胡杰　周佼鵬　可志偉　石國(guó)勇　杜玉峰（.武漢理工大學(xué) 現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430070；.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

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汽車電控模塊診斷一體化平臺(tái)及應(yīng)用*

胡杰1周佼鵬1可志偉1石國(guó)勇2杜玉峰2
（1.武漢理工大學(xué) 現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430070；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

【摘要】針對(duì)應(yīng)用于車輛全生命周期中的各離線診斷系統(tǒng)因未使用標(biāo)準(zhǔn)化的診斷數(shù)據(jù)庫(kù)及VCI系統(tǒng)，而造成的診斷數(shù)據(jù)不一致、VCI系統(tǒng)重復(fù)開(kāi)發(fā)問(wèn)題，提出了電控模塊診斷一體化平臺(tái)的解決方案。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)化的診斷數(shù)據(jù)庫(kù)及VCI系統(tǒng)，進(jìn)行了離線診斷系統(tǒng)以及一體化平臺(tái)管理端的開(kāi)發(fā)。實(shí)際應(yīng)用表明，該解決方案能保證各離線診斷系統(tǒng)中診斷數(shù)據(jù)的一致性，避免VCI系統(tǒng)重復(fù)開(kāi)發(fā)的問(wèn)題，且降低了離線診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、維護(hù)的難度。

主題詞：汽車電控模塊診斷一體化平臺(tái)診斷數(shù)據(jù)庫(kù)VCI系統(tǒng)

1　　前言

隨著電控技術(shù)在車輛上的廣泛應(yīng)用，不僅要求在前期工程開(kāi)發(fā)中制定診斷策略及方法用于在線診斷，而且要求后期要有離線診斷系統(tǒng)進(jìn)行車輛下線檢測(cè)、車輛運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、售后過(guò)程中電控模塊的故障診斷及刷新等。

目前，由于各離線診斷系統(tǒng)均是獨(dú)立開(kāi)發(fā)的，沒(méi)有統(tǒng)一的診斷數(shù)據(jù)庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)化的VCI（Vehicle Communication Interface，車輛通信接口）系統(tǒng)，因而造成各離線診斷系統(tǒng)都需要從診斷通信協(xié)議中提取診斷數(shù)據(jù)，無(wú)法保證診斷數(shù)據(jù)最終的一致性［1］。另外，由于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的VCI系統(tǒng)，使得各離線診斷系統(tǒng)中出現(xiàn)了不同的VCI系統(tǒng)，導(dǎo)致研發(fā)及維護(hù)成本的增加，測(cè)試驗(yàn)證復(fù)雜度提高。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了電控模塊診斷一體化平臺(tái)的解決方案，設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)化的診斷數(shù)據(jù)庫(kù)、VCI系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了離線診斷系統(tǒng)以及診斷一體化管理端，并進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試及應(yīng)用。

2　診斷一體化平臺(tái)

汽車電控模塊診斷一體化平臺(tái)由診斷文件、VCI系統(tǒng)、診斷一體化平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)、診斷一體化平臺(tái)管理系統(tǒng)4部分組成，如圖1所示。診斷文件包括前期工程開(kāi)發(fā)中制定的診斷通信協(xié)議，以及通過(guò)診斷配置工具解析診斷協(xié)議得到的診斷數(shù)據(jù)庫(kù)；VCI系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)診斷應(yīng)用與車載網(wǎng)絡(luò)的通信；診斷一體化平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)包括電控模塊下線檢測(cè)系統(tǒng)、車輛智能終端平臺(tái)、售后診斷及刷新系統(tǒng)；診斷一體化平臺(tái)管理系統(tǒng)包括服務(wù)器及診斷一體化管理端。

3　　診斷通信協(xié)議及診斷數(shù)據(jù)庫(kù)

診斷通信協(xié)議是進(jìn)行診斷應(yīng)用的基礎(chǔ)，其定義了離線診斷系統(tǒng)與電控模塊的通信機(jī)制和服務(wù)內(nèi)容。而診斷數(shù)據(jù)庫(kù)則通過(guò)診斷配置工具解析診斷通信協(xié)議而得到。

3.1診斷通信協(xié)議

診斷通信協(xié)議參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議［2～6］制定而成，其結(jié)構(gòu)采用OSI（Open System Interconnection，開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)）分層結(jié)構(gòu)。診斷通信協(xié)議結(jié)構(gòu)如表1所列。

表1　　診斷通信協(xié)議結(jié)構(gòu)

