利用遠程信息控制單元和藍牙技術(shù)實現(xiàn)汽車診斷

2025China.cn 2009年03月16日

未來的遠程診斷系統(tǒng)將為汽車的動力控制器提供前所未有的訪問途徑，無論這輛汽車是在維修店還是在道路上。藍牙等無線技術(shù)提供了在汽車技術(shù)人員的便攜式電腦和車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)之間進行短程無線通信所需的特性，從而使技術(shù)人員無論處在車內(nèi)或車外的任何位置，都可以監(jiān)控和操作汽車的傳感器及控制單元。

隨著汽車中多媒體設(shè)備的增加，如CD/DVD播放器、數(shù)字電視等，連接這些設(shè)備的車內(nèi)網(wǎng)包括：藍牙、CAN、D2B、FireWire、MOST、移動媒介鏈路(MML)、LIN和ZigBee等等，本文介紹一種基于藍牙技術(shù)的、用于遙控診斷接口的架構(gòu)，它使測試工程師無論處在車內(nèi)或車外的任何位置，都可以監(jiān)控和操作汽車的傳感器及控制單元完成測試任務(wù)。

從汽車技術(shù)人員的角度看來，這個網(wǎng)絡(luò)的前端是一個遠程信息控制單元(TCU)，它把與集成聯(lián)網(wǎng)汽車(INV)互聯(lián)的各種網(wǎng)絡(luò)連接在一起。目前汽車行業(yè)有一種明顯的趨勢，欲為INV開發(fā)一種集中式服務(wù)網(wǎng)關(guān)模型，而藍牙技術(shù)則為該網(wǎng)絡(luò)中的許多鏈接提供了一種連接方案。通過提供無線連接和hoc聯(lián)網(wǎng)，它與已有的CAN (控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線互為補充。其他通信媒介也有自己的優(yōu)勢，如MOST(面向媒介的系統(tǒng)傳輸)和IEEE1394，它們?yōu)橄M電子產(chǎn)品和娛樂系統(tǒng)提供了高帶寬音頻/視頻通信。

這種新技術(shù)使用CAN總線，在對汽車性能和安全性具有影響的各系統(tǒng)之間實現(xiàn)高可靠性的通信。高速CAN網(wǎng)絡(luò)用來連接引擎控制單元(ECU)、防鎖死剎車系統(tǒng)(ABS)及其他關(guān)鍵性的系統(tǒng)。低速CAN網(wǎng)絡(luò)則常用于實現(xiàn)多路連接，在這個網(wǎng)絡(luò)中，多燈照明器、電源窗口和電源座椅等等都是作為CAN總線上的節(jié)點，而不是使用大型、昂貴的電纜束通過傳統(tǒng)的點對點連線來進行連接。

本文介紹了一種基于藍牙技術(shù)的用于遠程訪問診斷接口的架構(gòu)，在這種架構(gòu)中使用藍牙聯(lián)網(wǎng)協(xié)議為一個HTTP－CAN網(wǎng)關(guān)提供底層的傳輸(物理)媒介。借助運行在TCU上的嵌入式HTTP服務(wù)器的幫助，服務(wù)技術(shù)人員可以從啟動藍牙功能的便攜式電腦的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上來監(jiān)視和控制INV上的各個節(jié)點。這個無線接口提供了方便的訪問途徑，從車底、發(fā)動機蓋下或乘客廂內(nèi)都可進行訪問。本文介紹的系統(tǒng)使用了藍牙的撥號聯(lián)網(wǎng)(DUN)特性來模擬一個外部調(diào)制解調(diào)器，以便支持一個“撥號”到汽車CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。通過使用TCP/IP等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并將汽車的相應(yīng)軟件嵌入HTTP服務(wù)器，技術(shù)人員的硬件和軟件相對于汽車設(shè)計具有完全的可伸縮性，即使不同制造商、車型和型年的汽車其維護和修理過程全然不同。

