CN117706234A - 针对车辆can总线的故障检测方法、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及车载CAN网络领域，具体而言，涉及一种用于针对车辆CAN总线的故障检测方法、装置和存储介质。该方法包括：在CAN总线上的所有元件均断电的情况下，对预设关键点进行电阻采样；在CAN总线上的所有元件均通电且CAN总线上的电控零件处于通信状态的情况下，对预设关键点的进行电压采样；以及基于CAN总线的拓扑结构、采样的电阻和电压来确定故障类型和故障点。

Description

针对车辆CAN总线的故障检测方法、装置和存储介质

技术领域

本申请涉及车载CAN(控制器局域网总线，Controller Area Network)网络领域，具体而言，涉及一种用于针对车辆CAN总线的故障检测方法、装置和存储介质。

背景技术

目前几乎所有车辆上的电控零件之间都会采用CAN总线进行连接，来实现消息的传递和交互。CAN总线的最大特点是一对多的传输形式，即一个电控零件发送消息后，总线上的所有电控零件都可以收到这条消息。同理，若CAN总线上任一个点受到干扰，那么整条CAN总线都会被干扰。此外，接入CAN总线的电控零件以及其接插件、线束等都有可能存在故障，例如，电控零件电路板虚焊、连焊，接插件管脚接触不良，线束的短路、断路等。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决或至少缓解以上问题中的一个或多个，提供了以下技术方案。根据本申请的用于针对车辆CAN总线的故障检测方法、装置和存储介质能够解决CAN总线物理层故障发现难、排查难、定位难等问题。

根据本申请的第一方面，提供了一种针对车辆CAN总线的故障检测方法，所述方法包括以下步骤：在所述CAN总线上的所有元件均断电的情况下，对预设关键点进行电阻采样；在所述CAN总线上的所有元件均通电且所述CAN总线上的电控零件处于通信状态的情况下，对所述预设关键点的进行电压采样；以及基于所述CAN总线的拓扑结构、采样的电阻和电压来确定故障类型和故障点。

根据本申请一实施例的针对车辆CAN总线的故障检测方法，其中，所述方法还包括：将确定的故障类型和故障点以可视化的方式显示在屏幕上。

根据本申请一实施例的针对车辆CAN总线的故障检测方法，其中，所述预设关键点包括：所述CAN总线的主线线束与支线线束或菊花链线束之间的连接点；各元件与所述主线线束、所述支线线束或所述菊花链线束之间的连接点；所述CAN总线上的元件包括：终端电阻；经由所述支线线束并联到所述主线线束的电控零件、和/或经由所述菊花链线束串联到所述主线线束的电控零件。

根据本申请一实施例的针对车辆CAN总线的故障检测方法，其中，基于所述CAN总线的拓扑结构、采样的电阻和电压来确定故障类型和故障点包括：通过将采样的电阻与预设电阻值进行比较来检测稳态总线故障；以及通过比较各预设关键点处的电压波形来检测瞬态总线故障。

根据本申请的第二方面，提供一种针对车辆CAN总线的故障检测装置，所述装置包括：故障采样单元，其配置成：在所述CAN总线上的所有元件均断电的情况下，对预设关键点进行电阻采样；在所述CAN总线上的所有元件均通电且所述CAN总线上的电控零件处于通信状态的情况下，对所述预设关键点的进行电压采样；以及故障评估单元，其配置成：基于所述CAN总线的拓扑结构、采样的电阻和电压来确定故障类型和故障点。

根据本申请一实施例的针对车辆CAN总线的故障检测装置，其中，所述装置还包括：故障显示单元，其配置成将确定的故障类型和故障点以可视化的方式显示在屏幕上。

根据本申请一实施例的针对车辆CAN总线的故障检测装置，其中，所述预设关键点包括：所述CAN总线的主线线束与支线线束或菊花链线束之间的连接点；各元件与所述主线线束、所述支线线束或所述菊花链线束之间的连接点；所述CAN总线上的元件包括：终端电阻；经由所述支线线束并联到所述主线线束的电控零件、和/或经由所述菊花链线束串联到所述主线线束的电控零件。

