淺談遠(yuǎn)程診斷技術(shù)在電控發(fā)動機(jī)方面的應(yīng)用

引 言

近年來，隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用，汽車電子控制技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，尤其在控制精度、控制范圍、智能化和網(wǎng)絡(luò)化等多方面有了較大突破。汽車電子控制技術(shù)已成為衡量現(xiàn)代汽車發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 　　

汽車電子控制系統(tǒng)大體可分為四個部分：發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)，底盤綜合控制系統(tǒng)，車身電子安全系統(tǒng)，信息通訊系統(tǒng)。其中，最為重要的為發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)基本由傳感器、電子控制器（ECU）、驅(qū)動器和控制程序軟件等部分組成。國內(nèi)電控發(fā)動機(jī)系統(tǒng)尚處于未成熟階段，一方面由于電控發(fā)動機(jī)在市場中的應(yīng)用處于摸索階段經(jīng)常需要升級電控單元的底層控制程序,一方面在發(fā)動機(jī)試裝車階段常會出現(xiàn)因?yàn)檐囕v匹配性不佳而導(dǎo)致大量的軟故障問題發(fā)生，甚至在批量交付給終端用戶后都還會發(fā)生系統(tǒng)軟故障。目前發(fā)動機(jī)廠家的解決辦法都是依靠技術(shù)人員到實(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場故障診斷以及電控單元的控制程序升級。由于車輛已經(jīng)交到用戶手中，在全國各地?zé)o規(guī)律的分布，這將導(dǎo)致技術(shù)人員來回奔波，影響客戶對電控發(fā)動機(jī)的信任度，如此的故障診斷方案效率低下。其次，故障診斷的區(qū)域分布廣，差旅費(fèi)帶來的開銷極大，勢必增加電控發(fā)動機(jī)廠家的開發(fā)、生產(chǎn)成本。

如何及時處理發(fā)生故障的車輛以及對車輛故障位置的準(zhǔn)確定位，遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用使這一難題逐步得到解決。車輛發(fā)生故障的情況下，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輔以GPS系統(tǒng)可以準(zhǔn)確確定車輛所處的位置，以及通過故障信息來初步確定故障產(chǎn)生的位置。技術(shù)人員通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫，迅速升級發(fā)動機(jī)電控單元控制程序，迅速修復(fù)車輛的故障。通過計算機(jī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)對汽車運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)以及故障診斷信息的有效存儲、管理，可以為車輛故障提供科學(xué)依據(jù)，同時對后期的產(chǎn)品設(shè)計提供有益的借鑒。

由此看出，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程排除電控發(fā)動機(jī)的軟故障，實(shí)現(xiàn)短時間、高效率、跨區(qū)域的遠(yuǎn)程故障診斷對汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。國內(nèi)發(fā)動機(jī)行業(yè)里，遠(yuǎn)程故障診斷尚無先河，如果國內(nèi)電控發(fā)動機(jī)企業(yè)能率先推出遠(yuǎn)程的故障診斷方案，定能增加電控發(fā)動機(jī)的附加值，提高電控系統(tǒng)在行業(yè)領(lǐng)域里的競爭力，同時也能在售后服務(wù)及時解決系統(tǒng)的軟故障問題，給售后服務(wù)及時性帶來極大的技術(shù)保障。

1. 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)簡述

據(jù)悉，汽車遠(yuǎn)程故障診斷并非新鮮事物，在許多進(jìn)口高端汽車上已有較多運(yùn)用。遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)是傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合的一種新型診斷技術(shù)，它是在汽車發(fā)生故障征兆或發(fā)生了故障，駕駛員或現(xiàn)場技術(shù)人員對其不能作出診斷時，通過與車輛監(jiān)控中心或技術(shù)負(fù)責(zé)人建立連接，由監(jiān)控中心、維修技師或其他先進(jìn)故障診斷技術(shù)及時對其進(jìn)行的診斷，并給出診斷結(jié)果。

發(fā)動機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)旨在利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)異地傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)時監(jiān)控發(fā)動機(jī)的解決辦法，以電控發(fā)動機(jī)廠家的角度出發(fā)，遠(yuǎn)程故障診斷方案即指利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決遠(yuǎn)程裝車數(shù)據(jù)匹配、調(diào)試、整車標(biāo)定以及遠(yuǎn)程故障診斷、電控單元控制程序遠(yuǎn)程升級、以及遠(yuǎn)程售后服務(wù)等工作。

2. 系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)涉及多個領(lǐng)域和技術(shù)，主要技術(shù)有計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人工智能技術(shù)、在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集技術(shù)等。發(fā)動機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷作為傳統(tǒng)診斷技術(shù)的補(bǔ)充，利用電控單元采集汽車發(fā)動機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用中國移動GSM/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)資源，可以將分散且移動的汽車有效管理起來，實(shí)現(xiàn)汽車的遠(yuǎn)程故障診斷，便于技術(shù)人員排除故障，還可以通過智能終端控制裝置實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，確保車輛電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)不僅大大提高了故障診斷和維修的效率，而且便于技術(shù)的繼承和更新。

2.1 網(wǎng)絡(luò)

