用于隔離控制器局域網(wǎng)絡(luò)中的故障的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于隔離控制器局域網(wǎng)絡(luò)中的故障的方法和裝置。一種移動系統(tǒng)上的控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）具有包括通信總線和節(jié)點的多個CAN元件。一種用于監(jiān)測CAN的方法包括檢測CAN的無效節(jié)點，并且基于CAN的無效節(jié)點和用于CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲，采用車外控制器來識別CAN中的候選故障?；诤蜻x故障隔離CAN中的故障。
【專利說明】用于隔離控制器局域網(wǎng)絡(luò)中的故障的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及控制器局域網(wǎng)絡(luò)中的通信以及與其相關(guān)聯(lián)的故障隔離。
【背景技術(shù)】
[0002] 在本部分中的敘述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息。因而，這樣的敘述不是意在 構(gòu)成承認是現(xiàn)有技術(shù)。
[0003] 車輛系統(tǒng)包括多個子系統(tǒng)，舉例說明包括發(fā)動機、變速器、車座/操縱部、制動器、 HVAC以及乘員保護?？梢允褂枚鄠€控制器來監(jiān)測和控制子系統(tǒng)的操作。控制器可以構(gòu)造為 經(jīng)由控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)進行通信，以響應(yīng)于操作者指令、車輛操作狀態(tài)以及外部條件協(xié) 調(diào)車輛的操作。在其中一個控制器中可能發(fā)生故障，故障經(jīng)由CAN總線影響通信。
[0004] 網(wǎng)絡(luò)例如CAN的拓撲是指網(wǎng)絡(luò)元件之間的連接布置，并且優(yōu)選地包括具有互連或 分散的電源、接地或者在它們之間的通信鏈路的多個節(jié)點。物理拓撲描述包括鏈路和節(jié)點 的物理元件的布置或布局，其中節(jié)點包括控制器和其他連接設(shè)備，并且鏈路包括電源線、接 地線或通信線。邏輯拓撲描述數(shù)據(jù)消息或電力在采用鏈路的節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的流動。已 知的CAN系統(tǒng)對所有控制器采用電源線和地線的分離的電源和接地拓撲。已知的控制器通 過在不同周期在CAN總線上發(fā)送的消息互相通信。
[0005] 已知的系統(tǒng)在消息接收控制器處檢測故障，其中在控制器的交互作用層處使用信 號監(jiān)督和信號暫停監(jiān)測來完成對消息的故障檢測。故障可以報告為通信丟失，例如傳送數(shù) 據(jù)消息的丟失。這種檢測系統(tǒng)一般不能識別故障的根源，并且不能區(qū)分瞬時故障和間歇性 故障。一種已知的系統(tǒng)需要單獨監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的物理拓撲的硬件和尺寸細節(jié)，以有效地監(jiān)測和 檢測網(wǎng)絡(luò)中的通信故障。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 一種在移動系統(tǒng)上的控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)具有多個CAN元件，其包括通信總線 和節(jié)點。一種用于監(jiān)測CAN的方法包括檢測CAN的無效節(jié)點，并且基于CAN的無效節(jié)點和 CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲采用車外控制器來識別在CAN中的故障?；诤蜻x故障隔離在CAN中的故 障。
[0007] 本發(fā)明還提供如下方案： 1. 一種監(jiān)測移動系統(tǒng)上的包括多個控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)元件的CAN的方法，所述CAN元件包括通信總線和多個節(jié)點，所述方法包括： 檢測CAN的無效節(jié)點； 基于所述CAN的無效節(jié)點和用于所述CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲，采用車外控制器來識別所述CAN中的候選故障；以及 基于所述候選故障隔離所述CAN中的故障。
[0008] 2.如方案1所述的方法，其中采用車外控制器來識別所述CAN中的候選故障包 括： 將所述CAN的無效節(jié)點和與用于所述CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲相關(guān)聯(lián)的多個故障特征矢量進行 比較； 識別與所述CAN的無效節(jié)點對應(yīng)的所述故障特征矢量中的一個； 確定與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀；以及 基于所述故障癥狀識別所述CAN中的候選故障。
