CN104269813B - 一种电控汽车执行器故障诊断与容错控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控汽车执行器故障诊断与容错控制的方法。该方法对于不同的故障类型，通过电源发出特定周期和占空比的方波来进行故障的识别和容错控制，并且在故障的识别与最终确认之间有一个去抖的机制来分辨是否是暂时性的故障还是永久的故障，确认故障消失之前也同样有一个去抖的机制来确认故障是否永远消失。这样提高了真个故障诊断系统的准确性和稳定性，成本低，易实现。本发明可广泛用于车辆中有PMW驱动的执行器中。

Description

一种电控汽车执行器故障诊断与容错控制的方法

技术领域

本发明属于电控柴油机技术信号诊断方法领域，尤其涉及一种电控汽车执行器故障诊断与容错控制的方法。

背景技术

发动机电子控制系统中，各种控制是通过执行器来完成的。执行器是决定发送机运行和汽车行驶安全的主要器件，当执行器发生故障时，往往会对汽车的性能特别是行驶安全造成一定的影响。

现有技术公开并没有对执行器的故障种类进行分类说明并且也没有一种容错控制的方法可以使得在执行器发生故障后车辆可以继续安全的行驶。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种电控汽车执行器故障诊断与容错控制的方法。

本发明通过如下方式实现：

电控汽车执行器故障诊断与容错控制的方法是:

1）执行器可能发生的故障分成四种类型，分别为：1.对电源短路、2.对地短路、3.无负载或者开路、4.执行器温度过高,每一种故障都对应一个标定量，当故障发生时该故障对应的标定量从0置为1，故障对应的标定量由ECU监控和检测；

2）给执行器供电的功率电源在ON状态和OFF状态之间切换，当保持在ON的状态时，才能检测对电源短路故障和执行器温度过高故障；当保持在OFF的状态时，才能检测对地短路故障和无负载或者开路故障；

3）根据检测到的不同故障类型，进行故障诊断与容错控制，故障诊断与容错控制的方法分为：对电源短路的故障诊断与容错控制的方法，对地短路的故障诊断与容错控制的方法，无负载或者开路的故障诊断与容错控制的方法和执行器温度过高的故障诊断与容错控制的方法。

所述的对电源短路的故障诊断与容错控制的方法和执行器温度过高执行器温度过高的故障诊断与容错控制的方法包括如下步骤：

1）对电源短路故障或执行器温度过高故障被检测到时，故障去抖机制区分被检测到的故障是永久性故障还是暂时性故障，若故障为暂时性故障，则故障会在去抖时间内消失，不作处理；

2)一旦故障被确认为永久性故障，功率电源置为OFF用来锁住当前的故障状态并存储到诊断寄存器中，诊断寄存器不再更新故障状态，保护硬件电路不会被电流过大烧坏。

3）执行器的功率电源分为SPI功率电源与非SPI功率电源，

对于SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，SPI功率电源将会保持OFF状态，OFF状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C控制，其中XXX表示对应的执行器，OFF状态时间过后SPI功率电源置为ON的状态并释放周期500us占空比50％的测试脉冲来获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲；

对于非SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，非SPI功率电源发出的PMW波保持ON状态的时间由标定量XXXCD_tiPwrStgOn_C决定，保持OFF状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C，在PMW波保持ON的状态时获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲；

所述的对地短路的故障诊断与容错控制的方法和无负载或者开路的故障诊断与容错控制的方法包括如下步骤：

1）对地短路故障或无负载或者开路故障被检测到时，故障去抖机制区分被检测到的故障是永久性故障还是暂时性故障，若故障为暂时性故障，则故障会在去抖时间内消失，不作处理；

2)一旦故障被确认为永久性故障，功率电源模块置为ON用来锁住当前的故障状态并存储到诊断寄存器中，诊断寄存器不再更新故障状态，保护硬件电路不会被电流过大烧坏。

3）执行器的供电电源分为SPI功率电源与非SPI功率电源，

对于SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，SPI功率电源将会保持ON状态，ON状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C控制，其中XXX表示对应的执行器，ON状态时间过后SPI功率电源置为ON的状态并释放周期500us占空比50％的测试脉冲来获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲；

对于非SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，非SPI功率电源发出的PMW波保持ON状态的时间由标定量XXXCD_tiPwrStgOn_C决定，保持OFF状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C，在PMW波保持OFF的状态时获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲。

所述的故障类型为1和4时其检测方法是类似的。为了检测这两种类型的故障，给执行器供电的功率电源模块必须保持在ON的状态。对于硬件电路来说要检测到故障的发生大概需要240μs。一旦故障被检测到，功率电源将会置为OFF用来锁住当前的故障状态存储到诊断寄存器中。在此状态期间，诊断寄存器不再更新故障状态。这样的机制可以保护硬件电路不会被电流过大烧坏。并且当执行器故障首次被检测到时，有一个去抖机制来区分是永久的故障还是暂时性的故障。

