Architektur

Der Aiways U5 besteht aus einer Reihe von Mikrocontrollern und Rechnern, die über einen CAN-Bus miteinander verbunden sind. Zu wissen, welche Box mit welcher spricht — und wie und worüber —, ist der Schlüssel zu allem anderen.

Was bisher verstanden ist. Wird fortgesetzt

• Head-Unit (Infotainment) — ein Freescale i.MX6 mit Android 4.4.2, gepaart mit einem Renesas RL78 MCU (Mikrocontroller). Der SoC betreibt die Bedienoberfläche, der MCU ist der Türwächter zum Fahrzeug. Beide sprechen über eine serielle UART-Verbindung miteinander. Das ist der Rechner, um den es auf diesen Seiten hauptsächlich geht — siehe Hardware & Betriebssystem.
• T-Box (Telematik) — das dauerhaft eingeschaltete Mobilfunk-Gateway: ein Quectel AG35 LTE-Modul (das sein eigenes eingebettetes Linux ausführt und die Telematik-Software beherbergt), gepaart mit einem NXP S32K144 MCU. Dieselbe Aufteilung wie bei der Head-Unit wiederholt sich hier — die Linux-Seite berührt den CAN-Bus nie selbst; sie übergibt Befehle über eine serielle Verbindung an den MCU, und nur der MCU ist mit dem CAN-Transceiver des Fahrzeugs verdrahtet. Die T-Box erreicht die Head-Unit über USB/IP und hat früher über Mobilfunk nach Hause telefoniert — siehe T-Box-Teardown und Konnektivität.
• Fahrzeug-CAN-Bus — das gemeinsame Nervensystem. Hier leben die eigentlichen Steuergeräte: VCU (Fahrzeugsteuergerät), BMS (Hochvoltbatterie), BCM (Karosseriesteuergerät), HVAC (Klimatisierung), TPMS (Reifendruckkontrolle) und weitere.
• Displays — vier Anzeigen, aber nur zwei werden von der Head-Unit angesteuert: der zentrale Touchscreen (LVDS) und die rechte Fahreranzeige (HDMI). Das Haupt-Kombiinstrument und die linke Anzeige sind ein eigenes Steuergerät, das den CAN-Bus direkt mitliest — die Head-Unit kann darauf nichts zeichnen.
• OBD-II-Anschluss — sitzt hinter einem Diagnose-Gateway, isoliert vom aktiven internen Bus.

Die Module hängen nicht alle an einer Leitung. Ein zentrales Gateway ist der Mittelpunkt eines Sterns aus fünf getrennten CAN-Bussen (plus langsameren LIN-Unterbussen), und es ist das Einzige, was sie miteinander verbindet:

• Antriebsstrang-CAN — VCU (Fahrzeugsteuergerät), BMS (Hochvoltbatterie), Antriebsmotor-Steuergerät, Bordladegerät, DC-DC-Wandler, elektronische Gangwahl.
• Fahrwerk-CAN — ABS/ESP, elektrische Servolenkung, Bremskraftverstärker, Airbag, Lenkwinkelsensor, Kameras und Parksensoren.
• Karosserie-/Komfort-CAN — Karosseriesteuergerät, Klimasteuergerät, PTC-Heizer und Klimakompressor, Sitzheizungen, elektrische Heckklappe, Fußgängerwarnung bei niedriger Geschwindigkeit (AVAS).
• Infotainment-CAN — die Head-Unit, das Kombiinstrument, Rundumsicht und Fahrerüberwachung.
• Telematik-CAN — eine dedizierte Punkt-zu-Punkt-Verbindung zur T-Box.
• LIN-Unterbusse (am Karosseriesteuergerät angehängt) — Fensterheber, Schiebedach, Türgriffe, Scheinwerfer, Lenksäulensperre, Regen-Licht-Sensor und intelligenter Batteriesensor (12 V).

Das Gateway routet selektiv zwischen den Bussen — es ist eine Firewall, keine einfache Brücke. Deshalb kann der OBD-II-Anschluss (der über einen eigenen Diagnose-CAN ins Gateway läuft) zwar jedes Steuergerät per Anfrage/Antwort erreichen, die laufenden Broadcasts auf den Funktionsbussen aber nie sehen. Um echten Verkehr mitzulesen oder einzuspeisen, musst du einen Funktionsbus direkt anzapfen. Siehe OBD-II-Diagnose.

