虚拟ECU:助力汽车故障诊断
随着汽车电子设备电路集成化程度越来越高,现代汽车所配备的ECU已达数百个。作为“行车大脑”,ECU负责将以模拟信号、数字信号、脉冲信号这三种形式的输入信号进行处理并输出至各电磁阀、电机与指示灯,与汽车行驶安全息息相关。日常驾驶中,对汽车ECU最直观的感受往往来自仪表盘,除了常规的车速里程表、转速表、燃油表等,还有各种各样的指示灯或警报灯。
传统汽车仪表盘上通常会有燃油量指示灯、远近光变光指示灯,而现代汽车的仪表盘中还会有制动防抱死系统(ABS)指示灯、驱动控制指示灯等。这些指示灯就与汽车故障诊断息息相关。
01.汽车故障诊断发展史
20世纪50年代之前,汽车的故障诊断完全依赖于汽车工人的经验及简单的检测工具,效率较低且无法精确排查特殊故障。20世纪50年代,汽车技术开始与电子技术相结合,具备速度快捷、功能强大、高可靠性、成本低廉等众多优点的ECU极大程度上提高了汽车的动力性、舒适性、安全性与经济性,但也是故障发生频率最高的汽车部件。随着汽车发动机电控系统复杂程度日益上升,即便当时已出现功能相对单一的单项故障诊断技术,引入ECU所带来的故障类型依然难以判定。第一代车载自诊断系统(On Board Diagnostics,OBD)应运而生。
由于该阶段不同汽车厂商所使用的OBD系统互不兼容,1988年,美国汽车工程协会对汽车针对接口机子诊断功能标准进行了统一,公布了第二代车载诊断系统(OBDII)并强制规定所有车辆安装(在一定程度上缓解了当时的汽车尾气污染)。20世纪90年代末,随着人工神经网络分析法、小波分析法等新兴学科知识的引入,诊断速度得到了大幅提升,功能也更为全面。
与国外不同,国内汽车行业起步较晚。1977年的首个国家级课题“汽车不解体检测技术”标志着我国汽车故障诊断技术的正式起步,直至2010年,国内生产的汽车才被强制安装OBDII。尽管目前国内汽车故障诊断相关的产品越来越丰富,但在功能性、精准度、界面友好性及操作便捷性上都依然存在较大提升空间。
02.ECU故障诊断系统工作流程
为对当前ECU的故障诊断系统进行更深入的了解,首先需要对其工作流程进行解读:
第一步:通过实时监测汽车运行过程中的电控系统及电路元件的工作情况,再根据特定算法判断出具体故障,并将其以诊断故障码(Diagnostic Trouble Codes,DTC)的形式存储于汽车外置的非易失性存储器,同时判断故障类型与情况并采取相应措施,如点亮相应的仪表盘故障灯,以此提醒驾驶人员。
第二步:通过使用统一诊断服务(Unified Diagnostic Services,UDS,由ISO14229定义)的形式读取故障码信息并进行相关操作,完成故障的调查与维修。
然而,伴随着各种各样新技术、新工艺的不断出现和汽车产业的飞速发展,当前汽车故障诊断的主要问题已不在于故障诊断系统——即便ECU故障诊断系统已准备就绪,车厂的开发团队还是需要等待实际硬件到达可用水平,研发周期严重拉长。
03.虚拟ECU故障诊断系统
在开发早期阶段对硬件进行模拟仿真,以便更早开展测试与验证工作,缩短开发周期,已成为目前主流车厂的共识。将虚拟验证放入开发流程,使产品在制造前就满足基本条件,可以使开发工作事半功倍,提升整体效率。
▲图1 V字形开发流程中的虚拟验证
目前在全球范围内普遍认可的汽车嵌入式软件架构为AUTOSAR(AUTomotive Open System Architecture)。
▲图2 AUTOSAR分层架构
SkyEye,中文全称天目全数字实时仿真软件,是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台,能够为汽车嵌入式软件提供满足AUTOSAR标准的ECU虚拟化运行环境,实现故障诊断系统的预模拟。除了能够提前进行故障诊断的相关验证外,SkyEye还具备测试用例执行时间远低于实际硬件的优势,是车厂研发团队的最佳伴侣。
在数十年的汽车发展过程中,是新技术的不断引入带来了汽车产业的升级与发展,相信虚拟ECU技术在融入传统汽车行业的过程中,一定能为人们带来更加高效、可靠、安全与智能的驾驶体验。
参考文献
[1] Virtual ECU Development for Vehicle Diagnostics Software Testing using UDS Protocol,IEEE,Shubham Bidkar; S. L. Patil; Pravin Shinde
[2] 一篇易懂的ECU故障诊断指南,汽车电子与软件,糊涂振
[3] 基于UDS协议的汽车电控单元故障诊断服务设计与实现,陈睿智
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