劉永宏 張巧娥 樊昀

摘要：本文詳細(xì)論述了基于AUTOSAR的車身控制系統(tǒng)（BCM）的診斷開發(fā)，重點(diǎn)介紹了基于AUTOSAR的診斷模塊功能及診斷實(shí)現(xiàn)，包括診斷通信管理和診斷事件管理兩大核心模塊，以及診斷功能定義、診斷軟件設(shè)計(jì)、診斷測試等內(nèi)容。本文對主機(jī)廠開發(fā)電控系統(tǒng)診斷具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：AUTOSAR;車身控制系統(tǒng)（BCM）;診斷開發(fā)

1 前言

隨著車輛中電子控制系統(tǒng)越來越多，對算法和控制精度要求越來越高，系統(tǒng)中任意一個(gè)部件的故障，比如機(jī)械故障或電氣故障，都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障，對于這些故障，由于電子控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的汽車診斷和維修的方法難以滿足故障診斷在實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性上的需求^[1]。車身控制系統(tǒng)（ BCM）主要功能是控制汽車外部燈光、內(nèi)飾燈、門燈、前后雨刮、中控門鎖、后視鏡折疊、防盜等，并配合其他控制器完成對車窗、電動(dòng)座椅的控制，主要是用于增強(qiáng)汽車的安全、舒適和方便性。幾乎與車上的所有電子單元有直接或者間接的關(guān)聯(lián)，包涵了網(wǎng)絡(luò)，智能化控制，軟件標(biāo)準(zhǔn)化等研究議題。為加強(qiáng)汽車電子控制系統(tǒng)軟件的功能，提高車用電子控制系統(tǒng)軟件的可重用性，增強(qiáng)系統(tǒng)軟件的可配置性，加快汽車電子控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)效率，改善系統(tǒng)軟件的可靠性和穩(wěn)定性，由全球汽車制造商、部件供應(yīng)商及其他電子、半導(dǎo)體和軟件系統(tǒng)公司聯(lián)合推出了汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR（ Automofive Open System ArChitecture），其目的是為汽車電子軟件開發(fā)提供開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的軟件架構(gòu)^[2]。AUTOSAR的出現(xiàn)不僅解決了汽車電子軟件開發(fā)中遇到的問題，也解決了目前汽車電子控制系統(tǒng)故障診斷所遇到的問題。在AUTOSAR架構(gòu)中，其中很重要的一部分就是診斷系統(tǒng)，AUTOSAR診斷系統(tǒng)的目的是適應(yīng)所有的診斷標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。

2 AUTOSAR診斷系統(tǒng)介紹

2.1 AUTOSAR分層架構(gòu)

AUTOSAR的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)汽車電子軟件系統(tǒng)的基本功能，并標(biāo)準(zhǔn)化功能接口，使得軟件模塊易于集成和復(fù)用，切實(shí)提高軟件的更新和開發(fā)的效率。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，AUTOSAR按照層次化、模塊化的軟件開發(fā)和設(shè)計(jì)思想，將ECU軟件架構(gòu)分成了應(yīng)用層（ Application Layer）、運(yùn)行時(shí)環(huán)境（ Runtime Environment，RTE）層以及基礎(chǔ)軟件（ Basic Software，BSW）層^[3]，如圖1所示。

在AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)中也對診斷相關(guān)模塊進(jìn)行了定義，其架構(gòu)如圖2所示，AUTOSAR中的診斷模塊主要包括：應(yīng)用層診斷策略模塊（ SWC）、處于BSW層的主要有FIM模塊（根據(jù)診斷結(jié)果使能或禁止軟件構(gòu)件內(nèi)部的功能實(shí)體）、ECUStateManager（ECU狀態(tài)管理）、DCM（診斷通信管理）、DEM（診斷事件管理）、NVRAMManager（非易失性存儲(chǔ)器管理）。DEM和DCM是診斷中的核心模塊：DEM將故障的故障碼和凍結(jié)幀存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，在需要時(shí)將數(shù)據(jù)提供給DCM;DCM為診斷提供通信服務(wù)以及根據(jù)外部診斷工具的要求和DEM共同提供診斷服務(wù)，它會(huì)將外部診斷工具所需要的信息從DEM中獲取并傳遞過去^[4]。

2.2 診斷核心模塊介紹

2 .2.1 診斷通信管理模塊（ Diagnostic Communication Manager）

DCM模塊遵循ISO I4229-1、ISO I5031-5、ISO 15765-4和SAE J1979標(biāo)準(zhǔn)，能直接處理0x10、0x27和0x3E服務(wù)。DCM模塊的主要功能在于保證診斷的數(shù)據(jù)流管理診斷狀態(tài)，尤其是診斷會(huì)話和安全狀態(tài)。此外，DCM模塊需要榆查所請求的診斷服務(wù)是否支持以及所請求的服務(wù)是否能在當(dāng)前會(huì)話狀態(tài)下執(zhí)行，當(dāng)收到AUTOSAR支持的OBD診斷服務(wù)的請求時(shí)，DCM會(huì)通過調(diào)用DEM或SWC模塊提供的接口來響應(yīng)。

