售后診斷系統設計

廣汽研究院 劉雙雙 陳啟達 陳敏華

汽車電子電器架構越來越復雜，本文主要根據UDS診斷服務，開發售后診斷系統做出簡要說明，主要說明了售后診斷系統的中央服務器的作用和更能要求；客戶端的簡要介紹，以及簡要介紹了客戶端的設計思路；最后本文簡說明了VCI的作用，以及目前VCI所實現的接口協議。

目前汽車的產業飛速發展，整車的電子電器架構趨向于復雜化，集成化。一般維修技師對車輛了的維修越發困難，因此對于汽車電子電器系統的自動化診斷越來越重要。OBD（車載診斷系統）最早起源于美國，早期的功能主要用于監控汽車排放，經過幾十年的發展，OBD已經成為汽車功能檢測、軟件升級和售后維修中維修不可缺少的一部分。為了方便售后維修人員對車輛的維修、各種傳感器的標定和ECU控制器軟件升級，整車廠需要根據售后維修需求開發售后診斷系統?；谶B接整車OBD口的診斷系統，主要由三部分組成：中央服務器，客戶端和VCI（車輛連接接口）硬件如圖1所示。

圖1 售后診斷系統結構圖

對于服務器，主要是用來診斷數據庫的分發、車輛關鍵數據保存，客戶端使用權限管理和車輛診斷日志的保存等?？蛻糁饕菍崿F對車輛的診斷功能操作、實現數據上傳。VCI是客戶端連接車輛的標準接口。

1 售后診斷中央服務器

1.1 客戶端權限管理

對于售后診斷系統來說，不僅僅提供給售后維修人員用于維修和維護售后車輛，同樣可以提供給車輛研發人員用于排查試制或試驗車問題，維護試制車輛ECU控制器軟件。因此該系統的用戶不僅僅是售后維修技師，同樣包括汽車研發人員。對于不同類型用戶來說，診斷儀系統客戶端需要根據不同的用戶角色開放不同的權限。擔任劃分診斷系統客戶端權限的任務就是由服務器完成。中央服務器需要根據不同用戶對診斷系統客戶端開放不同的軟件功能。

服務器對客戶端功能權限的管理一般是通過分組來管理。首先，針對不同的用戶角色建立不同分組（例如，劃分工程師和售后維修技師分組），其次，對不同用戶分組分配不同的客戶端功能。當有用戶名需要創建時，按照使用角色分配到相應的分組內。在客戶端激活時，服務器根據用戶名所在的組下發一個與其角色相符合的客戶端配置文件給客戶端，客戶端在激活時，根據本地的配置文件配置診斷儀客戶端向用戶開發不同的功能。

1.2 授權管理

為了車輛數據安全，客戶端對車輛進行特殊操作，例如匹配車輛鑰匙，刷新ECU軟件等，需要進行特殊授權?？蛻舳吮仨毜牡椒掌髡J證方可執行相應操作。一般操作如下：客戶端根據車型和ECU名稱及相應的操作生成隨機數申請碼，通過網絡將申請碼上傳到服務器進行授權算法計算得到授權碼，然后將計算結果返回到客戶端?？蛻舳藢⒎祷氐檬跈啻a進行校驗，如果校驗通過則允許客戶端進行相關操作。在校驗的工程中從服務器中獲取相應的數據信息，例如PIN碼等。同時將客戶端的操作記錄到服務器中，方便后期追溯。

1.3 數據管理

售后診斷服務器的數據管理主要是管理售后車輛的配置信息、車輛ECU的刷新軟件以及有關車輛防盜相關的數據等。對于車輛的配置信息和車輛防盜相關的數據是在車輛生產線計算產生并通過MES下發到售后診斷系統的服務器，并加以保存?？蛻舳嗽趫绦胁僮鲿r如需要用到相應的數據直接從售后中央服務器下載即可。對于ECU刷新文件主要是用在客戶端對ECU進行刷新時，需要根據車型和零件號向客戶端下發相應的刷新文件。同時服務器中還應該保存各個車型最新發布的ECU軟件版本號。當客戶端需要批量刷新ECU軟件時能快速對比車輛當前ECU軟件版本號和最新軟件版本號的差異。

1.4 軟件管理

售后診斷服務器還需要對客戶端進行管理，防止售后診斷客戶端被濫用，影響售后車輛的數據安全。管理售后診斷設備客戶端可以通過用戶名的方式管理。首先要在服務器上創建好對應的賬號，分配不同的分組，設置不同的權限，如前文所述。用戶在激活時將本地電腦的特征碼（如，網卡MAC地址或硬盤序列號等）和用戶名及密碼上傳到服務器，服務器根據上傳的信息加入時間參數計算出激活碼。服務器將激活碼下發到客戶端，完成客戶端激活，并將激活記錄保存在服務器中形成便于追溯。

