基于Vehicle Spy 的排放相關(guān)網(wǎng)絡(luò)故障碼測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)

田 豐，林家強(qiáng)，周軍成，韋佳萍，周國(guó)林，許運(yùn)灼

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.柳州孔輝汽車科技有限公司，廣西 柳州 545026；3.湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410221；4.柳州滬信汽車科技有限公司，廣西 柳州 545616）

1 引言

隨著汽車功能日益豐富，配置也多樣化，車載電控單元ECU的數(shù)量在不斷增多，各ECU之間通過(guò)總線的信息交互也越來(lái)越多。當(dāng)某ECU需要的總線信號(hào)丟失或無(wú)效時(shí)，其功能就會(huì)受到影響，此時(shí)ECU會(huì)按照一定規(guī)則將該故障通過(guò)診斷故障代碼DTC的形式記錄并上報(bào)。對(duì)于DTC的產(chǎn)生及恢復(fù)邏輯測(cè)試，一直以來(lái)都是各大主機(jī)廠診斷測(cè)試的重要內(nèi)容。裴偉軍、毛鴻霖等人提出的基于VT System和CANoe系列軟件的故障碼測(cè)試是一種通過(guò)搭建臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室單節(jié)點(diǎn)條件下，模擬相關(guān)總線信號(hào)故障的測(cè)試方法[1-2]，目前幾乎所有開展此項(xiàng)測(cè)試的主機(jī)廠也都是采用這種方法。

然而，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊ECM、變速器控制模塊TCM等排放相關(guān)的ECU而言，某些總線信號(hào)的丟失或無(wú)效，會(huì)導(dǎo)致車輛進(jìn)入跛行等極限工況，從而影響排放。根據(jù)相關(guān)法規(guī)要求，排放相關(guān)的DTC需要2個(gè)或2個(gè)以上的駕駛循環(huán)才允許確認(rèn)，而DTC的消除更是需要經(jīng)過(guò)多個(gè)無(wú)故障暖機(jī)循環(huán)才能滿足要求。駕駛循環(huán)和暖機(jī)循環(huán)需要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、車速、水溫等條件，然而要想在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)這些條件只能斥巨資搭建復(fù)雜的硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試系統(tǒng)[3]，這對(duì)主機(jī)廠而言是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。因此，目前大多主機(jī)廠對(duì)于這部分DTC的邏輯確認(rèn)直接采用ECU供應(yīng)商的測(cè)試結(jié)果或者在實(shí)車上粗略測(cè)試。顯然，這并不能達(dá)到準(zhǔn)確驗(yàn)證DTC邏輯的目的，也會(huì)給售后分析故障增加難度。為此，本文提出一種使用低成本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備在實(shí)車上精確測(cè)試排放相關(guān)故障碼的方法，利用簡(jiǎn)單的測(cè)試環(huán)境補(bǔ)充了此項(xiàng)測(cè)試的空缺。

2 基于Vehicle Spy的半自動(dòng)化測(cè)試

美國(guó)因特佩斯公司的Vehicle Spy是一款汽車總線仿真測(cè)試軟件，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)仿真、數(shù)據(jù)解碼、自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)采集等多種功能[4]，滿足實(shí)驗(yàn)室和實(shí)車環(huán)境中對(duì)車輛ECU的基礎(chǔ)測(cè)試需求。本文所介紹的就是利用Vehicle Spy軟件在實(shí)車環(huán)境下進(jìn)行的排放相關(guān)故障碼測(cè)試方案。

將Vehicle Spy硬件一端通過(guò)在線診斷（OBD）連接線接至整車OBD口，另一端通過(guò)USB接口接至裝有Vehicle Spy軟件的電腦上，測(cè)試環(huán)境即搭建完成，其整體連接示意如圖1所示。本測(cè)試方法以實(shí)車環(huán)境為基礎(chǔ)，免去了復(fù)雜的測(cè)試硬件方案設(shè)計(jì)，僅需通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工具中的相關(guān)軟件腳本編輯，配合人為的車輛操作，即可完成排放相關(guān)網(wǎng)絡(luò)DTC測(cè)試，大大降低測(cè)試成本的同時(shí)，也能精確地驗(yàn)證DTC的設(shè)計(jì)邏輯。

