CN115144668A - 故障检测方法、信号模拟器及故障检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子控制系统故障检测技术领域，特别是涉及一种故障检测方法、信号模拟器及故障检测系统。本发明实施例能够通过信号模拟器确定待测传感器输出信号的模拟波形并根据待测传感器的模拟波形输出待测传感器的模拟波形信号，从而第一控制器可以根据模拟波形信号生成控制指令，并根据控制指令控制执行器。由于信号模拟器可以输出待测传感器的模拟波形信号，故信号模拟器可以代替待测传感器在待测设备中工作，而不需要使用无故障的传感器更换待测传感器工作，从而提高待测设备的故障检测效率。当信号模拟器代替各个待测传感器在待测设备中工作时，通过确定待测设备能否正常工作即可对待测传感器的故障进行检测。

Description

故障检测方法、信号模拟器及故障检测系统

技术领域

本发明涉及电子控制系统故障检测技术领域，尤其是涉及一种故障检测方法、信号模拟器及故障检测系统。

背景技术

设备的电控系统主要由传感器、电子控制组件(ECU)和执行器组成。传感器作为输入部分，用于测量物理信号(温度或压力等)并将其转换为电信号；ECU的作用是接收传感器的输入信号并按设定的程序进行计算处理，输出处理控制信号；执行器则根据ECU输出的控制信号驱动执行机构工作。

电控系统的故障大多由传感器的故障引起。技术人员通常使用代换法对故障进行检修，即：若怀疑某可疑传感器有故障时，则使用无故障传感器将其更换，若故障消失则证明该可疑传感器有故障；否则，则依次对其它可疑传感器进行替换，并观察故障是否消失。采用代换法进行传感器的故障检修需要耗费大量的时间以及精力，而且必须准备各种配件进行替换检修，检修效率十分低下。

发明内容

为了提高待测设备的故障检修效率，本发明实施例提供了一种故障检测方法、信号模拟器及故障检测系统，能够通过信号模拟器替代待测设备的待测传感器，提高待测传感器的故障检测效率。

在本发明的第一方面，提供了一种故障检测方法。在该方法中，通过信号模拟器确定待测设备中待测传感器输出信号的模拟波形，其中，模拟波形包括标准波形和/或故障波形，待测设备还包括第一控制器和执行器，第一控制器与信号模拟器、待测传感器和执行器通信连接；信号模拟器根据模拟波形输出待测传感器的模拟波形信号；第一控制器获取模拟波形信号，根据模拟波形信号生成控制指令，并通过控制指令控制执行器。

在一些实施方式中，为了基于待测传感器的身份信息确定待测传感器的模拟波形，信号模拟器获取待测传感器的身份信息，并根据身份信息和映射关系在波形数据库中确定待测传感器输出信号的模拟波形；其中，波形数据库包括至少两个模拟波形，模拟波形和身份信息具有映射关系，且身份信息至少包括待测传感器的类型。

在一些实施方式中，为了能够更加准确地确定待测传感器的模拟波形，待测传感器的身份信息还包括待测传感器的品牌、型号和生产厂家中的至少一种。

在一些实施方式中，为了确定故障波形，信号模拟器确定待测传感器输出信号的标准波形的特征参数，其中，特征参数包括幅值、频率、形状、脉冲宽度与阵列中的至少一种；信号模拟器接收针对所述特征参数的修改操作，并基于修改后的特征参数确定待测传感器的故障波形。

在本发明的第二方面，提供了一种信号模拟器。该信号模拟器包括第二控制器和与所述第二控制器通信连接的信号发生器。第二控制器用于确定待测设备中待测传感器输出信号的模拟波形，其中，模拟波形包括标准波形和/或故障波形；待测设备还包括第一控制器和执行器，第一控制器与信号模拟器、待测传感器和执行器通信连接；信号发生器用于根据模拟波形输出待测传感器的模拟波形信号，以使第一控制器根据模拟波形信号生成控制指令并通过控制指令控制执行器。