圖2 車輛識別示意圖

另外，軟件管理功能需要對客戶端的升級進行管理。將客戶端軟件升級包上傳到服務器，由服務器向各個客戶端下發。當售后診斷客戶端啟動時，對比客戶端本地軟件版本號和服務器最新版本號，如果不一致提示客戶端進行升級并下發升級包。

2 診斷系統客戶端

售后診斷系統的客戶端的主要功能完成診斷操作，收集診斷信息等功能。

2.1 車輛識別

診斷系統客戶端集成了所有車型的診斷數據庫。因此，在對目標車輛進行診斷之前首先識別出要診斷的是哪一款車型，方可加載與其相對應的診斷數據庫。實現車輛識別途徑主要有兩種途徑：人工識別和自動識別。

對于汽車來說，VIN碼是車輛的“身份證號碼”，如果診斷系統的客戶端能自動讀取車輛的VIN碼，則客戶端就能自動識別出目前所要診斷的是哪一款車型。因此，實現自動車輛識別可以通過診斷服務0x22讀取當前車輛的VIN碼，讀到VIN碼后根據VIN碼的規則解析出車型。根據解析的車輛信息從數據庫中加載相應的數據庫和診斷功能，如圖2所示。

在無法通過診斷服務讀到VIN碼時，則可以通過人工識別的方式輔助診斷端系統客戶端實現車輛識別，加載與其對應的診斷數據庫。

2.2 全車掃描

全車掃描功能的主要作用就是讀取整車ECU的零件號，軟件版本號和硬件版本號等重要的ECU信息。同時還要讀取車輛的各個ECU中所保存的故障碼。

執行完全車掃描后，用戶可以根據需求查看車輛報告，車輛報告的主要內容為各個ECU的零件號，軟件版本號和硬件版本號，另外還包括各個ECU所保存的故障信息和故障信息狀態。

最后，全車掃描后還需要有刪除整車故障碼的功能。選擇刪除整車故障碼功能時，客戶端應該對各個ECU進行操作，刪除其所保存的故障碼。

2.3 故障信息

故障信息的主要功能是讀取ECU中的故障信息，主要包括故障碼，故障碼的凍結幀和擴展。

讀取故障碼：客戶端通過發送診斷指令讀取當前ECU的故障碼，然后根據車輛識別加載的數據庫，將故障碼解析出來顯示在界面上，供車輛維修人員查看，同時客戶端顯示出故障碼狀態（如，歷史故障和當前故障）。另外，客戶端顯示應顯示出ECU中所保存的故障碼個數。

刪除故障碼：客戶端通過發送診斷指令使ECU執行刪除故障碼的操作，嘗試將ECU中所保存的故障碼刪除，等到客戶端收到ECU已完成刪除故障碼的操作，再重新讀取ECU故障碼，并將其顯示，以防止有些ECU的故障未被處理。

讀取凍結幀和擴展幀：凍結幀和擴展幀是保存在ECU中，ECU發生故障時的車輛狀態和故障發生次數。診斷客戶端是將其通過診斷指令將其讀取出來，然后根據加載的診斷數據庫將其解析并顯示給用戶。

圖3 ECU信息示意圖

圖4 實時顯示示意圖

圖5 波形數據圖

對于ECU故障信息功能來說，客戶端需要將診斷信息以文件的形式將其保存下來，具體實現是將讀取的ECU的全部故障信息保存到固定格式的文件中，通過表的形式列舉出各個ECU中故障信息。

2.4 ECU信息

ECU信息是將當前ECU控制單元的詳細信息讀取出來，供維修人員查看，主要包括VIN碼，供應商名稱等等重要信息。

ECU信息中診斷系統客戶端需要有靈活適應功能，根據不同的用戶需求顯示。如圖3所示。

在客戶端左面列舉出該ECU所有的ECU信息數據，用戶通過復選框將其選擇出來，然后通過讀取按鈕出發診斷指令的發出，所有的ECU信息數據讀取完成后，根據車型數據庫將原始數據解析出來并顯示在界面上。讀取完成后，客戶端通過查看信息報告按鈕生成測試報告，用戶可以根據需求保存或上傳到診斷系統服務器。

2.5 實時顯示

實時顯示和ECU信息顯示數據的實現邏輯相似，最大的不同就是實時顯示中的數據主要是動態的，車輛不同的運行工況所讀取到的數值是變化的，反應的是ECU當前的工作狀態。而ECU信息中的數據反應的ECU當前的軟硬件版本。為了方便管理和查看因此客戶端需要將其分開管理。如圖4所示。