AUTOSAR建議使用三個(gè)功能子模塊實(shí)現(xiàn)DCM，分別是DSL（Diagnostic Sessinn Layer，以下簡稱DSL）、DSD（ Diagnostic Service Dispatcher，以下簡稱DSD）和DSP（ Diagrmstic ServiceProcessing，以下簡稱DSP）^[5]。主要功能塊組成如下：

（1） DSL（診斷會(huì)話層）子模塊負(fù)責(zé)確保診斷請求和響應(yīng)的數(shù)據(jù)流，監(jiān)控診斷協(xié)議的時(shí)間和管理診斷狀態(tài)。其主要功能有：請求處理，轉(zhuǎn)發(fā)診斷請求給DSD子模塊;響應(yīng)處理，轉(zhuǎn)發(fā)DSD子模塊的響應(yīng)給上位機(jī);通信安全等級管理;會(huì)話狀態(tài)管理，在會(huì)話狀態(tài)改變時(shí)通知相關(guān)模塊;診斷協(xié)議管理，能夠處理不同的診斷協(xié)議，管理相關(guān)資源;通信模式處理。

（ 2） DSD（診斷服務(wù)分配）主要負(fù)責(zé)檢查從網(wǎng)絡(luò)上接收到的診斷請求的合法性，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給一個(gè)數(shù)據(jù)處理器。當(dāng)DSL確認(rèn)收到了一個(gè)診斷請求時(shí)，會(huì)通知DSD子模塊，這時(shí)DSD會(huì)對這個(gè)請求進(jìn)行分析，確認(rèn)診斷會(huì)話的合理性，是否達(dá)到了允許的服務(wù)安全等級，然后分析診斷請求信息中的診斷服務(wù)標(biāo)識來啟動(dòng)相應(yīng)的處理，將診斷請求轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理器，如DSP。當(dāng)數(shù)據(jù)處理器完成數(shù)據(jù)的處理后，會(huì)觸發(fā)DSD發(fā)出一個(gè)響應(yīng)信息。

（ 3） DSP（診斷服務(wù)處理）主要處理相應(yīng)的診斷服務(wù)的請求，這是DCM中最核心的模塊。當(dāng)收到DSD發(fā)來的請求時(shí)，DSP會(huì)處理這個(gè)診斷服務(wù)，主要包括以下幾步：分析這個(gè)診斷請求信息;檢查請求的格式，并且確}人這個(gè)請求是否支持;從DEM、SWC或AUTOSAR中其他的模塊中請求所需要的數(shù)據(jù)，主要是DEM和swc;收集好所有數(shù)據(jù)后，按照標(biāo)準(zhǔn)組織好返回信息。

2.2.2診斷事件管理模塊（Diagnostic Event Manager）

DEM模塊遵循的標(biāo)準(zhǔn)與DCM相同，負(fù)責(zé)直接處理與DTC（ Diagnostic Trouhle Code）相關(guān)的服務(wù)。當(dāng)應(yīng)用軟件組件中的Monitor Function（故障診斷算法）檢測到故障時(shí)，將通知DEM模塊處理和存儲(chǔ)相應(yīng)的故障診斷事件（由Event ID進(jìn)行標(biāo)識）。如果經(jīng)過判定確診為故障，則調(diào)用NVRAMManager（非易失存儲(chǔ)器管理器），提供的接口將其存取到非易失存儲(chǔ)器中（如Flash或者EEPROM），同時(shí)通知應(yīng)用層軟件點(diǎn)亮故障燈，提醒駕駛?cè)藛T相應(yīng)的故障信息。

3 診斷設(shè)計(jì)

當(dāng)前，整車廠和供應(yīng)商采用在線診斷與離線診斷相結(jié)合的診斷方法。在線診斷通過ECU內(nèi)部軟硬件實(shí)現(xiàn)自診斷。BCM借鑒傳統(tǒng)的診斷方式，在汽車運(yùn)行過程中，自診斷系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控電子控制系統(tǒng)各組成部分的工作狀態(tài)，從而檢測電子控制系統(tǒng)中的故障。自診斷系統(tǒng)一方面將檢測出的故障通過一定的方式（比如報(bào)警指示燈）向駕駛員發(fā)出警告，另一方面將故障代碼及相關(guān)數(shù)據(jù)存人ECU存儲(chǔ)器。離線診斷通過外部診斷設(shè)備讀取相應(yīng)的診斷信息，實(shí)現(xiàn)診斷操作。實(shí)現(xiàn)離線診斷的關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)診斷設(shè)備和ECU之間的通信機(jī)制和診斷服務(wù)，即診斷協(xié)議。

