楊洪福,吳君,張斌

(泛亞汽車(chē)技術(shù)中心有限公司，上海 201201)

0 引言

伴隨著車(chē)輛電氣化、數(shù)字化及智能化[1]程度的提高，車(chē)輛模塊間的交互需求越來(lái)越強(qiáng)烈，車(chē)輛的電控模塊間的通信消息的數(shù)量越來(lái)越多。伴隨著通信數(shù)量的增加，模塊間通信類(lèi)故障發(fā)生的概率也會(huì)增大。針對(duì)模塊間通信類(lèi)故障的具體原因調(diào)查，需由專(zhuān)業(yè)人員或者受過(guò)培訓(xùn)的人員進(jìn)行手動(dòng)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而確定哪條信號(hào)引起了該故障。人工分析總線故障排查效率較低，且有一定的門(mén)檻，受人員技術(shù)水平的限制。

實(shí)際造車(chē)過(guò)程中，為不影響正常造車(chē)節(jié)拍，針對(duì)造車(chē)中出現(xiàn)的問(wèn)題，需要快速定位問(wèn)題原因。傳統(tǒng)的人工分析方式效率較低，為了減小對(duì)造車(chē)節(jié)拍的影響，對(duì)提高總線故障分析效率、簡(jiǎn)化總線故障分析過(guò)程以及降低總線故障分析門(mén)檻提出了迫切需求。

本文作者主要針對(duì)車(chē)輛電控模塊通信類(lèi)問(wèn)題的快速分析理論及實(shí)際應(yīng)用，利用該理論開(kāi)發(fā)相應(yīng)分析軟件，用于代替人工；通過(guò)自動(dòng)化分析，快速鎖定通信類(lèi)問(wèn)題的根本原因，并生成問(wèn)題分析報(bào)告，極大提高分析效率，實(shí)現(xiàn)原因排查操作簡(jiǎn)單化，入手容易，且可大范圍推廣。

1 通信類(lèi)問(wèn)題基本類(lèi)型

模塊間的通信消息一般包含以下基本內(nèi)容： 信號(hào)值，信號(hào)有效性，rolling count(滾動(dòng)計(jì)數(shù))value和protect(checksum)value。若車(chē)輛實(shí)施了網(wǎng)絡(luò)安全[3]，可能還會(huì)包含MAC(Message Authentication Codes)。 圖1給出了一些實(shí)例。

圖1 通信消息內(nèi)容舉例

通信類(lèi)故障一般包含兩部分：信號(hào)未接收到(timeout)，接受到的信號(hào)異常[2]。針對(duì)信號(hào)異常故障，依據(jù)消息中包含的信號(hào)內(nèi)容，主要包含以下幾類(lèi)故障：

(1)Invalid

信號(hào)有效性故障。理論上，當(dāng)信號(hào)無(wú)效時(shí)，發(fā)送方會(huì)將validity置為invalid。接收方檢測(cè)到validity的狀態(tài)為invalid時(shí)，當(dāng)滿(mǎn)足報(bào)碼條件時(shí)，觸發(fā)故障碼。

(2)DLC(Data length code)error

信號(hào)的長(zhǎng)度不正確。當(dāng)信號(hào)實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和定義的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不一致，當(dāng)滿(mǎn)足報(bào)碼條件時(shí)，觸發(fā)故障。

(3)Value error

信號(hào)發(fā)送的值不正確。發(fā)送方發(fā)送的信號(hào)值若不是規(guī)定的數(shù)值，或者接收方核對(duì)值不正確，當(dāng)滿(mǎn)足報(bào)碼條件時(shí)，觸發(fā)故障。

(4)Rolling count error

Rolling count主要目的是為了保證信號(hào)的連續(xù)性，防止信號(hào)中斷的產(chǎn)生。理論上rolling count變化規(guī)律為：0，1，2，3，0，1，2，3……，當(dāng)rolling count的變化未按照規(guī)律進(jìn)行時(shí)，表明存在信號(hào)丟失，當(dāng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足一定的故障次數(shù)、滿(mǎn)足報(bào)碼條件時(shí)，觸發(fā)故障。

(5)Protect value error

Protect value主要是為了保證此信號(hào)的正確性。Protect value是此信號(hào)中內(nèi)容經(jīng)過(guò)一定的算法獲得的結(jié)果值，并存儲(chǔ)在protect value中，連同該消息一同發(fā)出，若接受方依據(jù)相同的算法得到的數(shù)值與發(fā)送方發(fā)送的protect value值不一致，當(dāng)滿(mǎn)足報(bào)碼條件后，觸發(fā)故障。

(6)MAC(Message Authentication Codes)error

MAC是車(chē)輛增加網(wǎng)絡(luò)安全后新增的一個(gè)通信內(nèi)容。MAC主要通過(guò)密鑰將信號(hào)加密，接收方成功解密后，信號(hào)才可用。當(dāng)接收方依據(jù)算法無(wú)法解析MAC時(shí)，一定程度上說(shuō)明發(fā)送方發(fā)送的MAC存在錯(cuò)誤，當(dāng)滿(mǎn)足報(bào)碼條件后，觸發(fā)故障。

2 故障快速診斷介紹

基于故障自診斷原理[4]，車(chē)輛模塊針對(duì)接受到的信號(hào)都有一套自身的診斷規(guī)范(Diagnostic Specification)，依據(jù)診斷規(guī)范，對(duì)信號(hào)進(jìn)行判斷，若信號(hào)異常，達(dá)到報(bào)碼條件，則觸發(fā)相應(yīng)故障碼。