所述的故障类型1和4的容错控制方法容错控制方法是类似的。对于SPI功率电源：一旦一个永久的故障被检测到，就没有必要使功率电源频繁的ON和OFF来刷新故障状态。功率电源将会保持较长的时间的OFF状态。这个时间可以由标定量XXXCD_tiBtwTst_C控制（XXX表示对应的执行器）。在两段OFF之间功率电源会释放一段周期为500us、占空比为50％的测试脉冲来获取实时的故障状态。并且故障的修复也有一个去抖的机制用来确定故障是否永久的消失。对于非SPI功率电源，由于其不能发送测试脉冲，所以其置为ON的时间由标定量XXXCD_tiPwrTst_C来决定。

故障类型2和3检测和容错控制方法和故障类型1和4检测和容错控制方法是类似的。唯一的区别在于只有功率电源为OFF时才能检测到故障类型2和3。

本发明有益效果如下：

本发明能准确的判断执行器发生的故障类型，确认故障出现的去抖机制能有效的识别是暂时性故障还是永久性故障，确认故障消失的去抖机制能有效的识别故障是暂时性消失还是永久性消失，这样的机制能降低故障的误判，提高了整个系统运行效率和鲁棒性，降低了系统的维护成本。

附图说明

图1为本发明的SPI功率电源检测和修复对电源短路和执行器温度过高故障的示意图。

图2为本发明的非SPI功率电源检测和修复对电源短路和执行器温度过高故障的示意图；

图3为本发明的SPI功率电源检测和修复对地短路和执行器无负载或开路故障的示意图；

图4为本发明的非SPI功率电源检测和修复对地短路和执行器无负载或开路故障的示意图。

具体实施方式

电控汽车执行器故障诊断与容错控制的方法是:

1）执行器可能发生的故障分成四种类型，分别为：1.对电源短路、2.对地短路、3.无负载或者开路、4.执行器温度过高,每一种故障都对应一个标定量，当故障发生时该故障对应的标定量从0置为1，故障对应的标定量由ECU监控和检测；

2）给执行器供电的功率电源在ON状态和OFF状态之间切换，当保持在ON的状态时，才能检测对电源短路故障和执行器温度过高故障；当保持在OFF的状态时，才能检测对地短路故障和无负载或者开路故障；

3）根据检测到的不同故障类型，进行故障诊断与容错控制，故障诊断与容错控制的方法分为：对电源短路的故障诊断与容错控制的方法，对地短路的故障诊断与容错控制的方法，无负载或者开路的故障诊断与容错控制的方法和执行器温度过高的故障诊断与容错控制的方法。

所述的对电源短路的故障诊断与容错控制的方法和执行器温度过高执行器温度过高的故障诊断与容错控制的方法包括如下步骤：

1）对电源短路故障或执行器温度过高故障被检测到时，故障去抖机制区分被检测到的故障是永久性故障还是暂时性故障，若故障为暂时性故障，则故障会在去抖时间内消失，不作处理；

2)一旦故障被确认为永久性故障，功率电源置为OFF用来锁住当前的故障状态并存储到诊断寄存器中，诊断寄存器不再更新故障状态，保护硬件电路不会被电流过大烧坏。

3）执行器的功率电源分为SPI功率电源与非SPI功率电源，

对于SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，SPI功率电源将会保持OFF状态，OFF状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C控制，其中XXX表示对应的执行器，OFF状态时间过后SPI功率电源置为ON的状态并释放周期500us占空比50％的测试脉冲来获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲；

对于非SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，非SPI功率电源发出的PMW波保持ON状态的时间由标定量XXXCD_tiPwrStgOn_C决定，保持OFF状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C，在PMW波保持ON的状态时获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲；

所述的对地短路的故障诊断与容错控制的方法和无负载或者开路的故障诊断与容错控制的方法包括如下步骤：

1）对地短路故障或无负载或者开路故障被检测到时，故障去抖机制区分被检测到的故障是永久性故障还是暂时性故障，若故障为暂时性故障，则故障会在去抖时间内消失，不作处理；

2)一旦故障被确认为永久性故障，功率电源模块置为ON用来锁住当前的故障状态并存储到诊断寄存器中，诊断寄存器不再更新故障状态，保护硬件电路不会被电流过大烧坏。

3）执行器的供电电源分为SPI功率电源与非SPI功率电源，

对于SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，SPI功率电源将会保持ON状态，ON状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C控制，其中XXX表示对应的执行器，ON状态时间过后SPI功率电源置为ON的状态并释放周期500us占空比50％的测试脉冲来获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲；

