智能網聯汽車無法行駛故障的診斷與分析

◆文/廣東 王光林

隨著時代的進步，人們的生活將逐步進入萬物互聯時代，伴隨人工智能、物聯網、大數據、信息通信等技術及產業化的快速發展，國家發改委在2018年初公布《智能汽車創新發展戰略》(征求意見稿)，明確2020年中低級別智能汽車達到規模化生產，中高級別智能汽車實現市場化應用。2017年大專職業院校開設《汽車智能技術專業》，2018年中職與技工院校開設《智能網聯汽車應用技術專業》，2019年人力資源和社會保障部、中國機械聯合會聯合主辦全國新能源汽車關鍵技術技能大賽(新能源汽車智能化技術是賽項之一)，旨在輻射、引領新興產業人才培養。本文將扼要闡述2019年中國技能大賽全國新能源汽車關鍵技術技能大賽，新能源汽車智能化技術賽項所涉及的智能網聯汽車的結構、工作原理及無法行駛的故障診斷與分析，為已開設智能網聯汽車應用技術專業的職業院校提供教學參考。

一、故障現象

智能網聯汽車裝配好之后，接合電源總開關，啟動自動駕駛功能，智能網聯汽車無法行駛。

二、智能網聯汽車結構與工作原理

在診斷與分析智能網聯汽車無法行駛的故障之前，先闡述智能網聯汽車的結構與工作原理，為分析故障產生的原因、故障診斷方法與過程提供充分的理論依據。

1.智能網聯汽車的結構

智能網聯汽車(圖1)主要由線控底盤和上裝臺架兩大部分組成(圖2)。

智能網聯汽車線控底盤包括線控驅動/轉向/制動控制系統、電氣系統、CAN網絡通訊系統、三電核心部件(電池、電機、電控ECU)、對外供電(3組12V輸出DC/DC穩壓器)和急停裝置(軟急停與硬急停等零部件)，如圖3所示。

上裝臺架部分由感知系統、決策系統、執行系統和操作平臺構成。感知系統包括：激光雷達、毫米波雷達、攝像頭、GPS/慣導(組合導航系統)。決策系統包括：自動駕駛處理器(AGX處理器)、交換機、CAN卡、4G路由器、HUB拓展塢等(圖4)。其中執行系統包括線控轉向、驅動、制動等，設備安裝在線控底盤上。

圖1 智能網聯汽車臺架圖

圖2 線控底盤和上裝臺架

圖3 線控底盤配置圖

圖4 上裝部分配置圖

在自動駕駛系統中，GPS/慣導(含組合導航處理器、4G天線、GNSS天線)是利用慣導系統結合差分GPS定位系統，實現厘米級定位和航向解算的 ，為車輛提供位置和航向信息。該系統是自動駕駛功能最基本的傳感器。自動駕駛的主要工作是按照事先規劃的路線，根據組合導航系統反饋的位置信息循線行駛。毫米波雷達可以探測車輛前方障礙物，激光雷達可以探測車輛四周障礙物，二者信息結合后車輛可實現對于行駛路線上障礙物的感知，從而進行停車或者變道繞行等決策。工控機(控制板或控制器)主要完成高層協議與車底盤控制協議之間的互相轉換，以及控制報警燈在出現故障時發出提示，同時受遠程急停。遠程急停遙控器急停實施后控制器將控制底盤迅速剎停，不再響應高層協議消息，遠程急停遙控器急停解除后，車輛可以繼續受高層協議控制。AGX(自動駕駛處理器)是接收激光雷達和毫米波雷達的數據，同時也可以接受連接到路由器熱點的其他終端的遠程桌面控制請求，組合導航定位模塊通過普通USB接口連接到AGX，起到數據儲存及處理的作用。4G路由器支持網線和4G網卡，實現車載供網。HUB拓展塢通過接口和插槽，可以連接多種外部設備。交換機是提供網絡通訊的網關。攝像頭借助圖像校正和拼接技術，提供車輛四周的全景視圖，輔助車輛駕駛。

2.智能網聯汽車的工作原理

智能網聯汽車是指搭載先進的車載傳感器、控制器和執行器等裝置，并融合現代通信與網絡技術，使車輛具備復雜環境感知、智能化決策與控制功能，能綜合實現安全、節能、環保及舒適行駛的新一代智能汽車，整車設備連接邏輯如圖5所示。

