CN101859476A - 车辆故障诊断远程报警系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆故障诊断远程报警系统和方法，包括车载故障诊断报警装置和远端服务器，所述车载故障诊断报警装置包括处理器模块、CAN总线通讯模块、电压比较模块、无线通信模块和显示模块；处理器模块通过电压比较模块采集车辆设备输出的开关量形式的故障信号，通过CAN总线通讯模块接收CAN总线上的设备故障信号，并控制无线通信模块和服务器无线通信；显示模块受处理器模块控制，显示故障信息。本发明用车载故障诊断报警装置采集汽车上各种设备故障信息，并进行实时诊断，在故障出现时进行显示，同时以无线通信方式将故障信息传输给远端服务器存储，向服务器端报警，通知服务器端的管理人员及时处理。

Description

车辆故障诊断远程报警系统和方法

技术领域

本发明涉及用于采集车辆上各种设备的故障报警信号并进行诊断和远程报警的系统和方法。

背景技术

目前，汽车上增设的电子设备越来越多，汽车出现故障的类型也就随之增多，现有检测故障的方式为专业人员携带专用设备到汽车上，通过插座连接至OBD(On-Board Diagnostics，车载自动诊断系统)诊断口的K线上实现故障诊断，或通过CAN(Controller Area Network，控制器局部网)总线采集。现有的诊断方式存在以下一些缺点：

1.需要专业服务人员前往实车上，费时费力，行驶数据采集需要专门人员跟车测试，还需要携带笔记本电脑、逆变器等相关设备；

2.采集数据较少，诊断范围有限，发动机、变速箱、ABS(Anti-lockBraking System，防抱死刹车系统)等需要专门的诊断设备，而且一种部件的诊断设备不能同时诊断其他设备的故障，而且兼容性较差，往往一套诊断设备只能诊断同一家公司的发动机或部件；

3.为了诊断不同汽车设备的数据，同一辆车上需要好几种不同的诊断工具，但专用的采集诊断工具较贵，不可能在每台车上都安装，也不可能每天都采集数据。

对于某些汽车故障，有的现有系统能做出一定的警示，但常常不能引起驾驶员的注意，另外由于驾驶员对汽车性能的了解和维修能力参差不齐，有时不容易判断故障原因，不能及时判断故障类型并排除故障，从而造成车辆故障增加、磨损加重、或导致其他相关部件损坏。

发明内容

本发明目的是：针对现有技术的不足，提供一种车辆故障诊断远程报警系统和方法，用车载故障诊断报警装置采集汽车上各种设备的故障报警信号，并进行实时诊断，在故障出现时进行显示并进行远程报警，通过无线通信方式将故障信息传输给远端服务器存储，通知服务器端的管理人员及时处理，本系统不仅能对发动机故障进行远程诊断报警，还能对ABS故障、ECAS故障、制动蹄片磨损故障和空滤器堵塞故障等多种车辆设备的故障进行远程诊断报警，本系统的服务器能收集若干车辆的故障信息。

本发明的技术方案是：一种车辆故障诊断远程报警系统，包括一个远端服务器和至少一个车载故障诊断报警装置，所述车载故障诊断报警装置包括处理器模块，以及与处理器模块分别连接的：

用于接收CAN总线上的设备故障信号，并将信号通过SPI总线传输给处理器模块的CAN总线通讯模块；

用于对车辆设备输出的开关量形式的故障信号进行判断，并传输给处理器模块的电压比较模块；

用于和服务器进行无线通信，射频传输故障信号的无线通信模块；

和用于在处理器模块的控制下显示故障信息的显示模块。

进一步的，上述车辆故障诊断远程报警系统中，所述无线通信模块为GPRS、CDMA、3G/4G、WiFI或WiMAX通信模块，和远端服务器进行无线通信。

进一步的，上述车辆故障诊断远程报警系统中，所述CAN总线通讯模块包括从CAN总线上接收数据并传输给CAN控制器的CAN总线收发器和将CAN总线格式数据转换成SPI总线格式数据并传输给处理器模块的CAN控制器，CAN总线收发器一端和CAN总线直接相连，另一端连接CAN控制器，CAN控制器和处理器模块相连。

进一步的，上述车辆故障诊断远程报警系统中，所述CAN总线上的设备故障信号包括发动机、变速箱、ABS、ECAS、仪表、液力缓速器、空调和加热器的故障信号。

进一步的，上述车辆故障诊断远程报警系统中，所述车辆设备输出的开关量形式的故障信号包括制动蹄片磨损信号和空滤器堵塞故障信号。

进一步的，上述车辆故障诊断远程报警系统中，所述车载故障诊断报警装置和远端服务器之间还设置有至少一个采控网关，采控网关的输出端和服务器相连，车载故障诊断报警装置与采控网关进行通信。

