摘 要： 故障診斷系統(tǒng)是ABS/ASR/VDC集成系統(tǒng)必不可少的一部分,。在研究ABS/ASR/VDC故障診斷技術的基礎上，提出了故障診斷系統(tǒng)設計方案,，設計了診斷系統(tǒng)硬件電路和軟件流程,，并應用于自主開發(fā)的ABS/ASR/VDC系統(tǒng)ECU中。實車道路試驗結果表明,，所開發(fā)的故障診斷系統(tǒng)可以及時發(fā)現關鍵部件故障,，并能存儲故障代碼、退出ABS/ASR/VDC控制,，保證了行車安全,；基于雙MCU架構的ECU設計方案增強了系統(tǒng)的故障診斷能力和可靠性，大大降低了ECU的失效概率,。
關鍵詞： ABS/ASR/VDC集成系統(tǒng),；故障診斷技術；軟硬件設計,；雙MCU架構
集成了防抱死制動系統(tǒng)ABS(Anti-lock Braking Sys-
tem),、驅動防滑控制系統(tǒng)ASR(Acceleration Slip Regulation System)與車輛動力學控制系統(tǒng)VDC(Vehicle Dynamic Con-
trol System)的ABS/ASR/VDC集成系統(tǒng)是汽車主動安全性控制系統(tǒng)的核心裝置之一。該系統(tǒng)可顯著提高車輛的制動性,、驅動性,、轉向可操縱性和橫向穩(wěn)定性，減少輪胎磨損和事故風險,，增加行駛安全性和駕駛輕便性[1],。
為提高系統(tǒng)的可靠性，世界各大汽車整車廠或零部件廠商在推出的ABS/ASR/VDC產品中都配有故障診斷系統(tǒng),。該系統(tǒng)通過有關電氣元件狀態(tài)參數的在線測試,，監(jiān)控ABS/ASR/VDC系統(tǒng)的工作狀況，實現了系統(tǒng)自診斷,。
ABS/ASR/VDC系統(tǒng)常見的主要故障發(fā)生在電磁閥,、輪速傳感器,、電源、電子控制單元ECU（Electronic Control Unit）,、電磁閥總開關等部位[2],。在ABS/ASR/VDC故障診斷系統(tǒng)中，要對穩(wěn)壓電源,、輪速處理電路,、電磁閥驅動電路、電磁閥總開關等進行監(jiān)測,。當ABS/ASR/VDC系統(tǒng)出現故障時,，關閉電磁閥總開關，使ABS/ASR/VDC退出工作,，恢復到常規(guī)制動與驅動,，同時存儲故障代碼，供維修時使用,。故障代碼可以通過不同的方式顯示：由儀表盤的故障警告燈閃爍故障代碼,；由儀表盤上的顯示屏直接顯示故障代碼的數字和信息資料；用專用的故障檢測儀連接到診斷座上,，讀取故障代碼[3],。
現代汽車上裝備的ABS/ASR/VDC系統(tǒng)的故障診斷過程一般可分為三個階段[4]：(1)系統(tǒng)靜態(tài)自檢；(2)汽車起步時的動態(tài)自檢,；(3)汽車行駛中的定時動態(tài)自檢,。
1 ABS/ASR/VDC系統(tǒng)關鍵部件的故障診斷電路
ABS/ASR/VDC系統(tǒng)ECU主要實現輪速信號采集與處理、控制軟件存儲與運行,、壓力調節(jié)器電磁閥驅動以及與其他ECU或計算機進行通信等功能,。目前國際上幾大ABS/ASR/VDC系統(tǒng)生產廠商都采用了主、輔雙MCU的總體設計方案：主MCU主要負責信號采集,、計算處理,，并根據控制邏輯產生相應的控制指令輸出到系統(tǒng)執(zhí)行機構；輔MCU主要負責檢測主MCU運行狀況,，并具備一定故障檢測和應急處理功能,，當檢測到主MCU不能正常工作或發(fā)現故障時，ABS/ASR/VDC及時退出控制并恢復常規(guī)制動與驅動,。本文研究并設計了基于雙MCU架構的ABS/ASR/VDC故障診斷系統(tǒng),。
1.1 電磁閥故障診斷電路
MCU對輪速輸入數據進行分析、處理后,，經一定的控制邏輯判斷后輸出相應的控制信號,。控制信號必須經過功率放大后才能驅動執(zhí)行機構,。驅動電路的主要作用是把MCU輸出的TTL電平轉換為執(zhí)行機構所需要的驅動電平,，而且把很小的電流放大到足夠驅動執(zhí)行機構,。另外，由于驅動執(zhí)行機構動作時電流大,、變化快，處理不當將對電源電壓干擾很大,、引起較大波動,。為了減小干擾，在驅動電路和其他電路之間進行電氣隔離,。驅動電路附帶有故障監(jiān)測電路,，實時監(jiān)測電磁閥工作狀態(tài)，及時將故障信息反饋給MCU,。電磁閥驅動及其故障診斷電路如圖1所示,。
1.2 輪速傳感器故障診斷電路
