一種車載網(wǎng)關(guān)路由失效故障的排查與研究

馬伯祥，段沖磊，聶澤宇，李志寧，陳樹星，王 鑫

（一汽解放 商用車開發(fā)院，吉林 長春 130011）

為了提升汽車的安全、舒適等性能，汽車上的電控單元不斷增多，汽車已由簡單的機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展為復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在汽車中往往將不同控制器按照功能或者通信速率等劃分為不同網(wǎng)段，不同網(wǎng)段間的信息互換通常采用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)，汽車網(wǎng)關(guān)是整車電子電氣架構(gòu)中的關(guān)鍵部件，其作為整車網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換樞紐，可將不同網(wǎng)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行路由，因此網(wǎng)關(guān)的高速率、多通道及安全性對(duì)汽車而言至關(guān)重要。

1 故障現(xiàn)象

4S店售后反饋某重卡車型故障：部分該車型，在將點(diǎn)火開關(guān)打到OFF擋位后，如駕駛員沒有拔鑰匙下車，而選擇短時(shí)間內(nèi)再次起動(dòng)車輛，則液晶顯示屏報(bào)多個(gè)控制器故障燈，且車輛無法點(diǎn)火起動(dòng)。

2 整車故障排查

根據(jù)4S店反饋的故障現(xiàn)象，對(duì)該車型進(jìn)行故障排查：利用診斷儀對(duì)整車上各控制器進(jìn)行故障讀取，結(jié)果顯示①TBOX報(bào)出發(fā)動(dòng)機(jī)和液晶顯示屏丟失故障；②發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)出TBOX和車身控制器丟失故障；③液晶顯示屏對(duì)診斷儀的故障讀取無診斷響應(yīng)。

通過診斷儀對(duì)整車各控制器進(jìn)行故障診斷的結(jié)果可以看出，整車上多個(gè)控制器丟失，結(jié)合該重卡車型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如圖1所示，可以發(fā)現(xiàn)舒適域上的控制器報(bào)出動(dòng)力域上的節(jié)點(diǎn)丟失故障，同樣，動(dòng)力域上的控制器報(bào)出舒適域上的節(jié)點(diǎn)丟失故障。故初步判斷造成該問題的原因是網(wǎng)關(guān)控制器路由功能失效。

圖1 某重卡車型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唸D

為進(jìn)一步確認(rèn)此問題，結(jié)合該重卡車型的網(wǎng)關(guān)路由表，監(jiān)測整車動(dòng)力CAN網(wǎng)段路由到舒適CAN網(wǎng)段報(bào)文、舒適CAN網(wǎng)段路由到動(dòng)力CAN網(wǎng)段報(bào)文：①在舒適CAN網(wǎng)段上未監(jiān)測到發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、液晶顯示屏等動(dòng)力域上路由到舒適CAN網(wǎng)段上的報(bào)文；②在動(dòng)力CAN網(wǎng)段上未監(jiān)測到TBOX、車身控制器等舒適域上路由到動(dòng)力CAN網(wǎng)段上的相關(guān)報(bào)文。

綜上，進(jìn)一步判斷，網(wǎng)關(guān)控制器路由功能失效，是產(chǎn)生整車故障的主要原因。

3 制定試驗(yàn)策略

3.1 睡眠喚醒原理

以上述故障排查為基礎(chǔ)，以該網(wǎng)絡(luò)睡眠喚醒策略為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)該車型網(wǎng)關(guān)控制器路由功能進(jìn)行分析驗(yàn)證策略定義。該車型執(zhí)行的睡眠喚醒策略如圖2所示。

圖2 整車舒適CAN網(wǎng)絡(luò)睡眠喚醒邏輯

3.2 試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

在制定試驗(yàn)方法階段結(jié)合整車的睡眠喚醒策略，從整車可能出現(xiàn)的不同工況對(duì)網(wǎng)關(guān)控制器進(jìn)行測試。

