基于軟件界面的汽車故障模擬系統(tǒng)

1 引言

隨著汽車工業(yè)技術的不斷迭代和計算機信息技術的不斷深入發(fā)展，汽車電子控制模塊集成化和復雜化程度越來越高，使得對于電控系統(tǒng)的開發(fā)和測試人員的能力要求越來越高，再加上電控系統(tǒng)的日益復雜，并且故障有間歇性、隱蔽性等特點，傳統(tǒng)的故障模擬系統(tǒng)和模擬方法愈發(fā)捉襟見肘，研究開發(fā)適應信息化發(fā)展的故障模擬系統(tǒng)成為當前的必要方法和熱門話題

。

（1）顯著降低水稻各部位稻米中鎘和砷的含量且提升稻米產量。（2）有利于酸性鎘污染土壤改良和鎘/砷在水稻根表的吸附固定，可抑制鎘和砷向水稻內部遷移。

2 問題分析

汽車電子化智能化的發(fā)展趨勢使ECU模塊結構日益復雜，加大了汽車故障診斷的難度。目前，通過故障碼診斷故障，是現代汽車故障診斷技術的研究現狀

。由于汽車故障診斷技術是一項綜合性較強的技術，涉及數字信號處理與模式識別、現代控制理論、計算機基礎、數字和模擬電子技術、人工智能等多種學科，要求專業(yè)人員具有深厚的知識背景，并且由于通用的故障模擬軟件操作較為復雜，因此對操作人員的技術水平及操作規(guī)范提出了更高的要求

。

3 基于軟件界面的故障模擬系統(tǒng)

本文針對故障模擬操作復雜及操作人員缺乏技術支持，導致的測試工作較為低效與復雜問題提出了基于軟件界面的故障模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據電控策略邏輯基于故障原理，對故障模擬功能及人機界面進行了設計。根據故障的特性，對于ECU中的故障進行了分類，搭建了半實物仿真平臺，根據實例進行功能的調試和驗證，實現了通過與硬件分離，使用軟件模擬方式進行故障檢測過程，達到故障測試的目的。操作人員可通過軟件界面的一鍵故障測試的方式，或者人性化的引導模式模擬故障報出狀態(tài)或故障治愈狀態(tài)，從而快捷、準確地測試功能邏輯，或者是排除系統(tǒng)問題，以實現測試工作的高效化、快速化及操作簡易化。

3.1 系統(tǒng)架構

基于軟件界面的汽車故障模擬系統(tǒng)主要由上位機軟件和電控單元(ECU)組成。上位機通過USB連接適配器，適配器通過物理CAN接口與ECU連接，進行輸入輸出信號的傳輸，上位機發(fā)送命令給適配器，適配器轉換為對應的CAN命令通過ECU或從ECU端接收指令，通過不同的報文命令，下傳或者上載數據，從而整體實現故障的模擬、檢測、排查相關的工作。下載數據可以修改ECU控制器內存中數值，改變ECU中策略，控制不同的邏輯走向，達到故障模擬的目的，并且在此過程可以實時上載ECU中數據，進行參數監(jiān)控，操作者可以在軟件界面上看到系統(tǒng)變化，判斷是否達到目標，是否測試完成，結果是成功還是失敗等內容。整個故障模擬系統(tǒng)的系統(tǒng)架構如下圖1所示。

3.2 ECU控制器

總結來看，行業(yè)內發(fā)展環(huán)境較好，主要困難在于行業(yè)競爭者的競爭，而又集中體現在技術方面，隨著技術的不斷追趕，我國發(fā)泡新材料行業(yè)也具備與強大的外企一較高下的能力。

3.3 上位機設計

在本系統(tǒng)中，上位機集成了進行測量和標定的圖形界面以及XCP命令解析模塊，請求信息經由上位機XCP協議模塊封裝，通過通信控制單元發(fā)送至ECU通信接口，再由集成在ECU中的XCP驅動解析模塊解析，之后調用對應的命令處理模塊進行操作，將處理結果打包后發(fā)送回上位機。其實現框架如圖3所示。