在一些实施方式中，为了基于待测传感器的身份信息确定待测传感器的模拟波形，第二控制器具体用于：获取待测传感器的身份信息，并根据身份信息和映射关系在波形数据库中确定待测传感器输出信号的模拟波形；其中，波形数据库包括至少两个模拟波形，模拟波形和身份信息具有映射关系，且身份信息至少包括待测传感器的类型。

在一些实施方式中，为了确定故障波形，第二控制器具体用于：确定待测传感器输出信号的标准波形的特征参数，其中，特征参数包括幅值、频率、形状、脉冲宽度与阵列中的至少一种；信号模拟器接收针对所述特征参数的修改操作，并基于修改后的特征参数确定待测传感器的故障波形。

在一些实施方式中，为了显示模拟波形信号的波形，信号模拟器还包括与第二控制器通信连接的显示单元，该显示单元用于显示模拟波形信号的波形。

在本发明的第三方面，提供了一种故障检测系统。该系统包括待测设备和第二方面提供的信号模拟器；其中，待测设备包括第一控制器，待测传感器和执行器，且第一控制器与信号模拟器、待测传感器和执行器通信连接。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明其他特征通过以下的描述将变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一个实施例提供的故障检测系统的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例提供的第一控制器的结构示意图；

图3是本发明的一个实施例提供的第二控制器的结构示意图；

图4是本发明的一个实施例提供的故障检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下文将参考附图中示出的若干示例性实施例来描述本公开的原理和精神。应当理解，描述这些具体的实施例仅是为了使本领域的技术人员能够更好地理解并实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。在以下描述和权利要求中，除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与所属领域的普通技术人员通常所理解的含义。

如本文所使用的，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象，并且仅用于区分所指代的对象，而不暗示所指代的对象的特定空间顺序、时间顺序、重要性顺序，等等。

如本文所使用的，术语“确定”可以涵盖各种各样的动作。例如，“确定”可以包括运算、计算、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一数据结构中查找)、查明等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。再者，“确定”可以包括解析、选择、选取、建立等。

本发明实施例提供一种故障检测系统，用于对待测设备的传感器故障进行检测。待测设备具体可以是汽车或医疗器设备等任意合适的电子设备，本发明实施例以待测设备为汽车为例进行说明。该故障检测系统包括待测设备和信号模拟器，其中，待测设备包括第一控制器、传感器和执行器。信号模拟器可以集成于待测设备上。信号模拟器和待测设备也可以各自独立设置。待测设备和信号模拟器通信连接，比如：有线连接或者利用无线保真技术(Wireless Fidelity，Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth，BT)技术、调频(frequency modulation，FM)、近距离无线通信技术(near field communication，NFC)、红外技术(infrared，IR)，或者，诸如第三代(3rd Generation，3G)、第四代(4th Generation，4G)或第五代(5thGeneration，5G)等移动通信技术实现的无线连接。图1示意性出示了该故障检测系统的结构，如图1所示，故障检测系统100包括第一控制器101和与第一控制器101通信连接的待测传感器102和执行器103，还包括与第一控制器101和待测传感器102通信连接的信号模拟器104。

传感器是一种信号转换装置，它可以将非电信号转换为电信号。传感器用于监测不同的物理属性值，比如：位置、速度、压力和温度等，并将监测到的物理属性值转换为电信号传送至第一控制器，以使第一控制器根据传感器传送的电信号生成控制指令以控制执行器工作。传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电路组成。敏感元件是指能直接感受被测量的部分。转换元件是指能将非电量转换成电量的部分。测量电路是指将转换元件输入的电量经过处理，以便进行显示、记录和控制的部分。

按照被测物理量的不同，传感器的类型包括位移传感器、速度传感器、加速度传感器、角位移传感器、角速度传感器、力传感器、力矩传感器、压力传感器、真空度传感器、温度传感器(如：冷却水温度传感器或进气温度传感器等)、电流传感器、气体成分传感器、浓度传感器等或流量传感器(如：空气流量传感器、燃油流量传感器)等。按照工作原理分类的不同，传感器的类型包括电阻式、电容式、应变式、电感式、光电式、光敏式、压电式或热电式传感器等。车辆中的传感器具体包括：油门踏板、空气流量计、凸轮轴、曲轴、爆震、氧传感器、进气压力和节气门等。

