斷功能信息

ECU信息（ECU Information）章節(jié)中包括：

（1）ECU信息文字敘述編輯頁面;

（2）選擇ECU支持接口頁面與診斷通訊接口參數(shù)輸入頁面等三種。依照OEM 提供的ECU診斷功能需求文件，首先在ECU信息頁面中，輸入該ECU所使用的診斷通訊協(xié)議的文字敘述;并在ECU支持接口頁面中，選擇Diagnostic CAN，作為ECU的通訊接口;最后，在診斷通訊接口參數(shù)頁面，輸入診斷通訊參數(shù)數(shù)據(jù)。

（2）建立診斷服務(wù)類型

在共享診斷功能中，按照OEM提供文件，輸入共享支持診斷類型的文字敘述。診斷服務(wù)類型主要用來定義可執(zhí)行的各種診斷服務(wù)功能，CANdelaStudio內(nèi)建UDSonCAN 診斷文件樣板，含有ECU支持診斷服務(wù)類型。用戶可依照OEM或系統(tǒng)供貨商所提供ECU 診斷功能規(guī)格文件，勾選診斷服類型頁面的診斷服務(wù)類型，可將共享診斷版本支持的診斷服務(wù)加入診斷功能描述文件中。

（3）Sessions

診斷通訊聯(lián)機起始頁面（Session）中，可在描述區(qū)的空白處點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇New Session…指令，使用Session Wizard 來對新的診斷通訊聯(lián)機進行相關(guān)設(shè)定。

（4）Session Wizard

設(shè)定對話框的設(shè)置步驟中，先輸入診斷通訊聯(lián)機的名稱，以及加入要求信息所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對象。接著在診斷服務(wù)清單里，依照OEM 的診斷規(guī)格，勾選ECU 在此診斷通訊所支持的診斷服務(wù)。

2.2.3 ODX格式檔案輸出模塊

當(dāng)輸入數(shù)據(jù)、開啟或儲存文件時，CANdelaStudio 會執(zhí)行數(shù)據(jù)一致性檢查，它檢查診斷服務(wù)數(shù)據(jù)對象與診斷文件樣板所指定的需求是否符合，例如診斷文件樣板中的診斷數(shù)據(jù)，最小長度定義為8位，則數(shù)據(jù)訊框至少含有一個8位的數(shù)據(jù)對象。輸出ODX 檔案前，需在主選單上選擇Extra”選單中的Check document consistency”，檢驗診斷文件中與診斷文件樣板的數(shù)據(jù)格式、位置的一致性。

使用者可以在主選單Extra”的Option”項目下，ODX 檔案輸出分頁標(biāo)簽中，設(shè)定ODX 檔案內(nèi)容的輸出項目或附加檔案;在下一個研發(fā)階段使用CANoe時，加載*.odx 與*.odx-c 兩種檔案，以分析與顯示ODX 檔案。因此，我們必須在ODX 檔案輸出設(shè)定頁面中，勾選Export COMPARAM-SPEC”選項，輸出可檢視測試器節(jié)點產(chǎn)生的測試報告，對測試程序修正，并重新進行測試。完成執(zhí)行診斷數(shù)據(jù)一致性檢查，以及設(shè)定ODX診斷通訊參數(shù)檔案輸出后，點選主選單File”的Export 選項，選擇Open Diagnostic Exchange? （ODX）”后，出現(xiàn)儲存檔案對話框選擇檔案儲存路徑與輸入文件名，再選擇檔案版本為ODX 2.0.1，產(chǎn)生ODX檔案。

3 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析

3.1 使用CANoe建立測試環(huán)境

CANoe為車輛診斷測試開發(fā)工具，它可以加載CANdelaStudio所輸出ECU的ODX 檔案;并通過CANoe診斷測試功能，顯示ODX 檔案中所有的診斷服務(wù)，并分析信息內(nèi)容的正確性。在CANoe 環(huán)境中，亦可以建構(gòu)虛擬CAN-bus網(wǎng)絡(luò)ECU 節(jié)點的診斷測試開發(fā)環(huán)境;通過讀取ECU的ODX與ODX-C檔案，編輯虛擬ECU節(jié)點的診斷通訊功能，并使用CANoe提供的Diagnostic Console 與Fault Memory window 等診斷功能測試工具，來分析與顯示ODX 檔案中的診斷服務(wù)信息內(nèi)容。

