基于云平臺汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)研究

梁華 韋智勇

摘要：隨著汽車技術(shù)朝著智能化、網(wǎng)聯(lián)化方向發(fā)展，為提升維修技師對復(fù)雜情況下汽車的疑難故障的診斷能力，提出構(gòu)建基于云平臺汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用信息化技術(shù)搭建遠(yuǎn)程平臺對資源進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)對維修企業(yè)資源的最大化調(diào)動(dòng)和利用，為維修技師處理疑難故障提供了遠(yuǎn)程技術(shù)支持。通過一個(gè)典型的維修案例驗(yàn)證了該系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用具有通用性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：云平臺；遠(yuǎn)程；故障診斷

中圖分類號：? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）02-0023-04

0 引言

隨著人們對汽車功能需求的多樣化，以及汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子控制技術(shù)快速地應(yīng)用于車輛動(dòng)力、操控、安全、舒適、娛樂等所有系統(tǒng)中，特別是近年來汽車智能化功能的迅速增強(qiáng)，使汽車成為集成探測、視頻信號處理、人工智能識別判斷、網(wǎng)絡(luò)連接及交互、自動(dòng)化控制為一體的移動(dòng)終端。汽車故障原因也由傳統(tǒng)的機(jī)械故障為主，向電子控制系統(tǒng)及元件故障為主過渡，故障診斷方式方法也隨之產(chǎn)生變化，由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)性結(jié)構(gòu)原理分析為主，向邏輯性控制分析轉(zhuǎn)變，故障診斷的及時(shí)性和便捷性成為其中主要的技術(shù)需求和服務(wù)指標(biāo)。目前，在汽車實(shí)際維修服務(wù)中存在以下需求和現(xiàn)狀。

（1）汽車技術(shù)發(fā)展迅速，汽車成為跨體系、跨學(xué)科、跨行業(yè)的移動(dòng)終端，但是對維修人員的培養(yǎng)沒有跟上汽車技術(shù)發(fā)展的步伐，維修人員無法滿足新型汽車維修的要求，能對汽車新系統(tǒng)、新功能進(jìn)行準(zhǔn)確的故障診斷的維修人員嚴(yán)重缺失，導(dǎo)致當(dāng)車輛出現(xiàn)這類故障后，維修人員難以解決而需要遠(yuǎn)程尋求技術(shù)支持。

（2）車輛發(fā)生故障的地點(diǎn)及方式發(fā)生變化，很多車輛的系統(tǒng)發(fā)生故障后，會(huì)完全失去行駛能力；維修的方式方法也發(fā)生了變化，很多故障要求維修人員在施救現(xiàn)場解決或者必須遠(yuǎn)程與車主溝通后，引導(dǎo)車主解決。在此過程中，車輛狀況和數(shù)據(jù)需要傳回企業(yè)，以便企業(yè)端對客戶或急救人員進(jìn)行更好的技術(shù)引導(dǎo)。

（3）很多故障并非出現(xiàn)在汽車靜態(tài)狀況中，而是存在于汽車行駛過程中，這類故障在特定的情況下產(chǎn)生并持續(xù)，但在維修工檢測故障時(shí)難以復(fù)現(xiàn)，需要在路試或者在正常行駛中提煉信息，尋求診斷的思路和佐證。

開發(fā)一套基于云平臺的汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)可以針對性地解決上述問題，該系統(tǒng)能夠?qū)收宪囕v進(jìn)行遠(yuǎn)程跟蹤、數(shù)據(jù)采集及分析、遠(yuǎn)程引導(dǎo)及提出解決方案。

1 基于云平臺汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)建

基于云平臺汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)建如圖1所示，它由車端、云端及終端3個(gè)部分組成［1］。該系統(tǒng)的構(gòu)建是基于現(xiàn)有汽車維修企業(yè)設(shè)備及技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用信息化技術(shù)搭建遠(yuǎn)程平臺對資源進(jìn)行整合和合理化利用，其具有通用性及實(shí)用性的特點(diǎn)。

1.1 構(gòu)建隨車Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

遠(yuǎn)程連接即時(shí)診斷需要穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以便維修廠端的技師進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、分析，以及與車端駕駛員進(jìn)行溝通，確定車輛行駛狀況。目前，雖然只有少數(shù)車輛具有車聯(lián)網(wǎng)功能，但是多數(shù)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對非原車系統(tǒng)不開放且功能有限，不足以支撐維修技師使用原車網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷。所以，汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)需要重新構(gòu)建穩(wěn)定的隨車Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以便于設(shè)備的連接和信息的高速傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷功能。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的全面應(yīng)用及物聯(lián)卡的推廣使用，搭配5G物聯(lián)卡+USB即插即用式隨車Wi-Fi發(fā)生器，可以輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建，并且具有穩(wěn)定的傳輸能力。隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和5G基站的不斷建設(shè)，原車附帶的隨車Wi-Fi也將進(jìn)一步普及，讓車輛從簡單的出行工具向移動(dòng)型智能終端轉(zhuǎn)變。

