汽車總線瞬時(shí)崩潰原因及車輛功能影響分析

摘要:隨著整車智能化及集成化程度的提高,汽車總線可能出現(xiàn)瞬時(shí)崩潰的情況,隨即會(huì)自動(dòng)恢復(fù),此時(shí)出現(xiàn)少數(shù)模塊暫時(shí)掉線并彈出警示標(biāo)識(shí),整車功能可正常使用。通過(guò)對(duì)實(shí)車進(jìn)行問(wèn)題復(fù)現(xiàn),并用Vehicle SPY3錄取分析總線數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)總線所有模塊幾乎都掉線20ms,通過(guò)對(duì)外接設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的插接操作,出現(xiàn)總線瞬時(shí)崩潰的現(xiàn)象??偩€瞬時(shí)崩潰的情況在有外接設(shè)備時(shí)偶發(fā)出現(xiàn),但是在不外接設(shè)備后就不再出現(xiàn),故鎖定根本原因?yàn)椴灏瓮饨釉O(shè)備時(shí)導(dǎo)致總線短路而造成瞬時(shí)崩潰。為了保證車輛功能安全,文章也分析了總線瞬時(shí)崩潰對(duì)車輛功能的影響,并深入評(píng)估車輛功能的恢復(fù)和正常使用的情況。

汽車總線的穩(wěn)定性在汽車功能穩(wěn)定性中至關(guān)重要。隨著整車智能化及集成化程度的提高,總線數(shù)據(jù)也日趨復(fù)雜,當(dāng)大量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題或者丟失時(shí),汽車總線可能出現(xiàn)崩潰的情況。如果汽車出現(xiàn)總線長(zhǎng)時(shí)間掉線問(wèn)題,一般會(huì)造成汽車部分功能故障。汽車通常會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)掉線,持續(xù)時(shí)間為20~200ms之間,當(dāng)出現(xiàn)這種情況的掉線時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致部分車輛模塊瞬間功能異常并彈出警示,但實(shí)際功能卻不受影響?;谝陨蠁?wèn)題,文章通過(guò)汽車總線仿真測(cè)試軟件(VehicleSpy3)錄取并分析實(shí)車總線數(shù)據(jù),確定總線瞬時(shí)崩潰的原因,同時(shí)分析總線瞬時(shí)崩潰對(duì)車輛功能的影響,并深入評(píng)估車輛功能的恢復(fù)和正常使用的情況。

1 汽車總線瞬時(shí)崩潰問(wèn)題分析

項(xiàng)目進(jìn)行期間出現(xiàn)了“儀表盤彈出請(qǐng)檢修制動(dòng)牽引力”問(wèn)題,隨即進(jìn)行問(wèn)題分析,到實(shí)車階段發(fā)現(xiàn)儀表盤一直顯示該問(wèn)題,但是汽車制動(dòng)牽引力可正常使用,汽車無(wú)其他故障。

故錄取總線數(shù)據(jù)后,對(duì)總線數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析,發(fā)現(xiàn)總線上許多模塊都出現(xiàn)了短暫的掉線,并且掉線狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間很短,約為20ms左右,如圖1紅框中所示。

汽車總線瞬時(shí)崩潰原因及車輛功能影響分析的圖1

1.1 CAN總線的故障原因分析

CAN總線是一種現(xiàn)場(chǎng)總線,連接在CAN總線上的控制單元通常是通過(guò)2根數(shù)據(jù)導(dǎo)線彼此相連。2根導(dǎo)線是雙導(dǎo)線并互相纏繞,稱為CAN-H和CAN-L,雙絞線對(duì)稱信號(hào),抗干擾能力強(qiáng),適用于環(huán)境比較惡劣的條件。

分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),總線上的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在20ms內(nèi)丟失1~2幀數(shù)據(jù)的情況。模塊集體丟幀這類問(wèn)題大概率的原因是物理連接問(wèn)題引起,特別是有外接線束或者設(shè)備的情況下,如果存在接觸不良、短接、虛接、短地等情況都有可能出現(xiàn)。

其中儀表盤彈窗提示“請(qǐng)檢修牽引力”,邏輯如下:電子剎車控制模塊是安全件,對(duì)于信號(hào)改變的識(shí)別比較敏銳,只要監(jiān)控到總線掉線,即多條相關(guān)信號(hào)不在線,如Ax/Ay(傳感器X/Y軸加速度)等,就會(huì)禁用掉TCS(牽引力制動(dòng)系統(tǒng))/ESC(電子車身穩(wěn)定性控制系統(tǒng)),此時(shí)電子剎車控制模塊只請(qǐng)求了毫秒級(jí)的故障提示,繼而會(huì)在儀表盤顯示請(qǐng)維修牽引力。

CAN總線的故障共分為3類:

1)電源故障。由于電源系統(tǒng)電壓低,引起控制器無(wú)法正常工作。

2)節(jié)點(diǎn)故障。通過(guò)數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)的控制單元網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)電控單元,可能存在電控單元本身有故障。

