汽車電控模塊在線配置系統(tǒng)設計

關鍵詞：汽車電控模塊；下線檢測；在線配置；軟件結構0引言汽車生產是一個多廠家合作的過程，相關的汽車模塊廠家根據(jù)國際標準生產特定的汽車模塊和零部件。這些汽車模塊在車輛下線時就已經批量刷寫好了相關的電控單元（ElectronicControlUnit，ECU）程序并給予相配的通訊協(xié)議[1]。車輛模塊ECU配置系統(tǒng)主要將儲存于本地服務器中的ECU配置值寫入對應車輛ECU中，保證各ECU通過車載總線正常通訊，并上傳配置結果至制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）供生產商查看。在互聯(lián)網和通訊技術不斷發(fā)展的情況下，車內控制網絡的發(fā)展決定著車內模塊ECU不斷增多[2]。ECU配置所需要的車輛配置信息，由人工整理方式錄入到本地數(shù)據(jù)庫這一方式已經不再適合實際生產。與此同時，目前所使用的本地數(shù)據(jù)庫的品種代碼數(shù)量也在快速增加。面對大量的車輛配置信息數(shù)據(jù)，人工更新本地數(shù)據(jù)庫的方式效率低下，在數(shù)據(jù)管理方面更新維護復雜，且人工整理過程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入錯誤，配置協(xié)議版本不匹配等錯誤，導致生產下線受到一定影響。所以，針對上述問題，必須對現(xiàn)有傳統(tǒng)人工ECU配置系統(tǒng)作相應升級。1在線配置系統(tǒng)方案在線配置系統(tǒng)主要分為兩部分，包括數(shù)據(jù)管理端和在線配置工位端。數(shù)據(jù)管理端主要負責下線檢測的數(shù)據(jù)管理，包括檢測情況查詢、在線檢測協(xié)議發(fā)送和車輛信息管理等需求。在線配置工位與車輛直接接觸，完成檢測的實際操作內容。主要方案如圖1所示。汽車在流水線生產時，自身會攜帶一份隨車卡記錄在裝配期間的相關信息，其中包括車輛識別代碼（VehicleIdentificationNumber，VIN）和車輛配置代碼（VehicleSchemeNumber，VSN）。由引車員使用掃描槍對車輛隨身碼進行掃描，獲得的車輛相關信息發(fā)送至測試電檢服務器，測試電檢服務器則根據(jù)此信息對配置服務器進行數(shù)據(jù)請求。在線配置服務器根據(jù)獲得的車輛信息在其數(shù)據(jù)庫內部進行數(shù)據(jù)檢索，檢索到車輛相關配置信息后，經由中間件進行車輛信息的處理，再將車輛配置信息發(fā)回。發(fā)回的車輛配置信息（如ECU配置協(xié)議等）被提取并保存在本地數(shù)據(jù)庫中，同時測試終端也獲得此ECU的在線配置協(xié)議。測試終端根據(jù)在線協(xié)議對車輛進行相關通訊檢測，得到檢測反饋結果后，將車輛各ECU的配置結果保存于本地數(shù)據(jù)庫，同時也將配置結果上傳到在線配置服務器中，以更新車輛數(shù)據(jù)狀態(tài)供管理端查詢檢測實時情況?；玖鞒倘鐖D2所示。2在線配置系統(tǒng)架構在線配置系統(tǒng)架構主要包括系統(tǒng)部署結構設計和軟件流程設計。考慮車輛配置過程與配置設備的通訊、數(shù)據(jù)庫與檢測應用的通訊以及服務器與檢測應用的通訊等流程，設計的系統(tǒng)在符合上述要求的同時，還必須保證有良好的交互界面交予操作員使用。2.1在線配置系統(tǒng)部署結構系統(tǒng)結構主要分為3個部分，仿照傳統(tǒng)的軟件MVC（View，Controller，Model）三層架構設計。具體的部署結構圖如圖3所示。表示層（View）主要在系統(tǒng)結構中負責承擔用戶輸入、數(shù)據(jù)顯示和狀態(tài)顯示。