CANoe整合測試環(huán)境中，用戶可通過車輛網(wǎng)絡(luò)測試器節(jié)點，開發(fā)診斷伺服自動測試環(huán)境。在測試器節(jié)點中，通過CAPL browser 針對各種診斷服務(wù)類型所制定的測試項目，配合CAPL內(nèi)建的診斷函式以及測試函式，編輯診斷服務(wù)測試項目（Test case）函式。在CANoe虛擬環(huán)境下測試完成后，使用者可檢視測試器節(jié)點產(chǎn)生的測試報告，對測試程序修正，并重新進行測試。

3.2 建立CAN-ECU節(jié)點

首先，在CANoe 虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，加入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件（*.dbc），讓ECU 仿真節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)。使用CANoe 附屬網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫工具軟件CANdb++，建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，在左方網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)樹狀目錄下，Network node項目上，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇New…新增ECU節(jié)點數(shù)據(jù)（圖5）。出現(xiàn)ECU節(jié)點設(shè)定對話框后，在Definition分頁中輸入ECU名稱。

在左方窗口中點擊右鍵，并在選單中選擇Insert network node”，即可在CAN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中新增虛擬ECU節(jié)點。

（1）加入ODX 檔案

在CANoe 主工具欄中的Configuration 選單中，選擇Diagnostic/ISO TP configuration…”，開啟設(shè)定對話框，能夠為虛擬ECU 節(jié)點加入診斷功能描述文件檔案（*.cdd 或*.odx）。點選Add”按鈕，選擇Add multi file ODX diagnostic description（XML）…”選項，加入ECU的ODX與ODX-C檔案。

用戶以右鍵點擊虛擬ECU節(jié)點，點選Configuration”選項，出現(xiàn)Node Configuration”節(jié)點設(shè)定對話框。在title”字段，輸入虛擬ECU 節(jié)點名稱;CANdb Name”必須選擇網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫檔案中建立的節(jié)點名稱，若設(shè)為<>，在進行系統(tǒng)仿真會出現(xiàn)錯誤信息;虛擬節(jié)點狀態(tài)為模擬（simulated）或關(guān)閉（off）;最下方的File…”、Edit”與Compile”分別能夠加載、編輯和編譯節(jié)點程序檔案。

（2）建立CAN-ECU仿真診斷功能

使用者必須配合使用在ODX 或CDD 診斷描述檔案中定義的診斷對象，才能使CAPL 的診斷函式命令，可以存取診斷服務(wù)與數(shù)據(jù)。在診斷服務(wù)回應(yīng)函式的程序代碼編輯區(qū)中，點擊右鍵，并選擇Diagnostic objects from CANdela…”選項;然后，在Selection of diagnostic objects”對話框里，用戶可選擇診斷服務(wù)對象，存取診斷服務(wù)。當(dāng)存取診斷服務(wù)參數(shù)時，點選右鍵選擇其中Diagnostic parameters from CANdela …”選項。在Selection of diagnostic objects parameter”對話框中，箭頭向右為傳送端診斷服務(wù)信息的參數(shù)，箭頭向左為接收端響應(yīng)診斷服務(wù)中所包含的參數(shù)，使用者可在診斷響應(yīng)函式加入診斷參數(shù)、讀取或修改參數(shù)內(nèi)容。

（3）ECU節(jié)點模型診斷功能的驗證

CANoe診斷功能模塊，提供發(fā)展與測試ECU診斷功能的輔助軟件工具;使用Diagnostic Console 與Fault Memory window，可以檢驗虛擬ECU 節(jié)點，能否正確響應(yīng)與ODX 檔案內(nèi)容相符的診斷信息與故障碼。

診斷中控臺是用來描述ECU 診斷功能的ODX或CDD檔案內(nèi)容，使用者可選擇診斷服務(wù)，以對ECU發(fā)出要求信息，以及設(shè)定診斷服務(wù)中的參數(shù)與顯示回傳信息內(nèi)容;并對虛擬ECU節(jié)點，執(zhí)行ODX 檔案中的所有診斷服務(wù)，并分析診斷中控臺所顯示的回傳信息內(nèi)容，是否與ECU 診斷規(guī)格文件內(nèi)容符合。

故障碼檢窗口能直接讀取ECU內(nèi)存的故障碼（DTC），以及刪除ECU故障碼與不斷更新讀取故障碼數(shù)據(jù)。使用故障碼檢窗口，可以對虛擬ECU 節(jié)點分別傳送讀取與消除故障碼信息，測試已加載ODX 檔案的虛擬ECU 節(jié)點故障碼功能的正確性。

