汽車遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì)

徐繼財(cái)

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司售后工程部，上海 201208）

引言

伴隨著電子技術(shù)、總線架構(gòu)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)在汽車開發(fā)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，電子電器相關(guān)功能所占整車開發(fā)比例日益提高，車內(nèi)的電子模塊的應(yīng)用越來(lái)越多，使得車輛的電器結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，汽車故障診斷的難度也越來(lái)越大[1]。尤其對(duì)于電子模塊及其內(nèi)部軟件相關(guān)的算法邏輯及通訊類故障，維修人員因相關(guān)運(yùn)算故障邏輯過(guò)于復(fù)雜、信號(hào)無(wú)法捕獲，往往束手無(wú)策無(wú)法對(duì)故障進(jìn)行有效地診斷。而面對(duì)日益增多的電子信號(hào)邏輯類故障，整車廠工程師或電器模塊供應(yīng)商無(wú)法一一到現(xiàn)場(chǎng)解決，尤其是面對(duì)多模塊相關(guān)的故障，要求所有相關(guān)人員至現(xiàn)場(chǎng)解決變得更不現(xiàn)實(shí)。因而，開發(fā)一個(gè)車輛遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)，能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)讀取車輛狀態(tài)參數(shù)，捕捉車輛發(fā)生故障時(shí)車輛相關(guān)總線相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，是非常有必要的。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)硬件主要是用來(lái)做車輛運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控記錄，讀取車輛發(fā)生故障時(shí)，車輛的車況數(shù)據(jù)，同時(shí)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)人員連接，技術(shù)人員可以解析車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)，也可以發(fā)送控制指令使車輛進(jìn)入維修診斷的特定模式，根據(jù)發(fā)現(xiàn)車輛問題所在。因而，要求在捕捉記錄數(shù)據(jù)時(shí)，可以一端連接車輛的DLC診斷接口，通過(guò)K-line，CAN/CANFD，DoIP等多種診斷通訊協(xié)議和車輛進(jìn)行信息交互；另外一端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)總線信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程診斷上位機(jī)電腦，并與上位機(jī)電腦進(jìn)行必要的相關(guān)信息交互。

圖1 遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)的系統(tǒng)組成

2 遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)方案

按照以上的分析，遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)硬件需能完成將車輛OBDⅡ接口的總線信號(hào)經(jīng)采集存儲(chǔ)，同時(shí)能夠轉(zhuǎn)換，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)端口傳輸?shù)竭h(yuǎn)程診斷電腦中。因而，除了電源模塊、復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊、BDM（背景調(diào)試模式）模塊外，系統(tǒng)還應(yīng)具有以下模塊：

1）CAN/CANFD模塊：完成車輛CAN/CANFD信號(hào)的采集與傳輸；

2）K Line模塊：完成車輛K Line信號(hào)的采集與傳輸；

3）Ethernet DoIP模塊：完成車輛Ethernet信號(hào)的采集與傳輸；

4）4G模塊：完成PC USB信號(hào)與控制芯片SCI信號(hào)的轉(zhuǎn)換；

5）A/D模塊：采樣車輛供電電壓；

6）I/O模塊：控制LED指示燈及采樣開關(guān)信號(hào)。

綜上所述，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3 遠(yuǎn)程控制軟件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

遠(yuǎn)程控制軟件主要用于整車廠工程師或電器模塊供應(yīng)商通過(guò)遠(yuǎn)程的方法配置診斷硬件相關(guān)參數(shù)，定義需要采集的總線數(shù)據(jù)類型或Message ID，以及配置維修診斷相關(guān)的設(shè)定流程；同時(shí)平臺(tái)集成了針對(duì)汽車網(wǎng)絡(luò)安全的security access機(jī)制，用于工程師針對(duì)特定的情況，開放一些特殊授權(quán)的診斷業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

3.1 總線基礎(chǔ)參數(shù)配置

不同的車輛擁有不同的總線類型及拓?fù)浼軜?gòu)，因而需要利用遠(yuǎn)程控制軟件配置硬件通訊接口，使之能夠捕捉相關(guān)的數(shù)據(jù)。主要配置參數(shù)有：總線類型，傳輸速率，DLC PIN腳，ECU，需要捕捉總線消息的Message ID，等等。

3.2 特殊的診斷流程配置與設(shè)定

根據(jù)維修站或者客戶反饋的車輛故障現(xiàn)象，通過(guò)遠(yuǎn)程控制軟件配置設(shè)定特殊的診斷流程。配置完成后，將遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)硬件與車輛OBDⅡ接口連接，遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)硬件會(huì)根據(jù)配置情況通過(guò)車載診斷接口與車輛建立通訊，進(jìn)行參數(shù)讀取或配置。診斷硬件會(huì)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)向遠(yuǎn)程控制軟件發(fā)送車輛狀態(tài)參數(shù)，工程師可以查看故障發(fā)生時(shí)，相關(guān)的車輛運(yùn)行參數(shù)，對(duì)車輛進(jìn)行診斷分析，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)車輛產(chǎn)生故障的原因?qū)囕v進(jìn)行維修。

3.3 總線網(wǎng)絡(luò)安全訪問機(jī)制設(shè)定

近些年，伴隨著汽車網(wǎng)絡(luò)功能安全的要求，對(duì)于某些可能影響到車輛駕駛安全特定診斷功能訪問，在車輛設(shè)計(jì)之初都加入了cyber security訪問限制機(jī)制，這使得維修站無(wú)法通過(guò)常規(guī)的診斷軟件訪問實(shí)施這些車輛診斷。維修工程師可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制軟件讀取車輛狀態(tài)，在判定車輛處于安全狀態(tài)的情況下，通過(guò)遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)集成的security access機(jī)制，開放相關(guān)的診斷功能，讀取發(fā)現(xiàn)車輛的故障原因。

圖3 遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)軟件界面

4 總結(jié)與展望

汽車故障診斷是綜合性、智能化很高的一門技術(shù)，開發(fā)一個(gè)合適、完善和高效的汽車遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)系統(tǒng)又是一項(xiàng)高難度、復(fù)雜的工作[2]。針對(duì)現(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)和國(guó)內(nèi)外診斷發(fā)展趨勢(shì)，可以在以下的這幾個(gè)方面開展進(jìn)一步的研究和探討：

1）將專家系統(tǒng)、故障診斷技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于遠(yuǎn)程故障診斷平臺(tái)系統(tǒng)的開發(fā)中[3]。在診斷維修方面結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，開發(fā)汽車故障診斷系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)車輛故障，實(shí)現(xiàn)車輛預(yù)診斷；

2）診斷數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析、判斷和維修診斷步驟的結(jié)合，系統(tǒng)可根據(jù)車輛運(yùn)行參數(shù)、故障代碼等信息，自動(dòng)向維修人員提供維修建議和方案[4]。