控制層（Controller）主要負責整個系統(tǒng)內部處理邏輯，承擔著包括車型信息匹配、通訊板卡初始化、IMMO鑰匙匹配檢測以及車輛模塊ECU在線配置等主要處理流程。除此之外，控制層還需要接收表示層所傳入的相關請求，經由內部處理邏輯處理結束后返回給表示層相關的處理結果?？刂茖右矔鶕?jù)內部處理邏輯需要與數(shù)據(jù)層進行交互，以提取或者更新數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層（Model）主要負責系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和提取。在線配置系統(tǒng)部署結構中，電檢服務器是一個較為特殊的部分。為了方便對診斷數(shù)據(jù)和結果的直接管理，通常檢測的相關數(shù)據(jù)在本地數(shù)據(jù)庫存儲的同時也必須上傳至電檢服務器。這樣可以在數(shù)據(jù)管理部門和線下的在線配置工位相互分隔的同時，保持檢測數(shù)據(jù)的實時更新同步。2.2在線配置系統(tǒng)軟件流程根據(jù)在線配置系統(tǒng)的設計方案，設計出如圖4所示的軟件流程。完整的軟件流程由車輛配置信息的獲取和ECU在線配置兩大部分組成。車輛配置信息的獲取主要分為兩個部分。第一部分為實時獲取，即產線引車員利用掃描槍掃描車身的VIN碼和VSN碼獲得車輛特定信息，根據(jù)此信息向在線服務器請求在線配置數(shù)據(jù)，并將所得到的數(shù)據(jù)存儲進本地數(shù)據(jù)庫。第二部分為批量下載部分，在線配置工位的服務器運行獲取在線配置的后臺程序，此后臺程序定時向數(shù)據(jù)管理端服務器發(fā)動請求，下載數(shù)據(jù)管理端在線服務器中對應總線上的車輛配置信息，并保存在本地數(shù)據(jù)庫中，作為數(shù)據(jù)管理端在線配置服務器宕機或者網絡繁忙時的備用數(shù)據(jù)源。ECU在線配置由特定的模塊完成，經由應用層將獲取到的ECU配置值通過車機通訊寫入對應的車輛ECU中，以保證各個ECU之間的正常通訊。3車輛在線配置功能開發(fā)確定在線配置系統(tǒng)結構之后，根據(jù)在線配置的軟件流程設計，對車輛在線配置功能進行開發(fā)。目前車廠進行在線配置過程必須根據(jù)模塊通訊協(xié)議進行。3.1在線配置通訊協(xié)議目前車內通訊架構各個模塊的數(shù)據(jù)交流一般使用車內控制器局域網絡（ControllerAreaNetwork，CAN）通訊以及LIN（LocalInterconnectNetwork）總線。某車型車內網絡如圖5所示。通訊架構內部自帶網關控制器，負責協(xié)調不同結構和特征的CAN總線網絡及其他數(shù)據(jù)網絡之間的協(xié)議轉換、數(shù)據(jù)交換和故障診斷等工作。不同總線系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)到達網關后，網關做進一步的處理，在網關中過濾各個信息的速度、數(shù)據(jù)量和緊急程度，并在必要時進行緩沖存儲。同時，網關還要對系統(tǒng)故障進行監(jiān)控和診斷[3]。ISO11898-1《數(shù)據(jù)鏈路層和物理層信號》協(xié)議定義了CAN總線數(shù)據(jù)幀如圖6所示[4]。目前車輛使用較為廣泛的是基于CAN總線的檢測技術，且主流的通訊協(xié)議模型如圖7所示。網絡層、傳輸層和會話層使用ISO-15765協(xié)議（CAN診斷協(xié)議）為應用層提供控制接口的同時對通訊時間參數(shù)、通訊流控制等進行規(guī)定[5-6]。無論底層使用哪種通訊技術，一般來說應用層依舊使用ISO-14229協(xié)議，即統(tǒng)一診斷服務（UnifiedDiagnosticServices，UDS）協(xié)議[7-8]。