整車控制器故障診斷機制測試系統的實現

黃曲，盧楊陽，秦飛，黃祖朋

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007)

0 引言

在電動汽車中，整車控制器作為整車的控制系統，是影響整車性能、安全的關鍵零件。合理、正確、完整的故障診斷機制能夠準確無誤地記錄故障碼并反饋對應故障處理信號給上層軟件，使整車控制器能準確執行故障策略，保證車輛及車上人員安全；同時，故障碼及其狀態能指導售后維修人員快速定位故障原因。通過故障診斷機制測試系統，設計人員可以驗證設計定義的診斷機制是否滿足設計要求、存在缺陷，減少實車驗證時間。

1 純電動汽車整車控制器簡介

整車控制器是純電動汽車的核心控制器，主要功能為采集車輛信息、識別駕駛員意圖、控制車輛運行、診斷車輛故障。整車控制器通過自身I/O口、CAN、LIN、硬線等通信線路與其他控制器通信，通過I/O采集傳感器信號，并控制執行器、開關、繼電器的開啟關閉從而實現對整車功能的控制。圖1所示為整車控制器功能示例。

圖1 整車控制器功能示例

2 故障診斷介紹及其意義

汽車故障診斷是指在不拆解車輛零件的前提下，通過一定的技術方法，確定汽車當前狀況，查明故障部位及故障原因的汽車應用技術。

故障診斷意義在于當車輛某些零部件存在問題時，可在不拆解零件的前提下快速判斷及識別故障并制定對應措施，減少故障排查的工作量及獲取車輛的技術狀況。

3 整車控制器故障類別及診斷機制簡介

3.1 整車控制器故障類別簡介

故障診斷處理為診斷執行器、傳感器、電源供電電壓是否有故障，從通信報文中判斷其他控制器是否有故障，并執行相應的故障處理措施；按規定的格式存儲故障碼、清除故障碼。

整車控制器診斷故障類別主要有以下兩大類：

(1)通信類故障。一般是由CAN總線上的其他電子控制器檢測其零件本身是否有問題并通過CAN報文將其本身的狀態告知CAN總線上的VCU(Vehicle Control Unit)；VCU通過自身的策略去判斷其他電子控制器是否存在故障。

(2)電氣類故障。主要判斷傳感器、執行器零件本身是否有故障；線束連接上是否有開路等故障存在。

3.2 整車故障診斷機制簡介

文中描述的整車故障診斷機制包括如下4點：

(1)整車控制器初始化完成后，故障診斷功能處于關閉狀態。當診斷故障碼運行條件滿足后，整車控制器的診斷功能才會開啟。

(2)診斷功能開啟后，在滿足故障碼設置的條件后，才能設置故障碼并執行該故障碼對應的操作；滿足故障碼恢復的條件后，故障碼可以恢復；對于特別嚴重的故障可定義故障碼除手動恢復外，其他條件不允許恢復故障。

(3)清除故障碼。在多個駕駛循環內，整車控制器都沒有檢測到故障才能將該故障清除；對于特別嚴重的故障，可以定義只能手動清除。

(4)需要根據每個故障的實際情況定義故障碼運行條件、故障設置條件、故障恢復條件，否則容易出現故障誤報情況。

圖2為整車控制器故障診斷機制狀態圖。

圖2 整車控制器故障診斷機制狀態圖

4 故障診斷機制測試系統簡介及實現

4.1 故障診斷機制測試系統簡介

故障診斷機制測試系統即經過對整車故障診斷機制分析，利用常用的軟件資源(INCA、CANOE)及模擬負載設備建立測試環境，設計好它必須覆蓋的測試項目，并對故障診斷機制進行測試，記錄測試過程，回放測試記錄，分析測試結果，得出測試結論，才能判斷VCU故障診斷機制能否準確地運作。以下為故障診斷機制測試系統必須包含的測試項目：

(1)故障發生時，故障診斷機制測試系統能否將故障正確上報并儲存。

(2)無故障時，故障診斷機制測試系統是否會誤報故障。

(3)故障碼是否按照規定的格式存儲。

4.2 故障診斷機制測試系統實現

文中提到的故障診斷機制測試系統硬件搭建包括安裝了Vector公司的CANOE軟件及ETAS公司的INCA軟件、電腦、CANOE、INCA以及負載模擬盒。整車控制器故障診斷機制測試系統如圖3所示。

圖3 整車控制器故障診斷機制測試系統

使用CANOE中帶有的CAPL工具編寫測試用例腳本模擬節點工作正常、故障時發送報文，以及測試中各個測試時間節點的故障碼及其狀態信息，使用CANOE本身的記錄、回放報文功能去分析各個測試時間節點整車控制器回復的故障碼及狀態信息是否正確以及采用INCA記錄和MDA分析記錄報文來確認整車控制器其故障診斷機制是否滿足設計要求。

對于整車控制器需要識別的兩大類故障，主要通過以下方式去模擬它們故障產生的方式。

(1)對于通信類故障，采用CANOE中的CAPL工具模擬其他節點發送報文，模擬診斷儀發送診斷命令以讀取故障碼及故障碼狀態。

(2)對于電氣類故障，用模擬負載盒制造電氣故障，用CAPL編寫的測試用例腳本去讀取故障碼及其狀態。

5 結論

故障診斷機制測試系統為VCU診斷機制能準確無誤運轉提供了強有力的依據，確保VCU診斷機制精確地識別故障，完善、精準的整車控制器診斷故障機制可準確無誤地指示出車輛當前的故障狀態，為車輛正常、安全的運作，駕駛員、乘車人員的人身安全提供了保障。整車控制器診斷故障機制測試系統可以在研發階段發現設計缺陷，在項目開發階段進行修改直至解決所有不符合項，并在批量及量產階段為造車出現的故障問題分析提供了準確的故障信息，為發現及解決故障問題提供了依據。經過驗證，整車控制器診斷故障機制測試系統能驗證設計定義的診斷機制是否滿足設計要求、存在缺陷，減少實車驗證時間。