进一步的，上述车辆故障诊断远程报警系统中，所述车载故障诊断报警装置和远端服务器之间还设置有用于定时读取采控网关的状态和负载能力、并在车载故障诊断报警装置连接采控网关的过程中进行协调控制的负载均衡器，负载均衡器连接采控网关。

本发明还提出了基于上述车辆故障诊断远程报警系统的工作方法，包括如下步骤：

步骤1：车载故障诊断报警装置的处理器模块实时采集车辆故障信息，当发现存在故障信号时，分析诊断故障类型；

步骤2：在确定故障类型后，处理器模块将故障类型和故障信息发送给显示模块显示；

步骤3：处理器模块控制无线通信模块和远端服务器建立通信，并将故障车辆ID号和故障信息发送给远端服务器记录和保存。

进一步的，基于上述车辆故障诊断远程报警系统的工作方法在步骤3中还包括以下步骤：处理器模块控制无线通信模块呼叫远端服务器，负载均衡器将适合连接的采控网关的信息发送回无线通信模块，无线通信模块和该采控网关建立实时通信，并将故障车辆ID号和故障信息发送给采控网关，采控网关再将数据发送给远端服务器。

本发明的优点是：

1.诊断更方便，不需要再派专业人携带采集诊断仪、电脑等工具，车载故障诊断报警装置随车安装，实时监控；

2.诊断更容易，显示模块能显示故障类型和具体信息，不需要专门技术人员来判断故障类型；

3.诊断数据更全面，可诊断车辆上的多种设备，不仅能对发动机故障进行远程诊断报警，还能对ABS故障、制动蹄片磨损故障、空滤器堵塞故障等多种故障进行远程诊断报警；

4.诊断更经济，越早发现问题，越早解决，就越能减小该问题部件以及与此部件相关部件的磨损，对延长整个车辆设备的生命周期越有利；

5.报警更有效，不仅在车载故障诊断报警装置上有报警信息，还能将故障信息发送到服务器，由服务器端的管理人员对故障信息进行处理，比如及时通知驾驶员等。

本发明能及时发现并排除故障，阻止问题加重或引起其他相关设备损坏，提高车辆运行安全性，减少半路抛锚几率，减少车辆维修成本，延长车辆使用寿命。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为车辆故障诊断远程报警系统的实施例的基本系统框图；

图2为车辆故障诊断远程报警系统的实施例1的结构图；

图3为本发明的实施例的故障诊断并远程报警方法的工作流程图；

图4为车辆故障诊断远程报警系统的实施例2的系统图。

其中：1车载故障诊断报警装置；11处理器模块；12存储模块；13CAN总线通讯模块；14电压比较模块；15无线通信模块；16显示模块；2服务器；3发动机部件；4变速箱部件；5ABS部件；6ECAS部件；7仪表部件；8采控网关；9负载均衡器。

具体实施方式

如图1所示的车辆故障诊断远程报警系统，包括一个远端服务器2和若干个分别安装在每台汽车上的车载故障诊断报警装置1。车载故障诊断报警装置1之间的工作相互独立，因此我们以一辆车上的车载故障诊断报警装置1和远端服务器2的通信过程作为实施例1来对车辆故障诊断远程报警系统和方法进行介绍。

本发明的车辆故障诊断远程报警系统的总体设计思想是：车载故障诊断报警装置1安装在车辆上，该装置通过CAN总线与车辆上的其他各种设备相连，遵循SAE J1939 CAN总线协议，采集CAN数据，实时监控，一旦发现故障就及时在显示模块上醒目提示，告知故障的类型和详细信息，同时将故障报警信息通过无线通信模块上传到服务器上，通知服务器端的管理人员及时处理。

其中，SAE J1939标准是美国汽车工程师协会发布的以CAN总线为核心的车辆网络串行通讯和控制协议，SAE J1939协议以CAN2.0B协议为基础，通讯速率最高可达250Kb/s。它对汽车内部ECU(Electronic ControlUnit，电子控制单元)的地址配置、命名、通讯方式以及报文发送优先级等都给出明确规定，并且详细说明了汽车内部各个共体的ECU通讯。

