CN103139011B - 用于车内通信的综合故障诊断和预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车内通信的综合故障诊断和预测。车内通信系统包括发送节点，至少一个接收节点以及将发送节点耦合到至少一个接收节点的网络通信总线。信息通过通信总线从发送节点发送到至少一个接收节点。在发送节点内应用故障检测技术以用于检测发送节点内的故障。将故障检测技术应用到至少一个接收节点以用于检测至少一个接收节点内的故障。在网络通信总线内应用故障检测技术以用于检测通信总线内的故障。分析器整体分析来自每一种相应检测技术的结果以用于隔离车内通信系统中的故障。

Description

用于车内通信的综合故障诊断和预测方法
技术领域
实施例主要涉及车内通信诊断。
背景技术
控制器区域网络(CAN)是一种用于允许电子控制单元(ECU)和其他设备彼此通信而无需总线中央控制器或主机控制器的车辆多路复用总线标准。车辆系统和子系统具有控制致动器或者从测量设备接收车辆操作数据的多个ECU。
CAN系统是串行传输信息的异步广播串行总线。在通信总线上一次只能传输单条信息。当已经准备好向通信总线上发送信息时，CAN控制器控制总线上的信息传输。由于信息是串行发送，因此通信总线上的各个节点都要为发送而等待一段时间。当信息准备发送到通信总线上时，总线控制器控制总线上的信息传输。如果由多个变送器同时发起多于一条的信息发送，那么就发送最主要的那条信息。这被称为仲裁过程。具有最高优先级的信息将主导仲裁并且以较低优先级发送的信息将感知到这一点并等待。因此，恰当的做法是保持用于发送信息的占空比以使得不会出现积压。
车内通信系统的错误由接收器基于出现超时而进行检测。也就是说，由于信息是基于某种(例如10毫秒的)占空比发送，因此如果接收器在指定时刻未能接收到信息，那么即可做出系统内已经出现错误的假设。错误可能出现在发送节点处或通信总线内；但是，还没有用于利用超时技术识别出常规车内通信系统中出现故障的确切位置的有效方法。
发明内容
实施例的优点是利用节点级诊断和网络级诊断识别车内通信系统中的隔离的故障。系统单独分析CAN系统中每一个ECU内的通信层。在分析了每一个通信层并且检测了潜在故障之后，用于ECU通信层的每一个诊断结果被整体分析以用于进一步隔离故障。另外，在通信总线上执行故障检测以用于识别出通信总线内的潜在故障。对ECU级节点处获得的综合诊断数据和网络级诊断数据执行综合的网络级诊断分析以用于整体隔离车内通信系统中的故障。
实施例设想了一种诊断车内通信系统中故障的方法，车内通信系统包括发送节点，至少一个接收节点以及将发送节点耦合到至少一个接收节点的网络通信总线。发送节点和至少一个接收节点中的每一个都包括用于维护车内通信系统中每一个节点内信息的多个通信层。每一个节点中的多个通信层至少包括应用层、交互层、数据链路层和物理层。信息通过通信总线从发送节点发送到至少一个接收节点。在发送节点内应用故障检测技术以用于检测发送节点内的故障。在至少一个接收节点内应用故障检测技术以用于检测至少一个接收节点内的故障。在网络通信总线内应用故障检测技术以用于检测通信总线内的故障。分析器整体分析来自每一种相应检测技术的结果以用于隔离车内通信系统中的故障。
本发明具体通过以下方案实施：
方案1、一种诊断车内通信系统中故障的方法，车内通信系统包括发送节点、至少一个接收节点以及将发送节点耦合到至少一个接收节点的网络通信总线，发送节点和至少一个接收节点中的每一个都包括用于维护车内通信系统中每一个节点内信息的多个通信层，每一个节点中的多个通信层至少包括应用层、交互层、数据链路层和物理层，所述方法包括以下步骤：
通过通信总线从发送节点向至少一个接收节点发送信息；
在发送节点内应用故障检测技术以用于检测发送节点内的故障；
在至少一个接收节点内应用故障检测技术以用于检测至少一个接收节点内的故障；
在网络通信总线内应用故障检测技术以用于检测通信总线内的故障；以及
分析器整体分析来自每一种相应检测技术的结果以用于隔离车内通信系统中的故障。
方案2、如方案1所述的方法，其中对发送节点应用故障检测技术包括对发送节点内的每一个通信层应用相应的故障检测技术。
方案3、如方案2所述的方法，其中整体分析在发送节点内应用的每一种故障检测技术以用于诊断和隔离发送节点内故障的位置。
方案4、如方案3所述的方法，其中对至少一个接收节点应用故障检测技术包括对至少一个接收节点内的每一个通信层应用相应的故障检测技术。
