一種基于python 統(tǒng)計(jì)整車故障的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

金旅 全勇 黃真 楊希 胡天妹

摘要：由于系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)所需，同時(shí)也為了方便排查故障，各系統(tǒng)通常在CAN 總線上定義各種故障信號(hào)，用于告訴技術(shù)人員影響其正常工作的故障原因。當(dāng)前判斷整車故障的主要方式有：開(kāi)發(fā)診斷儀讀取故障碼、分析遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上傳到監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)以及錄制報(bào)文并逐一分析故障。這3種方式在開(kāi)發(fā)階段和測(cè)試階段都有一定的局限性。本文基于python 編程設(shè)計(jì)工程，結(jié)合整車DBC 矩陣分析整車BLF 報(bào)文后，自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)報(bào)文內(nèi)整車所有故障，讓技術(shù)人員快速知道整車報(bào)文內(nèi)的所有故障信號(hào)，從而提高問(wèn)題排查效率。

關(guān)鍵詞：python ；BLF 報(bào)文；DBC 矩陣；故障統(tǒng)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

純電動(dòng)汽車各系統(tǒng)故障一般包括：與其他系統(tǒng)通信丟失、供電電源欠壓或過(guò)壓、高壓互鎖故障、絕緣故障、過(guò)溫、過(guò)流、各系統(tǒng)檢測(cè)其他系統(tǒng)的故障以及各系統(tǒng)自身特有的故障等。當(dāng)整車發(fā)生故障時(shí)，如車輛無(wú)法起動(dòng)上高壓，技術(shù)人員需要知道整車各系統(tǒng)具體報(bào)的故障，從而判斷故障源和故障原因。目前獲取或監(jiān)控整車故障常用的方法如下。

（1）診斷儀讀取。該方法只能對(duì)整車出現(xiàn)的故障做一個(gè)基礎(chǔ)的故障判斷[1]，在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段該方法局限性較大，主要體現(xiàn)在：①在診斷儀上體現(xiàn)的故障不全，很多故障并沒(méi)有做診斷；②一般不體現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)間以及故障發(fā)生次數(shù)。

（2）利用CANoe 等分析軟件觀察。但CANoe 等軟件一般沒(méi)有統(tǒng)計(jì)整車故障的功能，由于整車的故障信號(hào)特別多，逐一觀察這些信號(hào)的方法效率低。

（3）開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控。將采集到的整車故障上傳到數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)平臺(tái)監(jiān)控。該方法無(wú)論是在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段還是量產(chǎn)后的局限性也比較大，主要體現(xiàn)在：①遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采集頻率一般是秒級(jí)[2]，采集頻率越高則相對(duì)成本就會(huì)越高；而某個(gè)系統(tǒng)故障導(dǎo)致相關(guān)系統(tǒng)報(bào)故障的時(shí)間一般是毫秒級(jí)，因此通過(guò)數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)很難確定各系統(tǒng)報(bào)故障的先后順序；②各主機(jī)廠基于需求、成本等考慮，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采集的故障信號(hào)個(gè)數(shù)有限，很多故障沒(méi)有上傳，從而導(dǎo)致無(wú)法分析故障原因。

綜合以上3 點(diǎn)，在分析整車故障原因時(shí)，對(duì)分析人員綜合能力要求較高。本文介紹一種基于python，根據(jù)整車BLF 報(bào)文統(tǒng)計(jì)整車故障的編程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，能夠讓分析人員快速、明確知道整車各系統(tǒng)所報(bào)的故障，減少其推測(cè)與驗(yàn)證故障原因的時(shí)間，從而提高問(wèn)題排查效率。

1 引出故障信號(hào)列表

整車實(shí)時(shí)故障排查一般從源控制器、傳輸線路和目標(biāo)控制器三大方面去排查[3]。本文通過(guò)獲取整車報(bào)文內(nèi)各系統(tǒng)報(bào)出故障的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該結(jié)果用于輔助確認(rèn)導(dǎo)致故障發(fā)生的源控制器。

