羅煒 劉欽 張小波 趙能卿 夏自強(qiáng) 胡陽(yáng)

【摘? 要】隨著汽車新四化的快速發(fā)展，汽車的配置功能越來(lái)越豐富，而伴隨高智能化而來(lái)的是故障率的增高和檢驗(yàn)故障的便利性。文章將遠(yuǎn)程診斷與傳統(tǒng)診斷進(jìn)行對(duì)比，對(duì)遠(yuǎn)程診斷的方法和原理進(jìn)行分析，通過(guò)闡述遠(yuǎn)程診斷在實(shí)際運(yùn)用中的改良優(yōu)化方案，證明該方案在提升車輛診斷便利性的同時(shí)，也兼顧優(yōu)化其對(duì)車輛通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的影響，為實(shí)現(xiàn)安全可靠的遠(yuǎn)程診斷運(yùn)用提供技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)程診斷;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;以太網(wǎng)

中圖分類號(hào)：U463.67? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）05-0053-03

【Abstract】With the rapid development of the new four modernizations of the automobile，the configuration function of the automobile is more and more rich，and accompanied by high intelligence is the increase of the failure rate and the convenience of fault inspection. This paper compares remote diagnosis with traditional diagnosis，analyzes the method and principle of remote diagnosis，and expounds the improvement and optimization scheme of remote diagnosis in practical application. While improving the convenience of vehicle diagnosis，it also optimizes its influence on the stability of vehicle communication network，which provides technical reference for realizing safe and reliable remote diagnosis application.

【Key words】remote diagnosis;network optimization;Ethernet

作者簡(jiǎn)介

羅煒（1990—），男，工程師，主要從事整車電子電氣系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與研發(fā)工作。

伴隨汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，功能的復(fù)雜性也逐步提高，隨之而來(lái)的是故障率的增加。傳統(tǒng)的診斷方式已逐漸滿足不了用戶對(duì)車輛健康狀態(tài)的關(guān)注需求，遠(yuǎn)程診斷車輛的方式在用戶體驗(yàn)、維修便利、法規(guī)監(jiān)測(cè)等方面逐步體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，因此設(shè)計(jì)出實(shí)用可靠的遠(yuǎn)程診斷方案顯得尤為重要。

1? 遠(yuǎn)程診斷的方法和優(yōu)勢(shì)

汽車在運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)電氣模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)自身硬件軟件故障、外部硬線I/O異常、交互通信丟失等非正常狀態(tài)時(shí)，將記錄相應(yīng)的故障碼和當(dāng)時(shí)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器ROM中。當(dāng)故障消失，故障狀態(tài)相應(yīng)字節(jié)將發(fā)生相應(yīng)變化，標(biāo)記為歷史故障存儲(chǔ)，若故障一直存在，其故障狀態(tài)字節(jié)相應(yīng)字節(jié)將保持，標(biāo)記當(dāng)前故障。

傳統(tǒng)的診斷方式一般是使用與汽車模塊診斷開發(fā)相匹配的讀寫工具，通過(guò)連接整車OBD口與車輛各網(wǎng)段模塊實(shí)現(xiàn)物理層連接。傳統(tǒng)診斷的過(guò)程是由手持工具發(fā)送診斷請(qǐng)求指令給車端，車端的模塊收到請(qǐng)求后將診斷信息反饋給工具，并進(jìn)行PC端或手持設(shè)備端的可視化顯示?？梢?，傳統(tǒng)的診斷需要維修人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)車輛進(jìn)行操作，存在人力資源消耗大、工具定制化要求高、讀取信息保存不便等多方面不足。

新的遠(yuǎn)程診斷方式從一定程度上解決了以上的不足之處。目前汽車智能化的配置基本普及，新車型基本都配備了網(wǎng)聯(lián)終端硬件，該模塊實(shí)現(xiàn)車端到云端后臺(tái)的互聯(lián)，從而衍生出大量的應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)接連、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等，遠(yuǎn)程診斷功能也逐步成為借助此硬件基礎(chǔ)上的拓展應(yīng)用之一。