方案5、如方案4所述的方法，其中整体分析在至少一个接收节点内应用的每一种故障检测技术以用于诊断和隔离接收节点内故障的位置。
方案6、如方案5所述的方法，其中综合诊断技术被整体应用于车内通信系统，所述综合诊断技术对至少一个接收节点的整体分析诊断、发送节点的整体分析诊断和通信总线的故障检测分析执行综合诊断分析。
方案7、如方案6所述的方法，其中每一个节点的分析诊断都被报告给网络级诊断模块，其中所述综合诊断技术由网络级诊断模块执行。
方案8、如方案7所述的方法，其中由网络级诊断模块对识别出的隔离的故障执行预测分析以确定车内通信系统中的间歇性故障。
方案9、如方案1所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的软件故障。
方案10、如方案1所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的硬件故障。
方案11、如方案10所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的控制器故障。
方案12、如方案10所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的收发器故障。
方案13、如方案10所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的总线连接器故障。
方案14、如方案1所述的方法，其中识别故障包括识别通信总线内的线缆断路。
方案15、如方案1所述的方法，其中识别故障包括识别通信总线内线缆和地之间的短路。
方案16、如方案1所述的方法，其中识别出的故障是利用输出设备输出以用于识别故障。
方案17、如方案1所述的方法，其中识别出的故障被存储在记忆存储设备中。
方案18、如方案1所述的方法，其中分析器包括专门用于整体分析每一种相应检测技术的结果以用于隔离故障的集中节点。
方案19、如方案1所述的方法，其中分析器包括跨越车内通信系统中多个节点的资源。
方案20、如方案19所述的方法，其中资源包括每一个节点内专门用于整体分析每一种相应检测技术结果的控制器，每一个节点内的控制器彼此整体通信，直到在用于识别故障的通信ECU中达成一致为止。
附图说明
图1是控制器区域网络通信系统的示范性示意方块图。
图2是综合故障分析检测系统的方块图。
图3是用于对车内通信系统执行综合诊断和预测分析的流程图。
具体实施方式
图1中示出了控制器区域网络(CAN)系统10。CAN系统10包括耦合至通信总线20的多个电子控制单元(ECU)12-18，通信总线允许ECU彼此通信。多个ECU 12-18中的每一个都被耦合至一个或多个传感器、致动器或控制设备(例如应用组件)。应用组件并不直接连接至通信总线20而是通过相应的ECU耦合。应用组件也可以是ECU内的软件组件。单一的控制功能可以跨越多个应用组件并且涉及从来源通过连接至相同通信总线的一个或多个中间处理/控制ECU送往目标ECU的控制信息。对于本发明来说，应该理解CAN系统是本领域内已知的并且该ECU、应用设备、CAN控制器和收发器被统称为节点，因此本文中不再详细介绍它们的组成细节。
在图1中，信息如图所示通过通信总线20串行输送至每一个ECU 12-18。也就是说，任一时刻通过通信总线20都只能发送单条信息。例如，在图1中，节点N1在通信总线20上发送信息并且由节点N2,N3和N4接收信息。节点N2,N3和N4中的每一个都接收并处理由节点N1发送的信息。通过通信总线串行传输的每一条信息都基于一定的周期(例如10毫秒)发送。因此，相应的节点预计基本上每10毫秒接收一条信息。
每一个节点内的每一个电子控制单元(ECU)都包括用于维护接收自其他节点或准备发送至其他节点的信息的多个通信层。用于每一个ECU的多个通信层都包括应用层22、交互层24、数据链路层26和物理层28。多层中的每一层都提供了用于维护信息的功能。
应用层22与相应的软件应用交互以用于实现通信设备。应用层22识别通信实体以用于确定其身份；用于确定资源可用性，包括确定用于通信的网络是否存在；以及用于在需要合作通信的应用之间同步通信。
交互层24将来自应用层的信号加入传递到数据链路层26上的框架内。
数据链路层26提供功能性和程序性的处理、协议和规格以在车内通信网络中的相应ECU之间传输数据。
