CN102975670B - 车辆总线控制系统瞬时故障的处理方法及系统、车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法及系统，还公开了装设有该处理系统的车辆。本发明提供的处理方法包括：S1：节点级故障处理；S2：系统级故障处理。对车辆总线控制系统的瞬时故障采用分层次处理的方法，一方面可以快速地对瞬时故障进行处理响应，有利于提高故障解决效率；另一方面，可以将系统中的优势资源集中用于解决少量的疑难故障，有利于合理地利用车辆总线控制系统的资源。本发明提供的处理系统包括：至少一个电子控制单元，用于对节点级故障进行处理，并将无法处理的节点级故障上报给中央控制器；中央控制器，用于处理系统级故障。本处理系统具有提高故障解决效率和有效利用总线控制系统资源的优点。

Description

车辆总线控制系统瞬时故障的处理方法及系统、车辆

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种车辆总线控制系统瞬时故障的处理方法及系统、车辆。

背景技术

随着电子控制技术的发展，车载总线网络通信技术在车辆领域得到了广泛应用，同时，也带来了日益凸显的车辆总线控制系统瞬时故障问题。车辆总线控制系统是一个较为复杂的控制系统，系统中的瞬时故障倘若不能得到及时有效解决，会严重威胁人们的财产安全和人身安全。

车辆，尤其是工程车辆的运行环境复杂多变，外部干扰和内部干扰都可能引发车辆总线控制系统的瞬时故障。在车辆总线控制系统中，系统级的故障和失效往往是由于节点自身故障未能得到及时处理而引发的，而绝大部分的节点级故障在扩散前，是完全可以由节点自身进行处理的。目前，由于未考虑车辆总线控制系统瞬时故障的传播规律以及系统的通信约束，主要采用集中控制器的方法解决车辆总线控制系统的故障诊断和处理问题，不能对车辆总线控制系统中的瞬时故障进行快速处理响应，不利于控制系统资源的合理利用。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种车辆总线控制系统瞬时故障的处理方法及系统，该方法和系统将车辆总线控制系统的瞬时故障处理分为节点级故障处理和系统级故障处理两层进行，能对总线控制系统中的瞬时故障进行快速处理响应，有利于合理使用总线控制系统的资源，同时，本发明还提供具有该故障处理系统的车辆。

一方面，本发明提供了一种车辆总线控制系统瞬时故障的处理方法，包括：

S1：节点级故障处理，对检测到的节点级故障进行处理，当存在无法处理的节点级故障时，上报中央节点；

S2：系统级故障处理，所述中央节点接收到上报的故障后，进行系统级故障处理；

其中，S2具体包括：

S21：系统级故障确认，根据对与所述故障相关的机理模型和实现模型进行故障推理分析，确认所述系统级故障；

S22：系统级故障处理，根据所确认的系统级故障类型进行相应的处理策略匹配，在获取处理策略后在中央节点中生成系统级故障处理任务序列，并将处理任务序列通过车辆总线下达给相应的节点，各节点结合自身任务进行调度，对节点中包括处理任务的所有任务进行重新部署，由此进行系统级的故障处理，当所述系统级故障成功解决，通知各节点恢复正常运行，当不能有效解决所述系统级故障，则进入下一步；

S23：采取紧急安全措施，使车辆降级运行。

进一步地，S1包括：S11：检测各节点数据信息中的数据范围和数据类型信息，以及检测各节点的状态信息；S12：将检测到的数据范围和数据类型与预设值进行比较，当数据范围或数据类型与预设值不符，则进入S13；或当检测到状态信息与预设状态不符，则进入S13；当数据范围和数据类型与预设值相符，且状态信息与预设状态相符，则进入S11；S13：对节点级故障进行处理，当节点级故障的处理策略缺失或相同节点级故障连续发生次数超过阈值，则上报中央节点。

进一步地，对各节点的检测具体包括：对传感器信号、控制器生成命令、执行器执行命令或报文收发情况的检测。

进一步地，S23还包括：系统报警。

本发明所提供的车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法，将车辆总线控制系统的瞬时故障处理分为节点级故障处理和系统级故障处理两层进行，其中，每一节点内部设置有相应的故障检测和处理步骤，采用故障匹配方法对节点内部瞬时故障使用预定处理策略进行节点级故障的处理，一般节点级故障在节点内部即可得到快速的处理，当存在节点内部无法解决的故障时，将该故障上报到中央节点，启动系统级故障处理步骤。对车辆总线控制系统的瞬时故障采用分层次处理的方法，一方面可以快速地对瞬时故障进行处理响应，有利于提高故障解决效率，最大限度的减少瞬时故障对车辆运行的影响；另一方面，可以将系统中的优势资源集中用于解决少量的疑难故障，有利于合理地利用车辆总线控制系统的资源。

