用于延迟系统的ECU接地故障隔离设备的制作方法

本文描述的主题的实施例总体涉及车辆诊断系统。更具体地，主题的实施例涉及一种定位与电子装置相关的接地偏移的方法。

背景技术：

包括但不限于汽车的各种类型的系统使用大量电控单元(ecu)，这些ecu配置为控制各种车辆子系统，如发动机、变速器、安全气囊、防抱死刹车系统、巡航控制系统、电动助力转向系统、音频系统、车窗、通讯系统、车门和后视镜调整系统。虽然这些子系统中一部分是独立的，但其他的子系统会在车辆运行期间要求在彼此之间进行数据交换。当ecu失效或虽运行但存在故障时，车辆可能表现出性能降低或完全瘫痪。

车辆上的ecu可能会经历接地偏移状况。当ecu的预期基准电压(例如，零伏特)移位时，就会出现接地偏移状况。如果出现这种状况，而且如果相对于不同基准电压对该移位信号电压进行了测量，则将获得不同的测量值。

在理想的ecu网络中，每个基准电压都是相同的，这样使得所有信号电压测量值都相对于彼此是一致的。由于电负载发生改变，ecu中的接地偏移可导致车辆运行不一致。此外，接地偏移随着时间趋于降低，致使故障ecu无法运行。

技术实现要素：

本发明的优点在于：对接地故障进行检测并识别出多个电控单元(ecu)中的哪一个ecu导致接地故障。系统可以是车载或非车载系统和/或诊断工具，其能对搭载于主系统上的ecu的接地完整性进行检查以自动识别并定位ecu网络中的接地偏移源。诊断系统利用与报文中超过预期目标电压的电压测量值有关的报文计数。确定与高电压测量值有关的报文计数，并将该计数标准化。可通过识别具有最大计数的ecu来实现故障ecu的确定，或者可对如下进行进一步分析：安装前是否进行测试，以及产生的故障特征和与故障特征相匹配的计数是否识别出故障ecu。

在一个实施例中，设想一种在故障电控单元中检测接地故障的方法。启用由处理器执行的接地故障检测技术。通过处理器确定各个相应的电控单元在接地偏移状况期间于预定时间段内传输的报文计数。报文计数包括在通信总线之内传送的报文，其具有高于预期电压值至少一个预定电压值的测量电压。将各个相应的电控单元的报文计数标准化。将故障电控单元识别为标准化报文计数的函数。输出故障信号以识别故障电控单元。

附图说明

图1为电子装置的网络的图示表示。

图2示出了诊断系统对模块故障进行诊断。

图3示出了多个can报文的示例性电压信号特征。

图4为图3的信号的放大视图。

图5a示出了接地偏移状况期间示例性的帧计数表。

图5b示出了标准化格式的计数数据。

图6为示出ecu以及相关的故障特征的示例性表。

图7为模式匹配相关性的示例性表。

图8示出了确定故障模块的方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述意在对实施例的主题进行理解时进行说明，而并不旨在对主题的实施例或这些实施例的应用和用途进行限制。“示例性”一词的任何用途都旨在理解为“用作示例、例子或例证”。本文阐明的实施方式仅用作示例，并不意在理解为较其他实施方式更优选或更优越。本文的描述并不意在受任何在前述背景技术、详细描述、简述或以下详细描述中介绍的明示或暗示的理论所约束。

本文可依据功能和/或逻辑块部件，并参照可通过各种计算部件或装置执行的操作、处理任务和功能的符号表示对技术和工艺进行描述。这些操作、任务和功能有时也称为由计算机执行的、计算机化的、由软件实现的或由计算机实现的操作、任务和功能。应当理解，附图中所示的各种块部件可通过任何数目的配置为执行具体功能的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如,系统或部件实施例可采用各种集成电路部件(例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等，它们可在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下实现各种功能)。

如果以软件形式实现，则本文描述的系统的各种元件实质上是执行各种任务的代码段或计算机可执行指令。在某些实施例中，程序或代码段存储在有形的处理器可读介质中，这种介质可包括任何可存储或传输信息的介质。非暂时或处理器可读介质的示例包括电子电路、微控制器、专用集成电路(asic)、半导体存储装置、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘等。