圖1 排放相關(guān)網(wǎng)絡(luò)DTC測(cè)試環(huán)境整體連接示意圖

3 軟件方案設(shè)計(jì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)（DBC）建立

由于測(cè)試內(nèi)容涉及到網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的丟失、無(wú)效、錯(cuò)誤等故障現(xiàn)象，在進(jìn)行測(cè)試之前需要編制好DBC數(shù)據(jù)庫(kù)。這需要識(shí)別被測(cè)DTC指向的是總線上的哪些ECU所發(fā)出的哪些報(bào)文。根據(jù)具體車型的通信矩陣，在Vehicle Spy軟件中的Message Editor界面進(jìn)行發(fā)送信號(hào)編制，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)編制如圖2所示。編制完成后即可在Tx Panel面板對(duì)所編輯的報(bào)文進(jìn)行周期性模擬發(fā)送，如圖3所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)編制

圖3 網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送面板

3.2 診斷數(shù)據(jù)庫(kù)建立

由于在測(cè)試過(guò)程中需要用到停止通信、讀故障碼、清故障碼等UDS診斷服務(wù)，因此診斷數(shù)據(jù)庫(kù)的編輯也至關(guān)重要。停止通信服務(wù)用于整車特定ECU報(bào)文的停發(fā)，結(jié)合之前編輯的DBC數(shù)據(jù)庫(kù)，即可實(shí)現(xiàn)在不對(duì)整車電子元器件及線束接插件做任何改動(dòng)的情況下，精確控制被測(cè)DTC所對(duì)應(yīng)報(bào)文的內(nèi)容和周期，輕松制造期望的網(wǎng)絡(luò)故障，方便快捷。讀故障碼、清故障碼服務(wù)用于測(cè)試過(guò)程中判斷故障是否產(chǎn)生及手動(dòng)清除。

3.3 測(cè)試腳本生成

Function Block是Vehicle Spy軟件中的一個(gè)腳本編輯工具，提供了一種列表式的命令執(zhí)行步驟編輯方式，用于創(chuàng)建可直接執(zhí)行的測(cè)試腳本序列。用戶無(wú)需了解具體編程語(yǔ)言，也可輕松操作完成測(cè)試用例編輯。結(jié)合前面兩步中所編輯的應(yīng)用報(bào)文及診斷報(bào)文內(nèi)容，在Function Block中給每一個(gè)步驟設(shè)置具體的指令，如發(fā)送應(yīng)用報(bào)文、設(shè)置信號(hào)值、等待特定條件、發(fā)送診斷報(bào)文等，搭配工具提供的循環(huán)設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行制造故障、讀取故障碼、判斷測(cè)試結(jié)果等操作。Function Block測(cè)試腳本編輯界面如圖4所示。

圖4 Function Block測(cè)試腳本編輯界面

4 測(cè)試流程設(shè)計(jì)

4.1 測(cè)試流程實(shí)施

對(duì)于排放相關(guān)的ECU，在整車上電后即開始監(jiān)控相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文故障。第1個(gè)操作循環(huán)，從使用診斷服務(wù)停發(fā)相關(guān)ECU報(bào)文，到測(cè)試設(shè)備模擬發(fā)送被停掉的報(bào)文這段時(shí)間，ECU可能已經(jīng)記錄了某些DTC。為了排除第1個(gè)操作循環(huán)中測(cè)試尚未開始階段的其他因素干擾，需要先對(duì)ECU進(jìn)行清除DTC操作。在模擬發(fā)送相關(guān)報(bào)文一定時(shí)間后，根據(jù)DTC列表中描述的待測(cè)DTC產(chǎn)生條件，精確停發(fā)一定時(shí)間（如10個(gè)報(bào)文周期）相關(guān)報(bào)文后讀取DTC，判斷是否已經(jīng)產(chǎn)生了待確認(rèn)（Pending）DTC，若已產(chǎn)生則可以結(jié)束當(dāng)前操作循環(huán)，若未產(chǎn)生則對(duì)停發(fā)報(bào)文的周期進(jìn)行微調(diào)，直至產(chǎn)生待確認(rèn)的DTC為止。整個(gè)操作循環(huán)過(guò)程中，需要配合車輛，至少啟動(dòng)一次發(fā)動(dòng)機(jī)（若為混動(dòng)車型，則需要至少達(dá)到一次高壓狀態(tài)），以滿足駕駛循環(huán)的條件，否則ECU會(huì)一直處于第1個(gè)操作循環(huán)過(guò)程中，無(wú)法結(jié)束，從而影響測(cè)試結(jié)果。