基于CAN的遠(yuǎn)程診斷在底層機(jī)制上參考OSI模型，網(wǎng)聯(lián)終端的應(yīng)用程序集成了遠(yuǎn)程診斷的應(yīng)用軟件與云端實(shí)現(xiàn)命令的接收和信息的傳達(dá)，以及與車端的CAN總線實(shí)現(xiàn)從應(yīng)用層至數(shù)據(jù)鏈路層再至網(wǎng)絡(luò)層的診斷通信。一般情況下，網(wǎng)聯(lián)終端在汽車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲姓加锚?dú)立的CAN網(wǎng)段，由中央網(wǎng)關(guān)與其進(jìn)行交互通信，網(wǎng)關(guān)建立與其他整車網(wǎng)段的通信橋梁，其他整車網(wǎng)聯(lián)的模塊通過(guò)中央網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)聯(lián)終端進(jìn)行診斷通信。遠(yuǎn)程診斷省去了與車輛OBD外露接口連接的硬件工具，不需要人工插入設(shè)備進(jìn)行診斷，所有過(guò)程可通過(guò)網(wǎng)聯(lián)終端的應(yīng)用程序或后臺(tái)人員批量下發(fā)診斷命令完成。

遠(yuǎn)程診斷中0x19讀取故障碼是最常見的診斷服務(wù)，其下常用的有讀取故障碼數(shù)量和讀取故障碼DTC。診斷請(qǐng)求單幀里第1個(gè)字節(jié)是有效字節(jié)數(shù)，第2個(gè)字節(jié)為服務(wù)類型（類似0x19為故障碼服務(wù)），第3個(gè)字節(jié)表示所請(qǐng)求的子功能（如故障碼服務(wù)下0x1表示讀取故障碼數(shù)量，0x2表示讀取故障碼DTC信息），第4個(gè)字節(jié)則表示DTC狀態(tài)掩碼。被診斷的ECU模塊收到故障碼DTC請(qǐng)求指令后給予肯定響應(yīng)幀類型及有效字節(jié)數(shù)、肯定響應(yīng)字節(jié)0x59和對(duì)應(yīng)子功能類型字節(jié)，后面的字節(jié)分別為DTC碼的高字節(jié)、中字節(jié)、低字節(jié)及DTC狀態(tài)碼，每個(gè)DTC信息占用4個(gè)字節(jié)，如涉及多個(gè)故障碼匯報(bào)，則總字節(jié)數(shù)超過(guò)單幀范圍，網(wǎng)聯(lián)終端通過(guò)首幀類型字節(jié)和有效字節(jié)數(shù)判斷所收信息將不止單幀時(shí)便會(huì)在接收到反饋的首幀后發(fā)出流控制幀，被診斷ECU收到網(wǎng)聯(lián)終端發(fā)出的流控制幀后，陸續(xù)將所有DTC信息按順發(fā)送出來(lái)，后續(xù)的連續(xù)幀中第1個(gè)字節(jié)將表示幀類型和幀編號(hào)。

遠(yuǎn)程診斷通信過(guò)程中所述的DTC狀態(tài)碼占用1個(gè)字節(jié)，字節(jié)中每1位都對(duì)應(yīng)不同的含義，從Bit7至Bit0可表達(dá)8種狀態(tài)，如請(qǐng)求點(diǎn)亮警告指示燈、本次操作循環(huán)測(cè)試未完成、自上次清除后測(cè)試失敗、自上次清楚后測(cè)試未完成、已確認(rèn)的診斷故障代碼、未確認(rèn)的診斷故障代碼、本次操作循環(huán)測(cè)試失敗、測(cè)試失敗，所在位為1時(shí)是有效，所在位為0時(shí)是無(wú)效。DTC狀態(tài)碼的目的是區(qū)分出故障碼的類型，在運(yùn)用中不一定所有的Bit都要使用，最常見的是區(qū)分出歷史故障和當(dāng)前故障，可以選取2個(gè)Bit分別作為2種故障代碼的標(biāo)志位。在遠(yuǎn)程診斷請(qǐng)求中的DTC掩碼是為了讓請(qǐng)求定位到故障類型，被診斷模塊將收到的DTC掩碼與存儲(chǔ)的DTC狀態(tài)碼作“位與邏輯”計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為非0則視為匹配，匹配DTC對(duì)應(yīng)的4個(gè)字節(jié)內(nèi)容便可放入反饋幀中發(fā)送出來(lái)，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)聯(lián)終端接收。