Ein paar Konsequenzen, die man kennen sollte:

• Das Kombiinstrument ist ein eigenes Steuergerät — es zeigt Werte an (SoC, Außentemperatur, Warnleuchten), die andere Module senden. Verstummt das Modul, das es speist, kann ein Wert auf dem letzten oder einem Ersatzwert festhängen.
• Das Auto hält seine Universalrechner einen Sprung vom aktiven CAN-Bus entfernt — und das zweifach. Die Android-Seite der Head-Unit und die Linux-Seite der T-Box sprechen mit dem Fahrzeug nur über einen eigenen Mikrocontroller (RL78, S32K144), der zwischen ihnen und der Leitung sitzt. Keines der beiden Universalbetriebssysteme hat eine eigene direkte CAN-Verbindung.
• Die Fahrfreigabe hängt an einer Wegfahrsperre — Karosseriesteuergerät und Antriebsmotor-Steuergerät authentifizieren sich beim Einschalten gegenseitig, und erst danach kann das Auto „Ready“ erreichen. Das blockiert das Fahren, nicht die Diagnose oder das Vorklimatisieren.
• Der Tausch eines Steuergeräts erfordert Online-Codierung mit einem Herstellerwerkzeug — das Haupthindernis dabei, ein verwaistes Auto instand halten zu können.

Das Werkstatt-Diagnosesystem („IVHM“) folgt dem üblichen Automotive-Aufbau — eine Kette vom PC über eine Kommunikationsbox bis in das Gateway des Autos. Nichts Exotisches auf der Leitung.

• Werkstatt-PC — betreibt den IVHM-Tester (eine Java-Anwendung auf Basis der Diagnoseplattform von DSA). Er hält die ODX-Daten (die maschinenlesbare Beschreibung der Dienste, Fehlercodes und Codierungen jedes Steuergeräts) und übersetzt eine Anforderung wie „Fehlerspeicher lesen“ in die tatsächlichen UDS-Befehle. Er erreicht das Auto nur über den VCI.
• WDI2 VCI — die Box, die in die OBD-II-Buchse gesteckt wird. Sie ist ein kleiner PowerPC-Rechner mit Linux, der die eigentliche Bussignalisierung erledigt: 4 CAN-Kanäle (jeder kann passiv/nur mithörend oder aktiv sein), ISO-TP + UDS und DoIP (Diagnose über IP). Sie hängt als Netzwerkgerät über USB-Ethernet am PC; der PC steuert sie über die standardisierte D-PDU-API (ISO 22900) an.
• OBD-II → zentrales Gateway — der wichtige Teil: der Anschluss ist kein passiver Abgriff der internen Busse. Dahinter sitzt ein zentrales Gateway, das Diagnoseanfragen an das Ziel-Steuergerät routet. Alles, was den Zustand verändert (Fehler löschen, Codieren, Stellgliedtests, Flashen), ist durch Security Access geschützt (eine Seed/Key-Abfrage, UDS-Dienst 0x27). Der Anschluss ist also eine verschlossene Diagnosetür, kein offenes Fenster — und darum bringt passives Mithören daran fast nichts.
• Steuergeräte — VCU, BMS (Hochvoltbatterie), BCM (Karosserie), HVAC, TPMS und weitere, jedes über das Gateway erreichbar.
• T-Box — die Telematikeinheit des Autos ist das bordeigene Gegenstück: sie sitzt am CAN-Bus und kann Zustandsmeldungen, Diagnose und Firmware-Updates aus der Ferne über das Mobilfunknetz erledigen, unabhängig vom Werkstattwerkzeug.

Weil die Diagnose schlicht UDS / ISO-TP über CAN (plus DoIP) ist, könnte im Prinzip jedes normkonforme Interface dieselbe Sprache sprechen. Die beiden Dinge, die den echten Zugriff kontrollieren, sind der Security Access des Gateways und die fahrzeugspezifischen ODX-Daten.