通用某新能源車型總線數(shù)據(jù)獲取策略研究

劉開元，成 瀚，李 婕

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430200）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車朝著電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化［1］的方向發(fā)展，由于大量新功能的出現(xiàn)以及舊技術(shù)的升級(jí)，汽車上配備了越來越多的ECU（Electronic Control Unit，電子控制模塊），為了實(shí)現(xiàn)ECU之間的高效通信，1986年德國(guó)Bosch公司開發(fā)出了一種串行通信協(xié)議并命名為CAN（Controller Area Network）網(wǎng)絡(luò)，成為了現(xiàn)代汽車應(yīng)用最為廣泛的總線通信協(xié)議［2］。隨著ECU的增多，傳統(tǒng)的CAN協(xié)議已經(jīng)難以滿足越來越多的總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量需求，因此發(fā)展出來了CAN FD協(xié)議［3］以及車載以太網(wǎng)［4］。

隨著車輛功能的不斷更新升級(jí)以及網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢(shì)，基于車輛安全性考慮，汽車制造商在逐步更新汽車的總線架構(gòu)，設(shè)置了車輛網(wǎng)關(guān)模塊CGM（Communication Gateway Module）以及防火墻Firewall用以隔絕汽車總線數(shù)據(jù)與外界的聯(lián)系以保證車輛的總線數(shù)據(jù)安全，而在此之前，無論是專業(yè)人員或者是普通消費(fèi)者，持有相應(yīng)設(shè)備即可直接從車輛的OBD（On Board Diagnostics）接口獲取車輛的總線數(shù)據(jù)，車輛安全性不能得到保證。

而對(duì)于汽車制造商的工程技術(shù)人員來說，在車輛的開發(fā)測(cè)試階段，整車的總線數(shù)據(jù)對(duì)于車輛的問題分析以及故障排查極為重要，因此通常情況下，車輛在工程開發(fā)測(cè)試階段預(yù)留了工程接口，工程師可以通過該接口繞過Firewall模塊直接獲取到車輛的總線數(shù)據(jù)。但是在某些特殊情況下，由于整車架構(gòu)定義等原因，會(huì)出現(xiàn)車輛在開發(fā)測(cè)試階段沒有預(yù)留工程接口的情況，這對(duì)工程技術(shù)人員分析問題與解決故障造成了很大障礙。

為了解決上述問題，工程技術(shù)人員通常采用解鎖防火墻的辦法來獲取總線報(bào)文數(shù)據(jù)，但是該方法無法錄取車輛在任何時(shí)候的所有數(shù)據(jù)，存在一定的局限性，為了徹底解決獲取總線數(shù)據(jù)困難的問題，我們考慮采用“人造”工程接口的方法。

1 總線數(shù)據(jù)的需求

1）時(shí)間上的要求

車輛在工廠的開發(fā)測(cè)試階段，有很多問題是在車輛的特殊工況下發(fā)生的，例如車輛的點(diǎn)火啟動(dòng)過程中、整車電子模塊的在線刷新 （Flash）過程、靜態(tài)測(cè)試 （SVT，Static Vehicle Test）過程以及動(dòng)態(tài)測(cè)試 （DVT，Dynamic Vehicle Test）過程等，因此，需要車輛在任何時(shí)間、工況下的總線數(shù)據(jù)以支持問題的分析。

2）范圍上的要求

車輛根據(jù)前期電子架構(gòu)定義有多路總線，對(duì)于問題的分析和解決，要求所獲取的總線數(shù)據(jù)足夠充分，針對(duì)不同車型的總線架構(gòu)以及不同的問題，需要具體分析。

2 解鎖Firewall獲取總線數(shù)據(jù)方法

圖1所示為通用某新能源車型的總線拓?fù)鋱D，從圖中可知，該車型總線分為MS CAN和HS CAN兩部分，MS CAN包括A CAN、B CAN等，HS CAN包括C CAN、D CAN等 （A，B，C，D均為化名）。MS CAN與HS CAN分別經(jīng)過Firewall1與Firewall2連接到車輛的OBD接口，其中Firewall1集成于車身控制模塊 （BCM，Body Control Module）中。

圖1 通用某新能源車型總線拓?fù)鋱D

基于安全性考慮，由于防火墻的攔截，用戶無法直接從OBD口獲取車輛的總線數(shù)據(jù)，但是可以通過使用診斷指令解鎖防火墻，以獲取防火墻白表 （White List）定義的合法路由數(shù)據(jù)。以本車型MS CAN總線使用的AUTOSAR總線協(xié)議為例，圖2展示了解鎖Firewall1模塊以獲取MS CAN總線報(bào)文的方法，HS CAN總線報(bào)文的獲取方法同理。

圖2 解鎖Firewall1獲取MS CAN總線報(bào)文的方法

雖然解鎖車輛防火墻可以獲取總線數(shù)據(jù)，但是該方法存在諸多局限性。

1）僅能獲取防火墻白表上包含的合法路由數(shù)據(jù)，對(duì)于白表未包含的總線數(shù)據(jù)，即使解鎖了防火墻依然無法看到，例如High Voltage Battery Maximum Temperature報(bào)文。因此該方法獲取的總線數(shù)據(jù)不夠全面，不滿足上述總線數(shù)據(jù)范圍上的要求。