执行器是一种能量转换部件，能在第一控制器的控制下，将输入的各种形式的能量转换为机械动作。执行器的作用是接受第一控制器送来的控制指令，改变被控介质的大小，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。例如：执行器可以是电动机、离合器阀、气门机构、电磁阀或电磁膜片等。具体如：碳罐电磁阀、采油机预热塞、EGR电磁阀、电子燃油泵、怠速控制阀、压力调节器、流量控制阀、节气门伺服电机或冷却风扇等。

图2示例性的示出了第一控制器20的硬件结构，如图2所示，第一控制器20包括一个或多个第一处理器21以及第一存储器22，图2中以一个第一处理器21为例。第一处理器21和第一存储器22可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。

第一存储器22作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，第一处理器21通过运行存储在第一存储器22中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行第一控制器的各种功能应用以及数据处理，即根据模拟波形信号生成控制指令，并根据控制指令控制执行器。

第一存储器22可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据故障检测装置的使用所创建的数据等。此外，第一存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，第一存储器22可选包括相对于第一处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至第一控制器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

在一些实施例中，信号模拟器包括第二控制器和与第二控制器通信连接的信号发生器和显示单元。信号发生器能够产生任意合适波形的模拟波形信号，如：三角波、锯齿波、矩形波或正弦波等。显示单元用于显示信号发生器产生的模拟波形信号的波形。显示单元具体可以包括示波器。

图3示例性的示出了第二控制器10的硬件结构，如图3所示，第二控制器10包括一个或多个第二处理器11以及第二存储器12，图3中以一个第二处理器11为例。第二处理器11和第二存储器12可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。

第二存储器12作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，第二处理器11通过运行存储在第二存储器12中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行第二控制器的各种功能应用以及数据处理，如实现本发明任一实施例涉及的确定待测设备中待测传感器输出信号的模拟波形的方法步骤。

第二存储器12可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据故障检测装置的使用所创建的数据等。此外，第二存储器12可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，第二存储器12可选包括相对于第二处理器11远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至第二控制器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

当待测设备处于正常运行状态时，传感器提供的电信号传输至第一控制器后，第一控制器根据传感器的电信号生成控制指令并将控制指令发送给各个执行器，以控制执行器工作，从而实现待测设备的正常运转。因此，传感器能否精确可靠地输出电信号至关重要。当待测设备的电子控制系统出现故障时，需要快速排除故障，以便后续维修。本发明实施例可以采用信号模拟器代替待测传感器在电子控制系统中工作，以便通过判断此情况下的电子控制系统的故障是否消除来快速地检测出存在故障的传感器。为了便于读者理解本发明，下面结合具体的实施例进行说明。

图4示意性出示了故障检测方法的其中一个实施例的流程图，如图4所示，该故障检测方法包括以下步骤：

S41、信号模拟器确定待测设备中待测传感器输出信号的模拟波形，其中，所述模拟波形包括标准波形和/或故障波形，所述待测设备还包括第一控制器和执行器，所述第一控制器与所述信号模拟器、所述待测传感器和所述执行器通信连接；

本实施例的标准波形为待测传感器的标准信号的波形，也即待测传感器未出现故障时输出的信号波形。待测传感器为需要进行故障检测的传感器。标准波形可以是任意合适的波形，如：电压波形、频率波形或占空比波形等。传感器的种类繁多，不同的传感器对应不同的标准波形。如：汽车上的温度传感器主要有水温传感器、进气温度传感器、油温传感器等等。温度传感器的标准波形为电压波形。在一些实施例中，信号模拟器还可以包括人机交互界面，第二控制器可以通过人机交互界面获取用户输入的标准波形。

为了便于查找不同待测传感器对应的模拟波形，在一些实施例中，第二控制器还可以建立各个传感器的波形数据库，该波形数据库中存储有不同传感器的模拟波形。第二控制器可以预先获取待测设备中各个传感器的身份信息和各个传感器的模拟波形，并建立传感器的身份信息和模拟波形之间的映射关系。当第二控制器获取到待测传感器的身份信息时，根据待测传感器的身份信息和映射关系即可在波形数据库中查找待测传感器的模拟波形。例如，待测传感器可以预先存储有自身的身份信息，第二控制器可以与待测传感器建立通信连接并获取待测传感器的身份信息。

