汽車電控模塊在線配置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：汽車電控模塊；下線檢測(cè)；在線配置；軟件結(jié)構(gòu)0引言汽車生產(chǎn)是一個(gè)多廠家合作的過程，相關(guān)的汽車模塊廠家根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)特定的汽車模塊和零部件。這些汽車模塊在車輛下線時(shí)就已經(jīng)批量刷寫好了相關(guān)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(chǔ)存于本地服務(wù)器中的ECU配置值寫入對(duì)應(yīng)車輛ECU中，保證各ECU通過車載總線正常通訊，并上傳配置結(jié)果至制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）供生產(chǎn)商查看。在互聯(lián)網(wǎng)和通訊技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，車內(nèi)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展決定著車內(nèi)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?cái)?shù)據(jù)庫(kù)這一方式已經(jīng)不再適合實(shí)際生產(chǎn)。與此同時(shí)，目前所使用的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的品種代碼數(shù)量也在快速增加。面對(duì)大量的車輛配置信息數(shù)據(jù)，人工更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的方式效率低下，在數(shù)據(jù)管理方面更新維護(hù)復(fù)雜，且人工整理過程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤，配置協(xié)議版本不匹配等錯(cuò)誤，導(dǎo)致生產(chǎn)下線受到一定影響。所以，針對(duì)上述問題，必須對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)人工ECU配置系統(tǒng)作相應(yīng)升級(jí)。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(fù)責(zé)下線檢測(cè)的數(shù)據(jù)管理，包括檢測(cè)情況查詢、在線檢測(cè)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(cè)的實(shí)際操作內(nèi)容。主要方案如圖1所示。汽車在流水線生產(chǎn)時(shí)，自身會(huì)攜帶一份隨車卡記錄在裝配期間的相關(guān)信息，其中包括車輛識(shí)別代碼（VehicleIdentificationNumber，VIN）和車輛配置代碼（VehicleSchemeNumber，VSN）。由引車員使用掃描槍對(duì)車輛隨身碼進(jìn)行掃描，獲得的車輛相關(guān)信息發(fā)送至測(cè)試電檢服務(wù)器，測(cè)試電檢服務(wù)器則根據(jù)此信息對(duì)配置服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求。在線配置服務(wù)器根據(jù)獲得的車輛信息在其數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，檢索到車輛相關(guān)配置信息后，經(jīng)由中間件進(jìn)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?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)測(cè)試終端也獲得此ECU的在線配置協(xié)議。測(cè)試終端根據(jù)在線協(xié)議對(duì)車輛進(jìn)行相關(guān)通訊檢測(cè)，得到檢測(cè)反饋結(jié)果后，將車輛各ECU的配置結(jié)果保存于本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)也將配置結(jié)果上傳到在線配置服務(wù)器中，以更新車輛數(shù)據(jù)狀態(tài)供管理端查詢檢測(cè)實(shí)時(shí)情況?；玖鞒倘鐖D2所示。2在線配置系統(tǒng)架構(gòu)在線配置系統(tǒng)架構(gòu)主要包括系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)?？紤]車輛配置過程與配置設(shè)備的通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)與檢測(cè)應(yīng)用的通訊以及服務(wù)器與檢測(cè)應(yīng)用的通訊等流程，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在符合上述要求的同時(shí)，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(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為3個(gè)部分，仿照傳統(tǒng)的軟件MVC（View，Controller，Model）三層架構(gòu)設(shè)計(jì)。具體的部署結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。