汽车售后诊断系统实现方法探讨

A版汽车售后诊断系统实现方法探讨张程林祖庆万庆吕律赋上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海201804【摘要】介绍了汽车诊断协议及诊断系统的发展过程，详细阐述了售后诊断系统的架构设计、主要功能块设计思路，以及应用“流水线式”和多通道通信技术优化时序管理提高通信效率的方法。并就如何分步发展并建立售后诊断系统开发能力的技术路径进行了分析探讨。结合车联网在售后市场的延伸应用，展望了售后诊断系统的未来发展趋势。【ABSTRACT】THEPROTOCOLANDDEVELOPMENTPROCESSOFVEHICLEONBOARDDIAGNOSTICSANDOFFBOARDDIAGNOSTICSISSHOWEDTHEINFRASTRUCTUREANDSOMEKEYMODULESTOBUILDASERVICEDIAGNOSTICSSYSTEMAREINTRODUCED，ANDASTREAMLINEWORKINGANDMULTICHANNELPROPOSALTOIMPROVETHECOMMUNICATIONEFFICIENCYISDETAILEDMEANWHILE，THEROADMAPTODEVELOPANDESTABLISHTHESERVICEDIAGNOSTICSYSTEMBUILDINGCAPABILITYFORANDTHEFUTURETECHNICALTRENDOFTHISSYSTEMAREDISCUSSED【关键词】车载诊断售后诊断维修服务DOI103969JISSN10074554201410O10引言科技进步促使越来越多的电子控制单元ECU进入汽车配置，每个ECU所包含的功能更日益丰富。据RESEARCHMARKETS统计，截至2010年，汽车电器和电子产品元件占车辆总成本的比例已达40，最新的宝马汽车中的ECU数量则达64个之多。这些ECU之间通过控制器局域网络CAN、局域互联网络LIN等汽车总线构成一张复杂的网络，控制并监视汽车的运行。电控单元和控制软件的大量应用不仅更加精密地控制动力、安全、操控等性能，也使车载娱乐、空调等人机交互更趋人性化。伴随而来的挑战则是，过去单纯依赖维修者经验就可以快速识别定位故障的方法将会逐渐变得不可行，这无疑也对汽车诊断提收稿日期20140828上海汽车201410出了新的期许。1诊断及其协议发展过程汽车诊断是以检测为基础，在不解体或仅拆卸个别零件的条件下，依靠人工智能手段确定汽车技术状态，识别、判断故障，查明故障原因的一门综合性技术。车载诊断源自1977年通用汽车公司在其一款新型轿车上采用的MISAR随车诊断装置，旨在检测排放控制系统。该装置由发动机点火控制，通过搭载在汽车控制器里的嵌入式程序运行。一旦侦测到故障，即借助仪表点亮故障灯提醒驾驶员，并以特定故障码存储于控制器，利用与车辆通信的特殊设备，解析相应故障码的描述内容。自20世纪90年代起，为统一众多汽车厂家的排放监测标准，减少控制器和诊断测试3仪在接口方面的差异，便于政府和第三方机构对废气排放的功能检测，SAE和ISO分别先后定义了相应的诊断协议。美国主要使用SAE标准体系，美国之外的多数国家包括中国使用ISO标准体系。1994年之前，ISO制定了基于K线进行诊断的ISO142230标准，后因其通信速率较低，基本已被淘汰。随着传输速率较高的CAN网络兴起，大多数主机厂过渡到ISO15765诊断协议。随后代表更改速率的MOST、FLEXRAY、ETHERNET无线网络发展起来，为统一不同的诊断服务，ISO制定了新的通信协议ISO142291和UDS统一诊断服务。此外，随着ECU的增加，车载网络也日益复杂，原有仅支持排放监测相关的OBD诊断协议已无法满足车辆诊断维修的需要，一些衍生协议便应运而生，这就是增强诊断服务，利用车外诊断设备和遵循该协议开发的诊断软件可以方便地获取排放和其它增强诊断服务。按照ISO开放一系统一内部连接OSI分层模型，这两个标准体系的诊断协议功能对比分类见表1。