客戶端界面左邊為當前ECU所支持讀取的數據，用戶可以通過復選框將其選擇，選擇完想要查看的數據后，設置采樣頻率，最后通過開始按鈕觸發讀取操作，客戶端會按照預選設計好的采樣頻率輪詢讀取所選擇的項目。

另外客戶端可以根據自己讀到的數據繪制出相應的圖形，方便車輛維修人員查看。如圖5所示。

2.6 動作測試

動作測試是客戶端通過診斷指令控制ECU的執行器進行動作，便于維修人員快速判斷ECU執行器是否發生故障。

具體實現如圖6所示。

左邊是當前ECU所支持的所有可以通過診斷指令執行的選項，用戶通過復選框選擇后，在操作下來菜單中選擇所要執行的動作，通過開始按鈕出發診斷指令發出，使得ECU控制單元做出相應的動作，并將操作結果反饋到界面上。

2.7 ECU例程

ECU例程是內置在車輛ECU中的一段程序，這段程序可以執行ECU傳感的標定，PEPS鑰匙匹配等操作。售后診斷系統所要做的是通過診斷指令將其啟動并通過讀取例程執行結果。

如圖7所示客戶端集中管理ECU的例程，用戶通過選擇進入到相應的操作流程里面，由于每個ECU例程的操作不一樣這里僅做簡要說明。

首先售后診斷儀中有啟動例程按鈕，通過發送診斷指令啟動ECU中的相關例程。例程啟動后按照一定時間間隔輪詢讀取例程執行結果。同時，例程執行過程中還應該有終止例程，用戶可以隨時終止所啟動的例程。

2.8 更換ECU

更換ECU主要是應用場景是車輛ECU損壞后，維修技師需要更換新的ECU，此時該ECU中的數據不能和車輛匹配，例如配置信息。更換ECU功能，是將車輛中的數據讀出后通過算法計算出所更換的ECU中需要寫寫入的相關信息，并通過診斷數據將其寫入。

圖6 動作測試示意圖

圖7 ECU例程管理界面

首先需要讀到車輛的主要信息，例如車輛配置特征碼，然后診斷系統客戶端根據特征碼計算出所更換的ECU配置信息，然后將其寫入到所更換的ECU中，實現ECU和車輛的匹配。

2.9 ECU刷新

當車輛各個ECU軟件需要更新時，對于售后市場車輛需要售后維修技師將其寫入到ECU中。因此售后診斷系統需要開發ECU刷新功能。ECU刷新主要是同過診斷指令將軟件寫入ECU。售后診斷系統的ECU刷新分為在線刷新和離線刷新。

離線刷新是將刷新軟件放在客戶端本地，用戶在執行ECU刷新時首先要從本地選擇要刷新的文件。選擇完要刷新的文件后，客戶端通過預先定義好的刷新流程通過診斷指令將刷新文件寫入ECU中。

在線刷新是將刷新文件上傳到售后診斷系統服務器，形成ECU軟件數據庫。用戶執行客戶端線刷新功能時，首先要讀取要刷新的ECU的車輛信息，包括車型信息，ECU名稱和ECU零件號同時用戶需要輸入所要刷新的軟件版本號。然后根據車輛的ECU信息通過網絡接口從服務器ECU軟件數據庫上下載相應的ECU軟件。最后通過診斷協議將軟件發送到ECU中完成ECU刷新任務。

除上述功能外，客戶端還應該具有將診斷信息上傳到后臺服務器以便于查詢售后車輛的診斷記錄，另外還可以通過這些數據指導汽車開發時所要注意的事項。

3 VCI硬件

VCI硬件是客戶端連接車輛的通道，是售后診斷系統中不可缺少的一部分。為了實現軟硬件剝離，將硬件做成統一接口，每個VCI生產廠家在生產時必須提供這一接口。目前在VCI中應用的接口主要是J2534和D-PDU。由于硬件做成了統一的接口，汽車制造商在設計適合自己車輛的診斷系統時，不需要考慮硬件開發，僅在軟件上投入的成本。因此，對主機廠來說能大大節省開發成本。

總結：當前的售后診斷系統主要是以各個ECU的自身的診斷功能為載體，通過客戶端和服務器的配合能夠快速解決車輛所存在的問題和實現售后的軟件升級。

目前汽車的趨向網聯化，電子電器架構集成化，對于售后維修難度進一步加大，因此對于主機廠來說對于售后服務的難度也進一步加大。怎么能更好實現售后維修，為車主提供更好的服務越來越成為一個新課題。