目前，診斷協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要分為ISO和SAE兩種體系。美國使用SAE標(biāo)準(zhǔn)體系，包括中國在內(nèi)的多數(shù)國家使用ISO標(biāo)準(zhǔn)體系。在乘用車領(lǐng)域，OEM正從自定義診斷協(xié)議逐漸轉(zhuǎn)向ISO標(biāo)準(zhǔn)。在商用車領(lǐng)域，OEM沿用SAE診斷，歐洲OEM在此基礎(chǔ)上增加了ISO診斷。表1列出了部分ISO和SAE標(biāo)準(zhǔn)對照。

目前通行的車輛控制器的診斷服務(wù)有兩種：法規(guī)要求的和擴(kuò)展的診斷服務(wù)。

1）法規(guī)要求的服務(wù)是基于IS015031-5并要ECU強(qiáng)制執(zhí)行的服務(wù)。服務(wù)范圍0x01-0x0A，

主要目的在于控制和減少車輛排放。

2）擴(kuò)展服務(wù)基于IS014229-1，并且是非強(qiáng)制性的。用于建立對于診斷系統(tǒng)的通用需求。其中，擴(kuò)展服務(wù)可以讀取非排放相關(guān)的DTC，和對ECU的flash內(nèi)存進(jìn)行編程。乘用車BCM的故障診斷，主要是基于IS014229的UDS擴(kuò)展診斷。目前，AUTOSAR Version 3.1診斷功能共支持9個(gè)OBD服務(wù)。參照表3-1可知，AUTOSAR不支持OBD診斷標(biāo)準(zhǔn)中的Ox05服務(wù)（請求氧傳感器監(jiān)測結(jié)果），原因在于基于CAN總線的Ox05服務(wù)可以通過0x06服務(wù)實(shí)現(xiàn)。

主要包括讀寫基本信息（0x22&0x2E）、輸入輸出控制功能（0x2F）、故障診斷碼定義等內(nèi)容。

讀寫基本信息（0x22&0x2E）包括：

OEM整車配置定義，比如車速上鎖、防盜報(bào)警配置;

ECU生產(chǎn)時(shí)間標(biāo)識;

軟硬件版本號;

讀寫ESK和PIN碼等。

輸入輸出控制功能（0x2F）包括：

室外燈控制，比如左右轉(zhuǎn)向燈閃爍、前霧燈繼電器控制、后霧燈繼電器控制、遠(yuǎn)光燈繼電器控制等;

雨刮/雨刷洗滌輸入輸出狀態(tài)，比如前雨刮低速模式、前雨刮高速模式等;

報(bào)警狀態(tài)，比如防盜/中控鎖LED、報(bào)警喇叭等;

MCU輸出狀態(tài)，比如中控上鎖繼電器（執(zhí)行一次上鎖動(dòng)作后自動(dòng)轉(zhuǎn)為ECU控制）、中控解鎖繼電器（執(zhí)行一次上鎖動(dòng)作后自動(dòng)轉(zhuǎn)為ECU控制）、電動(dòng)車窗使能繼電器（持續(xù)打開）、行李箱開啟繼電器（執(zhí)行一次上鎖動(dòng)作后自動(dòng)轉(zhuǎn)為ECU控制）等;

室內(nèi)燈控制及電池節(jié)電輸出狀態(tài)，比如室內(nèi)燈（持續(xù)100%占空比運(yùn)行）、節(jié)電輸H{繼電器（持續(xù)打開）等;

后除霜控制，比如后除霜繼電器控制。

故障診斷碼（讀取故障碼（0x，清除故障碼0x14）主要包括：

前雨刮雨刷，比如前雨刮停止位開關(guān)故障、前雨刷洗滌開關(guān)故障（周期內(nèi)停止開關(guān)狀態(tài)一直未變）、前雨刷洗滌開關(guān)故障等;

燈光故障，比如遠(yuǎn)光燈電路故障（對電池短路/對地短路）、近光燈電路故障（對電池短路/對地短路）、位置燈電路故障（對地短路或開路/對電池短路）、室內(nèi)燈電路故障、前霧燈電路故障等;

發(fā)動(dòng)機(jī)防盜系統(tǒng)故障，比如天線線圈故障、基站通訊故障、無發(fā)射器或發(fā)射器無效、沒收到EMS挑戰(zhàn)碼等。