故障代碼前3個(gè)字節(jié)分別代表的含義：一般高字節(jié)用來(lái)表示區(qū)分故障所指的車輛子系統(tǒng)，如動(dòng)力類故障、底盤類故障、車身類故障和通信類故障;低字節(jié)用來(lái)表示故障的Type，例如短路、斷路、電壓過(guò)低、未標(biāo)定、等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等;中間的字節(jié)則用于具體區(qū)分DTC實(shí)質(zhì)含義。遠(yuǎn)程診斷的0x19服務(wù)讀取故障中還有一種DTC snapshot輔助功能，它的子功能類型字節(jié)為0x4，在遠(yuǎn)程診斷請(qǐng)求中可以通過(guò)指定DTC讓被測(cè)模塊反饋該DTC記錄的當(dāng)時(shí)各類車輛數(shù)據(jù)，這個(gè)功能在動(dòng)力底盤類的故障診斷中被經(jīng)常使用。

通過(guò)遠(yuǎn)程診斷，車廠方可通過(guò)后臺(tái)對(duì)批量車輛進(jìn)行上述的各項(xiàng)診斷工作，可以定期地對(duì)大范圍車輛進(jìn)行故障摸排，對(duì)特定問(wèn)題進(jìn)行多車或單車的故障分析，一定程度提高了維修效率。同時(shí)，在汽車產(chǎn)業(yè)大環(huán)境不斷前進(jìn)的過(guò)程中，對(duì)排放的監(jiān)測(cè)要求不斷提高，對(duì)新能源管控不斷完善，自動(dòng)化的遠(yuǎn)程診斷也逐步被應(yīng)用。

對(duì)于一些法規(guī)要求的診斷監(jiān)測(cè)項(xiàng)，車輛可以設(shè)計(jì)成每次發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后或高壓Ready后網(wǎng)聯(lián)模塊向車輛網(wǎng)關(guān)發(fā)出特定的診斷請(qǐng)求，被檢測(cè)模塊通過(guò)網(wǎng)關(guān)接收診斷請(qǐng)求后，將診斷信息陸續(xù)反饋給網(wǎng)聯(lián)終端，終端上傳至車廠企業(yè)云端存儲(chǔ)下來(lái)，供相關(guān)管理部門查閱。

對(duì)于一些車廠比較關(guān)注的診斷項(xiàng)，特別是故障碼DTC，車輛可以設(shè)計(jì)觸發(fā)條件，當(dāng)網(wǎng)聯(lián)終端收到指定的實(shí)時(shí)信號(hào)變化，特別是接收到在實(shí)時(shí)通信CAN報(bào)文中能說(shuō)明車輛工作異常的信號(hào)，則觸發(fā)自動(dòng)診斷，故障信息被推送給車廠的企業(yè)后臺(tái)，車廠可根據(jù)故障的嚴(yán)重程度，通過(guò)APP信息、短信或讓經(jīng)銷商電聯(lián)車主，建議其做相應(yīng)處理或就近維修，大大提高了各環(huán)節(jié)效率。車主也可以通過(guò)手機(jī)APP自助診斷車輛，提升了車主對(duì)產(chǎn)品的信任度。

由此可見，遠(yuǎn)程診斷在內(nèi)容上十分豐富，可以涵蓋各種不同的診斷運(yùn)用，在方法上靈活性強(qiáng)，可結(jié)合使用需求，在各種場(chǎng)景下進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。遠(yuǎn)程診斷對(duì)比原始的人工診斷儀有巨大優(yōu)勢(shì)，只需提供一定的額外通信資源條件便可實(shí)現(xiàn)更加便捷的診斷服務(wù)。