[0009] 3.如方案2所述的方法，其中確定與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括 采用CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲的可達性分析，其中監(jiān)測通信來確定哪個節(jié)點是對所述故障癥狀無效 的。
[0010] 4.如方案2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在電 源與節(jié)點之間的斷開鏈路。
[0011] 5.如方案2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在電 接地與節(jié)點之間的斷開鏈路。
[0012] 6.如方案2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在第 一節(jié)點與第二節(jié)點之間的斷開通信鏈路。
[0013] 7.如方案2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括節(jié)點 中的故障。
[0014] 8.如方案2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在第 一節(jié)點與第二節(jié)點之間的通信鏈路中的短路。
[0015] 9.如方案1所述的方法，其中檢測CAN的無效節(jié)點包括采用車載控制器來監(jiān)測來 自所述CAN的節(jié)點的通信、以及將在預(yù)定時間周期內(nèi)不能在所述CAN上生成消息的所述CAN 的任何節(jié)點識別為無效。
[0016] 10.如方案1所述的方法，還包括： 采用車載監(jiān)測程序來檢測所述CAN的無效節(jié)點并且捕捉對應(yīng)的時間戳；以及 響應(yīng)于詢問，將所述CAN的無效節(jié)點和對應(yīng)的時間戳傳送至所述車外控制器。
[0017] 11. -種監(jiān)測移動系統(tǒng)上的包括多個控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)元件的CAN的方法，所 述CAN元件包括信號地連接到通信總線的多個控制器，所述方法包括： 采用車載監(jiān)測程序來將所述CAN的控制器中的每個識別為有效或無效； 響應(yīng)于詢問，將所述CAN的已識別的有效和無效控制器傳送至車外控制器； 采用所述車外控制器，基于所述CAN的無效控制器和用于所述CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲，來識別 所述CAN中的候選故障；以及 基于所述候選故障隔離所述CAN中的特定故障。
[0018] 12.如方案11所述的方法，其中采用車外控制器來識別所述CAN中的候選故障包 括： 將所述CAN的無效控制器和與用于所述CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲相關(guān)聯(lián)的多個故障特征矢量進 行比較； 識別與所述CAN的無效控制器對應(yīng)的所述故障特征矢量中的一個； 確定與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀；以及 基于所述故障癥狀識別所述CAN中的候選故障。
[0019] 13.如方案12所述的方法，其中確定與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包 括采用CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲的可達性分析，其中監(jiān)測通信來確定哪個控制器是對所述故障癥狀 無效的。
[0020] 14.如方案12所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在 電源與控制器之間的斷開鏈路。
[0021] 15.如方案12所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在 電接地與控制器之間的斷開鏈路。
[0022] 16.如方案12所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在 第一控制器與第二控制器之間的斷開通信鏈路。
[0023] 17.如方案12所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括控 制器中的故障。
[0024] 18.如方案12所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在 第一控制器與第二控制器之間的通信鏈路中的短路。
