CN116382244A - 一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆监测诊断技术领域，具体为一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统及其方法，该系统包括：用于底层通信协议的完成和数据传送的CAN通讯模块，用于数据采集、处理和模块间任务调度的中央处理模块，用于将汽车运行状态数据与正常工作状态的标准参数值进行比较，根据数据差值进行报警的实时监测模块，用于根据专家系统的方法对汽车运行状态进行深层诊断的故障诊断模块，用于故障报警的报警处理模块，用于用户和系统进行交互的人机交互模块。本发明采用在线监测诊断车辆状态，判断车辆在行驶过程中是否安全，通知驾驶员及时处理，及时更新器件，降低了安全风险，增加了车辆运行的寿命；采用双专家系统提高了推理决策的正确性。

Description

一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统及其方法

技术领域

本发明涉及车辆监测诊断技术领域，具体涉及一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统及其方法。

背景技术

随着近几年来汽车工业的飞速发展和不断普及，汽车已经成为了当前人们生活中最重要的交通工具之一，但交通事故的频发依然让汽车成为了危险因素相对较高的交通工具。而在大部分交通事故中，汽车本身性能的原因占据着很大一部分，根据美国NHTSA研究，70-80% 的交通安全事故是由于驾驶员没有实时了解车辆的运行状态。

现有技术中，虽然有OBD（On-Board Diagnostics）对车辆进行监测，但是其只能从发动机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标，会受燃油质量、驾驶习惯等相关条件限制，且对于纯电动汽车等新能源车十分不友好。受零部件本身限制，目前并没有一种有效的手段对车辆运行状态等进行有效的监测和管理，基本还是采取传统的记录车辆状态的方式，没有在线监控和实时反馈，无法对全车所有工作模块进行数据监控，汽车车辆故障只能在故障出现或故障对应现象出现后才能对故障发生的部位或系统进行故障诊断，且汽车故障检测只能基于4S店的检测，用户无法做到对潜在的汽车故障进行诊断。

当前随着信息技术的不断发展，基于嵌入式系统的监测技术为汽车的监测系统提出了新的方案，其能够在汽车正常行驶时实时监测汽车的运行状态，在确保汽车能够安全运行的同时，也能保障驾驶人员的生命安全。因此本发明提出了一种基于嵌入式的智能汽车状态在线监测和诊断系统及其方法，不需要受燃油特性的限制，无论是传统燃油车还是新能源汽车，都可以实时监测并诊断车辆是否有故障，及时提醒更新器件，以解决传统的监测信息含糊不清，无法实时检测和诊断汽车运行状态，无法规避由此产生的一系列风险的问题。

发明内容

针对当前汽车监测中缺乏有效手段对全车所有工作模块、运行状态等进行有效的监测和管理，车辆故障只能在故障出现或故障对应现象出现后才能对故障发生部位或系统进行故障诊断，且汽车故障检测只能基于4S店的检测、用户无法做到对潜在故障进行诊断的问题，提出了一种基于嵌入式的智能汽车状态在线监测和诊断系统及其方法，实时监测并诊断车辆是否有故障，进一步降低交通事故的发生率，保障行车安全。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

一方面，本发明提供一种基于嵌入式的智能汽车在线监测诊断系统，所述系统包括：

CAN通讯模块，包括CAN总线，用于底层通信协议的完成和数据传送；

中央处理模块，用于数据采集、处理和模块间的任务调度，所述中央处理模块与整车CAN网络连接，接收CAN总线上全部数据帧；

实时监测模块，用于对汽车运行状态进行初步诊断，将汽车运行状态数据与正常工作状态的标准参数值进行比较，根据数据差值进行报警；

故障诊断模块，用于对汽车运行状态进行深层诊断，在实时监测模块的基础上，根据专家系统的方法，对汽车的潜在故障进行预警和已经出现的故障进行诊断；

监测数据库，用于存放由CAN通讯模块传送过来的汽车运行状态数据，供实时监测模块和故障诊断模块使用；

报警处理模块，用于通过声音、LCD屏幕、文字及图像显示方式向汽车驾驶员进行故障报警，通知驾驶员及时处理；

人机交互模块，用于用户和系统进行交互，进行故障显示和声音报警，处理用户按键。

作为本发明的一种优选方案，所述中央处理模块包括各信号采集单元和嵌入式处理单元，所述各信号采集单元用于采集汽车传感器检测到的实时状态信号，各信号采集单元和嵌入式处理单元均作为智能节点挂载到CAN总线上，智能节点对CAN总线的访问采取位仲裁方式，一个数据帧包括标识符和8字节数据，嵌入式处理单元根据标识符判断数据帧由哪个信号采集单元发送，并根据预设的和该信号采集单元间的通信协议对8字节数据进行解析，得到对应的汽车运行状态数据。

