CN101559746B - 一种汽车线控转向系统的故障诊断系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车线控转向系统的故障诊断系统，采用嵌入式分层架构，包括线控转向控制模块、CAN通讯、CAN诊断通讯、硬件抽象层、故障判断检测模块，I/O驱动及操作系统，线控转向控制模块接收来自CAN通讯、CAN诊断通讯的信号，经过控制策略处理给出相应输出信号，并通过CAN通讯、CAN诊断通讯将信号传递至硬件。本发明提出嵌入式分层架构，有利于减少软件之间的强耦合，有利于进行测试调试，减少开发的时间和成本。
Description
技术领域
本发明属于汽车领域，特别是涉及汽车线控转向系统的嵌入式软件设计和车载诊断。
背景技术
汽车的安全性为汽车性能主要指标之一，因此汽车车载控制器的软硬件设计日益融入汽车的故障诊断技术中。目前汽车车载控制器主要通过车载诊断通讯的方法将存于车载控制器的故障读出。车载诊断通讯主要通过车载CAN网络来进行实时传输。由于CAN车载网络具有通讯速率高，实时性可靠性强等特点，目前国际诊断通讯已由早期的K线诊断，转换成CAN诊断。CAN通讯是CAN诊断实现的硬件基础。
在已有技术中，车用实时智能故障监测装置及方法(专利号CN200610039723.8)中公开该装置由外壳及外壳内置有的液晶驱动显示模块、电子组件电路板以及为两部件供电的电源系统组成，所述的电子组件电路板内容为：带A/D转换的微处理器以及分别与微处理器线路连接的CAN总线智能接收模块、故障中英文字提示内容存储器、故障中英提示语音模块、功能切换及设置电路、故障信息存储器，控制器、液晶驱动显示模块的I/O口与电子组件电路板的I/O口相连接等，车用实时智能故障监测装置，是汽车故障的监测器械，可连续监测行驶汽车故障。通过上述技术，可以实现从CAN总线读取车载状态信息并进行故障信息读取并显示等，但是该项技术未涉及线控转向系统，并未做出关于嵌入式软件的分层架构，以减少软件之间的强耦合等的说明。
发明内容
本发明用于对安全性要求极高的汽车线控系统中，根据汽车嵌入式软件设计的特点进行线控转向系统故障诊断设计。
本发明所涉及的故障诊断系统是线控转向系统的一部分。
本发明提出一种汽车线控转向系统的故障诊断实现方式，实现对线控转向系统的故障诊断处理。根据线控转向的硬件外设，提出线控转向故障诊断的分层软件设计架构，并给出线控转向故障通讯框图。
本发明公开了一种汽车线控转向系统的故障诊断系统，采用嵌入式分层架构，包括线控转向控制模块、CAN通讯、CAN诊断通讯、硬件抽象层、故障判断检测模块，I/O驱动及操作系统，其特征在于：线控转向控制模块包含算法及处理，接收来自CAN通讯、CAN诊断通讯的信号，经过控制策略处理给出相应输出信号，并通过CAN通讯、CAN诊断通讯将信号传递至硬件；CAN通讯分为CAN网络管理及CAN应用层，CAN网络管理处在CAN应用层和I/O驱动之间，同时响应整车网关的网络信号的管理；CAN诊断通讯分为CAN诊断传输层及CAN诊断应用层，CAN诊断传输层进行多帧处理以及相关底层时间设置，CAN诊断应用层处理各个诊断通讯过程中具体所用的诊断服务；硬件抽象层进行数据处理和检测，为线控转向控制模块提供直接可以使用的变量；故障判断检测模块主要提供故障判断策略及算法；操作系统为线控转向控制模块进行时间的分配和调度。
进一步，CAN诊断传输层从I/O驱动的CAN驱动中接收CAN信息，进行多帧和时间处理，并传递给CAN诊断应用层；CAN诊断应用层从CAN诊断传输层接收信息，进行判断，并调用线控转向控制模块相关诊断信息，给出回复；诊断回复通过CAN诊断传输层传递给CAN驱动，并发送到CAN网络。
进一步，CAN应用层进行信号列表中的相关信号处理，从网络中接收信息送给线控转向控制模块处理，并接收线控转向控制模块信息将其传送到CAN网络上。
进一步，CAN网络管理从CAN驱动接收信息，并进行网络管理配置，转发给CAN应用层，CAN应用层接收判断，并传递给线控转向控制模块，在有故障发生时，线控转向控制模块给CAN应用层发送信号，CAN应用层将信号传递给CAN网络管理，CAN网络管理传递给CAN驱动，CAN驱动程序通过硬件设置发送到CAN网络。
进一步，硬件抽象层从I/O驱动接收相关传感器、开关的输入信号，其中模拟量通过ADC模块来进行，数字量通过GPIO模块进行，PWM脉冲通过PWM模块来进行处理。硬件抽象层接收到相关信号后，进行数据处理及信号转换，将信号由物理状态转换为逻辑量，即故障检测模块可以处理的信息。