[0025] 19.如方案11所述的方法，其中將所述CAN的控制器中的每個識別為有效或無效 包括采用車載控制器來監(jiān)測來自所述CAN的控制器的通信、以及將在預(yù)定時間周期內(nèi)不能 在所述CAN上生成消息的所述CAN的任何控制器識別為無效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 現(xiàn)在將參考附圖舉例描述一個或多個實施例，其中： 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的包括控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)的移動車輛，CAN包括CAN總線和 多個節(jié)點例如控制器以及車外設(shè)備； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性CAN，其包括控制器、監(jiān)測控制器、電源、電池星狀體和 地，每個如圖所示經(jīng)由鏈路連接； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的檢測CAN中的無效控制器的車載CAN監(jiān)測程序；以及 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的確定候選故障的車外故障隔離程序，S卩，斷開鏈路、線路短路 或者采用故障特征矢量的故障控制器。
【具體實施方式】
[0027] 現(xiàn)在參考附圖，其中附圖僅是為了示出某些示例性實施例，而不是為了限制本發(fā) 明，圖1示意地示出了包括控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)的移動車輛8,控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)包 括CAN總線15和多個節(jié)點，S卩，控制器10、20、30和40。術(shù)語"節(jié)點"是指信號地連接到CAN 總線15并且能夠通過CAN總線15發(fā)送、接收和/或轉(zhuǎn)發(fā)信息的任何有源電子設(shè)備。每個 控制器10、20、30和40信號地連接到CAN總線15并且電連接到電力網(wǎng)60和接地網(wǎng)70。每 個控制器10、20、30和40包括電子控制器或者其他車載設(shè)備，其構(gòu)造為監(jiān)測或控制車輛8 的子系統(tǒng)的操作，并且經(jīng)由CAN總線15進行通信。在一個實施例中，其中一個控制器例如 控制器40構(gòu)造為監(jiān)測CAN50和CAN總線15,并且在本文中可以稱為CAN控制器。控制器 40信號地連接到通信設(shè)備42,其構(gòu)造為采用直接硬件線路連接43和/或無線遠程通信連 接44將數(shù)字消息傳送至車外設(shè)備45。直接硬件線路連接43和無線遠程通信連接44采用 任何適當?shù)耐ㄐ艆f(xié)議。
[0028] CAN 50的圖示實施例是CAN的非限制性示例，其可以以多種系統(tǒng)配置中的任意一 種使用。每個CAN描述為采用包括電源、地和在包括控制器和其他電子設(shè)備的節(jié)點之間的 通信鏈路的物理布置的網(wǎng)絡(luò)拓撲。網(wǎng)絡(luò)拓撲例如CAN是指網(wǎng)絡(luò)元件之間的連接布置，并且 優(yōu)選地包括具有互連或分散的電源、地或者在它們之間的通信鏈路的多個節(jié)點。拓撲圖發(fā) 展為包括通信拓撲、電源拓撲和接地拓撲。網(wǎng)絡(luò)拓撲涉及在節(jié)點和其他元件例如電源和地 源之間的信號、電力和接地連接性，并且在節(jié)點之間的物理或直線距離、物理互連、傳輸速 率、和/或信號類型是其次考慮的。因此，在不同車輛配置上可以發(fā)現(xiàn)提供通用功能的通用 網(wǎng)絡(luò)拓撲。
[0029]CAN總線15包括多個通信鏈路，包括在控制器10和20之間的第一通信鏈路51、在 控制器20和30之間的第二通信鏈路53、以及在控制器30和40之間的第三鏈路通信55。 電力網(wǎng)60包括電源62,例如電池，其電連接到第一電源總線64和第二電源總線66,以經(jīng)由 電源鏈路向控制器10、20、30和40提供電力。如圖所示，電源62經(jīng)由以串聯(lián)配置布置的電 源鏈路連接到第一電源總線64和第二電源總線66,其中電源鏈路69將第一電源總線64 和第二電源總線66相連。第一電源總線64經(jīng)由以星型配置布置的電源鏈路連接到控制器 10和20,其中電源鏈路61將第一電源總線64和控制器10相連，并且電源鏈路63將第一 電源總線64連接到控制器20。第二電源總線66經(jīng)由以星型配置布置的電源鏈路連接到 控制器30和40,其中電源鏈路65將第二電源總線66和控制器30相連，并且電源鏈路67 將第二電源總線66連接到控制器40。接地網(wǎng)70包括車輛接地線72,其連接到第一接地總 線74和第二接地總線76,以經(jīng)由接地鏈路向控制器10、20、30和40提供電接地。如圖所 示，車輛接地線72經(jīng)由以串聯(lián)配置布置的接地鏈路連接到第一接地總線74和第二接地總 線76,其中接地鏈路79將第一接地總線74和第二接地總線76相連。第一接地總線74經(jīng) 由以星型配置布置的接地鏈路連接到控制器10和20,其中接地鏈路71將第一接地總線74 和控制器10相連，并且接地鏈路73將第一接地總線74連接到控制器20。第二接地總線 76經(jīng)由以星型配置布置的接地鏈路連接到控制器30和40,其中接地鏈路75將第二接地總 線76和控制器30相連，并且接地鏈路77將第二接地總線76連接到控制器40?？梢圆捎?具有相似效果的用于控制器10、20、30和40和CAN總線15的通信、電源和接地的分布的其 他拓撲。