表示層（View）主要在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中負(fù)責(zé)承擔(dān)用戶輸入、數(shù)據(jù)顯示和狀態(tài)顯示。控制層（Controller）主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部處理邏輯，承擔(dān)著包括車型信息匹配、通訊板卡初始化、IMMO鑰匙匹配檢測(cè)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(guān)請(qǐng)求，經(jīng)由內(nèi)部處理邏輯處理結(jié)束后返回給表示層相關(guān)的處理結(jié)果。控制層也會(huì)根據(jù)內(nèi)部處理邏輯需要與數(shù)據(jù)層進(jìn)行交互，以提取或者更新數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層（Model）主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和提取。在線配置系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)中，電檢服務(wù)器是一個(gè)較為特殊的部分。為了方便對(duì)診斷數(shù)據(jù)和結(jié)果的直接管理，通常檢測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的同時(shí)也必須上傳至電檢服務(wù)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(shí)，保持檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)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(gè)部分。第一部分為實(shí)時(shí)獲取，即產(chǎn)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(wù)器請(qǐng)求在線配置數(shù)據(jù)，并將所得到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。第二部分為批量下載部分，在線配置工位的服務(wù)器運(yùn)行獲取在線配置的后臺(tái)程序，此后臺(tái)程序定時(shí)向數(shù)據(jù)管理端服務(wù)器發(fā)動(dòng)請(qǐng)求，下載數(shù)據(jù)管理端在線服務(wù)器中對(duì)應(yīng)總線上的車輛配置信息，并保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，作為數(shù)據(jù)管理端在線配置服務(wù)器宕機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)的備用數(shù)據(jù)源。ECU在線配置由特定的模塊完成，經(jīng)由應(yīng)用層將獲取到的ECU配置值通過車機(jī)通訊寫入對(duì)應(yīng)的車輛ECU中，以保證各個(gè)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(jié)構(gòu)之后，根據(jù)在線配置的軟件流程設(shè)計(jì)，對(duì)車輛在線配置功能進(jìn)行開發(fā)。目前車廠進(jìn)行在線配置過程必須根據(jù)模塊通訊協(xié)議進(jìn)行。3.1在線配置通訊協(xié)議目前車內(nèi)通訊架構(gòu)各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)交流一般使用車內(nèi)控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork，CAN）通訊以及LIN（LocalInterconnectNetwork）總線。某車型車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。通訊架構(gòu)內(nèi)部自帶網(wǎng)關(guān)控制器，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)不同結(jié)構(gòu)和特征的CAN總線網(wǎng)絡(luò)及其他數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)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(dá)網(wǎng)關(guān)后，網(wǎng)關(guān)做進(jìn)一步的處理，在網(wǎng)關(guān)中過濾各個(gè)信息的速度、數(shù)據(jù)量和緊急程度，并在必要時(shí)進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還要對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行監(jiān)控和診斷[3]。ISO11898-1《數(shù)據(jù)鏈路層和物理層信號(hào)》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(cè)技術(shù)，且主流的通訊協(xié)議模型如圖7所示。網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和會(huì)話層使用ISO-15765協(xié)議（CAN診斷協(xié)議）為應(yīng)用層提供控制接口的同時(shí)對(duì)通訊時(shí)間參數(shù)、通訊流控制等進(jìn)行規(guī)定[5-6]。