另一方面，本发明还提供一种车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统，包括：至少一个电子控制单元，所述每一个电子控制单元包括：本地故障管理模块，用于对节点级故障的检测分析和处理，当存在不能解决的节点级故障时，用于将该节点级故障上报给中央控制器；

中央控制器，用于处理系统级故障；

所述中央控制器包括全局故障控制器，用于对系统级故障进行分析并匹配处理策略，进行系统级故障处理；

所述全局故障控制器包括：故障确认单元，用于根据与故障相关的机理模型和实现模型进行故障推理，确认系统级故障；故障分析单元，用于对系统级故障进行特征分析并匹配处理策略；故障处理单元，在获取处理策略后在中央节点中生成系统级故障处理任务序列，并将处理任务序列通过车辆总线下达给相应的节点，各节点结合自身任务进行调度，对节点中包括处理任务的所有任务进行重新部署，由此进行系统级的故障处理。

进一步地，本地故障管理模块包括：故障检测单元，用于对经过所述每一电子控制单元的数据信息和状态信息进行节点级故障检测，并用于监测报文收发情况；故障策略库，用于预存故障策略并提供给故障处理单元进行故障处理；故障处理单元，用于匹配故障信息与故障策略，处理节点级故障，并将无法处理的故障信息传送给故障上报单元；故障上报单元，用于将未能解决的节点级故障上报到中央控制器。

进一步地，还包括显示装置，用于对故障信息进行实时显示。

进一步地，还包括紧急安全装置，用于在所述中央控制器无法处理系统级故障的情况下，使车辆降级运行。

进一步地，还包括报警装置，用于在所述中央控制器无法处理系统级故障的情况下，进行报警。

进一步地，还包括显示装置，用于对故障信息进行实时显示；所述中央控制器与所述电子控制单元之间采用CAN总线通信；所述中央控制器与所述报警装置、紧急安全装置以及显示装置间采用LIN总线通信。

本发明提供的车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统，设置了电子控制单元和中央控制器两级瞬时故障处理单元。首先由电子控制单元解决本单元内部的节点级故障，只有存在本单元无法解决的节点级故障时，才将该故障上报到中央控制器解决。利用本瞬时故障处理系统一方面可以对节点级故障进行快速的处理相应，另一方面有利用合理有效地利用总线控制系统资源，将资源集中解决少量的疑难故障。

再一方面，本发明还提供一种装设有该车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统的车辆。该车辆具有所述车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统所具有的所有优点和技术效果，此处不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明实施例中车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法流程图；

图2为本发明实施例中本地故障管理模块结构示意图；

图3为本发明实施例中车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统结构示意图。

附图标记说明：

10—中央控制器     20—电子控制单元

30—报警装置           40—显示装置

50—紧急安全装置       101—全局故障控制器

2011—故障检测单元     2012—故障策略库

2013—故障处理单元     2014—故障上报单元

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的基本思想在于：为了对车辆总线控制系统的瞬时故障做出快速的处理响应，本发明提供一种车辆总线控制系统瞬时故障的处理方法及系统。本发明所提供处理方法和系统，将车辆总线控制系统的瞬时故障处理分为节点级故障处理和系统级故障处理两层进行，节点级故障利用节点内部的故障处理模块进行处理，仅当存在无法解决的节点级故障时，才上报到中央节点进行系统级故障处理。采用本发明所提供的车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法和系统一方面可以快速地对瞬时故障进行处理响应，有利于提高故障解决效率，最大限度的减少瞬时故障对车辆运行的影响；另一方面，可以将系统中的优势资源集中用于解决少量的疑难故障，有利于合理地利用车辆总线控制系统的资源。

下面结合图1至图3，对本发明的优选实施例作进一步详细说明：

本发明所提供的车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法包括如下步骤：

S1：节点级故障处理，对检测到的节点级故障进行处理，当存在无法处理的节点级故障时，上报中央节点；

S2：系统级故障处理，所述中央节点接收到上报的故障后，进行系统级故障处理。

优选的，S1包括：S11：检测各节点数据信息中的数据范围和数据类型信息，以及检测各节点的状态信息；S12：节点级故障处理，将检测到的数据范围和数据类型与预设值进行比较，当数据范围或数据类型与预设值不符，则进入S13；或当检测到状态信息与预设状态不符，则进入S13；当数据范围和数据类型与预设值相符，且状态信息与预设状态相符，则进入S11；S13：对节点级故障进行处理，当节点级故障的处理策略缺失或相同节点级故障连续发生次数超过阈值，则上报中央节点。