3.3 加入測試器模塊

（1）建立測試項目、群組、流程控制

用戶可在Simulation Setup 窗口中的虛擬總線上，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Insert test module”，新增測試器節(jié)點模塊，以CAPL 語法來編輯測試程序。測試器節(jié)點上方分別有鉛筆、編譯、播放等圖形，可用來編輯測試器節(jié)點程序、組譯程序代碼，以及按下播放鈕，開始執(zhí)行測試程序。

（2）測試器節(jié)點設(shè)定對話框

在測試器節(jié)點上，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Configuration”，出現(xiàn)“Testnode Configuration”節(jié)點設(shè)定對話框。其中有“Common”、“Report”、“Report Filter”、“Modules”、“Buses”等分頁，可供使用者設(shè)定測試器節(jié)點的外部功能。

使用者可在Modules分頁下方，點擊“Add”，以為測試器節(jié)點新增軟件模塊。測試器節(jié)點必須透過傳輸層，將數(shù)據(jù)長度較長的診斷服務(wù)信息，分批傳輸至總線上。在此加入傳輸層模塊（OSEK_TP.dll），以便使用者通過CAPL browser，加入傳輸層函式。

（3）CAPL 診斷測試程序編輯

測試器節(jié)點程序編輯，主要編輯“TestControl”目錄下的MainTest（ ）與Testcase（ ），以及在“Callback function”目錄下，新增OSEK_TP 傳輸層函式等三部分。使用者也可依不同需求，在“Function”目錄下，新增自定義功能的函式;或是在“Timer”目錄下，新增定時器等。

用戶可在測試項目目錄中，點擊鼠標(biāo)右鍵選擇“New”，新增測試項目。在新增的測試項目函式中，用戶可透過點擊鼠標(biāo)，在右鍵選單中，選擇“Diagnostic object from CANdela…”或“Diagnostic parameter from CANdela…”，使用ODX 檔案數(shù)據(jù)庫里的診斷服務(wù)以及診斷服務(wù)參數(shù)，搭配測試器節(jié)點CAPL 診斷函式與測試器節(jié)點常用CAPL測試函數(shù)式，來編輯各種測試程序。

3.4 虛擬節(jié)點模型自動測試與結(jié)果

ECU節(jié)點模型與測試器模塊建構(gòu)完成后，先在CANoe 的虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境中，進行CAN-ECU 的診斷功能自動測試，逐一檢視各個診斷服務(wù)的測試報告，并修改測試程序，使診斷功能自動測試環(huán)境的功能更完整。在CANoe的標(biāo)準任務(wù)欄上，將測試環(huán)境的工作模式改為“Simulated bus”，再按下閃電圖形的“Start”鈕，啟動測試環(huán)境。測試器模塊窗口右下方，按下圖形為播放鈕的“Start”，進行ECU的診斷服務(wù)自動測試，測試界面和如圖7所示。

本研究分別針對（1）General requirement test;（2）Read DTC Information;（3）Clear Diagnostic Information;（4）Network Layer Timeout; （5）Test service;（6）Tester Present; （7）Read Data By Identifier 等進行測試，部分測試結(jié)果及HTML報告如圖8所示。

4 結(jié)論

本研究使用Vector車輛網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具，進行ECU診斷功能自動測試環(huán)境的開發(fā)。先通過CANdelaStudio編輯ECU診斷功能描述文件，并產(chǎn)生ODX檔案;接著，在CANoe虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境，加載ODX檔案，建立ECU節(jié)點模型的診斷通訊功能，再以測試器模塊執(zhí)行自動測試，所有項目的測試步驟、過程與結(jié)果，也都記錄在測試模塊所產(chǎn)生HTML測試報告中;診斷功能仿真測試結(jié)果與ECU規(guī)格文件是一致的。本研究使用的方法與傳統(tǒng)診斷服務(wù)功能測試方法的差別，主要在于ECU診斷功能的規(guī)劃、診斷功能節(jié)點模型建立、模型驗證與測試等，皆符合V-model開發(fā)程序，并以O(shè)DX格式檔案，來銜接各個開發(fā)階段所需的診斷數(shù)據(jù)。此“CAN-ECU診斷服務(wù)功能自動測試”方法，可以協(xié)助汽車制造廠與ECU 供貨商，在ECU診斷服務(wù)功能研發(fā)時期，通過通用的ODX 格式檔案，可在異地分別進行V-model開發(fā)程序各階段工作，并加入仿真節(jié)點測試功能，可盡早發(fā)現(xiàn)錯誤與缺陷，并可節(jié)省ECU開發(fā)成本及提升開發(fā)效率。

課題：基于CAN的汽車自動化測試系統(tǒng)研究。

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