1.2 可連接網(wǎng)絡(luò)的便攜式診斷設(shè)備

用于遠(yuǎn)程診斷的設(shè)備需求主要體現(xiàn)為便捷性、開放性及聯(lián)網(wǎng)性，便捷性體現(xiàn)在方便攜帶及能隨車服務(wù)，對其體積及質(zhì)量有較高的要求，最好不需要線纜連接，如果能夠集成至App，安裝在手機(jī)端更好。開放性體現(xiàn)在功能的拓展及信息的分析方面，由于原車車聯(lián)網(wǎng)功能開放性不足，僅能為車主提供一些常用的車輛基本信息和普通功能，供車主知悉車輛狀態(tài)，無法用于故障診斷，因此需要使用便攜程度高且專業(yè)的診斷設(shè)備。聯(lián)網(wǎng)性是系統(tǒng)的基礎(chǔ)需求，要求設(shè)備能夠安裝5G卡進(jìn)行遠(yuǎn)程通信或能夠連接上述Wi-Fi環(huán)境進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信［2］?，F(xiàn)在市場上很多平板式診斷設(shè)備或者手機(jī)App式終端型診斷設(shè)備均可滿足需求，本系統(tǒng)采用的診斷設(shè)備分為兩種類型：①車主型，該類型直接安裝在指定車輛上，車主可通過App程序查看車輛信息及故障信息，并發(fā)送故障處理申請或維修服務(wù)預(yù)約信息至平臺；②維修廠型，該類型專門配套維修廠使用，具備全面的診斷功能，同時(shí)具備上傳數(shù)據(jù)至平臺及邀請?zhí)囟▽＜疫M(jìn)行技術(shù)支持等功能。

1.3 云端信息接收診斷平臺

1.3.1 即時(shí)診斷功能

為管理車輛數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程診斷客戶端信息，在車輛端遠(yuǎn)程診斷發(fā)起后，將驗(yàn)證后的遠(yuǎn)程診斷轉(zhuǎn)化為定義好的數(shù)據(jù)或腳本上傳至診斷平臺，線下診斷終端在取得相應(yīng)權(quán)限或邀請分析后，可即時(shí)訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對車輛故障進(jìn)行診斷。

1.3.2 數(shù)據(jù)庫引導(dǎo)功能

遠(yuǎn)程診斷服務(wù)器在接收遠(yuǎn)程診斷客戶端的應(yīng)答或接收主動(dòng)上報(bào)之后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及計(jì)算分析，類比數(shù)據(jù)庫中相同或相近車型、同類型故障特點(diǎn)、同歸屬系統(tǒng)或模塊，給出相應(yīng)分析，調(diào)取數(shù)據(jù)庫內(nèi)相關(guān)案例或分析結(jié)果，供客戶端或維修端參考。

1.3.3 專家?guī)鞎?huì)診

如圖2所示，診斷平臺系統(tǒng)建立有維修專家?guī)?，將行業(yè)專家、加盟企業(yè)的技術(shù)骨干、使用設(shè)備終端的一線技師整合，備注各專家擅長領(lǐng)域及技術(shù)實(shí)力，為診斷技術(shù)服務(wù)需求方推薦專家，綜合調(diào)度平臺的技術(shù)力量為維修診斷提供支持。

1.4 數(shù)據(jù)信息診斷終端

遠(yuǎn)程接收信息的診斷終端可以是電腦、平板、手機(jī)，其重點(diǎn)關(guān)注的是使用設(shè)備的人員是否能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并指導(dǎo)車端人員進(jìn)行操作，進(jìn)而快速解決故障。終端主要分為兩種類型：①維修廠診斷終端，該終端配套便攜式診斷端使用，默認(rèn)可以調(diào)取或接收本企業(yè)設(shè)備發(fā)起的診斷請求并調(diào)取相應(yīng)數(shù)據(jù)；②技術(shù)專家診斷終端，該終端為App模式，安裝在電腦或移動(dòng)設(shè)備上，可以接收其他終端的邀請后即時(shí)參與到某故障診斷過程中。如圖3所示，平臺可以匯總顯示所有在線終端的情況，并判斷該終端專家是否處于空置狀態(tài)，能否及時(shí)提供技術(shù)支持，為技術(shù)支持服務(wù)發(fā)起端推薦專家［3］。