利用診斷規(guī)范，結(jié)合整車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)和故障數(shù)據(jù)，理論上可自動(dòng)對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出故障碼信息及導(dǎo)致該故障具體原因：

利用數(shù)據(jù)庫(kù)解析故障數(shù)據(jù)，讀取故障數(shù)據(jù)中記錄的故障碼信息；調(diào)用診斷規(guī)范，確認(rèn)引發(fā)故障碼的可能原因；依據(jù)可能原因，檢查故障數(shù)據(jù)，鎖定引發(fā)故障的真實(shí)原因；最終將分析結(jié)果以圖標(biāo)的形式進(jìn)行展現(xiàn)。具體流程可參考圖2。

圖2 通信故障診斷流程

2.1 故障快速診斷基本框架介紹

快速診斷系統(tǒng)基本框架主要由以下幾部分組成：

(1)整車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)。整車(chē)數(shù)據(jù)庫(kù)是車(chē)輛通信數(shù)據(jù)解析的集合。它記錄了通信消息的發(fā)送方，接收方，CAN ID，發(fā)送頻率，消息名稱(chēng)，消息中包含的信號(hào)名稱(chēng)、位數(shù)、信號(hào)默認(rèn)值等信息(內(nèi)容舉例見(jiàn)圖3)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)可進(jìn)行整車(chē)總線數(shù)據(jù)的解析。

圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容舉例

(2)故障診斷規(guī)范又叫故障字典，該字典中記錄了針對(duì)故障的具體解析，包含故障碼信息、引發(fā)故障的原因描述等(具體示例見(jiàn)圖4)，依據(jù)該字典可以查到何種信號(hào)導(dǎo)致該故障。

車(chē)輛模塊間的通信類(lèi)故障碼多以U開(kāi)頭，故障碼包含兩部分：主碼和子碼。綜合考慮存儲(chǔ)量和故障原因的數(shù)量，同一故障碼下面可能存在多個(gè)原因，需要依次檢查相關(guān)的信號(hào)是否存在異常。若人為依次檢查每個(gè)信號(hào)的話，操作偏向機(jī)械化，時(shí)間長(zhǎng)、效率低。

(3)故障數(shù)據(jù)記錄了問(wèn)題發(fā)生時(shí)刻的總線數(shù)據(jù)，包含了故障碼由無(wú)到有的過(guò)程。利用錄取的故障數(shù)據(jù)，依據(jù)快速診斷原理，確認(rèn)引發(fā)故障的根本原因。整個(gè)分析過(guò)程可通過(guò)上位機(jī)軟件自動(dòng)完成。

(4)分析結(jié)論。分析結(jié)論中包含了故障碼信息、報(bào)碼時(shí)間、引發(fā)該故障碼的信號(hào)狀態(tài)，信號(hào)異常的時(shí)間。分析結(jié)論需要體現(xiàn)并證明，故障碼由于某信號(hào)異常導(dǎo)致。分析結(jié)論由上位機(jī)分析軟件自動(dòng)生成。

圖4 診斷規(guī)范內(nèi)容舉例

2.2 快速診斷方法具體軟件實(shí)現(xiàn)

依據(jù)基礎(chǔ)邏輯框架，搭建快速診斷軟件，具體操作及界面如圖5所示。

圖5 快速診斷軟件界面

針對(duì)整車(chē)具有多個(gè)模塊的特點(diǎn)，軟件包含了眾多車(chē)輛模塊，例如EPS、ECM、TCM、EBCM等。依據(jù)需求選擇對(duì)應(yīng)的模塊，然后導(dǎo)入或選擇對(duì)應(yīng)的故障字典(診斷規(guī)范)和數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)和故障字典第一次導(dǎo)入之后，后續(xù)可直接使用，無(wú)需再次導(dǎo)入。針對(duì)故障數(shù)據(jù)，通過(guò)讀取故障數(shù)據(jù)中的故障碼信息獲取需要分析的故障碼，依據(jù)故障字典查找故障數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)的信號(hào)在故障發(fā)生時(shí)刻是否異常，當(dāng)檢查到信號(hào)異常與報(bào)碼時(shí)刻一致，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)分析報(bào)告。

2.3 快速診斷方法實(shí)車(chē)應(yīng)用

利用開(kāi)發(fā)好的快速診斷軟件，進(jìn)行實(shí)車(chē)通信類(lèi)故障分析，整個(gè)分析大約在1 s內(nèi)完成，從圖6中可以看到:針對(duì)U015100的故障碼，工具展示了故障觸發(fā)時(shí)刻與相關(guān)問(wèn)題信號(hào)的關(guān)系，鎖定了引發(fā)問(wèn)題的根本原因。

通過(guò)自動(dòng)分析故障數(shù)據(jù)，能夠快速找出問(wèn)題原因，程序配置好之后，只需要導(dǎo)入故障數(shù)據(jù)，工具自動(dòng)依據(jù)快速診斷理論進(jìn)行分析，指出總線何種問(wèn)題導(dǎo)致了故障的產(chǎn)生，并生成分析報(bào)告，人工參與分析程度降低，有效提高了問(wèn)題分析效率。

圖6 軟件實(shí)際應(yīng)用結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前通信類(lèi)故障人工分析的痛點(diǎn)，將已較為成熟的故障自診斷原理應(yīng)用到實(shí)際的具體通信類(lèi)問(wèn)題分析中，形成快速診斷方法。將該方法以分析軟件的形式進(jìn)行展現(xiàn)，在實(shí)際的實(shí)車(chē)測(cè)試中，該方法得到有效驗(yàn)證，節(jié)省了通信類(lèi)問(wèn)題分析時(shí)間，降低了分析門(mén)檻。