其中，診斷通信協(xié)議的物理層規(guī)定了離線診斷系統(tǒng)與電控模塊的通信波特率；數(shù)據(jù)鏈路層采用標(biāo)準(zhǔn)CAN數(shù)據(jù)幀（11位標(biāo)識(shí)符）格式進(jìn)行診斷通信；網(wǎng)絡(luò)層定義了數(shù)據(jù)幀發(fā)送與接收策略；會(huì)話層定義了離線診斷系統(tǒng)與電控模塊之間通信執(zhí)行規(guī)則、診斷會(huì)話管理時(shí)間參數(shù)；應(yīng)用層定義了診斷功能單元及服務(wù)（見(jiàn)表2）。

表2　　診斷功能單元及服務(wù)

3.2診斷數(shù)據(jù)庫(kù)

設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化診斷數(shù)據(jù)庫(kù)目錄包含車輛信息、通信參數(shù)、診斷服務(wù)、參數(shù)標(biāo)識(shí)符、電控模塊零部件描述等，診斷數(shù)據(jù)庫(kù)目錄如表3所列。

表3 診斷數(shù)據(jù)庫(kù)目錄

在標(biāo)準(zhǔn)化診斷數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，通過(guò)診斷協(xié)議配置工具將診斷通信協(xié)議中的診斷數(shù)據(jù)導(dǎo)入診斷數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成XML（eXtensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言）格式的診斷數(shù)據(jù)庫(kù)文件，供下線檢測(cè)系統(tǒng)、車輛智能終端平臺(tái)、售后診斷及刷新系統(tǒng)使用。各離線診斷系統(tǒng)可從診斷數(shù)據(jù)庫(kù)中快速獲得需要的診斷信息，包括車輛總線類型、總線波特率、診斷服務(wù)標(biāo)識(shí)符、參數(shù)標(biāo)識(shí)符、公式解析因子等。

4　VCI系統(tǒng)

在診斷一體化平臺(tái)中，VCI系統(tǒng)是電控模塊和離線診斷系統(tǒng)間通信的橋梁，完成通信協(xié)議轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)傳輸功能。VCI系統(tǒng)按照SAE J2534標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議開(kāi)發(fā)，包括協(xié)議轉(zhuǎn)換功能模塊、主控單片機(jī)模塊以及USB、藍(lán)牙、WIFI、3G通信模塊等。協(xié)議轉(zhuǎn)換功能模塊完成電控模塊與主控單片機(jī)之間通訊電平轉(zhuǎn)換；主控單片機(jī)模塊解析處理電控模塊數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)人機(jī)接口部分控制和診斷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；USB、藍(lán)牙、WIFI、3G通信模塊完成不同通信方式的電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與離線診斷系統(tǒng)的通信［2］。

VCI系統(tǒng)軟件由通信接口層、通信實(shí)現(xiàn)層、應(yīng)用層和系統(tǒng)核心服務(wù)層等組成。軟件架構(gòu)如圖2所示。

通信接口層建立在物理通信接口之上，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理通信接口的訪問(wèn)。整個(gè)通信過(guò)程中，VCI系統(tǒng)被動(dòng)地接收離線診斷系統(tǒng)或車載網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求并執(zhí)行下一步操作。

通信實(shí)現(xiàn)層對(duì)報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行組包、封裝及拆包。在VCI和外部設(shè)備的通信接口SCI0上，根據(jù)通信協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拆包和校驗(yàn)，如果校驗(yàn)成功則解析數(shù)據(jù)幀，提取有效數(shù)據(jù)，并根據(jù)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。

應(yīng)用層包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、通信設(shè)置、診斷參數(shù)設(shè)置、基于CAN總線的診斷協(xié)議實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置包括診斷總線選擇、VCI運(yùn)行模式選擇；通信設(shè)置包括CAN總線通信波特率、CANID格式等；診斷參數(shù)設(shè)置包括CAN總線流控制、CAN總線過(guò)濾器設(shè)置等；CAN總線診斷協(xié)議可實(shí)現(xiàn)模塊完成流控制、過(guò)濾器控制、報(bào)文校驗(yàn)等功能。

系統(tǒng)核心服務(wù)實(shí)現(xiàn)VCI系統(tǒng)底層和硬件管理功能。

5　　離線診斷系統(tǒng)

離線診斷系統(tǒng)包括電控模塊下線檢測(cè)系統(tǒng)、車輛智能終端平臺(tái)、售后診斷及刷新系統(tǒng)等。

5.1電控模塊下線檢測(cè)系統(tǒng)

車輛下線檢測(cè)項(xiàng)目中與電控模塊性能有關(guān)的檢測(cè)項(xiàng)目包括電控模塊靜態(tài)檢測(cè)、電控模塊出廠信息刷寫、傳感器在線標(biāo)定及學(xué)習(xí)等［3，4］，這些項(xiàng)目的檢測(cè)均可通過(guò)電控模塊診斷功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。