实施例1：本实施例的一个车载故障诊断报警装置1如图2中所示，包括处理器模块11、CAN总线通讯模块13、电压比较模块14、无线通信模块15和显示模块16。其中，CAN总线通讯模块13、电压比较模块14、无线通信模块15、显示模块16与处理器模块11分别连接。

电压比较模块14用于对车辆设备输出的开关量形式的故障信号进行比较判断，其输出端连接处理器模块11的输入端。目前，车辆设备输出的开关量形式的故障信号包括制动蹄片磨损信号和空滤器堵塞故障信号。

其他的设备故障信号由车辆设备发送到CAN总线上。CAN总线通讯模块13包括互相连接的CAN总线收发器和CAN控制器，CAN总线收发器和CAN总线直接相连，CAN控制器通过SPI总线和处理器模块11相连。CAN总线收发器从CAN总线上接收数据并传输给CAN控制器，CAN控制器将CAN总线格式数据转换成符合SPI总线格式的数据，然后传输给处理器模块11。

无线通信模块15用于和服务器2进行无线通信，将故障信息射频传输给服务器2。无线通信模块15可以为GPRS模块、CDMA模块、3G模块、4G模块、WiFI模块或WiMAX模块等，从而分别通过GPRS网络、CDMA网络、3G网络、4G网络、WiFI网络、WiMAX网络与远端服务器通信。

显示模块16用于在处理器模块诊断出故障信号后，将故障信息显示给驾驶员。本实施例的显示模块16可以为一块液晶显示屏。本实施例的车载故障诊断报警装置1还包括存储模块12，在车辆通电的情况下临时存储故障信息数据。

现有的客车将ABS(Anti-lock Braking System，防抱死刹车系统)、ECAS(Electronic Controlled Air Suspension，电子控制空气悬架系统)、CAN仪表等设备挂在CAN总线上，本实施例中挂在CAN总线上的设备包括发动机部件3、变速箱部件4、ABS部件5、ECAS部件6、仪表部件7、液力缓速器(图中未示出)、空调(图中未示出)和加热器(图中未示出)等。因此车载故障诊断报警装置1进行CAN总线通讯，能够诊断发动机、ABS、变速箱、ECAS、仪表、液力缓速器、空调和加热器的故障信号。这些设备在出现故障时，均会往CAN总线上发送含有故障类型的报文信息。

在故障诊断方面，SAE J1939定义了多个诊断信息(DiagnosticMessage，简称DM)。DM由诊断故障灯代码(2字节)和诊断故障码DTC(4字节)组成。诊断故障码DTC的长度为4字节，包括可疑参数码SPN(19位)、故障类型代码FMI(5位)、故障发生次数OC(7位)、SPN转换方式CM(1位)。本实施例将故障类型代码FMI与可疑参数码SPN相结合进行故障类型定义，定义时遵循SPN和FMI的组合与故障类型的一一对应。

当挂在CAN总线上的各种车辆设备在CAN总线上发布故障报文信息后，车载故障诊断报警装置1的CAN总线通讯模块实时接收信息，并传输给处理器模块11，处理器模块11中存储有故障代码表，通过查询故障代码表，诊断分析出故障类型，并控制显示模块显示故障类型和该故障的具体信息，并通过无线通信模块将故障报警信息发送给远端服务器，进行报警，同时将故障信息在远端服务器进行记录和储存，或者在本地的存储模块和远端服务器上都储存。

目前可以诊断的故障类型有空调信号开关故障、模数转换器故障、HFM传感器故障、空气流量比故障、空气流量故障、油门踏板故障、大气压力传感器故障、车速限制指示灯故障、进气加热器故障、增压器信号故障、进气压力传感器故障、电池电压故障、刹车信号故障、中冷器旁通阀故障、冷却水水位传感器故障、冷启动指示灯故障、离合器状态故障、环境温度传感器故障、喷油器短路/断路故障、机油压力传感器故障、机油温度传感器故障、电动燃油泵故障等等。

对于制动蹄片磨损信号和空滤器堵塞故障信号，由于是开关量(也称数字量)形式的信号，因此需要经过电压比较模块比较判断后再传输给处理器模块。电压比较模块对开关量电平的高低进行比较，从而判断出是否存在故障，比如，当刹车蹄片过渡磨损时，会将与其相连的电线磨断，该电线上的电平产出变化，高电平代表存在故障，低电平代表无故障；或当空滤器堵塞时，连接到电压比较模块的线路上的电平发生变化，高电平代表存在故障，低电平代表无故障。

