一種車載網關路由失效故障的排查與研究

馬伯祥，段沖磊，聶澤宇，李志寧，陳樹星，王 鑫

（一汽解放 商用車開發院，吉林 長春 130011）

為了提升汽車的安全、舒適等性能，汽車上的電控單元不斷增多，汽車已由簡單的機械產品發展為復雜的機電一體化產品。在汽車中往往將不同控制器按照功能或者通信速率等劃分為不同網段，不同網段間的信息互換通常采用網關實現，汽車網關是整車電子電氣架構中的關鍵部件，其作為整車網絡的數據交換樞紐，可將不同網段的數據進行路由，因此網關的高速率、多通道及安全性對汽車而言至關重要。

1 故障現象

4S店售后反饋某重卡車型故障：部分該車型，在將點火開關打到OFF擋位后，如駕駛員沒有拔鑰匙下車，而選擇短時間內再次起動車輛，則液晶顯示屏報多個控制器故障燈，且車輛無法點火起動。

2 整車故障排查

根據4S店反饋的故障現象，對該車型進行故障排查：利用診斷儀對整車上各控制器進行故障讀取，結果顯示①TBOX報出發動機和液晶顯示屏丟失故障；②發動機報出TBOX和車身控制器丟失故障；③液晶顯示屏對診斷儀的故障讀取無診斷響應。

通過診斷儀對整車各控制器進行故障診斷的結果可以看出，整車上多個控制器丟失，結合該重卡車型的網絡拓撲，如圖1所示，可以發現舒適域上的控制器報出動力域上的節點丟失故障，同樣，動力域上的控制器報出舒適域上的節點丟失故障。故初步判斷造成該問題的原因是網關控制器路由功能失效。

圖1 某重卡車型網絡拓撲簡圖

為進一步確認此問題，結合該重卡車型的網關路由表，監測整車動力CAN網段路由到舒適CAN網段報文、舒適CAN網段路由到動力CAN網段報文：①在舒適CAN網段上未監測到發動機控制器、液晶顯示屏等動力域上路由到舒適CAN網段上的報文；②在動力CAN網段上未監測到TBOX、車身控制器等舒適域上路由到動力CAN網段上的相關報文。

綜上，進一步判斷，網關控制器路由功能失效，是產生整車故障的主要原因。

3 制定試驗策略

3.1 睡眠喚醒原理

以上述故障排查為基礎，以該網絡睡眠喚醒策略為出發點，對該車型網關控制器路由功能進行分析驗證策略定義。該車型執行的睡眠喚醒策略如圖2所示。

圖2 整車舒適CAN網絡睡眠喚醒邏輯

3.2 試驗方法設計

在制定試驗方法階段結合整車的睡眠喚醒策略，從整車可能出現的不同工況對網關控制器進行測試。

圖3是對網關控制器在整車上可能出現的工況按睡眠喚醒和睡眠中斷進行故障分析的原理圖。

4 驗證

進行試驗前搭建測試環境如圖4所示，PC控制測試機柜對網關控制器舒適CAN和動力CAN報文進行采集并模擬發送報文。

根據上述網關故障分析原理圖以及所搭建的測試環境對該車型網關的睡眠喚醒和睡眠中斷分別進行測試。將網關收到睡眠指令而進入睡眠的方式定義為睡眠方式1，將網關連續10s沒有在舒適CAN總線上接收到報文而進入睡眠狀態定義為睡眠方式2。在網關控制器的睡眠喚醒測試中需保證網關在睡眠方式1及睡眠方式2中處于KL15 OFF狀態的時間分別大于5s和10s，使網關進入睡眠狀態；在網關控制器的睡眠中斷測試中需保證網關在睡眠方式1和睡眠方式2中處于KL15 OFF狀態的時間分別小于5s和10s，使網關未進入睡眠狀態。

圖3 網關故障分析原理圖

圖4 測試環境搭建

在本次驗證試驗中，對睡眠方式1以及睡眠方式2采用間隔時間1s，每秒重復5次的原則進行試驗，共得到255組數據。表1和表2分別為網關控制器的睡眠喚醒和睡眠中斷測試的部分數據。