數據監(jiān)控模塊可將監(jiān)控的數據以數值、曲線、圖形和儀表等多種形式進行顯示。同時，該系統(tǒng)還可以支持在故障模擬后進行數據分析的功能，通過導出后臺數據分析計算、數據對比等實現數據的透明管理和歷史數據的備份管理，并且對于數據管理進行權限分級，不同的角色的權利不同，通過權限進行數據保護，防止數據泄露。數據保存功能是將實驗的測量數據和其他相關信息進行保存，保存的測量數據可進行離線分析對比，并可通過加載回放至實驗環(huán)境中進行動態(tài)數據。

3.4 XCP接口驅動

XCP協議是ASAP標準的重要部分，該協議為國際標準協議，也是當前汽車行業(yè)內主要的標定和監(jiān)控協議。本協議主要采用主從節(jié)點的工作方式，使用數據傳輸對象和命令傳輸對象兩類數據包進行主從節(jié)點間通信的區(qū)分。

上位機軟件設計基于.Net4.0組件，采用Visual Studio 2019開發(fā)，在設計時各個層級分別被定義為表示層、接口層和數據層。表示層主要是展示故障模擬的輸入輸出參數和功能配置，及故障或者結果信息監(jiān)控，包括根據ECU中不同種類進行故障信息的設置。接口層定義了硬件和軟件的借口，實現了通訊接口驅動相關的功能。數據層封裝了通訊報文數據，數據的分包組包，故障模擬的測試數據接收和發(fā)送。通過各層相互工作、相互協調、相互制約最終實現了完整的功能軟件。

3.5 系統(tǒng)功能實現

三是從現實統(tǒng)一戰(zhàn)線到虛擬統(tǒng)一戰(zhàn)線的發(fā)展。從物質形態(tài)來劃分，共同體具有現實和虛擬維度，存在現實共同體和虛擬共同體。在信息時代，兩種共同體交互存在和相互影響，現實社會統(tǒng)一戰(zhàn)線與網絡社會統(tǒng)一戰(zhàn)線并存交織。新時代，統(tǒng)一戰(zhàn)線構建共同體要高度重視網絡統(tǒng)一戰(zhàn)線問題。網絡統(tǒng)一戰(zhàn)線不僅是新時代統(tǒng)一戰(zhàn)線工作的具體領域，更是新時代中國共產黨治國理政的重要內容。習近平總書記站在治國理政高度強調構建網上網下同心圓。習近平總書記在全國網絡安全和信息化工作會議上強調“構建網上網下同心圓，更好凝聚社會共識，鞏固全黨全國人民團結奮斗的共同思想基礎”［23］。

基于軟件界面的汽車故障模擬系統(tǒng)提供了故障模擬、數據監(jiān)控、數據分析及數據保存等功能。

ECU控制器是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的核心裝置，是車輛的大腦，控制著車輛的運行，車輛的故障都存在于ECU控制器中。ECU控制器的外圍包括硬件連接的傳感器、執(zhí)行器、CAN通訊的智能設備或者網絡中其他節(jié)點等，ECU控制器會提前燒錄對應的控制策略代碼，達到車輛或者信息傳遞等目的。它上電后程序開始運行，可以根據自身存儲的程序對發(fā)動機各類傳感器信息進行處理，并輸出控制指令，控制相關執(zhí)行器動作，或者從總線獲取對應的信號信息，參與控制發(fā)動機車輛正常運行。在ECU控制器中有對應的控制邏輯可以檢測傳感器、執(zhí)行器、CAN通訊類故障。當故障處于不同狀態(tài)會影響車輛的運行狀態(tài)。當車輛處于無故障狀態(tài)時，是一種安全工況，可以放心的運行和行駛，當車輛在有故障狀態(tài)時，根據不同故障會影響車輛的安全運行，對于人身或者車輛都存在危害，所以要正確的檢測故障，保障不誤報也不能不報，否則會嚴重影響車輛的正常運行。