如图1所示，本发明所提供的车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法流程如下：S100，系统启动；S101，本地故障检测，车辆总线控制系统中的各节点对经过此节点的状态信息、数据信息进行检测；S102，本地故障判断，根据检测到的状态信息、数据信息进行故障判断，无故障时，返回到S101，存在故障时，进入下一步；其中，对数据信息的判断主要包括对数据范围和数据类型的判断。表1列举了几个具体实施例，对于车轮速转速传感器，统计范围为0转/分钟～3000转/分钟，软件实现中此数据用无符号整形(16位)表示，则对车路转速传感器数据的检测包括两项：一是检测数据是否超出0～3000的范围，二是检测数据类型是否为无符号整形数。其中任一项不符，则判断存在故障。

表1

检查对象	数据范围	数据类型
			车轮转速传感器	0转/分钟～3000转/分钟	unsigned int
制动控制器输出力矩	0牛顿米～25000牛顿米	unsigned int
			制动执行器输出电流	0.00安培～2.50安培	float

在本地故障检测的同时，对各节点的报文收发情况进行监测，可以避免因为报文收发失误所造成的故障检测情况传送失误。具体的，可以使用超时机制对报文的收发情况进行监视。对于发送报文，在报文发送标志位置位后，启动超时定时器(定时器周期依据实际需要选取，一般取发送报文周期的1/3)，在超时定时器响应函数中通过发送状态判断发送是否成功；同样的，对于报文接收，在接收到一个报文后为检测下一个报文启动超时定时器(定时器周期依据实际需要选取，一般取接收报文周期的1.2～1.6倍)，接收到报文后，置位报文接收标志位，并关闭定时器。在超时定时器响应函数中检查报文接收标志位，判断报文是否接受成功。S103，本地故障处理，首先将检测到的节点级故障进行故障特征匹配，获取故障处理策略与该节点级故障进行处理。S104，对故障处理效果进行监控，具体的，若再次检测到此故障，则对应的连续故障次数ni加一(否则ni清零)，若ni超过了对应的故障次数阈值nig(故障次数阈值依据被检测对象的重要性进行调节，一般取值为3～10)，则进入S105，若没有再次检测到此故障则转入S101。上述i表示具体故障对象(包括各种具体的传感器信号故障、控制命令故障、执行命令故障以及报文收发故障)的编号；ni用于记录对应第i个故障对象的连续发生次数；nig用于表示为第i个故障对象设置的连续故障发生次数阈值。S105：将未成功处理的故障上报中央节点，具体为：首先，对枚举的各类节点级故障进行编号，并对每一个节点级故障的所有故障特征进行编码，称此编码为故障特征编码，同时附上相应的故障数据。例如，车速传感器信号故障的故障特征有：信号超范围、数据类型不正确，则对信号超范围，数据类型进行编码，并附上故障数据。对于需要上报的故障按照表2的数据格式格式进行上报：

表2

故障编号	故障特征	故障数据
			4位	12位	0-48位

S106：系统故障处理，具体包括：1、系统故障确认，中央节点接收到上报的节点级故障后，根据与所上报的节点级故障相关的机理模型和实现模型从总线上实时收集系统结构信息、相关节点状态信息，利用预先采集的规则进行故障分析推理，达到确认故障的目的。机理模型由车辆控制系统的数学模型生成，实现模型包括系统结构信息、功能信息、性能信息，通过机理模型和实现模型结合规则语言进行故障分析推理。规则可以采用“与(AND)”和“或(OR)”的逻辑关系语言描述。例如，实现模型：车速传感器信号在节点1产生，由节点2、节点3接收，则结合规则语言可以生成规则：“IF节点2车速传感器信号超范围AND节点3车速传感器信号超范围THEN节点1车速传感器信号采集出现故障”，IF表示前提，THEN表示结论，本规则可解释为：如果节点2车速传感器信号超范围并且节点3车速传感器信号超范围，则节点1车速传感器信号采集出现故障；2、系统故障处理，在确认系统级故障后，分析系统级故障，并将系统级故障解析为基本故障，结合基本故障类型的处理动作，形成此系统级故障对应的故障处理策略，在获取策略后在中央节点中生成系统级故障处理任务序列，并将处理任务序列通过车辆总线下达给相应的节点，各节点结合自身任务进行调度，例如采用EDF调度算法，对节点中包括处理任务的所有任务进行重新部署，由此进行系统级的故障处理。S107：系统级故障处理判断，根据故障上报情况判断故障源是否去除，若成功去除，则向全网广播，通知各节点处理正常运行；若未能去除故障，则进入下一步；S108：启动紧急安全措施；S109：停车，检修。