獲取整車報(bào)文內(nèi)各系統(tǒng)報(bào)的故障信息，首先需要知道各系統(tǒng)有哪些ID 包含有故障信號(hào)，以及每一個(gè)故障信號(hào)定義是故障的信號(hào)值有哪些。將這些信息整理后得到整車故障信號(hào)列表，即整車DBC 內(nèi)各系統(tǒng)定義為故障的ID、信號(hào)名稱以及信號(hào)名稱對(duì)應(yīng)定義為故障的信號(hào)值列表（圖1）。然后通過(guò)整車故障信號(hào)列表的ID 可以篩選出BLF 報(bào)文中定義有故障信號(hào)的報(bào)文幀，再通過(guò)故障信號(hào)名稱及該信號(hào)名稱定義為故障的信號(hào)值列表判斷整車是否有故障。本設(shè)計(jì)將整車的故障信號(hào)列表導(dǎo)出為T(mén)XT 文檔，而不是直接將其寫(xiě)在python 編程代碼中。這主要考慮當(dāng)車型變更導(dǎo)致DBC發(fā)生變更，或者不同車型之間整車DBC 定義差異大，表現(xiàn)出定義為故障的信號(hào)ID 不同，定義為故障的信號(hào)名稱不同，同一個(gè)故障信號(hào)定義為故障的值列表不同，或者新增故障信號(hào)等導(dǎo)致不__同車型需要不同的整車故障信號(hào)列表時(shí)，不需要修改代碼，僅需要根據(jù)變更點(diǎn)變更TXT 文檔即可。這樣可以通過(guò)不同TXT 文檔的導(dǎo)入從而實(shí)現(xiàn)同一個(gè)工程可以適用不同的車型，讓工程簡(jiǎn)單化。

2 導(dǎo)出整車故障信號(hào)列表

本設(shè)計(jì)選擇python 的編程設(shè)計(jì)環(huán)境，它具有豐富和強(qiáng)大的庫(kù)，常被稱為膠水語(yǔ)言，能夠把用其他語(yǔ)言制作的各種模塊很輕松地連接在一起，是一門(mén)更易學(xué)、更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言[4]。純電動(dòng)汽車各電子控制單元之間需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換，而通信線路信息承載力是有上限的，如若把日益增多的電子控制單元全部掛載在同一條線路上，就很容易出現(xiàn)總線負(fù)荷過(guò)大，導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)速度下降[5]。因此主機(jī)廠在研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)先設(shè)計(jì)出整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并依據(jù)此架構(gòu)及ECU 之間的功能交互設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)總線數(shù)據(jù)庫(kù)文件[6]，即DBC 文件。整車各系統(tǒng)定義的故障信號(hào)信息包含在其中。通過(guò)整車DBC 導(dǎo)出整車故障信號(hào)列表的主要設(shè)計(jì)步驟如下。

（1） 想要獲取整車DBC 文件的內(nèi)容， 需要先將其導(dǎo)入python 中，將其解析后獲取想要的內(nèi)容。通過(guò)python 自帶函數(shù)cantools.db.load_file（） 加載整車DBC。

（2）加載整車的DBC 結(jié)果，再利用python 自帶函數(shù)self.get_message_by_name（） 獲取每個(gè)節(jié)點(diǎn)的定義信息（ 即節(jié)點(diǎn)ID）。然后利用print 函數(shù)打印出每個(gè)節(jié)點(diǎn)ID、信號(hào)名稱、信號(hào)值及信號(hào)值定義（圖2）。

（3）由于各系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員定義故障名稱習(xí)慣不同，很難自動(dòng)識(shí)別故障定義，因此為了確保無(wú)誤的同時(shí)減少設(shè)計(jì)復(fù)雜度，需要人工對(duì)打印出來(lái)的結(jié)果進(jìn)行篩選。將篩選結(jié)果整理到TXT 文檔中，從而得到整車故障信號(hào)列表。

3 對(duì)整車故障信號(hào)列表再處理

整車報(bào)文按ID 以時(shí)間順序排列，如果直接用整車故障信號(hào)列表逐一判斷是否有故障，那么每一幀報(bào)文都需要遍歷一次整車故障信號(hào)列表。為提高判斷效率，可以將整車故障信號(hào)列表再處理，得到不重復(fù)的故障ID 列表，這樣僅需要對(duì)每一幀報(bào)文比對(duì)是否屬于故障ID 列表，從而提高統(tǒng)計(jì)效率（圖3）。對(duì)整車故障信號(hào)列表再處理的目的如下。