作为本发明的一种优选方案，所述汽车运行状态数据包括胎压、温度、电流、振动、摆幅、转速、倒车雷达。

作为本发明的一种优选方案，所述根据数据差值进行报警，具体为：若汽车运行状态数据与标准参数值的数据差值较大，即超过第一阈值，则进行快速报警，报警灯为红色；若数据差值较小，即超过第二阈值未达到第一阈值，则报警灯为绿色；所述第一阈值、第二阈值由系统预设。

作为本发明的一种优选方案，所述专家系统为数据诊断系统和案例库诊断系统的双专家系统，包括推理机、案例库、案例库管理系统和解释模块；

所述推理机为用于实现专家推理的程序；所述案例库用于存储故障案例，所述故障案例包括智能汽车在线监测和诊断系统上传的故障案例和汽车企业内部积累的故障案例，所述智能汽车在线监测和诊断系统上传的故障案例由维修或专业技术人员解决故障后，确定故障原因与解决方法然后上传至案例库，所述汽车企业内部积累的故障案例由车企维修人员和专家提供；

所述案例库管理系统用于案例库的建立、删除、重组、案例的录入和编辑、维护、查询、更新，以及对案例的检查，包括一致性、冗余性和完整性检查；

所述解释模块用于向用户解释专家系统的行为和结果。

作为本发明的一种优选方案，所述数据诊断系统按照故障树分析法所建立，按照逆向思维逻辑推理出故障原因并给出解决方案，具体包括：将汽车运行状态数据进行数据融合处理，得到数据关联矩阵作为推理的信息源数据，采用产生式规则来表达专家知识，所述产生式规则的一般表达式为：

R#ifAthenBwithCF（B,A）

其中R#为规则编号，if部分A为故障表现，then部分B为产生故障表现的原因；CF为规则的置信度数值，表示A对B的支持程度，CF的取值范围为[0,1]；

所有规则形成一个层层递进的树形结构推理网络。

作为本发明的一种优选方案，所述案例库诊断系统根据案例库建立，案例库中包含众多故障信号产生的原因以及对应原因可靠的解决方案，通过搜索案例库中相同或者相似的故障案例从而得到最后的推理决策。

另一方面，本发明提供一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断方法，所述方法包括：

基于汽车各传感器获取实时状态信号，并转化为汽车运行状态数据；

所述汽车运行状态数据存放在监测数据库中，供后续监测诊断使用；

对汽车运行状态进行初步诊断，将汽车运行状态数据与正常工作状态的标准参数值进行比较，根据数据差值进行报警；

对汽车运行状态进行深层诊断，在初步诊断的基础上，根据专家系统的方法，对汽车的潜在故障进行预警和已经出现的故障进行诊断，所述专家系统为数据诊断系统和案例库诊断系统的双专家系统；

通过声音、LCD屏幕、文字及图像显示方式向汽车驾驶员进行故障报警，通知驾驶员及时处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用在线监测诊断车辆状态，判断车辆在行驶过程中是否安全，增加了车辆运行的寿命，降低了安全风险；根据数据差值程度进行监测、报警，具有较强的故障处理实时性；解决了传统监测无法实时反馈的问题；采用双专家系统提高了推理决策的正确性；通过声音报警、LCD显示、文字及图像方式向汽车驾驶员进行故障预警，通知驾驶员及时处理，及时更新器件，提高了驾驶员驾驶车辆的便捷性，降低了交通事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明的系统结构图；

图2为本发明的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

针对当前汽车监测中缺乏有效手段对全车所有工作模块、运行状态等进行有效的监测和管理，车辆故障只能在故障出现或故障对应现象出现后才能对故障发生部位或系统进行故障诊断，且汽车故障检测只能基于4S店的检测、用户无法做到对潜在故障进行诊断的问题，提出了一种基于嵌入式的智能汽车状态在线监测和诊断系统及其方法。嵌入式软件的研发和应用是为了满足现代用户对降低汽车能耗、提高汽车的安全和舒适的要求，加之当前汽车电子控制软件的复杂程度不断提升，对于更加可靠、更加安全、更加高效的嵌入式软件的研发也变得尤为重要。尤其是当前人们对于汽车性能安全的需求越来越高，对汽车行驶过程中的监测、采样以及监督的预处理和反映是确保汽车行驶安全的关键，因此嵌入式监测系统的开发是确保汽车工业能够得到稳定进步的关键。

如图1所示，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统，包括CAN通讯模块、中央处理模块、实时监测模块、故障诊断模块、监测数据库、报警处理模块和人机交互模块。