本发明所提供的车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统，包括：至少一个电子控制单元20，每一个电子控制单元20包括，本地故障管理模块201，用于对节点级故障的检测分析和处理，当存在不能解决的节点级故障时，用于将该节点级故障上报给中央控制器10；中央控制器10，用于对上报的节点级故障进行处理。

如图2所示，本地故障管理模块201包括：故障检测单元2011，用于对经过每一电子控制单元20的数据信息和状态信息进行节点级故障检测，其中，对数据信息的检测主要是检测数据是否超范围以及数据类型是否符合系统预先设定的标准；同时，故障检测单元2011，还用于监测报文收发情况，具体的，可以使用超时机制(Timeout机制)对报文的收发情况进行监视。对于发送报文，在报文发送标志位置位后，启动超时定时器(定时器周期依据实际需要选取，一般取发送报文周期的1/3)，在超时定时器响应函数中通过发送状态为判断发送是否成功；同样的，对于报文接收，在接收到一个报文后为检测下一个报文启动超时定时器(定时器周期依据实际需要选取，一般取接收报文周期的1.2～1.6倍)，接收到报文后置位报文接收标志位，并关闭定时器，超时定时器响应函数中检查报文接收标志位判断报文是否接受成功；故障策略库2012，用于预存故障策略并提供给故障处理单元2013进行故障处理。故障策略库2012通过经验积累对常见故障及其对应处理方法进行枚举。例如，对于传感器信号故障，利用数学模型对其他相关的传感器信号进行计算，并用计算值代替传感信号值；对于控制命令和执行命令，采取上一次的值进行代替；对于报文发送失败故障，采取重发一次，若仍未能成功则将总线通信驱动程序初始化；对于报文接收连续不成功超过3次的故障同样采取对总线通信驱动程序进行初始化的方式处理。故障处理单元2013，用于根据故障检测单元2011检测到的节点级故障的数据信息和状态信息，并从故障策略库2012得到的与节点级故障信息相对应的节点级故障处理策略，进行故障处理。故障上报单元2014，用于将未能解决的节点级故障上报到中央控制器10。具体为：对枚举的各类节点级故障进行编号，并对每一个故障对象的所有故障特征进行编码，称此编码为故障特征编码，并附上相应的故障数据。对于需要上报的故障按照下列数据格式进行上报：

故障编号	故障特征	故障数据
			4位	12位	0-48位

关于本地故障管理模块201中的故障检测单元2011、故障策略库2012、故障处理单元2013、故障上报单元2014，可以分别为独立的元、器件，可以两个或三个单元集成为一个元、器件，或四个单元集成为一体或集成在本地故障管理模块上，均在本发明的保护范围之类。

如图3所示，中央控制器10包括全局故障控制器101，用于对系统级故障进行分析并匹配处理策略，进行系统级故障处理。其中，全局故障控制器101包括：故障确认单元，其工作原理为：与上报的节点级故障相关的机理模型和实现模型从总线上实时收集系统结构信息、相关节点状态信息，在全局故障控制器中的故障分析单元中结合系统的机理模型和实现模型，利用预先采集的规则库进行故障分析推理，达到确认故障的目的。故障分析单元，用于对系统级故障进行特征分析并匹配处理策略；故障处理单元，用于对系统级故障进行处理。当然，上述故障确认单元、故障分析单元和故障处理单元，可以为独立的元、器件，可以两两集成为一个元、器件，也可以三个功能模块集成在一起或均集成在全局故障控制器101上，均在本发明的保护范围之类。

优选的，还包括显示装置40，用于对故障信息进行实时显示，以提醒驾驶员注意车辆的状况。

优先选的，还包括紧急安全装置50，用于在所述中央控制器10无法处理系统级故障的情况下，使车辆降级运行。

优先选的，还包括报警装置30，用于在所述中央控制器10无法处理系统级故障的情况下，进行报警。

优选的，还包括显示装置40，用于对故障信息进行实时显示；中央控制器10与电子控制单元20之间采用CAN总线通信；中央控制器10与报警装置30、紧急安全装置50以及显示装置40之间采用LIN总线通信。CAN总线相对于LIN总线具有容量更大、反应速度更快的优势，在中央控制器10与报警装置30、紧急安全装置50以及显示装置40之间采用LIN总线通信，可以既能满足通信需求，也能节约系统资源。