（1）對(duì)整車故障信號(hào)列表內(nèi)的故障ID 去重得到故障ID 列表，如此可以提高篩選BLF 報(bào)文中定義有故障信號(hào)的報(bào)文幀效率。

（2）用故障ID 遍歷整車故障信號(hào)列表，得到每個(gè)故障ID 對(duì)應(yīng)的信號(hào)列表及每一個(gè)信號(hào)定義是故障的值列表。有了該對(duì)應(yīng)關(guān)系，才知道篩選出的報(bào)文幀需要判斷的信號(hào)列表，以及判斷該信號(hào)列表內(nèi)的每一個(gè)信號(hào)是否有故障。

4 根據(jù)BLF 報(bào)文統(tǒng)計(jì)整車故障

處理得到故障列表falut_idmsg_list 后，利用其判斷整車報(bào)文內(nèi)是否有故障的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

（1）將BLF 文件處理成列表，這可以通過(guò)python 設(shè)計(jì)好函數(shù)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需設(shè)計(jì)者單獨(dú)開(kāi)發(fā)。利用python 自帶函數(shù)can.BLFReader（） 讀取BLF 文件，得到按時(shí)間排序的報(bào)文幀。需要注意的是，在排查問(wèn)題錄制BLF 報(bào)文時(shí)，如果是必現(xiàn)的問(wèn)題，先斷開(kāi)低壓供電蓄電池的連接，等待5 s 待所有系統(tǒng)均休眠后，重新連接低壓蓄電池。此時(shí)各系統(tǒng)已經(jīng)初始化，可以立即開(kāi)始錄報(bào)文。嘗試復(fù)現(xiàn)故障，如此可以得到故障發(fā)生的時(shí)序，避免由于各系統(tǒng)恢復(fù)故障的設(shè)計(jì)不同，得不到原始的各系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)報(bào)故障時(shí)序，從而影響判斷故障源。如果是偶發(fā)的問(wèn)題，盡量嘗試復(fù)現(xiàn)，拿到從不報(bào)故障到報(bào)故障的過(guò)程報(bào)文。

（2）考慮報(bào)文內(nèi)可能存在錯(cuò)誤幀，由于錯(cuò)誤幀的報(bào)文長(zhǎng)度一般不同于正常報(bào)文幀，因此可先根據(jù)報(bào)文長(zhǎng)度過(guò)濾掉錯(cuò)誤幀。當(dāng)然，如若還有其他錯(cuò)誤幀，也可以利用其特有的屬性先將其濾掉，以防止程序在運(yùn)行后出現(xiàn)意料之外的bug。

（3）篩選出來(lái)的報(bào)文幀，判斷其ID 是否屬于falut_idmsg_list 內(nèi)的ID。如果是，則進(jìn)行下一步；如果不是則將其過(guò)濾，繼續(xù)判斷下一幀報(bào)文的ID。

（4）比對(duì)falut_idmsg_list 內(nèi)具體的信號(hào)名稱列表，利用python 編程設(shè)計(jì)函數(shù)，計(jì)算出每一個(gè)信號(hào)的值，判斷是否為定義故障的值。如果是，則記錄到故障日志列表。編程設(shè)計(jì)說(shuō)明如下：①利用can.BLFReader（） 讀取BLF 報(bào)文的log，但該函數(shù)并沒(méi)有具體可以讀取數(shù)據(jù)域的參數(shù)，需要編程設(shè)計(jì)獲取log 內(nèi)8 字節(jié)的數(shù)據(jù)域；②編程設(shè)計(jì)通過(guò)信號(hào)ID 及信號(hào)名稱獲取信號(hào)長(zhǎng)度、起始位、精度和偏移量，這4 個(gè)參數(shù)都可以通過(guò)python 自帶函數(shù)庫(kù)獲??；③編程實(shí)現(xiàn)根據(jù)4 個(gè)參數(shù)解析數(shù)據(jù)域，得到信號(hào)值。