根据本申请一实施例的针对车辆CAN总线的故障检测装置，其中，所述故障评估单元进一步配置成：通过将采样的电阻与预设电阻值进行比较来检测稳态总线故障；以及通过比较各预设关键点处的电压波形来检测瞬态总线故障。

根据本申请的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器根据本申请的第一方面所述的方法。

根据本申请的一个或多个实施例的针对车辆CAN总线的故障检测方案通过电阻法检测稳态总线故障，并且通过电压波形对比法检测瞬态总线故障并精确定位故障点，解决了工程技术人员抱怨已久的CAN总线物理层故障发现难，排查难，定位难的“三难”问题。

附图说明

本申请的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：

图1示出了根据本申请的一个实施例的针对车辆CAN总线的故障检测装置10的示意性框图；

图2示出了根据本申请的一个实施例的CAN总线物理层及其故障检测装置的示意性结构图；以及

图3示出了根据本申请的一个实施例的针对车辆CAN总线的故障检测方法30的示意性流程图。

具体实施方式

在本说明书中，参照其中图示了本申请示意性实施例的附图更为全面地说明本申请。但本申请可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本申请的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。

诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本申请的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

下文参考根据本申请实施例的方法和系统的流程图说明、框图和/或流程图来描述本申请。将理解这些流程图说明和/或框图的每个框、以及流程图说明和/或框图的组合可以由计算机程序指令来实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以构成机器，以便由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的这些指令创建用于实施这些流程图和/或框和/或一个或多个流程框图中指定的功能/操作的部件。还应该注意在一些备选实现中，框中所示的功能/操作可以不按流程图所示的次序来发生。例如，依次示出的两个框实际可以基本同时地执行或这些框有时可以按逆序执行，具体取决于所涉及的功能/操作。

可以将这些计算机程序指令加载到计算机或其它可编程数据处理器上以使一系列的操作步骤在计算机或其它可编程处理器上执行，以便构成计算机实现的进程，以使计算机或其它可编程数据处理器上执行的这些指令提供用于实施此流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能或操作的步骤。还应该注意在一些备选实现中，框中所示的功能/操作可以不按流程图所示的次序来发生。例如，依次示出的两个框实际可以基本同时地执行或这些框有时可以按逆序执行，具体取决于所涉及的功能/操作。

CAN总线又称为汽车总线，其能够将汽车内部各电控单元之间连接成一个局域网络，实现了信息的共享，大大减少了汽车的线束。CAN总线上的电控零件在发送一条消息时，通过改变双绞线的线间差分电压将这条消息传递给此条CAN总线上的所有电控零件，如果在传递消息的过程中，总线电压受到干扰，任一电控零件检测到的电压与发送方发送的电压不同，那么这条消息就会传输失败。多次传输失败将会导致车辆的功能异常。各电控零件一般通过支线和菊花链两种连接方式接入CAN总线，电控零件本身、接插件、线束等都有可能存在故障，如电控零件电路板虚焊、连焊，接插件PIN脚接触不良，线束的短路、断路等。同时，故障有时是稳态复现的，比如稳态的短路、断路等。采用万用表检查整条CAN总线的通断虽然可以相对容易地检测到故障类型，但仍然很难精确定位到故障点。另外，大多数情况下故障是瞬态的，比如短暂的接触不良，尤其是在颠簸路面做路试时，整条CAN总线上的所有连接方都有可能引入瞬态故障，这会造成CAN总线异常，进而导致整车功能异常。这类故障无法通过万用表等简单设备来检测，并且这种故障事后很难复现，无法知道故障点，更无法确定故障时间。针对此，本申请提出了针对车辆CAN总线的故障检测方案，其能够通过电阻法检测稳态总线故障，并且通过电压波形对比法检测瞬态总线故障并精确定位故障点，从而解决CAN总线物理层故障发现难，排查难，定位难的问题。

现在参考图1，图1示出了根据本申请的一个实施例的针对车辆CAN总线的故障检测装置10的示意性框图。如图1所示，故障检测装置10包括故障采样单元110和故障评估单元120。可选地，故障检测装置10还包括故障显示单元130。