圖3是對(duì)網(wǎng)關(guān)控制器在整車上可能出現(xiàn)的工況按睡眠喚醒和睡眠中斷進(jìn)行故障分析的原理圖。

4 驗(yàn)證

進(jìn)行試驗(yàn)前搭建測試環(huán)境如圖4所示，PC控制測試機(jī)柜對(duì)網(wǎng)關(guān)控制器舒適CAN和動(dòng)力CAN報(bào)文進(jìn)行采集并模擬發(fā)送報(bào)文。

根據(jù)上述網(wǎng)關(guān)故障分析原理圖以及所搭建的測試環(huán)境對(duì)該車型網(wǎng)關(guān)的睡眠喚醒和睡眠中斷分別進(jìn)行測試。將網(wǎng)關(guān)收到睡眠指令而進(jìn)入睡眠的方式定義為睡眠方式1，將網(wǎng)關(guān)連續(xù)10s沒有在舒適CAN總線上接收到報(bào)文而進(jìn)入睡眠狀態(tài)定義為睡眠方式2。在網(wǎng)關(guān)控制器的睡眠喚醒測試中需保證網(wǎng)關(guān)在睡眠方式1及睡眠方式2中處于KL15 OFF狀態(tài)的時(shí)間分別大于5s和10s，使網(wǎng)關(guān)進(jìn)入睡眠狀態(tài)；在網(wǎng)關(guān)控制器的睡眠中斷測試中需保證網(wǎng)關(guān)在睡眠方式1和睡眠方式2中處于KL15 OFF狀態(tài)的時(shí)間分別小于5s和10s，使網(wǎng)關(guān)未進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

圖3 網(wǎng)關(guān)故障分析原理圖

圖4 測試環(huán)境搭建

在本次驗(yàn)證試驗(yàn)中，對(duì)睡眠方式1以及睡眠方式2采用間隔時(shí)間1s，每秒重復(fù)5次的原則進(jìn)行試驗(yàn)，共得到255組數(shù)據(jù)。表1和表2分別為網(wǎng)關(guān)控制器的睡眠喚醒和睡眠中斷測試的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

表1 網(wǎng)關(guān)睡眠喚醒試驗(yàn)結(jié)果

表2 網(wǎng)關(guān)睡眠中斷試驗(yàn)結(jié)果

從表1和表2的測試結(jié)果可以看出，在網(wǎng)關(guān)睡眠中斷測試中，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打到OFF擋，在短時(shí)間內(nèi)將點(diǎn)火開關(guān)打到ON擋，網(wǎng)關(guān)睡眠被中斷，網(wǎng)關(guān)路由功能失效。通過篩選以KL15 ON的方式進(jìn)行中斷試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，最終確定當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打到OFF擋位后5s內(nèi)將點(diǎn)火開關(guān)打到ON擋，網(wǎng)關(guān)控制器路由功能失效，表3為采用KL15 ON方式分別對(duì)睡眠方式1和睡眠方式2進(jìn)行中斷試驗(yàn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

表3 KL15 ON中斷時(shí)間部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 解決方案

網(wǎng)關(guān)路由功能失效造成該重型卡車無法起動(dòng)并報(bào)出大量故障，后果十分嚴(yán)重，對(duì)網(wǎng)關(guān)控制器睡眠管理模塊進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)控制器在點(diǎn)火開關(guān)由ON擋打到OFF擋后立即開始存儲(chǔ)電源管理數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)控制器為保證此部分功能的正常運(yùn)行在睡眠管理模塊中采用延時(shí)函數(shù)來延遲網(wǎng)關(guān)睡眠，點(diǎn)火開關(guān)打到OFF擋后5s內(nèi)再次打到ON擋影響了延時(shí)函數(shù)，故造成網(wǎng)關(guān)路由功能失效。針對(duì)此故障，提出以下解決方案，詳見表4。

表4 整改方案特點(diǎn)

方案1：針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合整車功能，采用對(duì)功能設(shè)置優(yōu)先級(jí)并且增加判斷的方式對(duì)此睡眠管理模塊進(jìn)行修改，為保證網(wǎng)關(guān)在點(diǎn)火開關(guān)由ON擋打到OFF擋后能夠正常存儲(chǔ)電源管理數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)，將其優(yōu)先級(jí)設(shè)置成最高，即延時(shí)函數(shù)不會(huì)被影響，采用此方法修改，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打到ON擋5s內(nèi)網(wǎng)關(guān)不喚醒同時(shí)也不會(huì)起動(dòng)車輛，當(dāng)延時(shí)函數(shù)超時(shí)后可以正常起動(dòng)車輛。