[0030] 車外設(shè)備45可以包括在車輛診斷和維修中心的服務(wù)區(qū)使用的手持式掃描工具。 車外設(shè)備45也可以包括遠程定位服務(wù)中心。車外設(shè)備45構(gòu)造為與通信設(shè)備42通信，包括 向控制器40交互詢問消息。車外設(shè)備45優(yōu)選地包括控制器元件、包括可以與CAN50相關(guān) 的網(wǎng)絡(luò)拓撲的存儲器元件、以及如本文描述地執(zhí)行以遠程識別CAN50中的故障的分析元 件。
[0031] 控制模塊、模塊、控制、控制器、控制單元、處理器以及類似的術(shù)語表示以下部件中 的一個或多個的任何一種或各種組合：專用集成電路（ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個 軟件或固件程序或者例行程序的中央處理單元（優(yōu)選微處理器）及相關(guān)聯(lián)的內(nèi)存和存儲器 (只讀存儲器、可編程只讀存儲器、隨機存取存儲器、硬盤驅(qū)動器等）、組合邏輯電路、輸入/ 輸出電路和設(shè)備、適當?shù)男盘栒{(diào)節(jié)緩沖電路、以及提供所述功能的其它部件。軟件、固件、程 序、指令、例行程序、代碼、算法以及類似的術(shù)語表示包括校準和查找表在內(nèi)的任何指令集。 所述控制模塊具有一組控制例行程序，通過執(zhí)行這組例行程序來提供期望的功能。例行程 序由例如中央處理單元執(zhí)行，例行程序是可操作的以監(jiān)測來自感測設(shè)備和其它聯(lián)網(wǎng)控制模 塊的輸入，并執(zhí)行控制和診斷例行程序來控制致動器的操作。在正在進行的發(fā)動機工作和 車輛運行期間，可以以定期間隔（例如每100微秒、3. 125、6. 25、12. 5、25和100毫秒）執(zhí)行 例行程序。替代地，可以響應(yīng)于事件的發(fā)生來執(zhí)行例行程序。
[0032] 控制器10、20、30和40每個經(jīng)由CAN總線15跨過CAN50發(fā)送和接收消息，對于不 同的控制器，消息傳輸速率可以以相同或不同的周期發(fā)生。CAN消息具有已知的預(yù)定格式， 在一個實施例中，其包括幀開始（S0F)、標識符（11位標識符)、單向遠程發(fā)送請求（RTR)、 主導(dǎo)單向標識符擴展（IDE)、保留位（r0)、4位的數(shù)據(jù)長度代碼（DLC)、長達64位的數(shù)據(jù) (DATA)、16位的循環(huán)冗余校驗（⑶C)、2位的應(yīng)答（ACK)、7位的幀結(jié)束（EOF)以及3位的幀間 間隔（IFS)。CAN消息可能被破壞，其中已知的錯誤包括填充錯誤、格式錯誤、ACK錯誤、位1 錯誤、位0錯誤以及CRC錯誤。使用錯誤來產(chǎn)生錯誤警報狀態(tài)，包括主動錯誤狀態(tài)、被動錯 誤狀態(tài)、以及總線掉線錯誤狀態(tài)中的一個。主動錯誤狀態(tài)、被動錯誤狀態(tài)以及總線掉線錯誤 狀態(tài)是基于增加數(shù)量的已檢測總線錯誤幀即增加的總線錯誤計數(shù)來分配的。已知的CAN總 線協(xié)議包括提供整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)一致性，這會導(dǎo)致本地錯誤的全局化。這樣允許故障的非靜 止控制器在CAN總線15上破壞來源于另一個控制器的消息。
[0033] 導(dǎo)致在CAN總線上的消息丟失的通信故障可以是其中一個控制器中的故障、CAN 總線的其中一個通信鏈路中的故障、電力網(wǎng)的其中一個電源鏈路中的故障、和接地網(wǎng)的其 中一個接地鏈路的故障的結(jié)果。拓撲圖可以展開為包括通信拓撲、電力拓撲以及接地拓撲。 通過去除斷開鏈路，對每個拓撲圖進行可達性分析。參考圖2描述了拓撲圖的可達性分析 的一個實施例。
[0034] 圖2示出了示例性CAN400的網(wǎng)絡(luò)拓撲，示例性CAN400包括控制器402、404和 406、監(jiān)測控制器408、電源410、電池星狀體412以及地414,每個如圖所示經(jīng)由鏈路連接。監(jiān) 測控制器408觀察指示各個故障集的癥狀，其中每個故障集具有包括一組無效控制器的對 應(yīng)故障特征。監(jiān)測功能顯示為由控制器408執(zhí)行，但可以理解在通信總線上的控制器402、 404、406和408中的任意一個或所有可以構(gòu)造為執(zhí)行故障診斷，因為CAN總線上的任何消息 可以在所有控制器節(jié)點處觀察。