無論底層使用哪種通訊技術(shù)，一般來說應(yīng)用層依舊使用ISO-14229協(xié)議，即統(tǒng)一診斷服務(wù)（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(wù)，具體如表2所示（只列出與在線配置相關(guān)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(nèi)置了安全訪問服務(wù)，在進(jìn)行在線配置或其他檢測(cè)過程前都需要通過其安全訪問機(jī)制。當(dāng)對(duì)應(yīng)的ECU內(nèi)部進(jìn)入“安全模式”，才能對(duì)內(nèi)部配置值進(jìn)行改寫。安全訪問服務(wù)是一種加密保護(hù)機(jī)制，加密策略采用了種子和密鑰相關(guān)聯(lián)的方法[9]，種子和密鑰長(zhǎng)度都為32bit。每次匹配設(shè)備與模塊ECU請(qǐng)求種子時(shí)，模塊ECU內(nèi)部軟件會(huì)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的種子，測(cè)試設(shè)備接收此隨機(jī)種子進(jìn)行內(nèi)部計(jì)算，計(jì)算得到的密鑰重新發(fā)送給模塊ECU進(jìn)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(jìn)入模塊ECU安全模式之前，配置設(shè)備首先需要發(fā)送“1003”指令進(jìn)入“10”診斷服務(wù)，服務(wù)子功能為“03”，進(jìn)入模塊ECU擴(kuò)展會(huì)話模式。進(jìn)入擴(kuò)展會(huì)話之后，配置設(shè)備發(fā)送“27”診斷服務(wù)內(nèi)“01”子功能請(qǐng)求計(jì)算種子；收到模塊ECU返回的請(qǐng)求種子進(jìn)行計(jì)算之后，進(jìn)入“02”子功能發(fā)送密鑰進(jìn)行密鑰比對(duì)。若模塊ECU密鑰匹配正確則發(fā)送“6702”正反饋，并內(nèi)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(gòu)的相關(guān)模塊ECU通訊協(xié)議所規(guī)定。通訊協(xié)議包括了對(duì)模塊ECU的模式設(shè)定，以及對(duì)特定的信號(hào)輸入的正負(fù)反饋和應(yīng)答操作等信息。使用配置設(shè)備與ECU進(jìn)行通訊，進(jìn)入某一項(xiàng)配置功能時(shí)，軟件會(huì)根據(jù)協(xié)議過程對(duì)模塊ECU進(jìn)行一系列的信號(hào)發(fā)送，并接收模塊ECU的反饋數(shù)據(jù)。而模塊ECU此時(shí)會(huì)根據(jù)配置設(shè)備所給的特定信號(hào)觸發(fā)內(nèi)置的特定程序，結(jié)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(shè)備首先嘗試與模塊ECU進(jìn)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(jīng)過3次通訊無響應(yīng)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(yīng)。在進(jìn)行任何診斷服務(wù)或者檢測(cè)服務(wù)前，一般都要對(duì)車輛信息進(jìn)行識(shí)別和確認(rèn)。配置設(shè)備發(fā)送“22”進(jìn)入診斷服務(wù)讀取模塊ECU的內(nèi)置車輛信息（VIN碼），以供配置工位操作員確認(rèn)。VIN碼確認(rèn)后，配置設(shè)備根據(jù)此VIN碼請(qǐng)求在生產(chǎn)服務(wù)器或直接在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中查詢車輛配置信息。配置信息獲取之后，配置設(shè)備與模塊ECU通訊進(jìn)入“安全訪問模式”，此時(shí)模塊ECU解鎖。配置設(shè)備發(fā)送“2E”請(qǐng)求修改地址為“F1B9”的設(shè)備內(nèi)部配置代碼，并隨后發(fā)送“22”請(qǐng)求回讀模塊ECU內(nèi)部配置代碼與獲取（在線/本地）的配置代碼進(jìn)行匹配。匹配正常后配置設(shè)備發(fā)送清除故障碼代碼，結(jié)束與特定模塊的通訊。4軟件界面設(shè)計(jì)軟件界面負(fù)責(zé)完成用戶輸入、數(shù)據(jù)顯示和狀態(tài)信息顯示3個(gè)功能。良好的軟件界面會(huì)給配置操作人員提供良好的人機(jī)交互界面，以獲得較好的交互體驗(yàn)，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(wǎng)狀態(tài)欄3大板塊組成（圖10）。狀態(tài)提示欄占用較大頁(yè)面，可以給操作人員提供較為容易關(guān)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(duì)。聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)欄主要顯示配置設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，供操作人員了解配置前信息請(qǐng)求和配置后信息上傳的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。軟件配置界面由功能選擇和設(shè)置兩大板塊組成（圖11）。功能選擇包括了各個(gè)模塊的在線配置選項(xiàng)，這使得數(shù)據(jù)庫(kù)在進(jìn)行配置協(xié)議存儲(chǔ)時(shí)，可以按照不同模塊進(jìn)行分類優(yōu)化，以獲得較快的查詢速度。