CAN总线通常包括线束、终端电阻以及若干个电控零件。线束包括总线线束、支线线束、支线线束、菊花链线束等，其中每个线束均由2根电缆线通过双绞形成的，菊花链线束由2套双绞线形成。线束可能存在分叉点接触不良、断路、短路等故障。

通常情况下，一条CAN总线上最多可支持连接几十个电控零件。电控零件可以经由支线线束并联到主线线束，也可以经由菊花链线束串联到主线线束。这些电控零件在通电后可以向CAN总线发送特定的电压波形，以此来传输信息。一方面，电控零件的电路本身可能存在故障，例如，电路板虚焊、连焊等。另一方面，电控零件大多通过接插件与线束相连，接插件也可能存在管脚虚连，接触不良等故障。

此外，CAN总线还可以一些后装设备，例如，诸如电压传感器、电流传感器之类的数据采集工具。车辆在调校及各种测试阶段，为了保存总线消息，通常都会在CAN总线上设置此类数据采集工具。同时，这也为CAN总线又引入了新的故障因子。后装设备可能存在的故障类型与上述电控零件类似。

在利用故障检测装置10对CAN总线进行故障检测之前，需要在CAN总线上预设多个关键点，以用于后续的电阻和电压监测。可选地，预设关键点包括以下各项中的一项或多项：CAN总线的主线线束与支线线束或菊花链线束之间的连接点；各元件(例如，终端电阻、电控零件、数据采集工具)与主线线束、支线线束或菊花链线束之间的连接点。

故障采样单元110是根据当前待检测的CAN总线的物理拓扑进行配置的。将故障采样单元连接到CAN总线线束上的预设关键点。故障采样单元110可用于在CAN总线上的所有元件均断电的情况下，对预设关键点进行电阻采样。故障采样单元110还可用于在CAN总线上的所有元件均通电且CAN总线上的电控零件处于通信状态(例如，电控零件在互相发送消息)的情况下，对预设关键点的进行电压采样。

故障评估单元120配置成基于CAN总线的拓扑结构、采样的电阻和电压来确定故障类型和故障点，同时还可提供故障排查方向。示例性地，故障评估单元120可在CAN总线上所有设备在通电的情况下，将故障采样单元110采集到的电阻与预设电阻值(例如，0Ω、60Ω、120Ω)进行比较，并结合待检测CAN总线物理层的拓扑，来判断总线是否存在稳态的短路、断路等故障，并将此故障定位到某段线束、或某个零件。故障评估单元120还可以在CAN总线上所有设备都通电的情况下，比较故障采样单元110采集到的电压波形，结合待检测CAN总线物理层的拓扑，判断总线是否存在瞬态的短路、断路等故障，并将此故障定位到某段线束或某个零件。

故障显示单元130主要起到与外界信息交互的作用。例如，在配置预设关键点之前，可将待检测的CAN总线物理层的拓扑(例如，终端电阻、电控零件、连接方式等)输入到故障显示单元130中。故障显示单元130还可以时将故障评估单元120评估的故障类型以及故障点显示出来，并显示相应的排查方向。

下面参考图2，图2示出了根据本申请的一个实施例的CAN总线物理层及其故障检测装置的示意性结构图。

如图2所示，CAN总线12包括两套终端电阻，也即终端电阻1和终端电阻2，其分别连接在CAN总线的两端，负责提高总线抗干扰能力，降低信号反射等功能。每套终端电阻由2个60Ω的串联起来，终端电阻可能存在电阻断开、短路等故障。CAN总线还包括电控零件8、电控零件10、电控零件11以及数据采集工具9。CAN总线的线束包括总线线束3、支线线束4、支线线束5、菊花链线束6以及支线线束7。电控零件可以通过支线线束直接并入到CAN总线线束上，也可以通过菊花链线束串联进CAN总线线束上。

CAN总线物理层故障检测装置13包括故障采样单元14、故障评估单元15和故障显示单元16。故障采样单元14直接与CAN总线12中的各个关键点(见图中的点A、a、B、b、C、c、D、d、E、e、F、f、G、g、H、h、J、j、K、k、M、m)进行连接，在CAN总线12中所有设备断电情况下对各关键点进行电阻采样，并在CAN总线12中所有设备通电的情况下对各个关键点的电压波形进行采样。故障评估单元15根据故障采样单元14的输入，结合内部的逻辑运算，将采样的电阻值与标准值进行对比，并将故障采样单元14采样点各点的电压波形进行对比，来确定故障类型及故障点，同时提供排查方向。故障显示单元16实时将故障评估单元15评估的故障状态及故障点显示出来，并给出相应的排查方向。