CAN通讯模块包括CAN总线，用于底层通信协议的完成和数据传送；中央处理模块，用于数据采集、处理和模块间的任务调度，中央处理模块与整车CAN网络连接，接收CAN总线上全部数据帧。

在一个实施例中，中央处理模块包括各信号采集单元和嵌入式处理单元，各信号采集单元用于采集汽车传感器检测到的实时状态信号，各信号采集单元和嵌入式处理单元均作为智能节点挂载到CAN总线上，智能节点对CAN总线的访问采取位仲裁方式，一个数据帧包括标识符和8字节数据，嵌入式处理单元根据标识符判断数据帧由哪个信号采集单元发送，并根据预设的和该信号采集单元间的通信协议对8字节数据进行解析，得到对应的汽车运行状态数据；汽车运行状态数据包括胎压、温度、电流、振动、摆幅、转速、倒车雷达等。

实时监测模块用于对汽车运行状态进行初步诊断，将汽车运行状态数据与正常工作状态的标准参数值进行比较，根据数据差值进行报警；

在一个实施例中，若汽车运行状态数据与标准参数值的数据差值较大，即超过第一阈值，则进行快速报警，报警灯为红色；若数据差值较小，即超过第二阈值未达到第一阈值，则报警灯为绿色；所述第一阈值、第二阈值由系统预设。

故障诊断模块用于对汽车运行状态进行深层诊断，在实时监测模块的基础上，根据专家系统的方法，对汽车的潜在故障进行预警和已经出现的故障进行诊断；

在一个实施例中，专家系统为数据诊断系统和案例库诊断系统的双专家系统，包括推理机、案例库、案例库管理系统和解释模块；推理机为用于实现专家推理的程序；案例库用于存储故障案例，故障案例包括智能汽车在线监测和诊断系统上传的故障案例和汽车企业内部积累的故障案例，智能汽车在线监测和诊断系统上传的故障案例由维修或专业技术人员解决故障后，确定故障原因与解决方法然后上传至案例库，汽车企业内部积累的故障案例由车企维修人员和专家提供；案例库管理系统用于案例库的建立、删除、重组、案例的录入和编辑、维护、查询、更新，以及对案例的检查，包括一致性、冗余性和完整性检查；解释模块用于向用户解释专家系统的行为和结果；

数据诊断系统按照故障树分析法所建立，按照逆向思维逻辑推理出故障原因并给出解决方案。由于汽车的行驶关键状态较多，各状态都对汽车的安全行驶具有影响，一些状态之间还存在着耦合关系。作为一个多传感器信息的系统，需要将各传感器数据进行数据融合处理。

在一个实施例中，将汽车运行状态数据进行数据融合处理，得到数据关联矩阵作为推理的信息源数据，采用产生式规则来表达专家知识，所述产生式规则的一般表达式为：

R#ifAthenBwithCF（B,A）

其中R#为规则编号，if部分A为故障表现，then部分B为产生故障表现的原因；CF为规则的置信度数值，表示A对B的支持程度，CF的取值范围为[0,1]；

所有规则形成一个层层递进的树形结构推理网络。

案例库诊断系统根据案例库建立，案例库中包含众多故障信号产生的原因以及对应原因可靠的解决方案，通过搜索案例库中相同或者相似的故障案例从而得到最后的推理决策。

监测数据库用于存放由CAN通讯模块传送过来的汽车运行状态数据，供实时监测模块和故障诊断模块使用；报警处理模块用于通过声音、LCD屏幕、文字及图像显示方式向汽车驾驶员进行故障报警，通知驾驶员及时处理；人机交互模块用于用户和系统进行交互，进行故障显示和声音报警，处理用户按键，提醒用户及时更换器件。

如图2所示，为本发明的另一实施例，该实施例提供了一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断方法，包括：

基于汽车各传感器获取实时状态信号，并转化为汽车运行状态数据；

汽车运行状态数据存放在监测数据库中，供后续监测诊断使用；

对汽车运行状态进行初步诊断，将汽车运行状态数据与正常工作状态的标准参数值进行比较，根据数据差值进行报警；

对汽车运行状态进行深层诊断，在初步诊断的基础上，根据专家系统的方法，对汽车的潜在故障进行预警和已经出现的故障进行诊断，所述专家系统为数据诊断系统和案例库诊断系统的双专家系统；

通过声音、LCD屏幕、文字及图像显示方式向汽车驾驶员进行故障报警，通知驾驶员及时处理。

综上所述，本发明采用在线监测诊断车辆状态，判断车辆在行驶过程中是否安全，增加了车辆运行的寿命，降低了安全风险；根据数据差值程度进行监测、报警，具有较强的故障处理实时性；解决了传统监测无法实时反馈的问题；采用双专家系统提高了推理决策的正确性；通过声音报警、LCD显示、文字及图像方式向汽车驾驶员进行故障预警，通知驾驶员及时处理，及时更新器件，提高了驾驶员驾驶车辆的便捷性，降低了交通事故的发生。