（5） 根據(jù)故障日志， 打印統(tǒng)計(jì)的整車故障結(jié)果， 利用Tkinter 設(shè)計(jì)GUI 界面。

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 主流程圖設(shè)計(jì)

統(tǒng)計(jì)整車故障的系統(tǒng)主流程圖如圖4 所示?？梢钥闯觯趐ython 統(tǒng)計(jì)整車故障的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如下：①整車故障信號(hào)列表導(dǎo)出；②利用python 對(duì)整車故障信號(hào)列表進(jìn)行再處理；③對(duì)BLF 文件讀取、過(guò)濾，遍歷故障信號(hào)并確認(rèn)故障信號(hào)值是否觸發(fā)；④記錄整車故障日志列表；⑤統(tǒng)計(jì)整車故障通過(guò)界面展示、打印故障日志到TXT 文檔。

5.2 系統(tǒng)驗(yàn)證

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后運(yùn)行如下。

（1）將BLF 文件地址、整車DBC 地址和故障信號(hào)列表地址通過(guò)界面?zhèn)鬟f到python 編程設(shè)計(jì)的底層，填寫(xiě)完成后點(diǎn)擊開(kāi)始統(tǒng)計(jì)。

（2）統(tǒng)計(jì)完成后，在界面左下方可以清晰看出發(fā)生故障的通道、節(jié)點(diǎn)名稱、故障信號(hào)名稱以及整個(gè)報(bào)文期間發(fā)生的故障累計(jì)幀數(shù)。這不僅可以幫助技術(shù)人員快速定位故障原因，還可以發(fā)現(xiàn)一些對(duì)實(shí)車影響不大的故障。這些故障通常不易發(fā)現(xiàn)，但它們的存在始終存在一定的隱患，如果在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段發(fā)現(xiàn)并及時(shí)解決掉，可以避免問(wèn)題流入市場(chǎng)，影響主機(jī)廠的品牌口碑。

（3）本設(shè)計(jì)還開(kāi)發(fā)了獲取整車故障信息過(guò)程中主要步驟的用時(shí)，并通過(guò)界面展示。其目的是為了知道程序各階段的運(yùn)行用時(shí)，以供開(kāi)發(fā)者優(yōu)化程序的方向，提高統(tǒng)計(jì)效率。如若需要提升獲取故障日志列表的效率，在此建議考慮多線程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的思路。

（4）在左下角輸入打印故障日志列表的路徑，輸入完成后點(diǎn)擊“打印故障信號(hào)日志”，打開(kāi)界面包含故障發(fā)生時(shí)間、節(jié)點(diǎn)名稱、通道、信號(hào)名稱和故障值（圖5）。按故障發(fā)生時(shí)間先后順序，打印故障日志，可以讓排查人員知道問(wèn)題發(fā)生的先后順序。當(dāng)然也可以利用CANoe 等分析軟件，根據(jù)故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果逐一提取具體的故障信號(hào)來(lái)分析。

6 結(jié)束語(yǔ)

本研究通過(guò)python 編程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)整車BLF 報(bào)文內(nèi)的整車故障，通過(guò)該設(shè)計(jì)可以快速找出整車CAN 報(bào)文內(nèi)各系統(tǒng)發(fā)出的故障，從而輔助技術(shù)人員排查定位問(wèn)題，同時(shí)也是對(duì)各系統(tǒng)功能的一種加強(qiáng)測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)一些對(duì)實(shí)車使用影響不大的問(wèn)題。由于各主機(jī)廠DBC 的保密性，該方法主要適用于各主機(jī)廠研發(fā)人員，不適用于售后維修排查。

此外，該方法僅適用輔助分析故障源，快速縮小排查范圍，具體的故障源判斷以及故障解決還需要專業(yè)技術(shù)人員。往往整車某個(gè)問(wèn)題涉及多個(gè)系統(tǒng)，逐一排查各系統(tǒng)很容易造成人力物力的浪費(fèi)，同時(shí)也不容易定責(zé)為哪個(gè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人去排查。有了本研究所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以很好解決這2 個(gè)問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：

金旅，本科，助理工程師，研究方向?yàn)檎嚫邏弘娦阅?、功能測(cè)試。