圖5 整車設備連接邏輯圖

組合導航系統GNSS天線接收GPS定位與定向信號，結合AGX處理器設定的行走路線，實現智能網聯汽車AGX處理器傳輸信號給線控底盤控制板，控制行駛系統、轉向系統等自動行駛。在自動行駛過程中，AGX處理器接收激光雷達信號、攝像頭信號等識別行駛路線中的障礙物、行人等，然后傳輸給線控底盤控制板實現制動、避讓并報警。毫米波雷達成像信號傳送給線控底盤控制板，控制車輛遇到障礙物或行人時實現制動并報警等。

三、故障診斷分析

結合線路圖及工作原理，分析智能網聯汽車無法自動行駛的故障原因有：

①電源故障，部件未得到供電，導致無法行駛；

②毫米波雷達故障，導致車輛無法自動行駛，啟動自動行駛后報警燈亮起；

③激光雷達故障，導致車輛無法自動行駛，啟動自動行駛后報警燈亮起；

④組合導航系統故障，導致車輛無法自動行駛。

圖7 部件電源指示燈

1.電源故障

打開遙控器開關，左側正面控制模式切換開關撥到“0”檔位，右側側面開關撥向背面檔位解除急停，進入自動駕駛模式。打開電源總開關及8只傳感器開關，如果燈變綠色(圖6、圖7)，即為電源正常。否則需要根據電源電路圖(圖8)測量部件電源線路正負極電壓是否為12V，測量電路前要不帶電，要斷開電源線路。

圖8 電源線路

2.毫米波雷達故障

啟動自動駕駛軟件，主頁面實時狀態顯示毫米波雷達數據錯誤，車輛無法自動駕駛，啟動自動駕駛后報警燈亮起(圖9)。

圖9 毫米波雷達故障顯示

為此，需要檢查毫米波雷達本身是否損壞(包括外觀、針腳、安裝方向)等，檢查毫米波雷達線束，包括兩根電源分支線是否斷路、短路；兩根CAN線是否斷路、短接、電阻異常等。測量電源線路電壓為DC12V，兩條CAN線電阻為60Ω,即斷開DB26端毫米波雷達CAN線插頭，實際測量兩條CAN線電阻為0，表明短路，造成無法自動行駛，排除故障后，測量兩條CAN線電阻為60Ω，正常自動行駛(參考圖10整車信號線路)。

圖10 整車信號線路

3.激光雷達故障

啟動自動駕駛軟件，主頁面實時狀態顯示激光雷達數據錯誤，車輛無法自動駕駛，啟動自動駕駛后報警燈亮起(圖9)。

為此，需要檢查激光雷達轉換器與激光雷達本身是否損壞(包括外觀、安裝方向)等，檢查激光雷達轉換器線束，包括兩根電源分支線是否斷路、短路，激光雷達至激光雷達轉換器、激光雷達轉換器至AGX(處理器)線束是否正常等。觀察激光雷達轉換器電源燈(紅色)是否亮起，如果亮起即為正常(圖11)。打開AGX后，運行自動駕駛程序，觀察激光傳感器電動機應該轉動掃描，切換至RUN頁面，觀察十字星交點附近是否有點云出現(圖12)，點云數據形成的輪廓與車輛周邊真實環境相符，用手在激光雷達正前方遮擋，點云數據形成的輪廓正前方有顯示，即為數據及安裝方向正常；否則更換電源線、激光雷達、調整激光雷達安裝方向。

圖12 激光雷達運行界面

4.組合導航系統故障

啟動自動駕駛軟件，車輛無法自動駕駛，啟動自動駕駛后報警燈亮起。觀察慣導4個燈的狀態，最后2個燈常亮代表組合慣導和位置解碼已正常工作，如橙色燈閃爍表示位置解算尚未完成。保持車輛靜止，等待橙色燈常亮，表示位置解算完成；綠燈閃爍表示組合導航初始化尚未完成，可以手動操作車輛移動一段距離，最好在衛星信號良好的地段行駛一段距離后，綠燈常亮表示組合導航工作正常。第一個燈為紅色常亮的電源燈，第二個燈為藍色衛星燈，每隔5s閃爍1次表示正在搜星，如沒搜到星，最好在衛星信號良好的地段行駛一段距離，搜到衛星之后每隔 5s閃爍N次，表示搜到N顆衛星(圖13)。如不正常，需檢查信號線或更換貫導系統。

圖13 組合導航處理器

四、總結

在診斷車輛故障時，應對車輛及其零部件的結構及工作原理充分理解，才能有邏輯地分析問題，使用正確的方法診斷與排除智能網聯汽車的故障。