2 基于云平臺汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

基于云平臺汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與分析，建立專家?guī)旒皵?shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)籌利用，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和更準(zhǔn)確、安全和有效的維修服務(wù)。這種智能型的遠(yuǎn)程診斷技術(shù)可以遠(yuǎn)程對車輛進(jìn)行診斷并產(chǎn)生診斷報(bào)告供維修技師解析或客戶查閱。如果車輛出現(xiàn)問題，維修人員可隨時(shí)隨地與車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程連接，對車輛狀態(tài)進(jìn)行檢測。當(dāng)維修人員無法準(zhǔn)確判斷故障時(shí)，可以連線技術(shù)專家為車輛維修人員提供遠(yuǎn)程協(xié)助，或者通過數(shù)據(jù)庫資料查詢相關(guān)案例輔助診斷。

該系統(tǒng)與原廠系統(tǒng)進(jìn)一步整合后，當(dāng)車輛因功能缺陷或者配置升級需要對控制器進(jìn)行刷寫時(shí)，客戶不需要前往維修廠，云平臺可以實(shí)現(xiàn)車輛遠(yuǎn)程軟件刷寫，云平臺還可以提供靜默式的軟件升級。

3 基于云平臺汽車故障診斷的維修案例

由于系統(tǒng)主要服務(wù)于疑難問題的解決或者對環(huán)境、行駛要求較高的維修場景，因此本文以一個(gè)汽車故障診斷的案例（電動(dòng)轉(zhuǎn)向間歇性無力）進(jìn)行應(yīng)用情況說明。

3.1 案例引入

一輛行駛里程數(shù)為25 000 km的2016款“北京現(xiàn)代”名圖轎車在行駛過程中電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)（MDPS）的故障燈點(diǎn)亮，并間歇性地出現(xiàn)轉(zhuǎn)向無助力或者轉(zhuǎn)向助力變小的問題。讀取故障代碼，系統(tǒng)顯示“DTC C1102系統(tǒng)電源電壓低”，故障代碼指向電壓偏低。清除故障代碼后，系統(tǒng)恢復(fù)正常，但車輛行駛一段時(shí)間后故障再次出現(xiàn)。

3.2 故障分析

該車型使用電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)（MDPS），電動(dòng)助力系統(tǒng)的故障率一直較高，電機(jī)、控制模塊、傳動(dòng)、緩沖等均容易產(chǎn)生故障，成為很多品牌車型的常見“痛點(diǎn)”，也是客戶投訴的“重災(zāi)區(qū)”，本案例為一個(gè)反復(fù)維修均未能解決的故障。查閱維修手冊發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)由常時(shí)電源經(jīng)MDPS 80A保險(xiǎn)供給記憶用電及系統(tǒng)工作用電，ON&ST電源經(jīng)由MDPS 10A保險(xiǎn)供給激活用電，喚醒MDPS模塊工作，通過C-Can通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交流及工作控制，再搭配一根搭鐵線為整個(gè)系統(tǒng)提供回路。維修手冊中有“請勿對MDPS總成進(jìn)行解體維修，確定其損壞必須整體更換”的說明。

系統(tǒng)提示的故障代碼DTC C1102系統(tǒng)電源電壓低，為維修人員解決故障提供了思路，其故障現(xiàn)象為動(dòng)轉(zhuǎn)向間歇性無力，符合車輛在供電不足的情況下主動(dòng)減少電動(dòng)助力功率的策略，維修人員診斷故障的核心在于明確系統(tǒng)電壓低的原因（如發(fā)電系統(tǒng)故障導(dǎo)致電壓不足，MDPS模塊故障導(dǎo)致判斷失誤），按照維修引導(dǎo)流程檢查充電系統(tǒng)后確定無故障；檢查模塊線束安裝、固定及接觸情況，均正常；檢查模塊供電及搭鐵，均正常。按維修手冊引導(dǎo)建議更換MDPS模塊，但在檢測過程中卻未出現(xiàn)該故障現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)均正常，在故障未復(fù)現(xiàn)的情況下，以上檢測結(jié)論是否正確還有待驗(yàn)證。經(jīng)過與車主進(jìn)一步溝通，得知該故障多出現(xiàn)在行駛過程中，特別是在不平道路上急打方向時(shí)。綜合上述情況，維修人員決定對車輛進(jìn)行廠外試車，復(fù)現(xiàn)故障易發(fā)生場景，為進(jìn)一步診斷提供足夠的思路和佐證。安裝好基于云平臺的汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)后，由車主及試車員出外試車，技術(shù)員在廠內(nèi)進(jìn)行引導(dǎo)及數(shù)據(jù)分析。

3.3 試車故障重現(xiàn)

