虚拟ECU：助力汽车故障诊断

随着汽车电子设备电路集成化程度越来越高，现代汽车所配备的ECU已达数百个。作为“行车大脑”，ECU负责将以模拟信号、数字信号、脉冲信号这三种形式的输入信号进行处理并输出至各电磁阀、电机与指示灯，与汽车行驶安全息息相关。日常驾驶中，对汽车ECU最直观的感受往往来自仪表盘，除了常规的车速里程表、转速表、燃油表等，还有各种各样的指示灯或警报灯。

传统汽车仪表盘上通常会有燃油量指示灯、远近光变光指示灯，而现代汽车的仪表盘中还会有制动防抱死系统（ABS）指示灯、驱动控制指示灯等。这些指示灯就与汽车故障诊断息息相关。

01.汽车故障诊断发展史

20世纪50年代之前，汽车的故障诊断完全依赖于汽车工人的经验及简单的检测工具，效率较低且无法精确排查特殊故障。20世纪50年代，汽车技术开始与电子技术相结合，具备速度快捷、功能强大、高可靠性、成本低廉等众多优点的ECU极大程度上提高了汽车的动力性、舒适性、安全性与经济性，但也是故障发生频率最高的汽车部件。随着汽车发动机电控系统复杂程度日益上升，即便当时已出现功能相对单一的单项故障诊断技术，引入ECU所带来的故障类型依然难以判定。第一代车载自诊断系统（On Board Diagnostics，OBD）应运而生。

由于该阶段不同汽车厂商所使用的OBD系统互不兼容，1988年，美国汽车工程协会对汽车针对接口机子诊断功能标准进行了统一，公布了第二代车载诊断系统（OBDII）并强制规定所有车辆安装（在一定程度上缓解了当时的汽车尾气污染）。20世纪90年代末，随着人工神经网络分析法、小波分析法等新兴学科知识的引入，诊断速度得到了大幅提升，功能也更为全面。

与国外不同，国内汽车行业起步较晚。1977年的首个国家级课题“汽车不解体检测技术”标志着我国汽车故障诊断技术的正式起步，直至2010年，国内生产的汽车才被强制安装OBDII。尽管目前国内汽车故障诊断相关的产品越来越丰富，但在功能性、精准度、界面友好性及操作便捷性上都依然存在较大提升空间。

02.ECU故障诊断系统工作流程

为对当前ECU的故障诊断系统进行更深入的了解，首先需要对其工作流程进行解读：

第一步：通过实时监测汽车运行过程中的电控系统及电路元件的工作情况，再根据特定算法判断出具体故障，并将其以诊断故障码（Diagnostic Trouble Codes，DTC）的形式存储于汽车外置的非易失性存储器，同时判断故障类型与情况并采取相应措施，如点亮相应的仪表盘故障灯，以此提醒驾驶人员。

第二步：通过使用统一诊断服务（Unified Diagnostic Services，UDS，由ISO14229定义）的形式读取故障码信息并进行相关操作，完成故障的调查与维修。

然而，伴随着各种各样新技术、新工艺的不断出现和汽车产业的飞速发展，当前汽车故障诊断的主要问题已不在于故障诊断系统——即便ECU故障诊断系统已准备就绪，车厂的开发团队还是需要等待实际硬件到达可用水平，研发周期严重拉长。

03.虚拟ECU故障诊断系统

在开发早期阶段对硬件进行模拟仿真，以便更早开展测试与验证工作，缩短开发周期，已成为目前主流车厂的共识。将虚拟验证放入开发流程，使产品在制造前就满足基本条件，可以使开发工作事半功倍，提升整体效率。

▲图1 V字形开发流程中的虚拟验证

目前在全球范围内普遍认可的汽车嵌入式软件架构为AUTOSAR（AUTomotive Open System Architecture）。

▲图2 AUTOSAR分层架构

SkyEye，中文全称天目全数字实时仿真软件，是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，能够为汽车嵌入式软件提供满足AUTOSAR标准的ECU虚拟化运行环境，实现故障诊断系统的预模拟。除了能够提前进行故障诊断的相关验证外，SkyEye还具备测试用例执行时间远低于实际硬件的优势，是车厂研发团队的最佳伴侣。

在数十年的汽车发展过程中，是新技术的不断引入带来了汽车产业的升级与发展，相信虚拟ECU技术在融入传统汽车行业的过程中，一定能为人们带来更加高效、可靠、安全与智能的驾驶体验。

参考文献

[1] Virtual ECU Development for Vehicle Diagnostics Software Testing using UDS Protocol，IEEE，Shubham Bidkar; S. L. Patil; Pravin Shinde

[2] 一篇易懂的ECU故障诊断指南，汽车电子与软件，糊涂振

[3] 基于UDS协议的汽车电控单元故障诊断服务设计与实现，陈睿智