目前電控模塊性能相關(guān)檢測(cè)項(xiàng)目選擇了不同供應(yīng)商進(jìn)行開(kāi)發(fā)，給開(kāi)發(fā)、管理、維護(hù)及升級(jí)帶來(lái)了諸多問(wèn)題。為有效解決此問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了電控模塊下線檢測(cè)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可進(jìn)行電控模塊靜態(tài)檢測(cè)、電控模塊出廠信息刷寫、傳感器在線標(biāo)定及學(xué)習(xí)的綜合檢測(cè)，下線檢測(cè)流程及界面如圖3所示。

檢測(cè)時(shí)，先讀取下線檢測(cè)系統(tǒng)配置信息進(jìn)行初始化，再根據(jù)車輛識(shí)別碼匹配車型信息，加載診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，然后對(duì)VCI系統(tǒng)進(jìn)行初始化，建立與電控模塊的連接。在進(jìn)行檢測(cè)前，先進(jìn)行故障碼的清除與讀取操作，以保證電控模塊在沒(méi)有故障的情況下進(jìn)行檢測(cè)。最后，通過(guò)診斷數(shù)據(jù)庫(kù)中診斷服務(wù)與電控模塊進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)電控模塊下線檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到服務(wù)器中下線檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

5.2車輛智能終端平臺(tái)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的車輛制造商推出了基于車載終端的服務(wù)，其中大多為車載導(dǎo)航、語(yǔ)音通信、緊急救援、多媒體娛樂(lè)類，沒(méi)有與電控模塊有關(guān)的服務(wù)。本文提出的車輛智能終端平臺(tái)可在車輛運(yùn)行過(guò)程中與電控模塊進(jìn)行信息交互，運(yùn)行基于車輛電控模塊數(shù)據(jù)的服務(wù)。車輛智能終端平臺(tái)包括電控模塊、VCI系統(tǒng)、車載智能終端、移動(dòng)終端、終端應(yīng)用、通信網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)以及分析系統(tǒng)，如圖4所示。

各類移動(dòng)終端與車輛配備的車載智能終端建立通信連接，實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、車輛遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集等功能。獲取的各類數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云平臺(tái)，經(jīng)云平臺(tái)上應(yīng)用程序處理后可進(jìn)行基于車輛數(shù)據(jù)的分析。云平臺(tái)上應(yīng)用程序除可進(jìn)行車輛故障碼讀取、故障碼清除、實(shí)時(shí)參數(shù)顯示等基本診斷功能外，還可進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷及監(jiān)控、車輛及車況分析、油量油耗分析、安全預(yù)警等，以及基于實(shí)時(shí)行車數(shù)據(jù)進(jìn)行駕駛行為分析、車輛及零部件性能估計(jì)。

5.3售后診斷及刷新系統(tǒng)

目前使用的售后診斷及刷新系統(tǒng)比較固定，系統(tǒng)擴(kuò)展升級(jí)或更改比較困難，且在嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行，處理器性能低，設(shè)備運(yùn)行速度慢，功能較簡(jiǎn)單，不能適應(yīng)多車型、多電控模塊刷新需求，此外還缺乏快捷的網(wǎng)絡(luò)支持，診斷數(shù)據(jù)共享不充分，專家遠(yuǎn)程協(xié)助困難等。針對(duì)上述售后診斷及刷新系統(tǒng)存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了基于PC∕智能手機(jī)∕PAD平臺(tái)的售后診斷及刷新系統(tǒng)，進(jìn)行本地或基于Internet∕3G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程故障診斷及刷新，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的故障診斷及刷新需求。

基于本地的售后診斷及刷新系統(tǒng)硬件包括VCI系統(tǒng)、PC∕智能手機(jī)∕PAD等，可完成車型選擇、故障碼讀取與清除、數(shù)據(jù)流讀取、電控模塊配置信息讀取、動(dòng)作測(cè)試、總線監(jiān)聽(tīng)等功能，各平臺(tái)下系統(tǒng)使用界面如圖5所示。