本实施例的处理器模块11采用ARM公司的嵌入式处理器芯片ARM9-S3C2440A，和64M的型号为HY57V561620BT的RAM内存芯片结合使用。存储模块12采用64M的型号为K9F1208UOM的Flash存储卡。无线通信模块15利用GPRS的通信方式，采用华为公司的GTM900-C模块。CAN总线通讯模块13包括相连接的型号为SJA1050的CAN总线收发器和型号为MCP2515的CAN控制器，CAN总线收发器和CAN总线直接相连，从CAN总线上接收数据，并传输给CAN控制器，CAN控制器和处理器模块11的处理器芯片引脚直接相连。CAN控制器和处理器芯片之间传输的是满足SPI总线格式的信号。

如图3所示为本实施例的故障诊断远程报警系统的工作流程图。

1.处理器模块实时采集故障信息，当发现存在故障信号时，诊断分析故障类型，对CAN总线上传输过来的故障信号，通过查询故障代码表来确定故障类型。

2.在确定故障类型后，将故障类型和该故障的具体信息发送给显示模块显示，从而给驾驶员提示，方便驾驶员了解车辆的运行状况。虽然目前有些故障在车辆上已有警示灯报警，但是往往驾驶员不太明白这些警示灯的图标的含义，车载故障诊断报警装置1将警示信息文字化，通过显示模块显示，方便驾驶员理解。

3.在收到故障信号后，处理器模块控制无线通信模块呼叫远端服务器，和远端服务器建立通信，并将故障车辆ID号和故障信息发送给远端服务器记录和保存，向服务器端进行故障报警，通知服务器端的相关人员。

服务器端的工作人员在收到故障报警信号后，可以根据故障车辆ID号确定出现故障的具体车辆，及时联系该车辆的驾驶员，对故障进行排除。服务器端将接收到的故障数据分类保存，并将每个数据的采集时间、接收时间等相关信息整合进去，便于实际的研究分析。可以将数据按照时间顺序保存，数据终身保存在数据库中。

故障信号的信息的存储位置为以下的任一种或两种：

(1)在处理器模块11的控制下被存储在存储模块12中，但由于存储模块12是Flash存储卡，因此当车辆断电时，存储在存储模块12中的数据将消失，只能用于临时存储；

(2)通过无线通信模块15发送给远端服务器2存储，数据可以终身保存在远端服务器的数据库中。

实施例2：对于拥有众多车载故障诊断报警装置的车辆故障诊断远程报警系统，由车载故障诊断报警装置和远端服务器进行直接通信是远远不够的，因此车载故障诊断报警装置和服务器之间还存在若干采控网关8，如图4所示。采控网关8是指采集车载故障诊断报警装置的数据，并将数据传达到服务器端，或者将服务器端的控制指令传达到车载故障诊断报警装置的网关。由于每个采控网关能连接的车载故障诊断报警装置数量有限制，所以必须采用分布式的方式进行管理。车载故障诊断报警装置首先和采控网关进行实时通信，目前，每台采控网关支持与3000个车载故障诊断报警装置进行通信，而若干个采控网关再采用TCP/IP协议通过有线网络和服务器相连。目前，一个服务器目前可以采集和处10万个车载故障诊断报警装置的数据。

所有的采控网关均连接到负载均衡器9，受负载均衡器的控制，负载均衡器9用于负责在车载故障诊断报警装置连接采控网关8的过程中进行协调，是一种采用各种分配算法把网络请求分散到一个服务器集群中的可用采控网关上去，从而使车载故障诊断报警装置获得尽可能最佳的联网效果的硬件设备。负载均衡器9定时读取采控网关8的状态和连接的车载故障诊断报警装置的数目。车载故障诊断报警装置每次需要登录采控网关前，需要首先查询负载均衡器，由负载均衡器读取当前比较空闲的采控网关，并将其IP和端口号返回给待连接的车载故障诊断报警装置，车载故障诊断报警装置和哪台采控网关相连由负载均衡器临时指定，然后车载故障诊断报警装置就和该当前比较空闲的采控网关建立连接，将故障车辆ID号和故障信息发送给采控网关8，采控网关8再将数据发送给远端服务器2。当采控网关需要检修时，可以将对应的记录设置为检修状态，则负载均衡器将屏蔽该采控网关；如果系统需要新加入采控网关，只需要将该采控网关的信息加入到负载均衡器的数据库中，这样可以达到“热插拔”的即插即用效果。