第2個(gè)操作循環(huán)，執(zhí)行與第1個(gè)操作循環(huán)同樣的操作，直至產(chǎn)生已確認(rèn)（Confirm）DTC，測(cè)試完成。根據(jù)具體DTC策略，此方法還能應(yīng)用于更多駕駛循環(huán)甚至暖機(jī)循環(huán)才能確認(rèn)故障的情況測(cè)試，具體測(cè)試及判斷流程如圖5所示。

圖5 排放相關(guān)DTC測(cè)試流程

4.2 測(cè)試結(jié)果確認(rèn)

由于測(cè)試用例中最終結(jié)果的判斷都是要以讀取到相應(yīng)DTC為條件，如果一直讀取不到DTC或者尚未滿足條件就已經(jīng)讀取到了DTC，均屬于測(cè)試不合格。測(cè)試用例中將各種不合格的情況均已考慮在內(nèi)，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。具體包括以下幾種情況。

1）還未開始測(cè)試就已經(jīng)出現(xiàn)了待測(cè)DTC。

2）第1個(gè)操作循環(huán)無(wú)法產(chǎn)生待確認(rèn)DTC。

3）第1個(gè)操作循環(huán)還未達(dá)到故障產(chǎn)生條件就已經(jīng)出現(xiàn)了待確認(rèn)DTC。

4）第1個(gè)操作循環(huán)超過(guò)了故障產(chǎn)生條件才出現(xiàn)待確認(rèn)DTC。

5）第1個(gè)操作循環(huán)就已經(jīng)產(chǎn)生了已確認(rèn)DTC。

6）第2個(gè)操作循環(huán)無(wú)法產(chǎn)生已確認(rèn)DTC。

7）第2個(gè)操作循環(huán)還未達(dá)到故障產(chǎn)生條件就已經(jīng)產(chǎn)生了已確認(rèn)DTC。

8）第2個(gè)操作循環(huán)超過(guò)了故障產(chǎn)生條件才出現(xiàn)已確認(rèn)DTC。

本文以ECM排放相關(guān)網(wǎng)絡(luò)DTC C15100為例，在實(shí)車上驗(yàn)證了此方法的可行性和準(zhǔn)確性。在第1個(gè)駕駛循環(huán)中按設(shè)計(jì)條件制造故障后，讀出了狀態(tài)位為0x27的Pending故障。配合發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、熄火、重新上電等操作，結(jié)束第1個(gè)駕駛循環(huán)，并進(jìn)入第2個(gè)駕駛循環(huán)。繼續(xù)按DTC設(shè)計(jì)條件制造故障，讀出了狀態(tài)位為0x2F的Confirm故障。測(cè)試結(jié)果示例如圖6所示。

圖6 測(cè)試結(jié)果示例

5 結(jié)論

通過(guò)基于Vehicle Spy的半自動(dòng)化測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)排放系統(tǒng)ECU的排放相關(guān)網(wǎng)絡(luò)故障碼邏輯測(cè)試，避免了復(fù)雜的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)節(jié)約了測(cè)試成本。利用Function Block功能，保證了測(cè)試過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性和測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)DTC設(shè)計(jì)邏輯給出了評(píng)價(jià)，也為售后排查相關(guān)問題提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。