3)鏈路故障。可能由于車機(jī)震動(dòng)、系統(tǒng)未正確加裝等原因?qū)е驴偩€的物理層出現(xiàn)故障,即傳輸系統(tǒng)的鏈路不通暢,無(wú)法正常通訊。鏈路故障又分為以下3種,如表1所示。

汽車總線瞬時(shí)崩潰原因及車輛功能影響分析的圖2

該問(wèn)題發(fā)生原因可能是CAN線斷路導(dǎo)致的,但是該問(wèn)題現(xiàn)象只保持了20ms左右,隨即恢復(fù)正常,如果是線路斷路導(dǎo)致,問(wèn)題現(xiàn)象應(yīng)該一直存在,故可排除是由于CAN線斷路導(dǎo)致的。

當(dāng)電阻缺失時(shí),負(fù)載會(huì)減小,導(dǎo)致線路電流加大,線路會(huì)一直處于總線保護(hù)中,問(wèn)題現(xiàn)象也會(huì)一直存在,故可以排除由于電阻缺失導(dǎo)致CAN線路故障。

問(wèn)題發(fā)生的原因還可能是CAN線短路導(dǎo)致,為了查明是否由于CAN線短路導(dǎo)致該問(wèn)題的發(fā)生,需要對(duì)問(wèn)題現(xiàn)象進(jìn)行復(fù)現(xiàn),以下為3種復(fù)現(xiàn)的工況及手法。

工況一:正常狀態(tài)下,啟動(dòng)汽車,通過(guò)對(duì)整車啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行復(fù)現(xiàn),查看儀表盤是否彈出警示;

工況二:懷疑外接設(shè)備導(dǎo)致,故插拔數(shù)據(jù)錄取工具進(jìn)行復(fù)現(xiàn);

工況三:嘗試短接高速CAN線的CAN-H和CAN-L。

1.2 問(wèn)題復(fù)現(xiàn)分析

分別在上述工況下對(duì)問(wèn)題現(xiàn)象進(jìn)行復(fù)現(xiàn),通過(guò)復(fù)現(xiàn),確認(rèn)問(wèn)題發(fā)生的根本原因。

1.2.1 工況一描述

不做任何相關(guān)的其他觸發(fā)操作,只是正常啟動(dòng)汽車后,觀察儀表盤是否彈出請(qǐng)檢修制動(dòng)牽引力的警示,并觀察是否有其他現(xiàn)象。

1.2.2 工況二描述

由于插拔外接設(shè)備時(shí)問(wèn)題現(xiàn)象會(huì)偶然復(fù)現(xiàn),故分析認(rèn)為在插拔外接設(shè)備時(shí),在某種特定工況下會(huì)導(dǎo)致總線掉線。因此儀表盤彈出請(qǐng)檢修制動(dòng)牽引力問(wèn)題的提示很可能是由于外接設(shè)備導(dǎo)致,外接設(shè)備及連接方式,如圖2所示。

汽車總線瞬時(shí)崩潰原因及車輛功能影響分析的圖3

針對(duì)該情況,分析插拔外接設(shè)備,以確定導(dǎo)致問(wèn)題現(xiàn)象發(fā)生時(shí),外接設(shè)備的狀態(tài)。通過(guò)復(fù)現(xiàn)對(duì)比,儀表盤彈窗出現(xiàn)“請(qǐng)檢修牽引力”的提示,從而復(fù)現(xiàn)出問(wèn)題發(fā)生時(shí)的狀況。

首先數(shù)據(jù)錄取設(shè)備接口與汽車延長(zhǎng)端口相連接,復(fù)現(xiàn)的狀態(tài)為外接設(shè)備拔出的過(guò)程較慢,端口的針腳之間容易出現(xiàn)誤接觸,從而容易產(chǎn)生問(wèn)題現(xiàn)象。

1.2.3 工況三描述

嘗試短接高速CAN線的CAN-H和CAN-L,分別對(duì)應(yīng)引腳中的6/14腳,如圖3所示。在短接過(guò)程中,需要保證只是短暫的短接,避免由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響車輛狀況。短接的方式為:先用金屬絲的一端連在引腳6上,然后用金屬絲的另一端去觸碰引腳14,再瞬間拿開(kāi),從而實(shí)現(xiàn)短暫短接的工況。

在短接過(guò)程中,我們盡量保證短暫接觸后立即斷開(kāi),之后從數(shù)據(jù)中看到,當(dāng)短接時(shí)間為25ms左右時(shí),儀表盤彈出“請(qǐng)檢修制動(dòng)牽引力”的提示,與問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)的現(xiàn)象一致。

汽車總線瞬時(shí)崩潰原因及車輛功能影響分析的圖4

1.3 復(fù)現(xiàn)結(jié)果

你針對(duì)以上3種復(fù)現(xiàn)工況,為了避免不同車輛因素的干擾,只使用一臺(tái)試驗(yàn)車進(jìn)行3種工況的復(fù)現(xiàn)操作。通過(guò)對(duì)上述3種工況進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)現(xiàn),并統(tǒng)計(jì)復(fù)現(xiàn)的次數(shù)及頻率,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間得到結(jié)果,如表2所示。