表1SAE与ISO诊断服务协议对比OBD诊断增强诊断OSI模型SAEISOSAEIS0J1978、J1979ISO142291应用层ISO150315J2190J2012、J2186ISO157653表示层会话层ISO157654ISO157654传输层网络层ISO157652ISO157652数据链路层J1850ISO118981J1850IS011898L网络层J1850、J1962ISOL189823J1850IS01189823无论是车外诊断还是随车诊断系统，其意义都在借助车内提示信息，如故障灯、仪表信息中心或车载娱乐主机屏幕提示，或者利用专门的诊断软硬件工具解析故障信息，便于专业维修人员识别和定位故障，并运用合适的维修手段使汽车恢复其使用性能；另外，藉此也可以对汽车产品质量或维修质量做出客观评价，为汽车技术或维修技术合理改进提供基础数据，从另一维度推动汽车工业向电子化、智能化、集成化发展。42售后诊断系统构建自通用汽车率先采用自诊断技术后，自诊断和车外诊断已成为新车出厂和故障维修必不可缺的技术手段。尤其是售后常用的车外诊断系统，已成为维修检测人员与车辆信息交流的桥梁。在诊断模式下，测试设备的应用层通过网络向控制器发送询问请求报文，控制器端的应用层回复应答，从而实现诊断测试设备客户与控制器服务器的通信。这一人机交互系统除应考虑直观面向用户的操作界面外，还应关注其任务管理层、通信层以及来往信息间的冲突与时序管理。目前，和车载OBD口相连的通信工具VCI均有成熟的商业化产品可供选用，并且购买这些产品时均可获取相应固件和API函数，而运行于该通信工具之上的上位机诊断系统则因软件架构或数据库结构等实现方式不一而足，效率迥异。下文将重点介绍售后诊断系统的架构和实现方式。21系统架构及分层原则建立稳定可靠的诊断系统，需针对各项需求和功能逐一分析归类，并在此基础上确定基础架构和功能分组，售后诊断系统架构一般如图1所不N图1售后诊断系统架构对比OS1分层模型，可将售后诊断系统分为3层用户界面层、业务逻辑层和数据及服务访问层见表2。用户界面层负责用户操作搜集与界面呈现；业务逻辑层实现系统的业务逻辑和数据处上海汽车201410理逻辑；数据及服务访问层则主要承担系统内的资源获取，以及与外部系统的数据交换和数据内容获取。这种划分既略去了不适用的层级，又可明晰各层级之间的依赖关系和边界接口。表2售后诊断系统层级售后诊断系统层OSI7层模型应用层用户界面层表示层会话层任务层业务逻辑层传输层网络层数据及服务访问层数据链路层物理层根据售后诊断系统的业务需求、功能聚合以及模块扩展性，系统可分成如下模块见图2。各模块围绕事件管理模块并以其为线程执行相应任务。这种设计方式既能保证系统功能的可扩展性，又可在问题分析处理时易于定位和修复问题。L圜一窖受豳晕0、窜歪I一一_辜藜墨皴一、耄】奉蟊斓謇凄基疆窖耄垂豳图2诊断系统功能模块阵列以自动更新模块和事件管理模块为例逐一说明。自动更新模块该模块负责每一次运行时的版本检查，确定当前版本是否最新，一旦发现系统服务端存在新版本即提示用户更新。系统存有每个版本的信息文件供查询比对，该文件格式如图3所示。事件管理模块其作用是实现系统各业务模块间的事件交互通信。交互方法由系统统一定义，作为一个基础模块，该模块可以被任何模块调上海汽车201410图3诊断系统版本文件用以完成模块间的事件注册、触发、注销和管理。每一个事件均由事件标识、事件注册、事件触发、事件注销等组成，事件采用系统预定义的事件ACTION实现。该事件是一个只带有一个参数的泛型委托，如果事件需要有多个参数，则通过传递对象LIST实现。事件中传递的参数由事件的发布方和注册方双方约定，事件管理模块不做强制规定。22系统任务层管理机制系统任务层由车辆识别模块、数据处理模块、ECU功能操作模块、脚本解析模块和自动更新模块构成，主要负责完成全系统业务逻辑。通过该层5个模块相互配合，在用户操作和数据交互之间形成一个独立的运行区，把直观的用户操作转换为具序列化的数据交互供底层处理，也把序列化的底层数据转换为可以为用户理解的界面呈现。系统任务层中车辆识别和自动更新因需求相对固定，可视为2个相对封闭的模块。其余3个模块数据处理、ECU功能操作和脚本解析都需要面对不断更新的总线协议、变化的时序定义以及特定的控制器约定而改变。因此，这3个模块必须以开放模块的形式应对这种横向和纵向变化，以适应新的场景。数据处理模块，主要功能是处理通信数据。为应对通信数据变化带来的不同处理逻辑，还需定义通信数据的“原子”结构见图4。由此结构可以看出，ECU节点、服务ID节点、5图4通信数据结构请求的PARAM节点、正响应和负响应的PARAM节点甚至状态节点均能按场景分类要求形成逻辑分支点。这样，具有相同节点特性的通信数据就可以依照统一逻辑处理，即使节点处理逻辑需要在某一层开始分化，形成不同的处理分支，这个结构也能很快适应。