車窗故障，比如左前車窗欠壓故障（電壓低于9V）、右前車窗控制器內(nèi)部故障（電機(jī)溫度超過設(shè)定值）、右前車窗按鍵故障（搖窗機(jī)按鍵閉合時(shí)間>60s）、右前車窗電機(jī)故障（電機(jī)無法正常運(yùn)行）、右前車窗欠壓故障（電壓低于9V）、左后車窗控制器內(nèi)部故障、左后車窗按鍵故障、左后車窗電機(jī)故障、右后車窗控制器內(nèi)部故障等。

例程控制（ 0x31）

包括鑰匙學(xué)習(xí)命令和鑰匙擦除命令等。

考慮到系統(tǒng)基于CAN總線的診斷操作和軟件升級的需要，需要對系統(tǒng)進(jìn)行安全認(rèn)證和模式切換的管理。系統(tǒng)被分為三個(gè)模式：默認(rèn)模式，擴(kuò)展模式和編程模式。除了對車輛軟件進(jìn)行bootloader升級在編程模式下外，其它操作都在默認(rèn)和擴(kuò)展模式下。其中車輛正常運(yùn)行時(shí)在默認(rèn)模式下。進(jìn)入編程模式和擴(kuò)展模式都需要安全認(rèn)證。安全訪問的流程如下：

1）客戶端請求種子;

2）服務(wù)器端發(fā)送種子;

3）客戶端發(fā)送密鑰;

4）服務(wù)器端響應(yīng)密鑰是有效的，并且進(jìn)行自身解鎖。

4 離線診斷測試

為了使BCM的診斷測試更加方便快捷，開發(fā)了一套Windows平臺(tái)下基于CAN總線的車身診斷系統(tǒng)軟件。裝有該軟件的平板電腦，通過OBD接口適配器與汽車總線相連，在整個(gè)診斷過程中，適配器主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，一是將平板發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN或者K信號發(fā)送到整車網(wǎng)絡(luò)上，二是將整車網(wǎng)絡(luò)上ECU返回的應(yīng)答信號轉(zhuǎn)換成USB或者藍(lán)牙信號返回給PC機(jī)。從而實(shí)現(xiàn)PC機(jī)遇整車網(wǎng)絡(luò)上的ECU數(shù)據(jù)交互。

通過對圖形化界面的操作進(jìn)行診斷測試。該軟件可以實(shí)現(xiàn)讀取故障碼和清除故障碼、讀寫數(shù)據(jù)流、執(zhí)行器測試、防盜匹配、鑰匙學(xué)習(xí)、軟件升級等主要功能，系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，通過上位機(jī)pad的診斷軟件發(fā)送診斷請求，通過OBD適配器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)與ECU的診斷通信。

如圖4所示，診斷儀軟件架構(gòu)分為幾個(gè)部分：

1、底層通信模塊，主要實(shí)現(xiàn)CAN通信;

2、診斷通信模塊，實(shí)現(xiàn)診斷服務(wù);

3、功能界面，實(shí)現(xiàn)診斷服務(wù)動(dòng)態(tài)庫的調(diào)用已實(shí)現(xiàn)各診斷功能。

通過診斷儀直觀，方便快捷的診斷測試和圖形化的顯示方式，使得BCM的診斷操作更加直觀;通過讀數(shù)據(jù)流、故障碼、例程控制等操作，可以快速實(shí)現(xiàn)診斷測試通過CAN總線的數(shù)據(jù)監(jiān)測，可以很好的分析過程數(shù)據(jù)，幫助查找問題原因。功能選取界面、讀取數(shù)據(jù)流界面、數(shù)據(jù)分析界面分別如圖5、圖6、圖7所示：

5 結(jié)論

AUTOSAR的出現(xiàn)加強(qiáng)汽車電子控制系統(tǒng)軟件的功能，提高車用電子控制系統(tǒng)軟件的可重用性，增強(qiáng)系統(tǒng)軟件的可配置性，加快汽車電子控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)效率，改善系統(tǒng)軟件的可靠性和穩(wěn)定性。不僅解決了汽車電子軟件開發(fā)中遇到的問題，也解決了月前汽車電子控制系統(tǒng)故障診斷所遇到的問題，AUTOSAR將成為必然趨勢，對汽車電子軟件開發(fā)的T作流程和商業(yè)模式都將帶來意義深遠(yuǎn)的變革。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅端，李紅等基于AUTOSAR的汽車電子診斷系統(tǒng)的開發(fā)[J].汽車工程，2012，（ V01.34） N0 2：179-183.

[2]AUTOSAR.Autosar Technical Overview[S/OL].http：//www.autosar.org/

[3]AUTOSAR GbR. AUTOSAR Methodology V1.2.1 [S]. 2008

[4]AUTOSAR GbR. Specification ofDiagnostic Event Manager V3.1[S]. 2008

[5]AUTOSAR GbR. Specification of Diagnoscic Communication Manager V3.1[S]. 2008