本文描述的系统和方法可用于在通过通信总线互相连接构成的电子装置网络(如，车载车辆通信网络)中定位接地偏移。接地偏移定位技术依赖于总线电压测量值以及电压测量值的时间戳。虽然下文相对于车辆通信对方式和方法进行了描述，但本领域技术人员应理解：汽车应用仅仅是示例性的，本文公开的构思还可应用于任何其他合适的通信系统，如，举例来说，一般工业自动化应用、制造和装配应用以及游戏。

本文描述的术语“车辆”可广义地理解为不仅包括乘用车，而且还包括任何其他车辆，包括但不限于：摩托车、卡车、运动型多用途车(suv)、休闲车(rv)、船舶、飞行器、农用车辆和工程车辆。本文描述的系统和方法还可实现为搭载于主车辆上(例如，以ecu或任何车载处理模块来实现)，或以可利用适当配置的接口连接至车辆网络的非车载诊断工具、装置或部件来实现。换言之，本文描述的方法可在服务工具上实现，而不是在ecu或网关模块上实现。此外，尽管下文相对于包含了布置为控制器局域网(can)的ecu的通信系统进行了描述，本领域技术人员应理解：本文描述的方法同样可应用于任何采用非隔离多点分支总线的通信系统。

现参照附图，图1为电子装置的网络的简化图示表示。应当理解，所示以及所描述的实施例包括搭载于主车辆上的ecu12的网络，且可包括较所示更多或更少的ecu。ecu可包括下列常用模块，包括但不限于：发动机控制模块；变速器控制模块；车身控制模块；车载资讯系统控制模块；后差速器控制模块；电子驻车制动模块；人机接口模块；和电子制动控制模块；

图1还示出了诊断系统14，其可包括但不限于：车载模块(如，另一ecu)；车载中央网关模块，其与多个不同的搭载于车辆上的网络进行通信；非车载或外部诊断工具、装置或子系统；或任何适当配置的以及兼容的计算机装置。每个ecu12都通过通信总线16互相连接。通信总线16描述为单线总线；然而，通信总线16可实现为双线总线或大于双线总线的总线。为简单起见，图1示出了具有四个ecu的单一通信局域网(can)。然而，实际上，车辆可包括四个以上的ecu(例如，30个)。应当理解，主车辆可包括多个can，并且任何相应的ecu12可属于一个或多个线总线。

在常规车辆系统中，典型的网络总线协议是can，其是一种多主控广播串行总线标准，设计为允许微控制器和其他装置在主车辆中与彼此通信。can协议中最常用的物理层标准是由iso-11898-2定义的双线均衡信令方案(称为高速can)。该标准详细说明了双线差动总线，其中节点数目受限于母线电负载。每一个属于can的ecu都连接到母线的两条线上。母线的两条线识别为canhigh和canlow。在某些非限制性的示例性实施例中，共模电压范围为从canlow上的1.5伏特至canhigh上的3.5伏特。更具体地，canlow上的电压通常在大约1.5至2.5伏特的范围内，而canhigh上电压通常在大约2.5至3.5伏特的范围内。

通信总线16上的每个节点都能够发送和接收报文，但不同时动作。每一报文(也称为can帧)包括数据以及一些可根据需要读取和解译的识别信息。识别信息携带在报文的判优字段中进行传送。判优字段还用作表示报文优先级的优先级识别符，其中具有较低优先级识别符值的报文比具有较高优先级识别符值的报文的优先级高，因此会被优先传输。优先级识别符必须是唯一分配给唯一一个ecu，否则两个不同的ecu可能同时在判优中取胜，这将会导致总线错误。因而，优先级识别符还起到源识别符的作用，源识别符唯一映射到一个且唯一一个ecu上。相应的ecu可具有一个以上唯一映射到其上的源识别符。

can协议包括隐性状态和显性状态。差分电压用于表示隐性状态和显性状态(即，位)。在隐性状态下(逻辑1)，canhigh和canlow上的差分电压小于最小阈值。在显性状态下(逻辑0)，canhigh和canlow上的差分电压大于最小阈值。can网络中的数据携带在报文中进行传输，报文更常称为帧。通过位字段将给定can帧与前面的帧分开，位字段被称为帧间间隔，包括至少三个连续的隐性位。在这些连续的隐性位后面，如果检测到显性位，则将该显性位作为下一帧的“帧开始”位。

