一文了解汽车故障诊断的几个层级

lichengwan

汽车已成为大多数人的生活必需品，行车安全对于每个人都非常重要，当汽车出现故障时，我们该如何应对，以确保我们的安全？本文将从整车、功能和控制这三个层级来介绍汽车故障诊断背后的逻辑，希望当你看到汽车出现故障信息时，不慌不乱，沉着应对。
1 整车层级的故障诊断策略关于汽车故障诊断的话题，从驾驶员前方的仪表屏作为切入点，那应该是最容易让人理解和接收的。通常我们可以看到汽车仪表屏有绿黄红三种颜色的指示灯，以不同的符号显示，如下所示：

当车辆每次在接通电源以后会进行一次自检，在自检过程中，仪表屏可能会全部或逐一亮起绿黄红灯，再逐一熄灭，此时灯的状态与故障没关系。不管何时，驾驶员通常不会关注绿灯，只会关注黄灯和红灯，因为它俩是故障指示灯，表明车辆再向驾驶员发出警告，车辆可能或已经出现了故障，会引起行车潜在的安全问题。具体来说，黄灯亮则说明车辆可能存在异常，但并不是说车辆一定出了故障。有时重启一下车辆就可以解决，有时需要专业的人员来检查和处理。而红灯亮则表明真有故障，且故障严重，会引起人车安全问题，比如车辆的制动失效、动力失效等故障。这时车辆会提醒驾驶员进行故障的相关处理，比如要求大屏显示严重故障和无法继续形式，同时语音播报驾驶员立即靠边停车。这就是每个驾驶人员都所能感受到的整车层级的故障诊断策略，即一方面可通过黄灯和红灯让驾驶员感知到车辆的状态，另一方面通过音频和视频直接警告或指导驾驶员脱离危险。这些工作是由主机厂（OEM）来负责设计与制定，其来源于功能层级的故障诊断策略。2 功能层级的故障诊断策略对于整车控制系统而言，通常分为几大总成系统，包括动力总成系统（Powertrain），底盘总成系统（Chassis）和车身总成系统（Body）等，如下所示：

Source: Domain controller E/E architecture example.因此，这里所说功能层级是针对总成系统这个层面，以纯电动车的动力总成系统来说，主要功能有驱动控制，能量管理，高压上下电，高压充放电和高压安全等功能。这些功能都会因为故障而失效，失效之后对整车会有怎么样的影响和危害，这是都需要分析，并且都要有应对的措施。比如驱动功能有故障，如果是动力丢失故障，那么车辆是无法行驶了，车辆需要立马靠边停车，此时相应的故障处理措施应该为下高压，点红灯。再比如高压安全故障，如果出现高压绝缘故障，那么车辆可能已经漏电，那将对车内人员造成触电危害，此时此时相应的故障处理措施应该为立即下高压，点红灯。因此，对于总成系统的各个功能的故障诊断分析，最终汇总成如下形式的规定或准则，即不同故障等级代表不同的严重程度，需要采取不同的处理措施。

当然对于功能层级的故障，如何准确定义其故障等级是难点，因为对用户来说，定义等级高了，可能引起用户抱怨，定义等级低了，那又可能隐藏风险与危害；对主机厂而言，定义等级高了，可能时间和资源的投入大大增加，定义等级低了，出了问题这个锅谁也不愿意背，所以有些故障等级的定义需要在主机厂经历反复掰扯反复研讨。以上在功能及以上层级的故障诊断策略，为了解决上面所遇到的问题，往下看也非常重要，即关注控制器层级的故障诊断策略。3 控制器层级的故障诊断策略3.1 控制器层级的故障等级在上面功能层级的故障诊断策略提到对功能故障的分析，其实会涉及到相关的控制器，因为一个整车功能的实现需要多个控制器之间进行相互匹配，比如之前文章所举的充电功能，动力总成系统就会涉及到VCU, BMS和OBC等控制器。因此在功能层级进行故障分析时，自然需要下放到各个控制器层级来考虑，比如动力丢失故障是因为某个控制器接收报文丢失导致，在功能层级是很严重的故障，那么对于控制器来说，那应该也是很严重的故障，类似很多这样的情况，那对于控制器也应该有不同的故障等级，这种故障等级是充分考虑总成系统的功能故障的等级情况，因此类似于建立下面这样一种映射关系：


当然这种映射关系是主机厂和供应商多次讨论后才得到的，这将约束控制器的故障等级策略，为什么这么说？比如上面提到的通讯丢失故障，如果仅仅从供应商的角度来考虑，也许就是B等级故障，但是主机厂的输入最少是C等级及以上故障，这将导致控制器供应商可能需要更多的资源来处理。

3.2 控制器层级的故障诊断策略

对于控制器层级的故障诊断话题，其实就是大家常听到的DEM和DCM之类的内容，这就是在控制器层级对故障诊断所需要去实现的内容。

对于控制器来说，需要诊断不同的故障类型，包括系统故障，硬件故障和软件故障等，因此如何去做故障诊断，输入有来自控制器的各个部门，比如软硬件，系统和功能安全等，当然还包括主机厂某些特定的需求，通常以故障诊断列表的形式：


在此基础上，控制器会在什么样的条件下，用什么样的逻辑，以及什么样的debouce算法去检测是否有故障，如果有故障，那么应采取怎样的故障处理措施，以及存储哪些故障相关的信息。另外，就是当故障不再发生，有应该采取怎样的策略恢复，以及怎样的方式清除故障。3.3 软件层级的故障诊断上述的故障诊断策略的具体落地就属于软件层级的内容，比如采用AUTOSAR架构的话，如下所示：

有些故障的确认仅在应用层软件实现，有些故障的确认仅在底层软件实现，有些需要两者相结合。对于故障的存储和通讯则由底层软件实现，故障的处理可能需要应用层软和底层软件都参与。总而言之，取决于软件层级的故障诊断实施的具体方案。
最后补充一点，关于故障信息的存储和获取，对于存储现在常有两种方式，一种是存储在控制器里，另一种是通过数据云上传方式将数据存储车外的服务器。前一种通过相应的诊断仪器使用UDS服务去获取，后一种通过相应的服务器客户端去获取。
4 小结
本文就从整车，功能和控制器三个层级介绍了故障诊断策略，一方面从整车开始逐层分解到控制器软件，另一方面是控制器从自身的系统和软硬件考虑，最终形成了一个完整的汽车故障诊断策略。对于这个故障诊断策略，简而言之，就是对故障进行识别和处理，包括检测，确认，处理，记录和通讯服务等。具体从下往上的层级看，就是由具体的软件逻辑开始，确认了某个故障，然后控制器上报相应的故障等级等信息，然后再功能层级判断出相应的故障等级，最终体现在整车层面，驾驶人员能在仪表和语音方面获知到故障的出现。

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