表1 網關睡眠喚醒試驗結果

表2 網關睡眠中斷試驗結果

從表1和表2的測試結果可以看出，在網關睡眠中斷測試中，當點火開關打到OFF擋，在短時間內將點火開關打到ON擋，網關睡眠被中斷，網關路由功能失效。通過篩選以KL15 ON的方式進行中斷試驗的數據，最終確定當點火開關打到OFF擋位后5s內將點火開關打到ON擋，網關控制器路由功能失效，表3為采用KL15 ON方式分別對睡眠方式1和睡眠方式2進行中斷試驗的部分數據。

表3 KL15 ON中斷時間部分試驗數據

5 解決方案

網關路由功能失效造成該重型卡車無法起動并報出大量故障，后果十分嚴重，對網關控制器睡眠管理模塊進行排查，發現網關控制器在點火開關由ON擋打到OFF擋后立即開始存儲電源管理數據和診斷數據，網關控制器為保證此部分功能的正常運行在睡眠管理模塊中采用延時函數來延遲網關睡眠，點火開關打到OFF擋后5s內再次打到ON擋影響了延時函數，故造成網關路由功能失效。針對此故障，提出以下解決方案，詳見表4。

表4 整改方案特點

方案1：針對試驗結果，并結合整車功能，采用對功能設置優先級并且增加判斷的方式對此睡眠管理模塊進行修改，為保證網關在點火開關由ON擋打到OFF擋后能夠正常存儲電源管理數據和診斷數據，將其優先級設置成最高，即延時函數不會被影響，采用此方法修改，當點火開關打到ON擋5s內網關不喚醒同時也不會起動車輛，當延時函數超時后可以正常起動車輛。

方案2：綜合考慮整車功能、中斷資源、優先級等因素將延時函數升級為中斷函數，根據整車功能設計中斷優先級，將KL15 ON進行睡眠中斷的優先級設置為最高，網關控制器的睡眠進程被KL15 ON中斷后將會停止進行電源管理和診斷數據的存儲，默認為上一次的存儲數據；將網關存儲電源管理數據和診斷數據的優先級設置為中，并結合睡眠方式，將接收到睡眠指令后，CAN報文中斷睡眠進程的優先級設置為低，使網關控制器接收到睡眠指令后，不會被CAN報文中斷睡眠進程；而當網關控制器10s內接收到CAN報文而中斷睡眠進程，由于屬于睡眠條件不滿足，其優先級設置為高，其可中斷電源管理數據和診斷數據的存儲，同樣默認為上一次的存儲數據。采用該方案，在睡眠喚醒功能模塊里將中斷優先級按照KL15 ON中斷＞網關未接收到睡眠指令并在10s內接受CAN報文中斷＞網關存儲電源管理數據和診斷數據功能＞網關接收到睡眠指令后5s內中斷進行設置，使整車功能不受影響，在升級后進行全功能復驗以保證網關控制器功能正常，并且未引發新問題。

方案1將延時函數的優先級設置成最高，即禁止KL15 ON中斷網關控制器睡眠進程，該方案的特點是軟件修改方法簡單，周期相對較短，且在修改軟件過程中不易引入新問題，但可能對實際操作體驗產生影響，不易廣泛使用，可以作為臨時方案；方案2針對當前故障現象對網關控制器的應用程序進行升級，并在升級后需要對網關控制器進行全功能復驗，以保證升級成功并未引發新問題。該方案的特點是不會影響整車功能，但修改難度較大，復驗周期較長，容易引發其它問題。

根據該車型功能、客戶需求以及修改成本，同時結合方案1和方案2的特點，采用先使用方案1修改此問題，以保證該問題能夠在短時間內快速解決，而后將采用方案2對其進行二次升級。經測試驗證，采用方案1修復此故障，故障現象未復現，對客戶進行跟蹤調查發現，該方案基本不影響實際操作體驗。后續采用方案2修復網關控制器，通過復驗后對該網關進行軟件升級。

6 結論

本文通過整車出現的故障，對網關控制器路由功能失效的情況進行故障排查、分析和試驗方法設計，并結合整車功能提出整改方案，對控制器網絡測試、整車故障排查及整車問題整改工作具有一定參考意義。