磁電式輪速傳感器的靜態(tài)故障包括傳感器內部電磁線圈的短路和斷路，系統(tǒng)自檢時能通過硬件故障診斷電路作出判斷和監(jiān)測,。本文設計了一個分壓電路,，通過測量傳感器電磁線圈上的分壓值反映傳感器內阻，從而判斷有無短路,、斷路故障,。選擇CD4066（四通道雙向模擬開關)控制分壓電路與輪速信號輸出分時工作。分壓電路的總電壓為+5 V,，與電阻R,、芯片CD4066、傳感器內阻和接地相連組成一個回路,。圖2所示為輪速傳感器故障診斷電路圖,。
電路的工作原理是當PA1輸出高電平時，引腳6,、12為高電平,，控制引腳8和9以及引腳10和11均導通，此時,，+5 V電源電壓經過RC101和CD4066內阻,、傳感器內阻到地構成回路，PAD01處的電壓值間接反映傳感器的內阻,，接入輔MCU的AD轉換通道,，將轉換數值與短路限壓值3.05 V和斷路限壓值4.5 V分別比較即可推斷傳感器有無短路、斷路故障,；當PA1輸出為低電平時,，經過反相器，PA1輸出為高電平,，輸入到引腳13,、15,，控制引腳1和2以及引腳3和4均導通，從而傳感器輸出的輪速信號就進入輪速處理電路,。
1.3 MCU故障診斷電路設計
為保證主MCU安全可靠運行,，設計了SPI（Serial Peripheral Interface）接口通信電路，輔MCU通過通信實現對主MCU的監(jiān)控,。SPI是一種高速高效率的同步串行接口,，主要用于MCU與外部的接口芯片交換數據。通過分別拉高和拉低從屬選擇（SS）引腳,，設定主MCU為主機模式,，輔MCU為從機模式。具體的SPI通信電路如圖3所示,。
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(guī)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(tǒng)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(jié)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(fā)器SI9243A[6],。該芯片設計符合ISO9141故障診斷系統(tǒng)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(tǒng)的軟件包括兩部分，即系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)自檢結束。自檢時若發(fā)現系統(tǒng)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(xù)點亮以提醒駕駛員ABS/ASR/VDC系統(tǒng)出現故障。同時，ABS/ASR/VDC系統(tǒng)退出,，常規(guī)制動與驅動恢復,。自檢若沒有檢測到故障，則軟件繼續(xù)運行,。
初始自檢項目主要包括：
（1）系統(tǒng)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(tài)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(tǒng)實時監(jiān)測關鍵部分的工作狀況,，如果發(fā)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(tài)檢測、電磁閥實時監(jiān)測和主MCU的實時監(jiān)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(guī)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(tǒng)的標定試驗過程中,，當電磁閥或輪速等突發(fā)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(tǒng)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(tǒng)應用于自主開發(fā)的ABS/ASR/VDC集成系統(tǒng),，進行了實車道路試驗,。試驗結果表明：開發(fā)的故障診斷系統(tǒng)可以及時發(fā)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?；陔pMCU架構的ECU設計增強了系統(tǒng)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,。
參考文獻
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[6] Vishay公司資料．Single-Ended Bus Transceiver Si9243AEY[Z],，1999.