基于Internet∕3G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程故障診斷及刷新系統(tǒng)是指系統(tǒng)在讀取電控模塊故障信息或運(yùn)行數(shù)據(jù)后，經(jīng)有線或無(wú)線方式接入通信網(wǎng)絡(luò)，將診斷結(jié)果共享至遠(yuǎn)程服務(wù)中心，由智能診斷系統(tǒng)和診斷專家在遠(yuǎn)端進(jìn)行故障診斷，提供問(wèn)題解決方案和指導(dǎo)，或本地服務(wù)人員通過(guò)診斷系統(tǒng)從遠(yuǎn)程服務(wù)器獲取有效信息，得到解決方案?；贗nternet∕3G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程售后診斷及刷新系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的自動(dòng)更新、遠(yuǎn)程協(xié)助診斷、電控模塊售后刷新、故障診斷及刷新報(bào)告上傳等功能。遠(yuǎn)程故障診斷及刷新系統(tǒng)架構(gòu)如圖6所示。

6　　診斷一體化平臺(tái)管理系統(tǒng)

診斷一體化平臺(tái)管理系統(tǒng)（圖7）包括服務(wù)器及管理端。服務(wù)器存儲(chǔ)有診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，供診斷一體化平臺(tái)下各應(yīng)用系統(tǒng)使用，保證診斷數(shù)據(jù)的一致性及實(shí)時(shí)性。同時(shí)，還存儲(chǔ)車輛的下線檢測(cè)數(shù)據(jù)、車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)及售后診斷數(shù)據(jù)，可通過(guò)查看整個(gè)生命周期下的車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。

通過(guò)該管理系統(tǒng)可查詢、統(tǒng)計(jì)和分析車輛下線檢測(cè)結(jié)果，掌握車輛質(zhì)量信息，包括查詢車輛某檢測(cè)項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果，如電控模塊出廠信息刷寫、電控模塊靜態(tài)檢測(cè)、傳感器在線標(biāo)定及學(xué)習(xí)檢測(cè)項(xiàng)，獲取車型質(zhì)量數(shù)據(jù)（檢測(cè)合格率、一次檢測(cè)合格率、故障統(tǒng)計(jì)、車輛下線檢測(cè)數(shù)值）、臺(tái)量數(shù)據(jù)（日∕月過(guò)線臺(tái)次統(tǒng)計(jì)）等?？赏ㄟ^(guò)車輛智能終端平臺(tái)上傳的運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢車輛實(shí)時(shí)位置、運(yùn)行狀態(tài)信息、進(jìn)行車輛遠(yuǎn)程控制等。還可對(duì)售后診斷及刷新系統(tǒng)進(jìn)行用戶管理（用戶信息、用戶狀態(tài)、用戶日志）、刷新管理（刷新文件上傳、刷新文件查詢）、幫助文檔管理、診斷查詢（故障碼查詢、刷新下載查詢）、統(tǒng)計(jì)與分析等。

7　　結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前汽車離線診斷系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了汽車電控模塊診斷一體化平臺(tái)的解決方案，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)化的診斷數(shù)據(jù)庫(kù)、VCI系統(tǒng)以及離線診斷系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)際開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，該診斷一體化平臺(tái)的解決方案保證了各離線診斷系統(tǒng)中診斷數(shù)據(jù)的一致性，避免了VCI系統(tǒng)的重復(fù)開(kāi)發(fā)問(wèn)題，且降低了離線診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、維護(hù)的難度。此外，通過(guò)診斷一體化平臺(tái)管理端，可對(duì)各離線診斷系統(tǒng)產(chǎn)生的下線檢測(cè)數(shù)據(jù)、車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)、售后診斷及刷新數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，可從全生命周期角度對(duì)車輛進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。

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（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2016年3月2日。

中圖分類號(hào)：U469.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3703（2016）06-0049-04

*基金項(xiàng)目：國(guó)際合作項(xiàng)目（2012DFA11180）、廣西科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014BA10089）、自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51406140）及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（2013-VII-022）資助。

The Integrated Diagnostic Platform of Vehicle Electronic Control Module and Application

Hu Jie1，Zhou Jiaopeng1，Ke Zhiwei1，Shi Guoyong2，Du Yufeng2
（1.Hubei Key Laboratory of Advanced Technology of Automotive Parts，Wuhan University of Technology，Hubei Collaborate Innovation Center for Automotive Components Technology，Wuhan 430070；2.SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.Liuzhou 545007）

【Abstract】The paper presents an integrated diagnostic platform solution for electronic control module diagnosis to the problems including inconsistent diagnostic data，repeated development of VCI system as a result of not using standardized diagnostic database and VIC system by the off-line diagnostic systems in the vehicle total lifecycle.Standardized diagnostic database，VCI system，off-board diagnostic system and integrated diagnostic platform management system are developed. The practical application shows that this solution can ensure consistency of diagnostic data of the off-line diagnostic system，avoid repeated development of VCI system，lower difficulty of offline diagnostic system development and maintenance.

Key words:Automotive electronic control module，Integrated Diagnostic Platform，Diagnostic database，VCI System