物理层28列出用于通信设备的电子和物理硬件及规格。物理层定义了发送模式(例如光缆，铜缆)、连接器类型、连接器形状、电引脚结构、电压、电缆规格、网络适配器和总线适配器。
每一个节点N1,N2,N3和N4都包括一组通信层用于维护由另一个节点接收的信息或者由节点自身发送的信息。
故障可能出现在CAN系统10中包括ECU、接头或通信总线在内的任何位置。这样的故障可以包括硬件故障，包括但不限于控制器、连接器、收发器、线缆和软件。因此，在ECU节点级和在网络级执行故障诊断技术。
图2示出了在ECU节点级和在网络级执行的故障检测分析。第一ECU 12通过通信总线20与第二ECU 14交流信息。第一ECU 12是发送节点的一部分，而第二ECU 14是接收节点的一部分。
对于ECU节点级诊断和预测来说，故障检测分析应该在每一个通信层上独立执行以用于检测故障。例如，第一故障检测技术30在应用层22上执行，第二故障检测技术32在交互层24上执行，第三故障检测技术34在数据链路层26上执行，并且第四故障检测技术36在物理层28上执行。
可以在物理层28上执行的诊断技术包括但不限于时域反射法(TDR)、频域反射法(FDR)、扩展频谱法(TDR)、噪声域反射法(NDR)、开路/短路法、故障定位法和出现时间法。
可以在数据链路层26上执行的诊断技术包括但不限于循环冗余校验法(CDC)、确认法、位填充法、故障信息ID法和出现时间法。
可以在交互层和应用层上执行的诊断技术包括但不限于超时法、序号法、CRC、延时法和乱序法。
每一个相应的层将其检测结果报告给ECU节点级诊断模块38以用于节点级综合诊断。ECU 12和ECU 14均包括收集和管理节点级多层诊断数据的ECU节点级诊断模块38。每一个ECU节点级诊断模块38都对通信层数据执行诊断并隔离ECU内的任何发送器、接收器或总线故障。例如，在应用层上执行超时诊断技术，超时诊断技术表示在指定的时间范围内一直没有接收到信息。通常，用于超时的时间长度包括信息发送之间的预期时长。来自每一个通信层的诊断数据随后被提供给ECU节点级模块38以使得来自通信层的每一个诊断结果都能被整体分析。以综合的节点级执行分析有助于隔离故障。也就是说，通信层的故障检测可以识别出在车内通信系统中存在故障，但是不一定能准确识别出存在故障的位置。对相应ECU内的通信层的诊断数据整体地执行综合分析进一步有助于隔离故障。
在每一个ECU都执行了节点级综合诊断分析之后，来自每一个ECU的诊断分析数据被发送至网络级诊断分析器40以用于综合网络分析。网络级诊断分析器40表示用于收集车内通信系统中所有ECU的所有其他诊断结果并执行网络级综合分析的集中节点。可选地，在没有集中专用节点用于执行网络级分析的情况下可以使用分布式技术。在分布式技术中，网络级诊断分析器包括多个ECU，涉及通过ECU之间的来回通信执行网络级综合分析，直到在通信的ECU中达成一致为止。
在使用集中节点时，网络级诊断分析器40从车内通信系统收集并整体地管理诊断数据。网络级诊断分析器40执行的网络级诊断包括诊断通信总线20和耦合至通信总线的节点。网络级诊断分析器40从每一个ECU并且还有在通信总线上执行的网络诊断收集节点级诊断数据以用于整体执行综合网络级诊断以供进一步隔离故障使用。在网络级的故障检测可以指示故障是否与通信总线隔离或者故障是否与通信总线和发送节点或接收节点之间的耦合隔离。
也可以在通信层级、综合ECU级和综合网络级上执行预测。在网络级执行的综合预测可以在检测到用于估计间歇性故障的故障隔离之后使用。
图3示出了用于对车内通信系统执行综合诊断和预测分析的流程图。程序在步骤50启动。在ECU节点级和网络级都执行诊断分析。
在步骤51，在每一个相应的通信层对每一个待分析的ECU执行故障检测分析。在节点级对每一个通信层的故障检测被独立于其他的通信层进行分析。对每一个通信层的故障检测优选地并发执行；但是，对每一个通信层的故障检测也可以顺序执行。在对每一个通信层执行故障检测之后，程序前进至步骤52。
在步骤52，对综合ECU节点级执行故障检测分析。对于每一个ECU，从每一个通信层的分析中获得的诊断数据在ECU节点级被整体分析。这涉及综合诊断和预测多个通信层的故障检测数据。
在步骤53，在通信总线上执行网络级故障检测分析。网络级故障检测分析可以与节点级分析和/或综合节点级分析并发执行。可选地，网络级故障检测分析可以在节点级分析或综合节点级分析之前或之后顺序执行。这包括监视和检测通信总线中的故障。