进一步，故障检测模块从硬件抽象层接收信号，并更新线控转向控制模块传递过来的最新信息，进行相关故障策略处理，发现故障时将信息传递给线控转向控制模块，线控转向控制模块通过CAN诊断通讯发送到CAN网络。
本发明对线控转向系统进行故障诊断，提高了系统的可靠性和安全性。
本发明提出嵌入式软件的分层架构，有利于减少软件之间的强耦合，有利于进行测试调试，减少程序开发的时间和成本。
本发明提供线控转向控制器与外界的诊断通讯，一旦发生故障，线控转向控制器通过CAN网络和仪表控制器通讯，发送相关信息，点亮报警指示灯。售后维修人员、诊断测试人员可以用诊断测试设备利用CAN总线进行CAN诊断通讯，从线控转向控制器中读取相关故障，进行维修。此法简洁便利，极大的方便了售后维修人员，并减少了相关故障诊断和判断的时间。
附图说明
图1：线控转向系统的分层架构示意图；
图2：线控转向系统故障诊断通讯示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述。
图1示出了线控转向系统的分层架构。线控系统故障诊断分层架构主要由线控转向控制模块，CAN通讯(包括CAN网络管理和CAN应用层)和CAN诊断通讯(包括CAN诊断传输层和CAN诊断应用层)，故障判断检测模块和硬件抽象层HAL(Hardware Abstract Layer)，低端驱动程序(Low Level Drive Layer/InputOutput Driver本文简称I/O驱动)及操作系统组成。
本发明提出嵌入式软件的分层架构，有利于减少软件之间的强耦合，有利于进行测试调试，减少程序开发的时间和成本。本发明对线控转向系统进行故障诊断，提高系统可靠性和安全性。
下面对各个模块进行具体描述。
1、线控转向控制模块
软件架构中，线控转向控制模块属于策略层次，主要包含各种算法及处理。如回正算法，阻尼算法，电机补偿算法，助力特性算法，容错处理等。
2、CAN诊断通讯
CAN通讯和CAN诊断通讯根据国际OSI开发式互联系统参考模型来进行，两个通讯都通过CAN总线来进行，因此底层驱动都为CAN驱动。
本发明中，CAN诊断通讯所用协议为国际ISO 15765及ISO 14229标准。故障码定义遵循国际标准ISO 15031-5标准。CAN诊断通讯分为CAN诊断传输层及CAN诊断应用层，其底层驱动即CAN驱动。诊断传输层主要处理通讯过程中的数据超过八个字节的情况即多帧处理，以及相关底层时间设置。诊断应用层主要处理各个诊断通讯过程中具体所用的诊断服务。CAN诊断传输层从低端驱动程序的CAN驱动中接收CAN信息，进行多帧和时间处理，并传递给CAN诊断应用层。CAN诊断应用层从CAN传输层接收信息，进行判断，并调用线控转向控制模块相关诊断信息，给出回复。诊断回复通过CAN诊断传输层传递给CAN驱动，并发送到CAN网络。
3、CAN通讯。
CAN通讯主要分为CAN网络管理及CAN应用层。CAN网络管理处在CAN应用层和CAN驱动之间，属于两者之间的接口，同时响应整车网关的网络信号的管理。CAN应用层主要进行信号列表中的相关信号处理，从网络中接收信息送给线控转向控制模块处理，并可接收线控转向控制模块信息将其传送到CAN网络上。
CAN网络管理从CAN驱动接收信息，并进行网络管理配置，转发给CAN应用层。CAN应用层接收判断，并传递给线控转向控制模块。在有故障发生时，线控转向控制模块会给应用层信号，应用层传递给网络管理，网络管理传递给CAN驱动，CAN驱动程序通过硬件设置发送到CAN网络。
4、硬件抽象层HAL
硬件抽象层HAL主要做各种数据处理和检测，为线控转向控制模块提供直接可以使用的变量。如ADC模拟数据过滤及处理，并行口消抖处理，PWM脉冲调制信号处理等等。
硬件抽象层从低端驱动接收相关传感器，开关的输入信号。模拟量通过ADC模块来进行，数字量通过GPIO模块，PWM脉冲通过PWM模块来进行。硬件抽象层接收到相关信号即相关电平信号后，进行数据处理如数字消抖，模拟量定标。硬件抽象层数字处理后还需要进行信号转换，将信号由物理状态转换为逻辑量即检测模块可以处理的信息。
5.故障判断检测模块
故障判断检测模块主要是故障判断策略及其处理。该模块从硬件抽象层接收信号，并更新线控转向控制模块传递过来的最新信息，进行相关故障策略处理即故障算法处理。发现故障时会将信息传递给线控转向控制模块，线控转向控制模块通过CAN诊断通讯发送到CAN网络。