每个ecu12通常包括处理器或微控制器、记忆存储装置、can控制器和收发器。ecu微控制器控制报文的中继，且常与传感器、致动器和控制装置相连接。can控制器通常为微处理器的一个主要部分，配置为存储从通信总线16接收的串行位直到可以获得整个报文，然后可通过ecu微控制器得到报文。can控制器还配置为接收微处理器传输的报文，这些报文随后会以位的形式串行传输到通信总线16上。收发器则将can使用的各层级的数据流转换成can控制器可处理的层级，反之亦然。

图2示出了诊断系统14，其表示一种诊断搭载于主车辆上的can以对接地偏移源进行定位的系统。诊断系统14用作示例，并可实现为车载部件、子系统或模块，或者其可以实现为能够根据需要连接到通信总线16上以执行各种功能的非车载装置或部件。图2进一步示出了诊断系统14的简化表示。在一些实施例中，诊断系统14可以搭载于主车辆上的相应的模块来实现，其中相应的模块经由通信总线16连接到ecu12.应当理解，任何模块都可用作诊断节点。相应的模块还可用作集中式接口，其与多个不同的搭载于主车辆上的can进行通信。因此，相应的模块可针对一个以上搭载于车辆上的can执行诊断程序(包括接地偏移检测)。在其他实施例中，诊断系统14可实现为主车辆之外的诊断工具(即，非车载工具)。诊断工具包括适当配置的接口，用以与通信总线16建立通信，如图1所示。例如，诊断工具可实现为计算机系统(例如，笔记本电脑、平板电脑或移动装置)，该计算机系统具有与主车辆上的插头、插座或接口兼容的连接电缆。

诊断系统14通常包括至少一个处理器20和至少一个与处理器18相关联的存储装置22。或者，处理器20和存储介质22可实现为单一集成电路部件，如，微控制器或asic。诊断系统14还可包括特定的输入/输出(i/o)特征24。在车辆系统中，诊断系统14可包括或配合于支持附加功能或支持本文描述的技术和方法的附加元件、装置、部件或特征。

存储装置22(或另一存储器装置或部件)可表示有形的、非暂时性的电子存储介质，其中存储有处理器可执行指令。处理器20执行存储于存储装置22中的指令以执行一种在电子装置的网络(例如，基于车辆的can)中定位接地偏移源的方法。诊断系统14可执行指令，这些指令有效地将可能为通用计算平台的存在转换成一台专用的支持本文介绍的技术、工艺和方法的设备。这特别适用于可能使用计算机设备的外部非车载实现方式。

i/o特征24可发起或控制诊断系统14的功能，以及/或者用以根据需要产生适当格式化的输出。在车辆系统中，i/o特征24可包括：例如，can收发器、模数(a/d)转换器或类似器件。i/o特征24能将ecu中的一个或多个识别为潜在的接地偏移源。在某些实施例中，i/o特征24能生成指示诊断系统14检测到的接地偏移状况的诊断故障码，而在其他实施例中，i/o特征24用于发出故障信号，如，警报或警告报文，从而生成故障报告以显示测试结果等。可根据需要视特定实施例而定，由诊断系统14对这些及其他报告功能进行支持。

诊断系统14执行计算机可读指令以监测通信总线16上的报文的电压特性，此目的是识别发生接地偏移的ecu。

图3为具有多个ecu的can的信号电压特性的示图。在图3中，电压信号的上一“半”对应canhigh,电压信号的下一“半”对应canlow。总体上指定为30的区域表示相应的帧组，在该帧组中不存在接地故障。当所有ecu接地都正常时，典型的预期can电压特征的平均帧和帧间电压大约是2.5伏特。