搭建云平臺汽車故障診斷系統(tǒng)，將隨車Wi-Fi安裝在電源器電源插座上提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使用431平板式診斷儀連接網(wǎng)絡(luò)，并通過會(huì)議軟件共享診斷儀屏幕，同時(shí)開啟會(huì)議溝通渠道及時(shí)對接廠端，然后通過VCI（診斷連接器）連接車輛診斷接口，正常開啟車輛診斷，準(zhǔn)備就緒后車輛駛出維修廠。

試車員按照技術(shù)員的建議首先完成在不同車速情況下的轉(zhuǎn)向測試，在各種車速及轉(zhuǎn)角情況下均未出現(xiàn)故障；其次在急加速、急減速、上下坡情況下完成轉(zhuǎn)向測試，也并未出現(xiàn)故障；再次進(jìn)行過減速帶情況下的轉(zhuǎn)向測試發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)通過減速帶后轉(zhuǎn)向，故障出現(xiàn)但很快恢復(fù)正常；最后在技術(shù)員建議下將車輛行駛至凹凸不平道路上進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)故障出現(xiàn)的頻率明顯升高。

3.4 遠(yuǎn)程分析

基于云平臺汽車故障診斷系統(tǒng)，通過現(xiàn)場復(fù)現(xiàn)技術(shù)員確定該故障與車輛震動(dòng)有直接關(guān)系，于是通過診斷儀讀取系統(tǒng)電源、發(fā)電機(jī)電壓、轉(zhuǎn)向助力功率等數(shù)據(jù)流并共享屏幕后，再次進(jìn)行減速帶及不平道路測試。研究上述數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)，在過減速帶的瞬間偶發(fā)出現(xiàn)系統(tǒng)電壓下降情況，由13.4 V下降至12.7 V后又很快恢復(fù)；如果過減速帶后迅速大幅度轉(zhuǎn)向，電壓下降更為明顯，這時(shí)MDPS模塊檢測到電壓下降，主動(dòng)降低助力功率以節(jié)省用電。在凹凸不平道路試車時(shí)，電壓下降情況更加明顯及頻繁，電壓一度在急轉(zhuǎn)向時(shí)下降至10 V以下，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向助力直接停止工作。為了確定該電源故障僅存在于MDPS系統(tǒng)，還是存在于整車系統(tǒng)，遠(yuǎn)程讀取其他系統(tǒng)的電源數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，各系統(tǒng)均同步產(chǎn)生電壓下降情況，只是其他系統(tǒng)耗電量較低，未產(chǎn)生直接的影響。至此，該故障鎖定在車輛充電系統(tǒng)，技術(shù)員聯(lián)系試車員將車輛駛回維修廠做進(jìn)一步檢測。

3.5 故障排除

運(yùn)用云平臺汽車故障診斷系統(tǒng)，通過上述模擬試車及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取分析得出結(jié)論，該故障易發(fā)生在凹凸不平的路面，過減速帶時(shí)會(huì)偶發(fā)，確定該故障與車輛振動(dòng)有直接關(guān)系。進(jìn)一步檢查發(fā)電機(jī)安裝、皮帶及線路連接情況發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)主線纜緊固螺栓未安裝牢靠，或由于長時(shí)間使用后松動(dòng)，導(dǎo)致在正常平坦道路行駛時(shí)接觸良好未產(chǎn)生故障，一旦在不平道路行駛時(shí)，振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出線路電壓不穩(wěn)定，同時(shí)急轉(zhuǎn)向?qū)е潞碾娂ぴ?，拉低整車電源電壓，?dāng)電壓低于一定程度后，MDPS模塊開始進(jìn)行保護(hù)措施限制或者停止進(jìn)行轉(zhuǎn)向助力，導(dǎo)致故障產(chǎn)生。維修技師按維修手冊標(biāo)準(zhǔn)緊固該螺栓后，再次前往凹凸不平路面進(jìn)行路試發(fā)現(xiàn)，故障并未復(fù)現(xiàn)，故障排除。

4 結(jié)語

隨著我國汽車技術(shù)集成度的提高，汽車維修需大量收集汽車故障的各項(xiàng)信息，將此運(yùn)用于基于云平臺汽車遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程解決現(xiàn)代汽車維修中的一些疑難故障，提高維修效率，降低人力及時(shí)間成本，可以為汽車維修行業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。目前，該系統(tǒng)只能通過外部連接安裝設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能，不能直接融入車輛原車系統(tǒng)。相信隨著技術(shù)的發(fā)展，最終遠(yuǎn)程云診斷系統(tǒng)必將與車輛原車系統(tǒng)完美融合，遠(yuǎn)程云診斷也將成為今后汽車維修重要的診斷方法。

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