ECU功能操作模块以处理特定控制器的系列有序操作来实现某项特定功能。随着控制器种类的增多和控制器本身功能的增强，这样的系列有序操作不会一成不变，而是会不断扩展变化，操作结构见图5。图5ECU操作模块结构每一个控制器的有序操作都定义为一个组，当前已知的不同有序操作，可以定义不同的组群6来实现，对于将来可能出现的有序操作，只需增加相应的组群就能实现功能的横向扩展。脚本解析模块主要处理单条操作和操作间的关系，这种关系涉及多种可能性。其结构类型主要包括时间延时、结束操作、结束子流程、赋值、位运算、跳转操作、条件判断、循环、解锁操作、总线功能诊断、数据输人、倒计时、日志和进度等。通过这一系列的结构组合出需要的一系列操作，进而完成控制器的功能操作。23优化底层时序RUNTIME提高通信及处理效盔汽车智能化的发展导致车辆总线日益复杂，经由总线网络传输的传感器和控制器信息数据也更加丰富。这也对售后诊断系统的通信处理效率形成了挑战。目前，售后诊断软件与车辆控制器通信时大多采用串行通信模式，工作原理如图6所示。圆圆圆掣响应1处理结果处理请求1图6请求与响应串行通信示意从图6可以看出，在某一时刻诊断软件有多个数据传输请求，这些请求按照先后次序依次排成队列。排在队列最前端的请求1首先获得处理后，被发送至数据传输通道，并等待响应。当收到来自控制器端的响应1后，数据与服务层处理并返回响应1的处理结果。至此，一个完整的数据传输请求处理完毕，然后依次处理后面的请求，直至队列全部处理结束。串行通信模式有如下缺点在“请求处理”和“响应处理”阶段，数据传输通道处于空闲状态，利用率很低。为了改善通信效率，可引入“流水线式”数据处理技术。因车辆数据传输通道在任一时刻只允许一个数据请求占用通道，故只能在“请求处理”和“响应处理”这两个环节采用该处理方案，压缩数据传输通道的空闲时间，提高表观通信效率。具体工作原理如上海汽车201410图7所示。图7请求与响应“流水线式”工作示意某一时刻若有多个数据传输请求，可同时对请求进行处理，处理后的请求仍将按先后次序排成队列。排在队列最前端的首先被发送到数据传输通道，并等待响应。当接收到响应1后，软件会执行两个动作一是处理响应1，二是此时数据传输通道处于空闲状态，可以发送处理后的请求2。因此，在响应1处理期间，后续的请求就可以使用数据传输通道。除此之外，在数据传输通道被占用期间，软件还可以继续其“请求”和“响应”队列处理。表3是以电控单元TCM和EPB为例连续10S读取实时显示参数，截取该段时间内的数据采样数量，可以发现采用该处理技术后采样频率提高了57。表3“流水线式”数据处理对通信速率的改善串行通信采用“流水线式”采样数量对比10S方式数据处理后TCM传输控制模组261276EPB电驱刹车262277上述数据处理技术系针对单通道的情况，随着硬件技术的发展，市场上越来越多的车辆诊断设备也能支持多通道数据传输，如BOSCH6520，可支持3路CAN通道同时通信。采用多通道并行通信技术，并在数据通信层建立相应的处理机制见图8，将是提高售后诊断软件通信处理效率的重要手段。在多通道并行通信方案中，每个通道执行通信时相互独立，互不干扰。同时，每个通道均可采用“流水线式”数据处理方式，可显著提升通信效率见表4。上海汽车201410唑塑塑厕稠A理L譬呈竺墨竺墨舞嘲L州赴理I图8多通道并行数据处理示意表4双通道数据通信对标定刷新速率的影响ECU单通道单通道双通道单元总线类型刷新用刷新合计同时通信速率提升时S用时S用时SECMK315432321257BCM高速CANL17BCM高速CAN152239182238ESCL中速CAN87注ECM发动机控制模组，BCM车身控制模组，ESCL电子转向控制锁。3发展和建立售后诊断系统的技术路径售后诊断硬件及软件在国外都有成熟的供应商，如DSA、ACTIA、BOSCH、SIEMENS等，价格不菲。而且由于其在该行业的技术优势，引入时除每个车型项目需支付昂贵的开发费用外，还要求使用其产品时每个授权维修站用户每年支付技术许可费。而国内本土诊断专业企业尚处于发展期，还没有可竞争的成熟产品。就汽车OEM来看，外资或合资品牌汽车在车辆投放市场时均有来自母公司的售后诊断产品，出于技术限制和对售后维修业务的控制需要，也很少或基本不对7画翠一霉画翠一雾画一本土员工开放诊断编程数据库或允许其开发相关内容。