CAN诊断通讯是线控转向系统和外部诊断测试设备进行通讯的桥梁。而CAN通讯从整车CAN网络中及时获取和线控转向系统的相关的信息，并提供信息给线控转向控制模块及故障判断检测模块。故障判断检测模块根据信息进行故障算法处理，线控转向控制系统软件根据相关信息进行策略算法处理。
6、操作系统
操作系统设计较为简单，主要为各个线控转向控制模块的时间分配和调度。
7、I/O驱动
低端驱动程序即I/O驱动含有常规与主控芯片接口的模块或程序，本部分程序主要和主控芯片MCU相关，通过设置MCU相关硬件寄存器为其它相关软件模块的接口提供信息。主要底层驱动模块如通用并行口GPIO，模拟模块ADC，脉冲调制模块PWM，低压检测模块，系统初始化模块，计时器模块，看门狗模块，CAN驱动模块等。
图2示出了线控转向系统与外界的诊断通讯。
仪表控制器为整车控制器之一，主要用于整车各种信息提示，各个控制器报警信号灯提示。仪表控制器和线控转向系统通过CAN线进行CAN通讯。
外部诊断测试设备也称为诊断仪，该设备用于售后维修，生产线在线诊断。该设备根据其CAN诊断通讯功能，由OBD接口通过CAN线连接线控转向系统进行实时故障诊断通讯。该设备通过诊断通讯功能，实时从线控系统中获取线控系统的故障诊断信息，并显示于其屏幕供售后维修人员，技术人员进行故障分析参考。
具体实施过程：
发生故障时，线控转向控制系统通过CAN通讯发送信号给仪表控制器，仪表控制器收到信号后点亮报警指示灯，给出故障提示。
外部测试设备通过OBD接口和线控转向系统进行通讯，并读取相关故障码、故障信息。通过查看故障码和故障信息，进行线控转向系统的维修。
Claims (7)
1.一种汽车线控转向系统的故障诊断系统，采用嵌入式分层架构，包括线控转向控制模块、CAN通讯、CAN诊断通讯、硬件抽象层、故障判断检测模块，I/O驱动及操作系统，其特征在于：线控转向控制模块包含算法及处理，接收来自CAN通讯、CAN诊断通讯的信号，经过控制策略处理给出相应输出信号，并通过CAN通讯、CAN诊断通讯将信号传递至硬件；CAN通讯分为CAN网络管理及CAN应用层，CAN网络管理处在CAN应用层和I/O驱动之间，同时响应整车网关的网络信号的管理；CAN诊断通讯分为CAN诊断传输层及CAN诊断应用层，CAN诊断传输层进行多帧处理以及相关底层时间设置，CAN诊断应用层处理各个诊断通讯过程中具体所用的诊断服务；硬件抽象层进行数据处理和检测，为线控转向控制模块提供直接可以使用的变量；故障判断检测模块主要提供故障判断策略及算法；操作系统为线控转向控制模块进行时间的分配和调度。
2.根据权利要求1所述的故障诊断系统，其特征在于：CAN诊断传输层从I/O驱动的CAN驱动中接收CAN信息，进行多帧和时间处理，并传递给CAN诊断应用层；CAN诊断应用层从CAN诊断传输层接收信息，进行判断，并调用线控转向控制模块相关诊断信息，给出回复；诊断回复通过CAN诊断传输层传递给CAN驱动，并发送到CAN网络。
3.根据权利要求1或2所述的故障诊断系统，其特征在于：CAN应用层进行信号列表中的相关信号处理，从网络中接收信息送给线控转向控制模块处理，并接收线控转向控制模块信息将其传送到CAN网络上。
4.根据权利要求1或2所述的故障诊断系统，其特征在于：CAN网络管理从CAN驱动接收信息，并进行网络管理配置，转发给CAN应用层，CAN应用层接收判断，并传递给线控转向控制模块，在有故障发生时，线控转向控制模块给CAN应用层发送信号，CAN应用层将信号传递给CAN网络管理，CAN网络管理传递给CAN驱动，CAN驱动程序通过硬件设置发送到CAN网络。
5.根据权利要求1所述的故障诊断系统，其特征在于：硬件抽象层从I/O驱动接收相关传感器、开关的输入信号，其中模拟量通过ADC模块来进行过滤及处理，数字量通过GPIO模块进行消抖处理，PWM脉冲通过PWM模块来进行脉冲调制信号处理。
6.根据权利要求5所述的故障诊断系统，其特征在于：硬件抽象层接收到相关信号后，进行数据处理及信号转换，将信号由物理状态转换为逻辑量，即故障检测模块可以处理的信息。
7.根据权利要求5或6所述的故障诊断系统，其特征在于：故障检测模块从硬件抽象层接收信号，并更新线控转向控制模块传递过来的最新信息，进行相关故障策略处理，发现故障时将信息传递给线控转向控制模块，线控转向控制模块通过CAN诊断通讯发送到CAN网络。
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