對車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進行診斷訪問

圖1顯示了使用基于藍牙的診斷系統(tǒng)進行訪問的車內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。具有藍牙功能的常規(guī)筆記本電腦上的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器是用來訪問TCU的，它提供了一個訪問汽車網(wǎng)絡(luò)的用戶接口。通過在汽車自身嵌入診斷接口，制造商可以定制數(shù)據(jù)的描述形式和提交給技術(shù)人員的過程。還可以根據(jù)特定汽車內(nèi)的選件安裝情況來提供診斷程序。除了消費者挑選的諸如空調(diào)、ABS等選件之外，通常還有一些其它的部件差異是消費者所看不見的。例如，在1個型年內(nèi)可能使用2～3個水泵。把所有這些差異都考慮進去之后，可能會出現(xiàn)幾十種組合情況。對特定汽車定制專門的診斷接口降低了導(dǎo)致技術(shù)人員陷入迷惘和使用不正確診斷程序的可能性。

圖1：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和遠程診斷接口

這個接口可用來訪問汽車行駛期間的實時工作數(shù)據(jù)和來自控制器并記錄有異常事件(如引擎點火失敗，超程傳感器數(shù)據(jù)等)日志的歷史數(shù)據(jù)?？刂破鬟€可用來操控汽車傳感器進行測試，如驗證噴射控制裝置是否能對傳感器的輸入進行正確響應(yīng)。

該診斷系統(tǒng)還可為汽車制造商恢復(fù)數(shù)據(jù)，以開發(fā)故障發(fā)生前的指示器模型。通過上載閃存中的數(shù)據(jù)日志，并將其與技術(shù)人員所提供的故障報告關(guān)聯(lián)起來，便可以利用學(xué)習(xí)算法來優(yōu)化自動診斷工具。維護和維修設(shè)備提供這些信息的目的在于為汽車的診斷起到輔助作用。在診斷汽車所發(fā)生的問題時，第一個步驟應(yīng)該是上載閃存數(shù)據(jù)，因為聘請熟練技術(shù)人員的成本比較昂貴，而利用汽車制造商的軟件工具常常就能夠診斷出問題所在(或提供有用的建議)。

網(wǎng)際網(wǎng)模型

由于系統(tǒng)需要具有不同可靠性和帶寬的網(wǎng)絡(luò)，未來的車內(nèi)網(wǎng)將用到多種網(wǎng)絡(luò)類型。分層協(xié)議和中央網(wǎng)關(guān)處理器相結(jié)合，可實現(xiàn)不同組網(wǎng)技術(shù)之間的透明通信。

伴隨汽車電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正在發(fā)生的革命，出現(xiàn)了許多新興的網(wǎng)絡(luò)。汽車中的多媒體設(shè)備，如CD/DVD播放器、數(shù)字電視等，都要求具有較大同步帶寬的網(wǎng)絡(luò)；而另外一些應(yīng)用則需要無線網(wǎng)絡(luò)或其他配置。為滿足對這些廣泛的、日益增長的汽車網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，研究人員正在開發(fā)許多專用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。未來的車內(nèi)網(wǎng)很可能包括：

* 藍牙微微網(wǎng)(Piconet)：中等帶寬的無線網(wǎng)絡(luò)，已成為與蜂窩電話和便攜式計算機通信的標(biāo)準(zhǔn)。

* CAN網(wǎng)絡(luò)：中等帶寬、高可靠性的有線網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)是汽車行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)。

* 音頻/視頻網(wǎng)絡(luò)：用于娛樂媒介的高帶寬有線網(wǎng)絡(luò)。目前在這個應(yīng)用領(lǐng)域中存在幾個相互競爭的協(xié)議，包括內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(D2B)、火線(FireWire，IEEE 1394)、面向媒介的系統(tǒng)傳輸 (MOST)和移動媒介鏈路(MML)。

* 低開銷有線網(wǎng)絡(luò)：基于UART的有線網(wǎng)絡(luò)(LIN)和芯片－芯片總線，如I2C、SPI和Microwire，支持到按鍵板、顯示屏和傳感器等的低成本接口。

* 低開銷無線網(wǎng)絡(luò)：基于ZigBee或?qū)Ｓ镁W(wǎng)的低帶寬無線網(wǎng)絡(luò)，用于輪胎壓力傳感器、報警器和門鎖的射頻遠程鑰匙以及需要無線接口和最低成本的其他應(yīng)用。