图4为区域30中的信号的一部分的放大图，用以示出：相应的帧组包括串行传输中一个或多个ecu传输的各种报文。如图4所示，信号的竖直线的缺口32表示前一报文的结束以及下一报文的开始。如所示，可在该相应的时间帧之内在can上传输各种报文，报文具有不同传输速率和不同传输长度。因此，传输信号的缺口识别表示一个报文的计数。通过识别相应的时间段的电压信号的缺口数，可以确定在该时间段内传输的计数(即，报文数)量。

再参照图3，在区域30中的相应的帧组的每一个之中的峰值电压都相对稳定且一致，其中canhigh的峰值电压大约为3.5伏特，canlow的峰值电压大约为2.5伏特。此外，每一测量电压的平均帧电压都相对稳定且一致，大约为2.5伏特。这些特性可指示ecu接地正确，对于区域30中的该相应的帧组来说，任何一个ecu中都没有接地偏移。

应当理解，相应的一组帧包括快速连续地传输的报文。应当理解，每一个ecu都能按不同时间在can上传输报文，且取决于每个报文之内的数据内容量，每个报文都可具有不同的传输长度。因此，报文传输速率可从一个到另一个ecu发生变化。例如，相应的ecu可在相应的传输时段传输给定报文。相应地，一些ecu生成较高百分比的于can上传输的报文，而其他的ecu则生成相对较低量的报文流量。

还如图3中所示，通过区域34总体指定了帧组，其示出可指示接地偏移状况的信号电压特性。与没有接地偏移的区域30相比，相应的帧组34发生偏移(即，向上移位)，其具有可指示接地偏移状况的电压特性。在该示例中，发起这些相应的报文组的ecu具有拉高的接地电压(其接地电压大于基准零)。该接地偏移使得在故障ecu传输报文时canhigh和canlow被拉高。由该ecu引起的接地偏移状况使得其他报文相对于它们的层级向上移位。如图3中的区域34所示，与区域22中所示的3.5伏特的健康电压信号相比，这些相应的帧组的峰值电压对于canhigh来说大约为5.5伏特。此外，与区域30中所示的2.5伏特的健康电压信号相比，这些相应的帧组的峰值电压对于canlow来说大约为4.0伏特。因此，帧组34的平均峰值帧电压也被向上移位大约1.5伏特至一个大约4.0伏特的值。

已知有用于分析指示接地偏移的区域的方法，用以通过确定哪一个ecu具有最高的识别出接地偏移的相应的区域的计数来确定故障ecu。为了确定哪一个ecu出现故障，必须对每一报文中的数据进行分析以识别哪一个ecu传输了该报文。每一报文都包含报文头部，其包括识别传输模块的识别符。如前所述，已知技术测量can上的报文的电压，然后基于该报文中的识别符确定传输该报文的模块。然而，由于电压测量和报文识别是不同步的，这种类型的技术可能产生不准确的结果。可使用单个微控制器电压传感器来测量所有在can上传输的电压，并且可通过微控制器电压传感器瞬间确定信号的电压测量值。然而，就分析报文中的数据以确定传输模块而言，在通过微控制器电压传感器测量电压的时间和通过can控制器分析报文以确定识别符的时间之间会发生延迟。因此，由于读取报文中的数据有延迟，可能错误地将计数与错误的报文相关联。换言之，可能会错误地将ecu与电压读取信号相关联，这是因为，由于识别符因延迟不能在获得电压测量值的时间瞬间读取头部数据，读取头部数据时可能针对的是上一个帧(报文)而不是当前帧(报文)。可使用各种技术获得报文数据，包括增加窗口大小。延迟太长可能不会正确地捕获到正确的报文识别符，而窗口太大可能会捕获到过多数据。因此，本文的技术使用预定窗口大小和预定延迟。优选地，延迟为两毫秒(即，2ms)。用于测量高can电压的最佳窗口基本上等于延迟加250μs之和。虽然该技术有助于更准确地识别出每一ecu的计数，然而其中仍然存在缺陷，包括来自不同报文时段的不同报文计数。