如何做到不改變現(xiàn)有電控發(fā)動機(jī)硬件設(shè)備，異地傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)時監(jiān)控發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀況？結(jié)合電控單元（ECU）的產(chǎn)品特性，如何對遍布全國角落的車輛運(yùn)行狀況進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控以及故障診斷. 針對車輛分布廣，地域性要求較高的特點(diǎn)，最為理想的則是利用無線網(wǎng)絡(luò)。受制于無線AP(Access Point)接入點(diǎn)的苛刻要求，偏遠(yuǎn)地區(qū)很可能沒有無線網(wǎng)絡(luò)WIFI信號，傳統(tǒng)的WIFI無線網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)上并不適用。如今，移動信號已普及中國的各個地區(qū)，針對這一特性，通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service)是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)來解決發(fā)動機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)是最合適的方案。

GPRS是目前解決移動通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)，它是以數(shù)據(jù)流量計費(fèi)、或大數(shù)據(jù)的包月包年計費(fèi)。覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線數(shù)據(jù)傳輸提供了基礎(chǔ)設(shè)施平臺，為推動移動辦公的應(yīng)用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費(fèi)用低、移動辦公，不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。有移動網(wǎng)絡(luò)的地方就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸（手機(jī)有信號的地方，我們就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷車輛）。

GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)

（1）覆蓋范圍。

傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。技術(shù)人員可在公司總部對發(fā)動機(jī)電控程序進(jìn)行升級，同樣，售后服務(wù)人員也可在千里之外對故障車輛進(jìn)行故障診斷。

（2）數(shù)據(jù)傳輸速率高。目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足電控單元(ECU)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。

（3）系統(tǒng)的傳輸容量大。

（4）通信費(fèi)用控制靈活。

如果采用GPRS通信方式，可采用包月與按流量付費(fèi)的兩種結(jié)算方式。

（5）良好的實(shí)時響應(yīng)與處理能力。由于GPRS具有實(shí)時在線特性，系統(tǒng)無時延，可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時性的要求。

2.2硬件

基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，不需要對現(xiàn)有的電控單元(ECU)產(chǎn)品做任何硬件改動，只需引入GPRS無線模塊連接到發(fā)動機(jī)通信診斷口上即可。GPRS模塊目前主要以DTU (Data Transfer unit)數(shù)據(jù)傳輸單元為主，專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線終端設(shè)備。市面上DTU廠家供應(yīng)廠家較多，為實(shí)現(xiàn)異地與異地之間的數(shù)據(jù)傳輸連接，需選用能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)，俗稱透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄TU設(shè)備。

DTU的主要功能是把遠(yuǎn)端設(shè)備的數(shù)據(jù)通過無線的方式傳送回后臺中心。

GPRS DTU的四個核心功能：

（1）內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議棧

GPRS DTU內(nèi)部封裝了PPP撥號協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議棧并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRS MODEM的結(jié)合；它具備GPRS撥號上網(wǎng)以及TCP/IP數(shù)據(jù)通信的功能。

（2）提供串口數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)換功能

GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都屬于常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在設(shè)計上大都將串口數(shù)據(jù)設(shè)計成“透明轉(zhuǎn)換”的方式，也就是說GPRS DTU可以將串口上的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳送，而不需要改變原有的數(shù)據(jù)通信內(nèi)容。因此，GPRS DTU可以和各種使用串口通信的用戶設(shè)備進(jìn)行連接，而且不需要對用戶設(shè)備作改動。

（3）支持自動心跳，保持永久在線

GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)之一就是支持GPRS終端設(shè)備永久在線，因此典型的GPRS DTU在設(shè)計上都支持永久在線功能，這就要求DTU包含了上電自動撥號、采用心跳包保持永久在線（當(dāng)長時間沒有數(shù)據(jù)通信時，移動網(wǎng)關(guān)將斷開DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數(shù)據(jù)中心在連接被斷開之前發(fā)送一個小數(shù)據(jù)包，以保持連接不被斷開）、支持?jǐn)嗑€自動重連、自動重?fù)芴柕忍攸c(diǎn)。

GPRS DTU工作過程描述：

GPRS DTU上電后，首先讀出內(nèi)部FLASH中保存的工作參數(shù)（包括GPRS撥號參數(shù)，串口波特率，數(shù)據(jù)中心IP地址等等，事先已經(jīng)配置好）。

GPRS DTU登陸GSM網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行GPRS PPP撥號。撥號成功后，GPRS DTU將獲得一個由移動隨機(jī)分配的內(nèi)部IP地址(一般是10.X.X.X)。也就是說，GPRS DTU處于移動內(nèi)網(wǎng)中，而且其內(nèi)網(wǎng)IP地址通常是不固定的，隨著每次撥號而變化。 我們可以理解為GPRS DTU這時是一個移動內(nèi)部局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備，通過移動網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)與外部Internet公網(wǎng)的通信。這與局域網(wǎng)內(nèi)的電腦通過網(wǎng)關(guān)訪問外部網(wǎng)絡(luò)的方式相似。

GPRS DTU主動發(fā)起與數(shù)據(jù)中心的通信連接，并保持通信連接一直存在。 由于GPRS DTU處于移動內(nèi)網(wǎng)，而且IP地址不固定。因此，只能由GPRS DTU主動連接數(shù)據(jù)中心，而不能由數(shù)據(jù)中心主動連接GPRS DTU。這就要求數(shù)據(jù)中心具備固定的公網(wǎng)IP地址或固定的域名。數(shù)據(jù)中心的公網(wǎng)IP地址或固定的域名作為參數(shù)存儲在GPRS DTU內(nèi)，以便GPRS DTU一旦上電撥號成功，就可以主動連接到數(shù)據(jù)中心。