因此，对国内品牌OEM来讲，售后诊断基本还属待发展的“技术高地”，尽管面临昂贵的开发费用，还不得不采用委托国外供应商或其在国内的子公司开发的方式建立诊断系统。研究国内几家主流汽车OEM售后诊断的发展状况，发现通过如下的“三步走”战略，采用“自外向内、从上到下”的技术发展路径，可以逐步构建自己的售后诊断系统，直至掌握并形成自己的核心开发能力。第1步完全委外开发。借助该领域的专业供应商产品，开发建立起售后诊断软件以支持售后维修诊断需求。从数据角度理解其分组类型、基本功能和对维修诊断的影响，为第2步发展做技术准备。第2步部分委外开发。底层数据通信RUNTIME仍借用供应商的产品，数据库转由OEM自主开发和维护；视业务需求，可对用户界面层及业务逻辑层在消化吸收现有产品的基础上进行改造或再造，与底层数据和服务的访问则通过调用供应商底层API的方式实现。由于对选定的供应商产品和开发好的界面层及业务逻辑层而言，主要开发工作是不断增加的新车型导致的数据库维护。因此，采用该模式，除可对车型诊断数据库进行掌控和及时响应外，平均开发费用可比第一阶段下降50左右。第3步建立售后诊断底层RUNTIME。在掌握数据库结构及理解各诊断协议的基础上建设底层通信管理模块。至此，开发模式达到由初期完全委外转为内部主导，软件结构实现从上层到底层的掌握。并且，由于不再借用供应商的通信底层，维修使用者也毋须再向供应商支付相应的年度授权许可费。反之，主机厂则可视使用者应用状况酌情收取授权许可费。此外，随着互联网的高速发展，还可利用OEM的生产下线数据VIN与ECU硬件号、标定号、配置号的映射关系，当车辆进行售后服务时在线访问该数据库，达到对车辆ECU硬件与标定、配置及变更的精确识别。另外，将ECU的安全访问PIN码和标定实体文件置于OEM的中央数据库，对车辆ECU安全认证、编程8等服务采用在线授权获取的方式，还可以提高数据的安全级别。事实上，国外品牌车辆在售后维修中使用此类服务时大多数采用这种在线获取的方式。4售后诊断系统发展方向作为支持汽车售后生命周期重要工具的诊断系统，必然随着汽车智能化、网络化的趋势向更集成化、智能便捷化方向发展。尤其是在以下几方面，将越来越受到关注。41ODX数据库应用ECU平台化和成本压力将导致控制器从零件设计、系统集成、再到主机厂的整车匹配、直至售后诊断系统开发，都可以使用同源的ODX数据库。不仅可以极大减少数据多次传递导致的人为错误，而且能降低开发、台架验证、整车下线检测以及售后诊断维修等环节因工具链不统一而导致的冗余测试和可能导致的出错风险。42诊断大数据的开发及应用当前各维修站成功的诊断实践和维修案例是很好的原始数据，利用分布式在线诊断系统可以围绕这些案例数据建立动态的“专家智能数据库”。将跨界的互联网大数据思维应用于该数据库，改变目前绝大多数维修站单兵线下交流的状况，并实现疑难杂症的快捷维修。此外，若对这些数据加以迭代分析并回馈到工程设计和工艺制造环节，还可进一步优化更新换代零件的设计和制造工艺，提高后续产品质量。43面向远程的诊断随着诊断硬件微型化以及互联网和汽车网络的发展，互联网与车内网络必将接触并融合，这些变化将促使过去因空间距离和成本压力很难实现的远程诊断变得指日可待。2013年第57届全国汽车保修检测设备展览会上曾展出基于ANDROID和IOS系统的诊断APP，已可以利用手机和平板电脑等用户终端设备，远程读取、清除车辆故障码和控制部分人车交互功能开关车灯、指挥摇窗机升降车窗等。下转第12页上海汽车201410表1舒适区域修正表座椅靠背55O95角度。AXAX203627L5O2398216494336L79621289L12273174134734571467222161939237210312583L123231435639一L5757O1一L7167642471532678535885438925OOOOOOO00OOO0OOOO0267O9338778371848404271412689L55O一756L6888232821081O512315一L】54252LL25729279914263O7215653346一L7O5303482181338231990416321673舒适区域使用方法1对于固定座椅。可以将5百分位女性假人舒适区域和95百分位男性假人舒适区域对应的日点移到座椅的设计日点。如果座椅靠背角是25。，则取两个区域的交集为整车安全带舒适区域；如果座椅靠背角非25。，则首先通过靠背角修正值调整区域位置，然后取两个区域的交集为整车安全