在一些实施例中，波形数据库包括标准波形数据库，待测传感器的身份信息和标准波形具有第一映射关系。第二控制器可以根据待测传感器的身份信息和第一映射关系在标准波形数据库中查找待测传感器的标准波形。在另一些实施例中，故障波形为待测传感器出现故障时输出的信号波形。波形数据库还包括故障波形数据库，待测传感器的身份信息和故障波形具有第二映射关系。第二控制器可以根据待测传感器的身份信息和第二映射关系在故障波形数据库中查找待测传感器的故障波形。

在一些实施例中，待测传感器的身份信息至少包括待测传感器的类型。例如：汽车上的转速类传感器主要包括电磁式传感器与霍尔式传感器两种类型。电磁式传感器产生的信号是正弦波形，其波形频率、幅值大小与转速有关。霍尔式传感器产生的信号是方波波形信号，其波形频率与转速有关，占空比和幅值不变。当第二控制器确定待测传感器的类型为转速类电磁式传感器时，通过标准波形数据库确定该待测传感器的标准波形为正弦波形；当第二控制器确定待测传感器的类型为转速类霍尔式传感器时，通过标准波形数据库可以确定该待测传感器的标准波形为方波波形。

由于待测传感器和/或待测设备的品牌、型号、生成厂家和生产批次均会影响待测传感器的模拟波形，为了可以更加准确地获取待测传感器输出信号的模拟波形，在一些实施例中，待测传感器的身份信息还可以包括传感器的品牌、型号、生成厂家和生产批次中的至少一种。在其他的一些实施例中，待测传感器的身份信息还可以包括待测设备的品牌、型号、生成厂家和生产批次中的至少一种。

在一些实施例中，为了使用户可以自定义故障波形，第二控制器还可以确定待测试传感器标准波形的特征参数，并接收针对标准波形的特征参数的修改操作，基于修改后的特征参数确定待测传感器的故障波形。特征参数具体包括幅值、频率、形状、脉冲宽度与阵列中的至少一种；其中，幅值表征信号的最高电压；频率表征信号的循环时间；形状表征信号的外形模样；脉冲宽度表征信号的占空比或所占的时间；阵列表征信号的重复特性。

S42、所述信号模拟器根据所述模拟波形输出所述待测传感器的模拟波形信号；

在本实施例中，当模拟波形为标准波形时，模拟波形信号用于模拟待测传感器未发生故障时的输出信号。当模拟波形为故障波形时，模拟波形信号用于模拟待测传感器发生故障时的输出信号。第二控制器可以根据标准波形或故障波形控制信号发生器输出相应的模拟波形信号。

S43、所述第一控制器获取所述模拟波形信号，根据所述模拟波形信号生成控制指令，并通过所述控制指令控制所述执行器。

当待测设备处于正常工作状态时，传感器用于测量物理信号并将其转换为电信号；第一控制器接收传感器输出的电信号并按设定的程序进行计算处理并输出控制指令；执行器则根据第一控制器输出的控制信号驱动执行机构工作。

本发明实施例采用信号模拟器取代传感器在待测设备中的作用，即采用模拟波形信号取代传感器输出的电信号，使得第一控制器根据模拟波形信号生成控制指令并通过该控制指令控制执行器工作。在信号模拟器取代传感器在待测设备中的作用的情况下，技术人员通过观察待测设备的运行情况便可判断出待测传感器是否存在故障。

一方面，当模拟波形信号用于模拟待测传感器未发生故障时的输出信号时，若待测设备的故障消失，则表明该待测传感器存在故障；若待测设备的故障还未消失，则表面待测设备中存在其他出现故障的待测传感器；此时，需要通过信号模拟器替代其他待测传感器在待测设备中的作用，并对其他待测传感器进行检测，直至找到存在故障的传感器。本发明实施例能够采用信号模拟器准确快速地对待测设备(如，汽车发动机)中传感器的故障进行检修；无需使用各种配件进行替换检修，提高了设备故障的检修效率。