上述显示装置40，紧急安全装置50和报警装置30可以为本发明所提供的车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统所专门设置的，也可以是使用该处理系统的车辆上原有的显示装置，安全装置和报警装置，只要能将本处理系统的显示功能，安全功能和报警功能集成其上，均在本发明的保护范围之内。

本发明还提供一种装设有该车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统的车辆。该车辆具有所述车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统所具有的所有优点和技术效果，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法，其特征在于，包括：

S1：节点级故障处理，对检测到的节点级故障进行处理，当存在无法处理的节点级故障时，上报中央节点；

S2：系统级故障处理，所述中央节点接收到上报的故障后，进行系统级故障处理；

其中，S2具体包括：

S21：系统级故障确认，根据对与所述故障相关的机理模型和实现模型进行故障推理分析，确认所述系统级故障；

S22：系统级故障处理，根据所确认的系统级故障类型进行相应的处理策略匹配，在获取处理策略后在中央节点中生成系统级故障处理任务序列，并将处理任务序列通过车辆总线下达给相应的节点，各节点结合自身任务进行调度，对节点中包括处理任务的所有任务进行重新部署，由此进行系统级的故障处理，当所述系统级故障成功解决，通知各节点恢复正常运行，当不能有效解决所述系统级故障，则进入下一步；

S23：采取紧急安全措施，使车辆降级运行。

2.根据权利要求1所述的车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法，其特征在于，S1包括：

S11：检测各节点数据信息中的数据范围和数据类型信息，以及检测各节点的状态信息；

S12：将检测到的数据范围和数据类型与预设值进行比较，当数据范围或数据类型与预设值不符，则进入S13；或当检测到状态信息与预设状态不符，则进入S13；当数据范围和数据类型与预设值相符，且状态信息与预设状态相符，则进入S11；

S13：对节点级故障进行处理，当节点级故障的处理策略缺失或相同节点级故障连续发生次数超过阈值，则上报中央节点。

3.根据权利要求2所述的车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法，其特征在于，对各节点的检测具体包括：对传感器信号、控制器生成命令、执行器执行命令或报文收发情况的检测。

4.根据权利要求3所述的车辆总线控制系统的瞬时故障处理方法，其特征在于，S23还包括：系统报警。

5.一种车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统，其特征在于，包括：

至少一个电子控制单元(20)，所述每一个电子控制单元(20)包括：本地故障管理模块(201)，用于对节点级故障的检测分析和处理，当存在不能解决的节点级故障时，用于将该节点级故障上报给中央控制器(10)；

中央控制器(10)，用于处理系统级故障；

所述中央控制器(10)包括全局故障控制器(101)，用于对系统级故障进行分析并匹配处理策略，进行系统级故障处理；

所述全局故障控制器(101)包括：故障确认单元，用于根据与故障相关的机理模型和实现模型进行故障推理，确认系统级故障；故障分析单元，用于对系统级故障进行特征分析并匹配处理策略；故障处理单元，在获取处理策略后在中央节点中生成系统级故障处理任务序列，并将处理任务序列通过车辆总线下达给相应的节点，各节点结合自身任务进行调度，对节点中包括处理任务的所有任务进行重新部署，由此进行系统级的故障处理。

6.根据权利要求5所述的车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统，其特征在于，本地故障管理模块(201)包括：故障检测单元(2011)，用于对经过所述每一电子控制单元(20)的数据信息和状态信息进行节点级故障检测，并用于监测报文收发情况；故障策略库(2012)，用于预存故障策略并提供给故障处理单元(2013)进行故障处理；故障处理单元(2013)，用于匹配故障信息与故障策略，处理节点级故障，并将无法处理的故障信息传送给故障上报单元(2014)；故障上报单元(2014)，用于将未能解决的节点级故障上报到中央控制器(10)。

7.根据权利要求5所述的车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统，其特征在于：还包括显示装置(40)，用于对故障信息进行实时显示。

8.根据权利要求5所述的车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统，其特征在于：还包括紧急安全装置(50)，用于在所述中央控制器(10)无法处理系统级故障的情况下，使车辆降级运行。

9.根据权利要求8所述的车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统，其特征在于：还包括报警装置(30)，用于在所述中央控制器(10)无法处理系统级故障的情况下，进行报警。

10.根据权利要求9所述的车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统，其特征在于：还包括显示装置(40)，用于对故障信息进行实时显示；所述中央控制器(10)与所述电子控制单元(20)之间采用CAN总线通信；所述中央控制器(10)与所述报警装置(30)、紧急安全装置(50)以及显示装置(40)之间采用LIN总线通信。

11.一种车辆，其特征在于，包括权利要求5-10任一项所述的车辆总线控制系统的瞬时故障处理系统。