基于雙MCU架構的ABS/ASR/VDC故障診斷系統設計

2 故障診斷接口電路設計

　　國際上現行通用的故障診斷接口和標準為OBD-II，它包括SAE J-1850 PWM、SAE J-1850 VPW和ISO 9141三種形式。LIN(Local Interconnect Network)[5]是一種遵循ISO9141協議規范的低成本的串行通信網絡，廣泛應用于汽車分布式電子系統控制和故障診斷，其目標是為現有汽車網絡提供輔助功能。因此，LIN總線是一種輔助的總線網絡，在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合(比如智能傳感器和制動裝置之間的通信)，使用LIN總線可大大節省成本。LIN網絡也已經成為國際上一種標準的故障診斷協議接口。

　　本文采用ISO9141-2協議，選用雙向通信芯片為Vishay Siliconix公司生產的單端總線收發器SI9243A[6]。該芯片設計符合ISO9141故障診斷系統要求，內置有雙向通信的K線驅動器和在數據傳輸前起喚醒功能的L線接收器，通信電路如圖4所示。

3 故障診斷軟件設計

　　ABS/ASR/VDC故障診斷系統的軟件包括兩部分，即系統上電和汽車起步時初始自檢和行駛過程中的在線檢測。

　　系統自檢時故障指示燈首先點亮，據此也可以檢查故障指示燈及其線路是否存在故障。如果自檢通過，則約3 s后故障指示燈熄滅，系統自檢結束。自檢時若發現系統中存在故障，則以故障代碼的形式存儲故障信息，故障指示燈持續點亮以提醒駕駛員ABS/ASR/VDC系統出現故障。同時，ABS/ASR/VDC系統退出，常規制動與驅動恢復。自檢若沒有檢測到故障，則軟件繼續運行。

　　初始自檢項目主要包括：

　　（1）系統中已存故障信息的檢測和某些故障信息的復查；

　　（2）通過SPI通信檢測主、輔MCU的工作情況；

　　（3）電磁閥總開關的檢查：打開和關閉電磁閥總開關，通過測定電磁閥驅動芯片供電電壓VBB的值判斷電磁閥總開關的工作情況；

　　（4）電磁閥功能的檢查：驅動電磁閥工作，判斷是否正常工作；

　　（5）輪速傳感器靜態故障和汽車起步時輪速相差過大故障的檢查；

　　（6）對關鍵軟件部分的檢測，判斷程序是否正常運行。

　　工作過程中還要通過ABS/ASR/VDC故障診斷系統實時監測關鍵部分的工作狀況，如果發現故障應立即處理。在線故障診斷主要包括輪速信號的動態檢測、電磁閥實時監測和主MCU的實時監測。

　　輪速實時診斷程序通過一定算法判斷輪速信號是否異常，程序邏輯判斷如圖5所示。當前輪輪速差與后輪輪速差的絕對值超出設定的門限值時，按照程序邏輯判斷各輪速信號是否存在故障。圖中DWF、DWR、DWL、DWP分別為前輪輪速差、后輪輪速差、左側輪輪速差、右側輪輪速差之絕對值；DW0為前輪輪速差和后輪輪速差的差值門限值，DW1、DW2、DW3、DW4分別為DWF、DWR、DWL、DWP的門限值。考慮道路法規和汽車實際行駛工況，通過理論計算初步確定各門限，再通過試驗修正。修正后的各門限值為：DW0=2 km/h，DW1=6 km/h，DW2=5 km/h，DW3=7 km/h，DW4=7 km/h。

4 故障診斷試驗驗證

　　在ABS/ASR/VDC系統的標定試驗過程中，當電磁閥或輪速等突發意外故障時，故障指示燈都能點亮，同時退出ABS/ASR/VDC控制。這說明設計的故障診斷系統能準確實現電磁閥、輪速傳感器等的故障診斷與處理。ECU和故障診斷儀之間通過通信可實現故障代碼的讀取、顯示或清除等功能。

　　將設計的故障診斷系統應用于自主開發的ABS/ASR/VDC集成系統，進行了實車道路試驗。試驗結果表明：開發的故障診斷系統可以及時發現關鍵部件故障，并存儲故障代碼、退出ABS/ASR/VDC控制，保證了行車安全。基于雙MCU架構的ECU設計增強了系統的故障診斷能力，并且在某些特殊情況下，輔MCU可以代替主MCU工作，大大降低了ECU的失效概率。