未來的車內(nèi)網(wǎng)通常會包含多個CAN網(wǎng)絡(luò)：低速網(wǎng)絡(luò)用于門鎖、尾燈等設(shè)備，它可以減少走線；高速網(wǎng)絡(luò)用于動力控制等關(guān)鍵高性能功能。在7系列寶馬汽車中，使用了三個CAN網(wǎng)絡(luò)。其中，CAN動力網(wǎng)絡(luò)和CAN車體網(wǎng)絡(luò)連接到中央網(wǎng)關(guān)模塊，后者再連接到Byteflight星型網(wǎng)絡(luò)。Byteflight星型連接器是安全關(guān)鍵控制和信息模塊。第三個CAN網(wǎng)絡(luò)將CAS(汽車訪問系統(tǒng))連接到門控單元和座位控制單元(最多11個單元)。CAS還提供到CAN車體網(wǎng)絡(luò)的接口，后者包括多達20個節(jié)點。

網(wǎng)絡(luò)軟件結(jié)構(gòu)

TCU和遠程診斷系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2：TCU和診斷系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

診斷系統(tǒng)運行通用的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，以便查看TCU上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器所提供的信息。通過在TCU上執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，汽車制造商可以提供一個無需事先知道實現(xiàn)細節(jié)(它即使在同一個型年內(nèi)也有可能發(fā)生變化)就可進行訪問的診斷接口，

各CAN節(jié)點中的高級驅(qū)動器執(zhí)行應(yīng)用特定的協(xié)議來響應(yīng)從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器收到的請求。該驅(qū)動器負責(zé)分析和解碼PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)，并產(chǎn)生滿足PDU所需行為的各項本地任務(wù)。一旦本地任務(wù)結(jié)束之后，這些任務(wù)所產(chǎn)生的任何結(jié)果都會被格式化并通過CAN總線返回給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

DNC(動態(tài)節(jié)點配置)服務(wù)器維護一個活動節(jié)點列表。當(dāng)某個節(jié)點被添加(可以是“熱添加”或“冷添加”)到CAN網(wǎng)絡(luò)時，它立即開始向運行在TCU上的DNC服務(wù)器廣播配置請求。由于采用許多計算機所用的動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)來建模，以便自動獲取網(wǎng)絡(luò)配置，因此可以利用一種類似的(簡化的)協(xié)議來允許CAN節(jié)點獲得某些需要的網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)。通過這種機制，節(jié)點可以用與計算機中即插即用類似的方式來進行增加或刪除。CAN節(jié)點使用DNC請求來發(fā)布它們隨機產(chǎn)生的節(jié)點ID號，即希望在CAN網(wǎng)絡(luò)上用來作為其名稱或“地址”的“別名”(不要將其與基于消息的過濾或CAN網(wǎng)絡(luò)上使用的ID號混淆)。

當(dāng)TCU的DNC服務(wù)器接收到一個DNC請求時，它首先檢查節(jié)點所請求的ID號是有效的，并且不與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上的任何其他節(jié)點相沖突。然后，服務(wù)器檢查它具有足夠的存儲空間來將該節(jié)點的配置表增加到它的活動節(jié)點列表中去。最后，如果上述檢查通過，DNC服務(wù)器將接受這個請求，并為該節(jié)點分配一個唯一的數(shù)字作為其活動期間的名字。同時，該節(jié)點的ID號也將被添加到服務(wù)器的活動節(jié)點列表中。以后所有指向該節(jié)點的通信都將使用這個協(xié)議ID。如果所請求的ID號無效，TCU將拒絕這個請求，從而提示該節(jié)點請求另外一個ID號，直到這個ID號可以接受為止。

TCU擔(dān)當(dāng)CAN網(wǎng)絡(luò)的主機，因為CAN節(jié)點本身并不運行基于TCP/IP的協(xié)議堆棧。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器需要訪問一個CAN節(jié)點時，它與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進行通信。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器解釋瀏覽器所請求的動作，并在CAN網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生通信，以執(zhí)行該動作。