從復(fù)現(xiàn)結(jié)果可以看出,在正常啟動(dòng)汽車時(shí),復(fù)現(xiàn)的概率為0,表示在該復(fù)現(xiàn)工況下,問(wèn)題現(xiàn)象不會(huì)出現(xiàn),可以排除車輛總線自身會(huì)掉線的可能性。

當(dāng)插拔外接設(shè)備進(jìn)行復(fù)現(xiàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題現(xiàn)象可以復(fù)現(xiàn),但是頻次較低,發(fā)生該現(xiàn)象的可能性是在插拔外接設(shè)備時(shí),不一定會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題現(xiàn)象,而在插接過(guò)程中,2個(gè)接口之間處于某種接插狀態(tài)時(shí),才會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)多次分析及試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在2個(gè)接口緩慢拔出的過(guò)程中,某些針腳處于連接狀態(tài),而某些針腳處于斷開(kāi)狀態(tài),在這種針腳連接狀態(tài)下,可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題現(xiàn)象的發(fā)生。

在短接的CAN-H和CAN-L時(shí),發(fā)現(xiàn)復(fù)現(xiàn)頻次很高,短接的方式如復(fù)現(xiàn)工況中描述,基本只要進(jìn)行短時(shí)間的短接,就會(huì)造成問(wèn)題現(xiàn)象的出現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)以上的復(fù)現(xiàn)工況及復(fù)現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行分析,由于短接高速CAN線時(shí),都會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題現(xiàn)象,而在插拔外接設(shè)備的過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)由于針腳誤觸而導(dǎo)致問(wèn)題現(xiàn)象發(fā)生,而問(wèn)題發(fā)生時(shí)實(shí)際車輛只連接外接設(shè)備,而沒(méi)有自己短接的可能性存在,所以基本鎖定總線掉線的原因是由于插拔外接設(shè)備時(shí),總線偶然出現(xiàn)短接20ms左右造成的。

汽車總線瞬時(shí)崩潰原因及車輛功能影響分析的圖5


2 總線崩潰對(duì)車輛功能影響分析

為了確認(rèn)和分析總線崩潰是否會(huì)導(dǎo)致車輛出現(xiàn)功能問(wèn)題,文章經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤和車輛數(shù)據(jù)對(duì)比,進(jìn)行了分析和驗(yàn)證。

首先對(duì)于問(wèn)題第一次發(fā)生的車輛進(jìn)行7天的跟蹤,發(fā)現(xiàn)缺陷車輛恢復(fù)正常之后,車輛功能在該段時(shí)間內(nèi)未發(fā)生其他異常,且錄取總線數(shù)據(jù)后,數(shù)據(jù)未出現(xiàn)少發(fā)幀的現(xiàn)象。

然后對(duì)其他3輛車進(jìn)行工況三的復(fù)現(xiàn)方法對(duì)比,即通過(guò)短接高速CAN線的CAN-H和CAN-L,總線崩潰時(shí)間不同,車輛也會(huì)有不同的狀態(tài)。因?yàn)槟K的輪詢周期不同,部分模塊輪詢周期較短,出現(xiàn)總線掉線后立刻會(huì)有警示燈彈出。

掉線時(shí)間不同對(duì)車輛會(huì)有不同的影響,對(duì)比的指標(biāo)主要分為以下幾個(gè)方面,如表3所示。

汽車總線瞬時(shí)崩潰原因及車輛功能影響分析的圖6

因?yàn)槠囃饨釉O(shè)備發(fā)生崩潰的時(shí)間為20ms左右,故設(shè)定短接時(shí)間為10ms、20ms、40ms、80ms,對(duì)比數(shù)據(jù),如表4所示。

汽車總線瞬時(shí)崩潰原因及車輛功能影響分析的圖7

從表4中可以看出,在追蹤車輛后期質(zhì)量時(shí),沒(méi)有出現(xiàn)相關(guān)的故障,說(shuō)明總線短暫崩潰后,汽車的功能會(huì)迅速恢復(fù)正常,并且不影響車輛的其他功能。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上的復(fù)現(xiàn)工況及復(fù)現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行分析,總線發(fā)生瞬時(shí)崩潰的原因是在插拔外接設(shè)備的過(guò)程中,出現(xiàn)針腳誤觸而導(dǎo)致總線短路。通過(guò)對(duì)問(wèn)題發(fā)生后的車輛功能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的追蹤,車輛功能未發(fā)現(xiàn)故障。綜上所述,當(dāng)總線短暫崩潰后,車輛的功能會(huì)迅速恢復(fù)正常,并且不會(huì)對(duì)車輛的正常功能造成影響。文章在理論上闡述了汽車總線短暫掉線發(fā)生后根本原因的確認(rèn),并評(píng)估此現(xiàn)象對(duì)整車功能的影響,可以指導(dǎo)后期車輛出現(xiàn)該問(wèn)題后的排查及功能評(píng)估。后期將進(jìn)一步研究總線掉線時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)于車輛功能安全方面的影響,并研究總線在出現(xiàn)意外情況下保持穩(wěn)定的方法及策略。

汽車總線瞬時(shí)崩潰原因及車輛功能影響分析的圖8

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