2）不支持部分診斷服務(wù)，例如23服務(wù)：按地址讀取內(nèi)存Read Memory By Address。

3）根據(jù)PATAC UDS刷寫規(guī)范要求，解鎖防火墻使用的3E、10、27等診斷指令會(huì)對(duì)車輛在Flash、SVT、DVT等過程造成干擾，因此無法錄取車輛在這些特殊工況下的總線數(shù)據(jù)，不滿足上述總線數(shù)據(jù)時(shí)間上的要求。

4）解鎖防火墻需要一定時(shí)間，因此無法錄取車輛在啟動(dòng)瞬間的總線數(shù)據(jù)，不滿足上述總線數(shù)據(jù)時(shí)間上的要求。

綜上所述，采用解鎖防火墻的方法來獲取總線數(shù)據(jù)不是一個(gè)理想的策略。

3 使用跳線人造工程接口方法

由于解鎖防火墻獲取總線數(shù)據(jù)方法存在諸多弊端，而通過工程接口獲取車輛的總線數(shù)據(jù)是較為常見和理想的解決方案，因此，針對(duì)該型車輛在開發(fā)測(cè)試階段沒有預(yù)留工程接口的情形，考慮使用跳線方法人造工程接口。

1）跳線原理

使用跳線的目的在于不破壞原線束連接的情況下創(chuàng)造出一個(gè)新的接口，新接口根據(jù)工程需求，可以復(fù)制部分或全部原線束上的信號(hào)，跳線原理如圖3所示。

圖3 跳線原理示意

2）跳線的安裝

對(duì)于該車型，開發(fā)測(cè)試階段所需要的總線數(shù)據(jù)為HS CAN和MS CAN，其中HS CAN包括C CAN與D CAN，對(duì)應(yīng)跳線接口DLC1；MS CAN包括A CAN與B CAN，對(duì)應(yīng)跳線接口DLC2，如圖4所示。

圖4 跳線安裝操作指導(dǎo)

綜合考慮實(shí)車線束布置與安裝位置，以易于拆裝為出發(fā)點(diǎn)，決定A CAN&B CAN的跳線安裝位置為BCM模塊接口處，C CAN&D CAN的跳線安裝位置為駕駛位門檻板下的車身主線束接插件處，如圖4所示。

3）跳線安裝完成確認(rèn)

跳線需要在保證原車線束正常連接的前提下提供一個(gè)新的接口，因此首先要檢查跳線對(duì)原車狀態(tài)是否有影響，除了在安裝之前檢查跳線每個(gè)端口PIN腳的通斷以外，還要在跳線安裝完成之后檢查跳線與原車線束接插件的連接情況，但由于直接檢查比較困難，可以通過車輛工作狀態(tài)來間接判斷跳線的安裝是否正確，如果跳線與車輛線束接插件接觸不良，會(huì)導(dǎo)致車輛儀表板警報(bào)燈異常點(diǎn)亮，某些模塊無法正常工作，甚至車輛無法啟動(dòng)。

在確認(rèn)跳線未影響車輛原線束連接后，需要確認(rèn)跳線創(chuàng)造的新接口是否成功轉(zhuǎn)接出了車輛A CAN&B CAN和C CAN&D CAN的總線報(bào)文數(shù)據(jù)，確認(rèn)方法是通過設(shè)備讀取新接口所導(dǎo)出的總線報(bào)文，檢查報(bào)文的完整性；進(jìn)一步地，通過新接口對(duì)車輛模塊運(yùn)行診斷服務(wù)，如果診斷服務(wù)能夠正常運(yùn)行，則認(rèn)為新接口導(dǎo)出的總線狀態(tài)正常。

4 總線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ)策略

在跳線能夠?qū)С鏊柢囕v總線數(shù)據(jù)的情況下，工程人員獲取總線數(shù)據(jù)的策略主要分為兩種：第一種是使用電腦與汽車網(wǎng)絡(luò)接口硬件從跳線接口獲取車輛的實(shí)時(shí)總線數(shù)據(jù)，第二種是使用掛載在跳線接口上的黑匣子 （RMU，Remote Monitor Unit）記錄存儲(chǔ)車輛全時(shí)間、全過程的總線數(shù)據(jù)。通過這兩種方法的結(jié)合，工程人員能夠靈活而輕易地獲取所需的車輛總線數(shù)據(jù)從而有助于問題的分析與解決?？偩€數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ)策略如圖5所示。

圖5 總線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ)策略

5 總結(jié)

本文主要探討了通用某新能源車型在測(cè)試開發(fā)階段的總線數(shù)據(jù)錄取策略，針對(duì)車輛在測(cè)試開發(fā)階段沒有預(yù)留工程接口，工程人員無法順利獲取車輛總線數(shù)據(jù)的問題，分析研究了幾種錄取總線數(shù)據(jù)的方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合車輛在測(cè)試開發(fā)階段對(duì)總線數(shù)據(jù)的需求，提出了使用跳線人造工程接口的方法獲取所需的總線數(shù)據(jù)，并且進(jìn)一步地提出了兩種總線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ)策略，解決了車輛在測(cè)試開發(fā)階段總線數(shù)據(jù)獲取困難的問題，對(duì)相關(guān)從業(yè)人員具有參考和借鑒意義。

（編輯 章 子）