为了克服该缺陷，将数据标准化。图5a示出了表，其中，针对每个相应的于接地偏移期间在窗口中传输报文的模块，对帧(即，报文)进行了计数。在图5a中，用于获得电压测量值的最佳窗口大小应等于250μs。应当理解，该相应的参数是可以调整的。在确定的窗口后的时间延迟(例如，2ms)之后，由can控制器读取报文。标准化过程对数据进行分析，将其作为相应的ecu的具有高电压的报文数相对于该ecu的报文总数的百分比。该表达可由以下公式表示：

图5b表示标准格式的图5a中的接地故障数据。数据的标准化消除了数据的任何扭曲。可基于图5b中的标准化数据图表中的相应的具有最大计数的ecu来选取候选ecu。

在第二优选实施例中，基于高电压帧的频率应用隔离技术。该技术的分析是基于高电压帧的报文频率等于故障ecu发送的报文频率。该例程基于每一ecu在相应的时段之内传输的报文数确定高电压的故障特征。换言之，将相应的窗口期间的高电压帧重新计数与预定故障特征表相比，预定故障特征表包括每一个ecu的故障特征。如果电压帧值的频率数在表中的故障特征范围之内，则将与确定的故障特征范围相关联的ecu识别为故障ecu。

基于相应的时间段之内传输的报文数确定故障特征。可基于以下公式确定任一ecu的频率特征。

其中，cj为时段pj之内的报文数。对于相应的ecu的各个相应的故障特征，将预定不确定性阈值(+ε,-ε)应用于相应的故障特征，从而得到各个相应的ecu的故障特征范围。通过将相应的ecu或ecu组合的故障引入试验台或试验车辆中，识别该相应的ecu或ecu组合的故障特征，可生成该表。图6示出了识别出ecu和相关联的故障特征的示例性表40。

在确定了每一ecu和ecu组合的频率特征之后，在车辆中实现故障特征表40。在车辆运行期间，当检测到接地故障时，获得相应的窗口的高电压测量值。相对于测量的高电压值确定电压帧频率。电压帧频率由以下公式表示：

其中，w为窗口大小。一旦电压帧频率确定，则将确定的电压帧频率的值与故障特征表40相比，并确定该确定值位于哪一频率范围内。表42进一步示出了示例性的电压帧值计算频率，其可与相应的频率特征范围表40相比以识别候选故障ecu。如果电压帧值频率处于频率特征范围之内，则基于与相应的频率特征范围相关联的ecu来识别故障ecu。

图7示出了确定与接地偏移相关联的故障ecu的第三实施例。图7所述技术使用了模式匹配相关性。通过使用本文描述的标准化技术，针对相应的窗口确定每一ecu的标准化值。在前一实施例中，将具有最高计数的ecu识别为故障ecu。在本文描述的实施例中，使用三个具有最高计数的ecu与故障特征表相比。通过将相应的ecu或ecu组合的故障引入试验台或试验车辆中，识别该相应的ecu以及其他ecu在窗口期间的故障特征，可生成故障特征表。与识别具有所有的故障特征的ecu计数中最大数的计数的ecu相比，使用三个当接地偏移发生时在该窗口期间传输报文的每一个ecu之中具有最大计数的ecu来生成该ecu的故障特征。因此，通过为故障特征添加补充细节而使用更稳健的方法。换言之，用于识别故障特征的细节越多，匹配故障特征的模式的技术将更稳健。应当理解，由于ecu的数目可调整并可基于想要的稳健度而改变，本文可使用若干而非三个ecu。