应理解的是，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。上述实施例中方法的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。上述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。该存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统，其特征在于，所述系统包括：

CAN通讯模块，包括CAN总线，用于底层通信协议的完成和数据传送；

中央处理模块，用于数据采集、处理和模块间的任务调度，所述中央处理模块与整车CAN网络连接，接收CAN总线上全部数据帧；

实时监测模块，用于对汽车运行状态进行初步诊断，将汽车运行状态数据与正常工作状态的标准参数值进行比较，根据数据差值进行报警；

所述根据数据差值进行报警，具体为：若汽车运行状态数据与标准参数值的数据差值较大，即超过第一阈值，则进行快速报警，报警灯为红色；若数据差值较小，即超过第二阈值未达到第一阈值，则报警灯为绿色；所述第一阈值、第二阈值由系统预设；

故障诊断模块，用于对汽车运行状态进行深层诊断，在实时监测模块的基础上，根据专家系统的方法，对汽车的潜在故障进行预警和已经出现的故障进行诊断；

所述专家系统为数据诊断系统和案例库诊断系统的双专家系统，包括推理机、案例库、案例库管理系统和解释模块；

所述推理机为用于实现专家推理的程序；所述案例库用于存储故障案例，所述故障案例包括智能汽车在线监测和诊断系统上传的故障案例和汽车企业内部积累的故障案例，所述智能汽车在线监测和诊断系统上传的故障案例由维修或专业技术人员解决故障后，确定故障原因与解决方法然后上传至案例库，所述汽车企业内部积累的故障案例由车企维修人员和专家提供；所述案例库管理系统用于案例库的建立、删除、重组、案例的录入和编辑、维护、查询、更新，以及对案例的检查，包括一致性、冗余性和完整性检查；所述解释模块用于向用户解释专家系统的行为和结果；

监测数据库，用于存放由CAN通讯模块传送过来的汽车运行状态数据，供实时监测模块和故障诊断模块使用；

报警处理模块，用于通过声音、LCD屏幕、文字及图像显示方式向汽车驾驶员进行故障报警，通知驾驶员及时处理；

人机交互模块，用于用户和系统进行交互，进行故障显示和声音报警，处理用户按键。

2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统，其特征在于，所述中央处理模块包括各信号采集单元和嵌入式处理单元，所述各信号采集单元用于采集汽车传感器检测到的实时状态信号，各信号采集单元和嵌入式处理单元均作为智能节点挂载到CAN总线上，智能节点对CAN总线的访问采取位仲裁方式，一个数据帧包括标识符和8字节数据，嵌入式处理单元根据标识符判断数据帧由哪个信号采集单元发送，并根据预设的和该信号采集单元间的通信协议对8字节数据进行解析，得到对应的汽车运行状态数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统，其特征在于，所述汽车运行状态数据包括胎压、温度、电流、振动、摆幅、转速、倒车雷达。

4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统，其特征在于，所述数据诊断系统按照故障树分析法所建立，按照逆向思维逻辑推理出故障原因并给出解决方案，具体包括：将汽车运行状态数据进行数据融合处理，得到数据关联矩阵作为推理的信息源数据，采用产生式规则来表达专家知识，所述产生式规则的一般表达式为：

R#ifAthenBwithCF（B,A）

其中R#为规则编号，if部分A为故障表现，then部分B为产生故障表现的原因；CF为规则的置信度数值，表示A对B的支持程度，CF的取值范围为[0,1]；

所有规则形成一个层层递进的树形结构推理网络。

5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统，其特征在于，所述案例库诊断系统根据案例库建立，案例库中包含众多故障信号产生的原因以及对应原因可靠的解决方案，通过搜索案例库中相同或者相似的故障案例从而得到最后的推理决策。

6.基于权利要求1-5任一项所述的一种基于嵌入式的智能汽车在线监测和诊断系统的监测诊断方法，其特征在于，所述方法包括：

基于汽车各传感器获取实时状态信号，并转化为汽车运行状态数据；

所述汽车运行状态数据存放在监测数据库中，供后续监测诊断使用；

对汽车运行状态进行初步诊断，将汽车运行状态数据与正常工作状态的标准参数值进行比较，根据数据差值进行报警；

对汽车运行状态进行深层诊断，在初步诊断的基础上，根据专家系统的方法，对汽车的潜在故障进行预警和已经出现的故障进行诊断，所述专家系统为数据诊断系统和案例库诊断系统的双专家系统；

通过声音、LCD屏幕、文字及图像显示方式向汽车驾驶员进行故障报警，通知驾驶员及时处理。

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