对于非SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，非SPI功率电源发出的PMW波保持ON状态的时间由标定量XXXCD_tiPwrStgOn_C决定，保持OFF状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C，在PMW波保持OFF的状态时获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，对于对电源短路和执行器温度过高这两种故障类型，当SPI功率电源为ON的时候才可以识别故障，故障首次被识别后，有一个去抖的过程来分辨改故障是暂时性的还是永久的，一旦确定为永久性的故障，功率电源会马上变为OFF，并保持较长时间的OFF状态，这段时间可由标定量XXXCD_tiBtxTst_C决定。两段OFF之间SPI 功率电源会发送周期为500us占空比为50％的测试脉冲用来刷新故障的状态信息。如果故障消失，在电源为OFF时是无法确认故障是否消失的，只有在电源为ON时才能确认。确认故障消失后也有一个修复去抖来确认故障是永久性还是暂时性的消失。去抖时间后如果故障还未出现就可以确认故障已永久性消失了。

对于非SPI功率电源，电源短路和执行器温度过高这两种故障类型，如图2所示，前面的故障识别和后面的故障消失确认是和和SPI功率电源一致的，区别在中间的故障是否消失的识别阶段，当确认为永久性故障后，非SPI电源由于无法释放测试脉冲，所以电源ON的时间有标定量XXXCD_tiPwrStgOn_C决定。

对于SPI功率电源，对地短路和执行器无负载或者开路这两种故障类型的监测和修复方法如图3所示，其原理是与图1所述类似的，由于这两种故障类型只有在功率电源OFF是才能监测到，所以其检测与修复的波形与是图1的反转，及由图1的OFF变为ON,由ON别为OFF即可得到图3.

对于非SPI电源，对地短路和执行器无负载或者开路这两种故障类型的监测和修复方法如图4所示，其原理是与图2所述类似的，其检测与修复的波形与是图2的反转，及由图2的OFF变为ON,由ON别为OFF即可得到图4。

Claims (1)

1.一种电控汽车执行器故障诊断与容错控制的方法，其特征在于:

执行器可能发生的故障分成四种类型，分别为：1.对电源短路、2.对地短路、3.无负载或者开路、4.执行器温度过高,每一种故障都对应一个标定量，当故障发生时该故障对应的标定量从0置为1，故障对应的标定量由ECU监控和检测；

给执行器供电的功率电源在ON状态和OFF状态之间切换，当保持在ON的状态时，才能检测对电源短路故障和执行器温度过高故障；当保持在OFF的状态时，才能检测对地短路故障和无负载或者开路故障；

根据检测到的不同故障类型，进行故障诊断与容错控制，故障诊断与容错控制的方法分为：对电源短路的故障诊断与容错控制的方法，对地短路的故障诊断与容错控制的方法，无负载或者开路的故障诊断与容错控制的方法和执行器温度过高的故障诊断与容错控制的方法；

所述的对电源短路的故障诊断与容错控制的方法和执行器温度过高执行器温度过高的故障诊断与容错控制的方法包括如下步骤：

1）对电源短路故障或执行器温度过高故障被检测到时，故障去抖机制区分被检测到的故障是永久性故障还是暂时性故障，若故障为暂时性故障，则故障会在去抖时间内消失，不作处理；

2)一旦故障被确认为永久性故障，功率电源置为OFF用来锁住当前的故障状态并存储到诊断寄存器中，诊断寄存器不再更新故障状态，保护硬件电路不会被电流过大烧坏,

3）执行器的功率电源分为SPI功率电源与非SPI功率电源，

对于SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，SPI功率电源将会保持OFF状态，OFF状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C控制，其中XXX表示对应的执行器，OFF状态时间过后SPI功率电源置为ON的状态并释放周期500us占空比50％的测试脉冲来获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲；

对于非SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，非SPI功率电源发出的PMW波保持ON状态的时间由标定量XXXCD_tiPwrStgOn_C决定，保持OFF状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C，在PMW波保持ON的状态时获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲；

所述的对地短路的故障诊断与容错控制的方法和无负载或者开路的故障诊断与容错控制的方法包括如下步骤：

1）对地短路故障或无负载或者开路故障被检测到时，故障去抖机制区分被检测到的故障是永久性故障还是暂时性故障，若故障为暂时性故障，则故障会在去抖时间内消失，不作处理；

2)一旦故障被确认为永久性故障，功率电源模块置为ON用来锁住当前的故障状态并存储到诊断寄存器中，诊断寄存器不再更新故障状态，保护硬件电路不会被电流过大烧坏，

3）执行器的供电电源分为SPI功率电源与非SPI功率电源，

对于SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，SPI功率电源将会保持ON状态，ON状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C控制，其中XXX表示对应的执行器，ON状态时间过后SPI功率电源置为ON的状态并释放周期500us占空比50％的测试脉冲来获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲；

对于非SPI功率电源：一旦一个永久性故障被检测到，非SPI功率电源发出的PMW波保持ON状态的时间由标定量XXXCD_tiPwrStgOn_C决定，保持OFF状态的时间由标定量XXXCD_tiBtwTst_C，在PMW波保持OFF的状态时获取实时的故障状态，如果故障消失，有一个去抖的机制用来确定故障是否永久性消失还是暂时性消失，如果故障永久性消失，SPI功率电源输出正常的PMW波；如果故障暂时性消失，继续发送测试脉冲。