图7示出了故障特征表50，在该生成的表中，当相应的模块或模块组合被引发故障时，识别出所列的ecu中的三个最大计数。如故障特征表50所示，故障模块在列52中识别出，该相应的模块的相关联的具有所有引发故障计数中最大三个计数的故障特征(fecui)在列54中识别出。如所示，一些故障特征可包括三个模块、两个模块或一个单一模块。关于为什么少于三个模块仅可包括相应的故障特征的原理是：少于三个模块在相应的故障窗口期间实际上记录了任何计数。因此，如果于该相应的窗口没有额外的模块记录故障，则可能不存在可用于故障特征的第二或第三模块。

在图7中，第一图表56表示当存在接地偏移时，识别出的故障特征的标准化计数。该示例性图表示当检测到接地偏移且对计数进行标准化时，在相应的窗口期间传输报文的模块的计数。如图表56所示，将于这个窗口期间记录故障的多个模块中最高的三个模块(例如，ebcm、hmi和onstar)从图表56中剔除。使用匹配于故障特征表50的模式对这三个从图表56中剔除的最高模块进行比较。如果基于从图表56中剔除的三个模块的模式与匹配故障特征表50中的相应的故障特征匹配，则选择与确定的故障特征相关联的相应的故障模块用于识别故障模块。在该示例中，选择ebcm模块。

第二图表58表示当存在接地偏移时确定的故障特征的标准化计数。该示例性图表示当检测到接地偏移且对计数进行标准化时，在相应的窗口期间传输报文的模块的计数。如图表58所示，标准化计数。如图表58所示，当接地故障发生时，仅有一个单一模块(例如，hmi)于该相应的窗口期间传输了报文。因此，只有hmi模块将构成故障特征。将仅包括hmi的故障特征与故障特征表50相比。如果基于单一的hmi模块的模式与匹配故障特征表50中的相应的故障特征匹配，则选择与确定的故障特征相关联的相应的故障模块用于识别故障模块。在该示例中，识别了故障hmi模块。

应当理解，如本文描述的每一实施例都能被单独或彼此组合实施。以下如图8所示的流程图描述了一种结合三个实施例中的每一个的方式。

在框60中，检测到引发接地故障检测技术的状况。在框61中，所有变量为初始化了的。

在框62中，读取时间t0(例如，1.0sec)的canhigh电压和canlow电压。存储与canhigh相关联的最大电压vhmax和与canlow相关联的vhmax。

在框63中，确定使用t1和t2的高电压阈值。通过max(vhmax-1,4)确定使用t1的高电压阈值。从(vhmax-1)伏特的差值或4伏特的最大值中选择电压。此外，通过max(vhmax-1,3)确定使用t2的高电压阈值。从(vhmax-1)伏特的差值或3伏特的最大值中选择电压。

在框64中，读取t3(例如，1.5sec)的canhigh电压和canlow电压。存储canhigh>t1和canlow>t2的时间戳。

在框65中，如果时间差小于t4，则将点删除。随后对高电压帧进行计数。将图4中所述技术应用于高电压帧计数。

在框66中，对匹配图4所示的故障特征表的任何数据范围的高电压帧计数进行确定。如果匹配，则例程进入步骤67；否则，例程返回框64，继续读取下一时间段的canhigh电压和canlow电压。

在框67中，响应于对匹配的识别，执行图5a-b所示的相关性例程。收集canhigh电压和canlow电压，以及来自候选ecu的报文。确定如相关性例程中描述的来自每一报文的识别符。

在框68中，在预定时间窗口t5内将电压和报文相关联。

在框69中，使用本文描述的技术将基于相关联的电压和报文的计数标准化。识别具有标准化值中最高值的计数，并识别相关联的ecu。

如果期望得到更稳健的结构，则可以使用框69中的标准化结果应用模式匹配。在框70中，使用图7中所述的计数模式匹配例程选择识别出的模块。基于模式匹配，将候选ecu识别为故障模块。

在框71中，在识别出故障ecu之后，可对用户、维修技术员或类似识别故障模块的人输出警报。可由维修技术员使用维修诊断工具识别故障模块并存储在存储器中用于以后检索。

虽然已经详细描述了本发明的某些实施例，但本发明涉及的领域的技术人员可认识到各种可选的设计和实施例可用于实施由以下权利要求书限定的本发明。