另一方面，当模拟波形信号用于模拟待测传感器发生故障时的输出信号时，执行器按照第一控制器发送的控制指令并不能正常工作，待测设备会出现故障。通过此时待测设备出现的故障可以达到故障再现的效果。例如：在车辆维修过程当中会出现一些故障，有一些故障是偶尔出现的或是很难复现的，这种故障就叫做偶现故障。偶现故障的出现没有任何的规律可寻，完全是随机的，这就导致维修技师很难发现问题所在。即便偶现故障再次发生也很难引起重视，导致故障一直存在于车辆当中。因此在复现和修复偶现故障的过程中增加了难度，也耗费了大量时间。对车辆的偶现故障进行复现成为亟待解决的技术问题。本发明实施例能够达到对设备的偶现故障进行复现的目的。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施例的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：

通过信号模拟器确定待测设备中待测传感器输出信号的模拟波形，其中，所述模拟波形包括标准波形和/或故障波形，所述待测设备还包括第一控制器和执行器，所述第一控制器与所述信号模拟器、所述待测传感器和所述执行器通信连接；

所述信号模拟器根据所述模拟波形输出所述待测传感器的模拟波形信号；

所述第一控制器获取所述模拟波形信号，根据所述模拟波形信号生成控制指令，并通过所述控制指令控制所述执行器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号模拟器确定待测设备中待测传感器输出信号的模拟波形，包括：

所述信号模拟器获取所述待测传感器的身份信息，并根据所述身份信息和映射关系在波形数据库中确定所述待测传感器输出信号的模拟波形；

其中，所述波形数据库包括至少两个模拟波形，所述模拟波形和所述身份信息具有映射关系，所述身份信息至少包括所述待测传感器的类型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待测传感器的身份信息还包括所述待测传感器的品牌、型号和生产厂家中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述模拟波形包括所述故障波形时，所述信号模拟器确定待测设备中待测传感器输出信号的模拟波形，包括：

所述信号模拟器确定所述待测传感器输出信号的标准波形的特征参数，其中，所述特征参数包括幅值、频率、形状、脉冲宽度与阵列中的至少一种；

所述信号模拟器接收针对所述特征参数的修改操作；

所述信号模拟器基于修改后的所述特征参数确定所述待测传感器的故障波形。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述信号模拟器显示所述模拟波形信号的波形。

6.一种信号模拟器，其特征在于，所述信号模拟器包括：

第二控制器，用于确定待测设备中待测传感器输出信号的模拟波形，其中，所述模拟波形包括标准波形和/或故障波形，所述待测设备还包括第一控制器和执行器，所述第一控制器与所述信号模拟器、所述待测传感器和所述执行器通信连接；

信号发生器，与所述第二控制器通信连接，所述信号发生器用于根据所述模拟波形输出所述待测传感器的模拟波形信号，以使所述第一控制器根据所述模拟波形信号生成控制指令并通过所述控制指令控制所述执行器。

7.根据权利要求6所述的信号模拟器，其特征在于，所述第二控制器具体用于：

获取所述待测传感器的身份信息，并根据所述身份信息和映射关系在波形数据库中确定所述待测传感器输出信号的模拟波形；

其中，所述波形数据库包括至少两个模拟波形，所述模拟波形和所述身份信息具有映射关系，所述身份信息至少包括所述待测传感器的类型。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述模拟波形包括故障波形时，所述第二控制器具体用于：

确定所述待测传感器输出信号的标准波形的特征参数，其中，所述特征参数包括幅值、频率、形状、脉冲宽度与阵列中的至少一种；

接收针对所述特征参数的修改操作；

基于修改后的所述特征参数确定所述待测传感器的故障波形。

9.根据权利要求6-8任一项所述的信号模拟器，其特征在于，所述信号模拟器还包括与所述第二控制器通信连接的显示单元，所述显示单元用于显示所述模拟波形信号的波形。

10.一种故障检测系统，其特征在于，所述系统包括待测设备和权利要求9所述的信号模拟器；

其中，所述待测设备包括第一控制器，待测传感器和执行器，所述第一控制器与所述信号模拟器、所述待测传感器和所述执行器通信连接。

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