在故障模擬模塊中，本文根據故障模擬需求對ECU中的故障進行分類，將其劃分為傳感器類〔電壓超上限(H)、電壓超下限(L)〕、執(zhí)行器類〔信號對電源短路(B)、信號對地短路(G)、信號開路(O)、信號溫度過高(T)〕、報文類〔報文字節(jié)錯誤(D)、報文接收超時(E)〕等故障，如圖4所示。每一類故障的實現原理相同，將不同分類的故障放在一個邏輯中實現。傳感器累故障對應監(jiān)控電壓信號，將電壓信號對應的上限值和下限值標定到異常范圍內，即可實現傳感器電壓超上限故障報出或者傳感器電壓超下限故障報出的邏輯，將電壓信號對應的上限值和下限值標定到合理的范圍內，即可實現傳感器電壓超上限故障治愈和傳感器電壓超下限故障治愈的邏輯，在此過程中可以實時監(jiān)控傳感器電壓值，故障防抖狀態(tài)，故障最終狀態(tài)的變化趨勢和結果，展示給操作者或者用戶或者測試驗收者判斷最終的故障模擬結果，得出最終的結論。

圖2為基于軟件界面的故障模擬系統(tǒng)的上位機設計的詳細設計框圖?；谲浖缑娴墓收夏M系統(tǒng)可劃分為上層模擬平臺和底層驅動模塊兩部分。上層模擬平臺由前臺可視化的模擬界面、監(jiān)控和顯示界面、后臺實現管理和存儲的數據庫、圖形化顯示等輔助功能和實現上層模擬平臺與底層通信連接的驅動模塊等構成。通信驅動模塊包括軟件驅動和硬件驅動兩個子模塊。上層模擬平臺通過發(fā)送和接收模擬數據監(jiān)測底層驅動模塊，設計不同的業(yè)務接口，實現基于軟件界面的汽車故障模擬軟件功能中的不同部分，最終實現整個軟件功能。

基于軟件界面的汽車故障模擬系統(tǒng)的最終實現后的界面如圖5所示。在故障模擬時，可在界面中相應的故障分類下選擇具體的故障進行操作，該模擬系統(tǒng)統(tǒng)計了ECU中的故障列表，故障報出條件和治愈條件及相關變量的數值，相關監(jiān)控參數，通過界面輸入指令，界面字符串轉換成對應的報文信號，使用XCP通訊協議將命令數值進行傳輸，實現變量數值的修改和寫入，之后點擊“一鍵測試”按鈕進行測試，模擬故障報出。同時，該故障模擬系統(tǒng)可以支持多故障的聯動，即可同時設置不同故障類型不同級別的故障進行故障的模擬。當需要解除故障狀態(tài)恢復故障時，點擊“故障治愈”按鈕，可實現數據的修正，將對應的數據設置在合理的范圍內，即實現故障治愈。故障報出或者故障治愈可以實時操作和顯示。

在進行故障模擬過程中，可打開數據監(jiān)控頁面對響應數據進行監(jiān)控，并且對于此過程的所有操作過程或者實時報文進行監(jiān)控記錄，便于進行比較高階的問題分析和記錄。在故障模擬結束后，可打開數據分析與數據保存頁面對故障模擬過程中生成的數據進行分析與保存。該系統(tǒng)為操作人員提供了界面友好的操作方式，即使是對ECU控制軟件不熟悉的人員也可使用該軟件進行快速測試，降低了功能確認和測試的復雜度。由于不同的控制器控制策略的不同，對于故障模擬系統(tǒng)的邏輯設計的通用性帶來了一定的難度，為了方便用戶，由于不同ECU導致的不同需要封閉在本系統(tǒng)的后臺，針對不同的控制器可以設置不同的關鍵詞，通過此關鍵詞在程序中設計不同的路徑實現多ECU不同邏輯的兼容，無論如何在前臺展示給用戶的操作方式和信息需要保持一致，便于用戶簡單方便進行通用的操作，而不是根據不同的控制器去適應不同的操作方式和不同的人機界面。

肺氣虛寒型變應性鼻炎患者Thl7/Treg細胞中轉錄因子表達的差異性研究（張麗娟 龐志宇 李得堂 周小軍 黃育生 劉媛）6∶401

4 總結

本文針對故障原理類型多復雜度高，故障策略分類多，故障模擬操作復雜問題提出了基于軟件界面的汽車故障模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了簡潔的汽車常見的故障的測試模擬的界面交互方式，操作人員可通過軟件界面的一鍵故障測試的方式模擬故障狀態(tài)或故障治愈，實現了測試的高效化及操作的便捷化。

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