2? 遠(yuǎn)程診斷的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

遠(yuǎn)程診斷的優(yōu)勢(shì)十分顯著，使得對(duì)遠(yuǎn)程診斷運(yùn)用的需求不斷增多，而診斷通信是建立在車輛實(shí)時(shí)CAN通信網(wǎng)段上，實(shí)時(shí)通信的數(shù)據(jù)是各模塊維持整車正常運(yùn)作的重要條件，確保遠(yuǎn)程診斷數(shù)據(jù)不影響或盡量小地影響原車實(shí)時(shí)通信變得尤為重要，特別是當(dāng)前整車功能愈加豐富，實(shí)時(shí)通信需求大增，CAN向以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)型處于過(guò)渡階段，動(dòng)力底盤等實(shí)時(shí)性要求高而對(duì)傳統(tǒng)CAN依賴強(qiáng)等因素，留給遠(yuǎn)程診斷的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載占用量是不多的，因此設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程診斷的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法十分重要。

當(dāng)車廠企業(yè)對(duì)批量的車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷指令下發(fā)時(shí)可以設(shè)置延后診斷，網(wǎng)聯(lián)終端當(dāng)判斷車輛處于行駛工況下則將診斷任務(wù)后延，當(dāng)車輛停止怠速或者下電時(shí)，網(wǎng)聯(lián)終端模塊可以擇機(jī)進(jìn)行之前沒有完成的任務(wù)，必要時(shí)可進(jìn)行遠(yuǎn)程上電和下電操作進(jìn)行輔助。

對(duì)于非后臺(tái)下發(fā)指令的遠(yuǎn)程診斷，如故障判斷診斷、法規(guī)強(qiáng)制診斷、車主自助診斷等，這些診斷具備一定的時(shí)效性，則需要用另一種方法。通過(guò)網(wǎng)聯(lián)終端在收到網(wǎng)關(guān)等待指令后計(jì)時(shí)發(fā)送下一條診斷請(qǐng)求，將各條診斷請(qǐng)求的時(shí)間間隔拉長(zhǎng)，起到降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率的效果。網(wǎng)聯(lián)終端還可以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后時(shí)長(zhǎng)，等待一段時(shí)間后再開始車載診斷，降低了車輛運(yùn)行初期的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率。網(wǎng)聯(lián)終端還可以持續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，整輪診斷完成后，如發(fā)動(dòng)機(jī)未熄火且計(jì)時(shí)較長(zhǎng)時(shí)間后，才進(jìn)行下一整輪重復(fù)地診斷，降低了整車運(yùn)行工況下大部分時(shí)間段的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率。遠(yuǎn)程診斷流程如圖1所示。

網(wǎng)聯(lián)終端接收網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的動(dòng)力模塊監(jiān)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)或高壓狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)轉(zhuǎn)速信號(hào)大于一定值或高壓動(dòng)力已Ready時(shí)，判斷動(dòng)力已運(yùn)行，運(yùn)行期間計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)在大于T1時(shí)，網(wǎng)聯(lián)終端發(fā)出本輪第1條診斷請(qǐng)求，該請(qǐng)求是包含動(dòng)力模塊的物理尋址ID的診斷請(qǐng)求幀。網(wǎng)關(guān)接收到本輪第1條診斷請(qǐng)求幀并轉(zhuǎn)發(fā)給動(dòng)力控制模塊的同時(shí)也向網(wǎng)聯(lián)終端反饋1條診斷等待指令，網(wǎng)聯(lián)終端收到診斷等待指令后開始計(jì)時(shí)。當(dāng)動(dòng)力模塊收到第1條診斷指令時(shí)，則反饋診斷響應(yīng)的首幀，網(wǎng)關(guān)接收并轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)聯(lián)終端，網(wǎng)聯(lián)終端通過(guò)幀類型字節(jié)和有效數(shù)字節(jié)判斷此診斷反饋是否只有1幀，若只有1幀，則儲(chǔ)存此單幀內(nèi)容，若判斷不止1幀，則發(fā)出流控制幀給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給動(dòng)力模塊，動(dòng)力模塊收到流控制幀后，陸續(xù)把第1條診斷指令對(duì)應(yīng)的其他診斷響應(yīng)幀依次發(fā)給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)依次轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)聯(lián)終端，而網(wǎng)聯(lián)終端儲(chǔ)存第1條診斷響應(yīng)內(nèi)容。