示例性地，CAN总线物理层故障检测装置13的检测步骤包括以下中的一项或多项：

输入CAN总线拓扑：在故障显示单元16里将待检测的CAN总线的拓扑信息输入进去，包括终端电阻、电控零件，连接方式等。这一步为之后的CAN总线电路的连接及故障点的定位做好准备。

连接CAN总线电路：在CAN总线12中的电控零件8、数据采集工具9、电控零件10及电控零件11均不通电的情况下，将故障检测装置13中故障采样单元14的采样点A、a、B、b、C、c、D、d、E、e、F、f、G、g、H、h、J、j、K、k、M、m连接到CAN总线12中相应监测点。

检测稳态总线故障：在维持CAN总线12中的电控零件8、数据采集工具9、电控零件10及电控零件11均不通电的情况下，检测以下两点之间的电阻：A与a，B与b，C与c，D与d，E与e，F与f，G与g，H与h，J与j，K与k。故障评估单元15会根据几种电阻结果给出评估结果：

(a)如果电阻均在60Ω左右，故障显示单元16提示：这条CAN总线上没有明显的稳态的故障。

(b)如果电阻均在120Ω左右，故障显示单元16提示：这条CAN总线稳定处于断路状态。造成断路的原因可能是终端电阻1，终端电阻2，电控零件10，总线线束3，此时需要进行逐个排查。例如，依次拔除/恢复终端电阻1，终端电阻2，电控零件10，如果拔除后电阻测试结果都有变化(即电阻不再是120Ω左右)，则提示：主线线束3有故障；如果拔除后电阻测试结果没有变化(即电阻仍然在120Ω左右)，则提示当前拔除的设备有故障。

(c)如果电阻均是0Ω左右，则表示这条CAN总线稳定处于短路状态。需要将终端电阻1，电控零件8，数据采集工具9，电控零件10，电控零件11，终端电阻2等这些连接在CAN总线上的所有设备逐个进行拔除，当拔除某个设备时电阻测试值变成60Ω左右或120Ω左右，则提示：当前拔除的设备有故障；如果将所有的设备均拔除，电阻测试值仍然是0Ω左右，则提示主线线束3有故障。

(d)如果电阻两点之间的电阻显示不同(例如，A与a之间是0Ω，E与e是120Ω)，则提示电控零件10有故障。移除电控零件10之后，如果A与a之间仍然是0Ω，则表示电控零件10左边的电路处于短路状态。

检测瞬态总线故障：有些故障并不是持续稳态存在的，而是在通讯过程中才会偶然出现的。因此在完成了(b)稳态总线故障检测后，需要将CAN总线12中的电控零件8、数据采集工具9、电控零件10及电控零件11接通电源，让其可以正常收发报文。在这个前提下，通过比较10个点A、B、C、H、J、D、E、F、G、K的电压波形来判定CAN总线的一条线是否有瞬态故障，比较另外10个点b、c、d、h、j、d、e、f、g、k的电压波形来判定CAN总线的另一条线是否有瞬态故障。故障评估单元15会根据测试的电压波形给出评估结果：

(a)如果10个点A、B、C、H、J、D、E、F、G、K的电压波形一致，另外10个点b、c、d、h、j、d、e、f、g、k的电压波形也一致，则故障显示单元16提示这条CAN总线上没有明显的瞬态的故障。

(b)如果最远的两点(例如A与E，a与e)电压波形一致，则表示总线线束3和电控零件10没有故障。

(c)如果A、B、C或a、b、c电压波形不一致，或D、E或d、e电压波形不一致，则故障评估单元15提示总线线束3有故障。

(d)如果存在如下两点间的电压波形不一致：B与F或b与f，C与G或c与g，D与K或d与k，则故障评估单元15需要提示相应的支线线束有故障。如C与G的电压波形不一致，则故障评估单元15提示支线线束5或数据采集工具9的接插件有故障。