[0035] 為網(wǎng)絡(luò)拓撲生成故障模型，并且故障模型包括由監(jiān)測控制器對多個故障的每個觀 察的多個癥狀、以及對應(yīng)的故障特征矢量Vfinarti'其包括與之相關(guān)聯(lián)的一組被觀察的無效 控制器。與參考圖2描繪的網(wǎng)絡(luò)拓撲相關(guān)聯(lián)的示例性故障模型包括如下，其中CAN400的 網(wǎng)絡(luò)拓撲包括控制器402 [1]、404 [2]和406 [3]、監(jiān)測控制器408 [0]、電源410 [4]、電池星狀 物412 [5]以及地414 [6]。故障模型是采用網(wǎng)絡(luò)拓撲的可達性分析來得出的，其中歸納癥狀 并且監(jiān)測通信來確定哪個控制器對于該癥狀是無效的。
【權(quán)利要求】
1. 一種監(jiān)測移動系統(tǒng)上的包括多個控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)元件的CAN的方法，所述CAN 元件包括通信總線和多個節(jié)點，所述方法包括： 檢測CAN的無效節(jié)點； 基于所述CAN的無效節(jié)點和用于所述CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲，采用車外控制器來識別所述CAN 中的候選故障；W及 基于所述候選故障隔離所述CAN中的故障。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中采用車外控制器來識別所述CAN中的候選故障包 括： 將所述CAN的無效節(jié)點和與用于所述CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲相關(guān)聯(lián)的多個故障特征矢量進行 比較； 識別與所述CAN的無效節(jié)點對應(yīng)的所述故障特征矢量中的一個； 確定與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀；W及 基于所述故障癥狀識別所述CAN中的候選故障。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中確定與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括 采用CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲的可達性分析，其中監(jiān)測通信來確定哪個節(jié)點是對所述故障癥狀無效 的。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在電 源與節(jié)點之間的斷開鏈路。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在電 接地與節(jié)點之間的斷開鏈路。
6. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在第 一節(jié)點與第二節(jié)點之間的斷開通信鏈路。
7. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括節(jié)點 中的故障。
8. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中與所識別故障特征矢量相關(guān)聯(lián)的故障癥狀包括在第 一節(jié)點與第二節(jié)點之間的通信鏈路中的短路。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測CAN的無效節(jié)點包括采用車載控制器來監(jiān)測來 自所述CAN的節(jié)點的通信、W及將在預(yù)定時間周期內(nèi)不能在所述CAN上生成消息的所述CAN 的任何節(jié)點識別為無效。
10. -種監(jiān)測移動系統(tǒng)上的包括多個控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN)元件的CAN的方法，所述 CAN元件包括信號地連接到通信總線的多個控制器，所述方法包括： 采用車載監(jiān)測程序來將所述CAN的控制器中的每個識別為有效或無效； 響應(yīng)于詢問，將所述CAN的已識別的有效和無效控制器傳送至車外控制器； 采用所述車外控制器，基于所述CAN的無效控制器和用于所述CAN的網(wǎng)絡(luò)拓撲，來識別 所述CAN中的候選故障；W及 基于所述候選故障隔離所述CAN中的特定故障。
【文檔編號】H04L12/40GK104468175SQ201410470400
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】S.蔣 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司