上述網(wǎng)聯(lián)終端判斷計(jì)時(shí)大于T2則進(jìn)行本輪第2條診斷，除診斷內(nèi)容不同外，具體流程與之前步驟中相似，直到進(jìn)行本輪最后一條診斷，網(wǎng)聯(lián)終端將本輪的診斷結(jié)果統(tǒng)一上傳到云端，后臺(tái)從云端能獲取到實(shí)時(shí)的車載診斷數(shù)據(jù)。

網(wǎng)聯(lián)終端通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)或高壓狀態(tài)信號(hào)判斷動(dòng)力是否停機(jī)，如未停機(jī)且計(jì)時(shí)時(shí)間大于T3，則進(jìn)行第2輪的診斷，如計(jì)時(shí)內(nèi)已停機(jī)則結(jié)束整個(gè)車載診斷過(guò)程。

3? 遠(yuǎn)程診斷在以太網(wǎng)中的運(yùn)用

隨著汽車產(chǎn)業(yè)智能化和網(wǎng)聯(lián)化的飛速發(fā)展，基于CAN的通信已逐漸不能滿足日新月異的功能疊加，以太網(wǎng)逐步開始設(shè)計(jì)到整車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，以滿足各類上車體新功能的信息交互需求，同時(shí)智能化汽車豐富多彩的座艙網(wǎng)聯(lián)和智能駕駛功能背后卻依然存在一些車廠不得不關(guān)注的問(wèn)題，諸如功能的穩(wěn)定性、信息的安全性等，雖然其故障帶來(lái)的危害沒有下車體故障嚴(yán)重，但很容易被用戶察覺并直接影響用戶體驗(yàn)和產(chǎn)品的口碑。可見，對(duì)于座艙上車體故障的積極響應(yīng)已成為車廠企業(yè)非常關(guān)注的工作事項(xiàng)，而在以太網(wǎng)上的遠(yuǎn)程診斷技術(shù)也成為了不可回避的課題。

基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程診斷相比于傳統(tǒng)CAN診斷有諸多優(yōu)勢(shì)，其擁有高速的數(shù)據(jù)傳輸速度，是CAN的100倍以上，從而在復(fù)雜的診斷任務(wù)和刷新應(yīng)用中極大地節(jié)約了時(shí)間，同時(shí)其成本也不高，其相關(guān)模塊使用標(biāo)準(zhǔn)硬件組件、線纜和連接器。

基于以太網(wǎng)的診斷使用DoIP協(xié)議，在報(bào)文封裝、OS各層協(xié)議要求、端口號(hào)、報(bào)文格式等方面相比CAN有較大程度的變化，其承載的數(shù)據(jù)量更多，所以遠(yuǎn)程診斷在實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信中的占比不大，對(duì)總體網(wǎng)絡(luò)通信的影響不大，因此基于以太網(wǎng)DoIP的遠(yuǎn)程診斷在座艙網(wǎng)聯(lián)和智駕系統(tǒng)領(lǐng)域具有不錯(cuò)的前景。

4? 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車電動(dòng)化和智能網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，遠(yuǎn)程診斷的需求不斷增加，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)實(shí)施的方法路徑也在不斷優(yōu)化。車廠在遠(yuǎn)程診斷規(guī)劃設(shè)計(jì)中既要考慮動(dòng)力底盤網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下如何用新的策略方式減少遠(yuǎn)程診斷對(duì)傳統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)的影響，也需要在基于以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的智駕網(wǎng)聯(lián)座艙系統(tǒng)上部署新的遠(yuǎn)程診斷協(xié)議及設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮以太網(wǎng)的資源優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)汽車全生命周期和全方位角度的診斷監(jiān)護(hù)，為汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供助力。

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（編輯? 凌? 波）