(f)如果C与H或c与h的电压波形不一致,或J与D或j与d的电压波形不一致，则故障评估单元15提示菊花链线束6有故障。

(e)如果H与J或h与j的电压波形不一致，则故障评估单元15提示电控零件10有故障。

下面参考图3，图3示出了根据本申请的一个实施例的针对车辆CAN总线的故障检测方法30的示意性流程图。

故障检测方法30包括：步骤S310，在CAN总线上的所有元件均断电的情况下，对预设关键点进行电阻采样；步骤S320，在CAN总线上的所有元件均通电且CAN总线上的电控零件处于通信状态的情况下，对预设关键点的进行电压采样；以及步骤S330，基于CAN总线的拓扑结构、采样的电阻和电压来确定故障类型和故障点。示例性地，步骤S330具体包括：通过将采样的电阻与预设电阻值进行比较来检测稳态总线故障；以及通过比较各预设关键点处的电压波形来检测瞬态总线故障。

可选地，故障检测方法30还包括将确定的故障类型和故障点以可视化的方式显示在屏幕上。

可选地，预设关键点包括：CAN总线的主线线束与支线线束或菊花链线束之间的连接点；各元件与主线线束、支线线束或菊花链线束之间的连接点。CAN总线上的元件包括：终端电阻；经由支线线束并联到主线线束的电控零件、和/或经由菊花链线束串联到主线线束的电控零件。

根据本申请的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如图3所述的方法。

前述公开不旨在将本公开限制为所公开的精确形式或特别使用领域。因此，设想的是，鉴于本公开，无论在本文中明确描述还是暗示，本公开的各种替代实施例和/或修改都是可能的。在已经像这样描述了本公开的实施例的情况下，本领域普通技术人员将认识到的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，本公开仅由权利要求限制。

Claims (9)

1.一种针对车辆CAN总线的故障检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在所述CAN总线上的所有元件均断电的情况下，对预设关键点进行电阻采样；

在所述CAN总线上的所有元件均通电且所述CAN总线上的电控零件处于通信状态的情况下，对所述预设关键点的进行电压采样；以及

基于所述CAN总线的拓扑结构、采样的电阻和电压来确定故障类型和故障点。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：

将确定的故障类型和故障点以可视化的方式显示在屏幕上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述预设关键点包括：

所述CAN总线的主线线束与支线线束或菊花链线束之间的连接点；

各元件与所述主线线束、所述支线线束或所述菊花链线束之间的连接点；

所述CAN总线上的元件包括：

终端电阻；

经由所述支线线束并联到所述主线线束的电控零件、和/或经由所述菊花链线束串联到所述主线线束的电控零件。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述CAN总线的拓扑结构、采样的电阻和电压来确定故障类型和故障点包括：

通过将采样的电阻与预设电阻值进行比较来检测稳态总线故障；以及

通过比较各预设关键点处的电压波形来检测瞬态总线故障。

5.一种针对车辆CAN总线的故障检测装置，其特征在于，所述装置包括：

故障采样单元，其配置成：

在所述CAN总线上的所有元件均断电的情况下，对预设关键点进行电阻采样；

在所述CAN总线上的所有元件均通电且所述CAN总线上的电控零件处于通信状态的情况下，对所述预设关键点的进行电压采样；以及

故障评估单元，其配置成：

基于所述CAN总线的拓扑结构、采样的电阻和电压来确定故障类型和故障点。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述装置还包括：

故障显示单元，其配置成将确定的故障类型和故障点以可视化的方式显示在屏幕上。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，

所述预设关键点包括：

所述CAN总线的主线线束与支线线束或菊花链线束之间的连接点；

各元件与所述主线线束、所述支线线束或所述菊花链线束之间的连接点；

所述CAN总线上的元件包括：

终端电阻；

经由所述支线线束并联到所述主线线束的电控零件、和/或经由所述菊花链线束串联到所述主线线束的电控零件。

8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述故障评估单元进一步配置成：

通过将采样的电阻与预设电阻值进行比较来检测稳态总线故障；以及

通过比较各预设关键点处的电压波形来检测瞬态总线故障。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-4中任一项所述的方法。