方案2：綜合考慮整車功能、中斷資源、優(yōu)先級(jí)等因素將延時(shí)函數(shù)升級(jí)為中斷函數(shù)，根據(jù)整車功能設(shè)計(jì)中斷優(yōu)先級(jí)，將KL15 ON進(jìn)行睡眠中斷的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高，網(wǎng)關(guān)控制器的睡眠進(jìn)程被KL15 ON中斷后將會(huì)停止進(jìn)行電源管理和診斷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，默認(rèn)為上一次的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；將網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)電源管理數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為中，并結(jié)合睡眠方式，將接收到睡眠指令后，CAN報(bào)文中斷睡眠進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為低，使網(wǎng)關(guān)控制器接收到睡眠指令后，不會(huì)被CAN報(bào)文中斷睡眠進(jìn)程；而當(dāng)網(wǎng)關(guān)控制器10s內(nèi)接收到CAN報(bào)文而中斷睡眠進(jìn)程，由于屬于睡眠條件不滿足，其優(yōu)先級(jí)設(shè)置為高，其可中斷電源管理數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，同樣默認(rèn)為上一次的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。采用該方案，在睡眠喚醒功能模塊里將中斷優(yōu)先級(jí)按照KL15 ON中斷＞網(wǎng)關(guān)未接收到睡眠指令并在10s內(nèi)接受CAN報(bào)文中斷＞網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)電源管理數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)功能＞網(wǎng)關(guān)接收到睡眠指令后5s內(nèi)中斷進(jìn)行設(shè)置，使整車功能不受影響，在升級(jí)后進(jìn)行全功能復(fù)驗(yàn)以保證網(wǎng)關(guān)控制器功能正常，并且未引發(fā)新問題。

方案1將延時(shí)函數(shù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置成最高，即禁止KL15 ON中斷網(wǎng)關(guān)控制器睡眠進(jìn)程，該方案的特點(diǎn)是軟件修改方法簡單，周期相對(duì)較短，且在修改軟件過程中不易引入新問題，但可能對(duì)實(shí)際操作體驗(yàn)產(chǎn)生影響，不易廣泛使用，可以作為臨時(shí)方案；方案2針對(duì)當(dāng)前故障現(xiàn)象對(duì)網(wǎng)關(guān)控制器的應(yīng)用程序進(jìn)行升級(jí)，并在升級(jí)后需要對(duì)網(wǎng)關(guān)控制器進(jìn)行全功能復(fù)驗(yàn)，以保證升級(jí)成功并未引發(fā)新問題。該方案的特點(diǎn)是不會(huì)影響整車功能，但修改難度較大，復(fù)驗(yàn)周期較長，容易引發(fā)其它問題。

根據(jù)該車型功能、客戶需求以及修改成本，同時(shí)結(jié)合方案1和方案2的特點(diǎn)，采用先使用方案1修改此問題，以保證該問題能夠在短時(shí)間內(nèi)快速解決，而后將采用方案2對(duì)其進(jìn)行二次升級(jí)。經(jīng)測試驗(yàn)證，采用方案1修復(fù)此故障，故障現(xiàn)象未復(fù)現(xiàn)，對(duì)客戶進(jìn)行跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該方案基本不影響實(shí)際操作體驗(yàn)。后續(xù)采用方案2修復(fù)網(wǎng)關(guān)控制器，通過復(fù)驗(yàn)后對(duì)該網(wǎng)關(guān)進(jìn)行軟件升級(jí)。

6 結(jié)論

本文通過整車出現(xiàn)的故障，對(duì)網(wǎng)關(guān)控制器路由功能失效的情況進(jìn)行故障排查、分析和試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，并結(jié)合整車功能提出整改方案，對(duì)控制器網(wǎng)絡(luò)測試、整車故障排查及整車問題整改工作具有一定參考意義。