在步骤54，利用步骤51-53中获得的数据执行综合网络级诊断和预测。诊断和预测利用ECU节点级的诊断和预测数据、综合节点级的诊断和预测数据以及网络级通信总线的故障检测数据以用于整体分析车内通信系统并隔离系统内的故障。
在步骤55输出隔离的故障以用于识别故障。识别出的故障可以立刻输出给用户例如车辆驾驶员或维修车辆的维修技术人员。可选地，识别出的故障可以存储在存储器内以供随后由维修技术人员或其他组织通过工程组检索以用于校正和强化车内通信系统。另外，隔离的故障可以被用于执行车内通信系统中间歇性故障的预测。
尽管已经详细介绍了本发明的某些实施例，但是熟悉本发明相关领域的技术人员应该意识到所附权利要求定义了用于实践本发明的各种可选设计方案和实施例。

Claims (20)

1.一种诊断车内通信系统中故障的方法，车内通信系统包括发送节点、至少一个接收节点以及将发送节点耦合到至少一个接收节点的网络通信总线，发送节点和至少一个接收节点中的每一个都包括用于维护车内通信系统中每一个节点内信息的多个通信层，每一个节点中的多个通信层至少包括应用层、交互层、数据链路层和物理层，所述方法包括以下步骤：
通过通信总线从发送节点向至少一个接收节点发送信息；
在发送节点内应用故障检测技术以用于检测发送节点内的故障；
在至少一个接收节点内应用故障检测技术以用于检测至少一个接收节点内的故障；
在网络通信总线内应用故障检测技术以用于检测通信总线内的故障；以及
分析器整体分析来自每一种相应检测技术的结果以用于隔离车内通信系统中的故障。
2.如权利要求1所述的方法，其中对发送节点应用故障检测技术包括对发送节点内的每一个通信层应用相应的故障检测技术。
3.如权利要求2所述的方法，其中整体分析在发送节点内应用的每一种故障检测技术的结果以用于诊断和隔离发送节点内故障的位置。
4.如权利要求3所述的方法，其中对至少一个接收节点应用故障检测技术包括对至少一个接收节点内的每一个通信层应用相应的故障检测技术。
5.如权利要求4所述的方法，其中整体分析在至少一个接收节点内应用的每一种故障检测技术的结果以用于诊断和隔离接收节点内故障的位置。
6.如权利要求5所述的方法，其中综合诊断技术被整体应用于车内通信系统，所述综合诊断技术对至少一个接收节点的整体分析诊断的结果、发送节点的整体分析诊断的结果和通信总线的故障检测分析的结果执行综合诊断分析。
7.如权利要求6所述的方法，其中每一个节点的分析诊断的结果都被报告给网络级诊断模块，其中所述综合诊断技术由网络级诊断模块执行。
8.如权利要求7所述的方法，其中由网络级诊断模块对识别出的隔离的故障执行预测分析以确定车内通信系统中的间歇性故障。
9.如权利要求1所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的软件故障。
10.如权利要求1所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的硬件故障。
11.如权利要求10所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的控制器故障。
12.如权利要求10所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的收发器故障。
13.如权利要求10所述的方法，其中识别故障包括识别相应节点内的总线连接器故障。
14.如权利要求1所述的方法，其中识别故障包括识别通信总线内的线缆断路。
15.如权利要求1所述的方法，其中识别故障包括识别通信总线内线缆和地之间的短路。
16.如权利要求1所述的方法，其中识别出的故障是利用输出设备输出以用于识别故障。
17.如权利要求1所述的方法，其中识别出的故障被存储在记忆存储设备中。
18.如权利要求1所述的方法，其中分析器包括专门用于整体分析每一种相应检测技术的结果以用于隔离故障的集中节点。
19.如权利要求1所述的方法，其中分析器包括跨越车内通信系统中多个节点的资源。
20.如权利要求19所述的方法，其中资源包括每一个节点内专门用于整体分析每一种相应检测技术结果的控制器，每一个节点内的控制器彼此整体通信，直到在用于识别故障的通信ECU中达成一致为止。
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