现阶段凡是欧3排放及以上标准的客车的发动机ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)都带有CAN总线，并且都遵守SAE的J1939总线协议。目前国内绝大多数采用的德国的博士系统，一部分采用日本的电装系统，以及德国的大陆系统和美国的德尔福系统。在开发本系统的过程中发现众多不同发动机之间的存在差异，造成一套程序不能应用于所有发动机，这也是为什么不同设备采用各自专用设备的根本原因。本车载故障诊断报警装置把所有这些系统对应的解析信息与协议烧录进去，通过在车载故障诊断报警装置上配置来实现兼容。只要总线是按照SAE J1939 CAN总线通讯协议的设备都可以被车载故障诊断报警装置检测诊断。

当车辆上的各种设备软件升级时，对应的数据采集装置也同时需要更新升级，可将存储在服务器的新版本程序通过internet网络和通过无线网络下发到车辆上的车载故障诊断报警装置，实现版本升级。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本发明覆盖的保护范围。

Claims (9)

1.一种车辆故障诊断远程报警系统，其特征在于：包括一个远端服务器(2)和至少一个车载故障诊断报警装置(1)，所述车载故障诊断报警装置(1)包括处理器模块(11)，以及与处理器模块(11)分别连接的：

用于接收CAN总线上的设备故障信号，并将信号通过SPI总线传输给处理器模块(11)的CAN总线通讯模块(13)；

用于对车辆设备输出的开关量形式的故障信号进行判断，并传输给处理器模块(11)的电压比较模块(14)；

用于和服务器(2)进行无线通信，射频传输故障信号的无线通信模块(15)；

和用于在处理器模块(11)的控制下显示故障信息的显示模块(16)。

2.根据权利要求1中所述的车辆故障诊断远程报警系统，其特征在于：所述无线通信模块(11)为GPRS、CDMA、3G/4G、WiFI或WiMAX通信模块，和远端服务器(2)进行无线通信。

3.根据权利要求1中所述的车辆故障诊断远程报警系统，其特征在于：所述CAN总线通讯模块(13)包括从CAN总线上接收数据并传输给CAN控制器的CAN总线收发器和将CAN总线格式数据转换成SPI总线格式数据并传输给处理器模块(11)的CAN控制器，CAN总线收发器一端和CAN总线直接相连，另一端连接CAN控制器，CAN控制器和处理器模块(11)相连。

4.根据权利要求1中所述的车辆故障诊断远程报警系统，其特征在于：所述CAN总线上的设备故障信号包括发动机(3)、变速箱(4)、ABS(5)、ECAS(6)、仪表(7)、液力缓速器、空调和加热器的故障信号。

5.根据权利要求1中所述的车辆故障诊断远程报警系统，其特征在于：所述车辆设备输出的开关量形式的故障信号包括制动蹄片磨损信号和空滤器堵塞故障信号。

6.根据权利要求1中所述的车辆故障诊断远程报警系统，其特征在于：所述车载故障诊断报警装置(1)和远端服务器(2)之间还设置有至少一个采控网关(8)，采控网关(8)的输出端和服务器(2)相连，车载故障诊断报警装置(1)与采控网关(8)进行通信。

7.根据权利要求6中所述的车辆故障诊断远程报警系统，其特征在于：所述车载故障诊断报警装置(1)和远端服务器(2)之间还设置有用于定时读取采控网关(8)的状态和负载能力、并在车载故障诊断报警装置(1)连接采控网关(8)的过程中进行协调控制的负载均衡器(9)，负载均衡器(9)连接采控网关(8)。

8.一种车辆故障诊断远程报警的方法，涉及权利要求1中所述的包括车载故障诊断报警装置(1)和远端服务器(2)的车辆故障诊断远程报警系统，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：车载故障诊断报警装置(1)的处理器模块(11)实时采集车辆故障信息，当发现存在故障信号时，分析诊断故障类型；

步骤2：在确定故障类型后，处理器模块(11)将故障类型和故障信息发送给显示模块(16)显示；

步骤3：处理器模块(11)控制无线通信模块(15)和远端服务器(2)建立通信，并将故障车辆ID号和故障信息发送给远端服务器(2)记录和保存。

9.根据权利要求8中所述的车辆故障诊断远程报警的方法，其特征在于在步骤3中还包括以下步骤：处理器模块(11)控制无线通信模块(15)呼叫远端服务器(2)，负载均衡器(9)将适合连接的采控网关(8)的信息发送回无线通信模块(15)，无线通信模块(15)和该采控网关(8)建立实时通信，并将故障车辆ID号和故障信息发送给采控网关(8)，采控网关(8)再将数据发送给远端服务器(2)。

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