UDS診斷協(xié)議規(guī)定了一些列的診斷服務，具體如表2所示（只列出與在線配置相關部分）。3.2ECU安全訪問一般來說，車輛防盜控制器模塊和ECM模塊都內置了安全訪問服務，在進行在線配置或其他檢測過程前都需要通過其安全訪問機制。當對應的ECU內部進入“安全模式”，才能對內部配置值進行改寫。安全訪問服務是一種加密保護機制，加密策略采用了種子和密鑰相關聯(lián)的方法[9]，種子和密鑰長度都為32bit。每次匹配設備與模塊ECU請求種子時，模塊ECU內部軟件會產生一個隨機的種子，測試設備接收此隨機種子進行內部計算，計算得到的密鑰重新發(fā)送給模塊ECU進行密鑰匹配。如果密鑰正確匹配，則自身解鎖。具體安全訪問流程如圖8所示。在進入模塊ECU安全模式之前，配置設備首先需要發(fā)送“1003”指令進入“10”診斷服務，服務子功能為“03”，進入模塊ECU擴展會話模式。進入擴展會話之后，配置設備發(fā)送“27”診斷服務內“01”子功能請求計算種子；收到模塊ECU返回的請求種子進行計算之后，進入“02”子功能發(fā)送密鑰進行密鑰比對。若模塊ECU密鑰匹配正確則發(fā)送“6702”正反饋，并內部解鎖。3.3在線配置通訊目前汽車廠所使用的車輛配置流程主要是根據(jù)所采購的相關模塊ECU通訊協(xié)議所規(guī)定。通訊協(xié)議包括了對模塊ECU的模式設定，以及對特定的信號輸入的正負反饋和應答操作等信息。使用配置設備與ECU進行通訊，進入某一項配置功能時，軟件會根據(jù)協(xié)議過程對模塊ECU進行一系列的信號發(fā)送，并接收模塊ECU的反饋數(shù)據(jù)。而模塊ECU此時會根據(jù)配置設備所給的特定信號觸發(fā)內置的特定程序，結合傳入的配置數(shù)據(jù)以刷新配置狀態(tài)。具體以BCM模塊為例，其在線配置流程如圖9所示。在BCM模塊的配置流程中，配置設備首先嘗試與模塊ECU進行通訊，即發(fā)送“3E00”指令來判斷通訊線束是否正常連接至車輛。一般經過3次通訊無響應之后，程序提示“診斷線束未連接”。正常鏈接通訊后，模塊ECU返回“7E00”正響應。在進行任何診斷服務或者檢測服務前，一般都要對車輛信息進行識別和確認。配置設備發(fā)送“22”進入診斷服務讀取模塊ECU的內置車輛信息（VIN碼），以供配置工位操作員確認。VIN碼確認后，配置設備根據(jù)此VIN碼請求在生產服務器或直接在本地數(shù)據(jù)庫中查詢車輛配置信息。配置信息獲取之后，配置設備與模塊ECU通訊進入“安全訪問模式”，此時模塊ECU解鎖。配置設備發(fā)送“2E”請求修改地址為“F1B9”的設備內部配置代碼，并隨后發(fā)送“22”請求回讀模塊ECU內部配置代碼與獲?。ㄔ诰€/本地）的配置代碼進行匹配。匹配正常后配置設備發(fā)送清除故障碼代碼，結束與特定模塊的通訊。4軟件界面設計軟件界面負責完成用戶輸入、數(shù)據(jù)顯示和狀態(tài)信息顯示3個功能。良好的軟件界面會給配置操作人員提供良好的人機交互界面，以獲得較好的交互體驗，減輕操作人員的操作難度。本系統(tǒng)主界面由車輛信息欄、狀態(tài)提示欄和聯(lián)網狀態(tài)欄3大板塊組成（圖10）。狀態(tài)提示欄占用較大頁面，可以給操作人員提供較為容易關注到的操作信息。車輛信息欄主要是在操作人員使用掃描槍掃描隨車卡的條形碼后，隨即顯示車輛VIN碼和VSN碼等車輛信息，供操作人員與車身VIN碼和VSN碼比對。聯(lián)網狀態(tài)欄主要顯示配置設備的聯(lián)網狀態(tài)，供操作人員了解配置前信息請求和配置后信息上傳的網絡狀態(tài)。軟件配置界面由功能選擇和設置兩大板塊組成（圖11）。功能選擇包括了各個模塊的在線配置選項，這使得數(shù)據(jù)庫在進行配置協(xié)議存儲時，可以按照不同模塊進行分類優(yōu)化，以獲得較快的查詢速度。