DE102018122766A1

DE102018122766A1 - Analog-to-digital-fehlererfassung, -isolierung und -minderung für ein niederspannungs-kommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE102018122766A1
Application number: DE102018122766.3A
Authority: DE
Inventors: Xinyu Du; Shengbing Jiang; Dongyi Zhou; David Gumpert; Atul Nagose; Rod Niner; Aaron D. Motyl
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-09-18
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2019-03-21
Also published as: CN109525416B; CN109525416A; US10800363B2; HUE063758T2; PL3623255T3; ES2963515T3; US20190084510A1

Abstract

Ein System beinhaltet Steuermodule, einen Niederspannungs-Kommunikationsbus, z. B. einen CAN-Bus eines Fahrzeugs, einen Spannungssensor, der eine Busspannung misst und 2,5-3,5 V DC Hochdaten und 1,5-2,5 V DC Niedrigdaten ausgibt, und eine Host-Steuerelektronik (ECU). Die Host-ECU erkennt einen behebbaren Fehler unter Verwendung eines Datenmusters in den Busspannungsdaten, wenn die Daten außerhalb eines kalibrierten Bereichs liegen, und kalibriert den Sensor neu. Die Neukalibrierung kann durch Anpassung an einen Skalierungsfaktor und/oder einen Vorspannungswert erfolgen. Nicht behebbare „Stuck-at-Fault“ - oder „Out-of-Range“-Fehler können unter Verwendung des Musters erfasst werden, wie es ein Masseversatzfehler sein kann. Ein Verfahren beinhaltet das Messen der Busspannung unter Verwendung des Sensors, das Vergleichen der Ausgangsdaten mit einem Bereich zum Erfassen des Fehlers und das Isolieren eines Sensorfehlers als einen behebbaren Fehler unter Verwendung des Datenmusters, wenn sich die Daten außerhalb des Bereichs befinden. Der Sensor wird dann neu kalibriert.

Description

EINLEITUNG
Komplexe Systeme beinhalten eine große Vielzahl von miteinander verbundenen und/oder unabhängigen Untersystemen, wobei jedes Untersystem über ein entsprechendes elektronisches Steuermodul gesteuert wird. Die verschiedenen Steuermodule kommunizieren miteinander und einem Host-Controller/einer elektronischen Steuereinheit (Host-ECU) über einen seriellen Kommunikationsbus. Beispielsweise wird in einem Fahrzeug ein Niederspannungsdifferenzial-Controller Area Network-Bus (CAN-Bus) für diesen Zweck verwendet. Von Zeit zu Zeit können bestimmte Fehler in einem oder mehreren der Steuermodule und/oder einem Spannungssensor auftreten, der zur Überwachung der Busspannung verwendet wird. Solche Fehler können zu einer verschlechterten Systemfunktionalität führen, wenn sie unsachgemäß diagnostiziert und gewartet werden.
Bestimmte Niederspannungs-Busfehler können von der Host-ECU unter Verwendung eines Verfahrens der Signalüberwachung und der Timeout-Überwachung erfasst werden. Signalfehler können als Kommunikationsverlust gemeldet werden, z. B. als Verlust einer übertragenen Datennachricht. Andere Busfehler können durch Vergleichen von Daten von dem Spannungssensor mit einem kalibrierten Schwellenwert erfasst werden. Die Steuermodule können elektrisch parallel geschaltet sein, sodass sich die verschiedenen Steuermodule gemeinsam eine Busspannung teilen, d. h. es wird die gleiche Spannung an die verschiedenen angeschlossenen Steuergeräte wird angelegt. Wenn die Messwerte des Spannungssensors abnormal erscheinen, können Probleme bei der genauen Fehlererkennung auftreten. In solchen Fällen kann es unklar sein, ob die Sensorablesungen auf einen fehlerhaften Sensor oder einen tatsächlichen Fehler in dem Kommunikationsnetzwerk zurückzuführen sind.
KURZDARSTELLUNG
Hierin sind ein Verfahren und ein System zum Erfassen, Isolieren und Mindern bestimmter auf Sensoren basierender Fehler in einem seriellen Bus für serielle Niederspannungs-Kommunikationsnetze offenbart, die mehrere verbundene Steuermodule aufweisen, wie zum Beispiel, jedoch nicht beschränkt auf, einen Controller Area Network-Bus (CAN-Bus) eines Fahrzeugs. Ein Spannungssensor misst einen Spannungspegel an dem Netzwerkbus. Ein solcher Spannungssensor, der sich außerhalb oder innerhalb einer Host-Elektroniksteuereinheit (ECU) befinden kann, kann falsch kalibriert sein, oder bestimmte Sensorfehler können aufgrund von Schaltungsfehlern, wie z. B. Leerlauf- oder Kurzschlussfehlern, Referenzspannungsfehlern oder Host-ECU Erdungsfehlern registriert werden. Daher kann die Abhängigkeit von der gemessenen Spannung in einem Netzwerkdiagnose- und -prognoseverfahren zu falsch positiven oder falsch negativen Ergebnissen führen. Die vorliegende Offenbarung soll eine verbesserte Diagnosefunktionalität bereitstellen, die solche ungenauen Testergebnisse unter Verwendung eines Entscheidungsbaumansatzes, wie er hierin dargelegt ist, vermeidet.
Unter Verwendung des offenbarten Verfahrens werden verschiedene Sensorfehler oder Host-ECU-Fehler unter Verwendung von erwarteten/normalen Busspannungsdatenmustern erfasst und isoliert. Techniken zur Datenfilterung, Datensegmentierung und statistischen Modellierung werden ebenfalls entwickelt, um behebbare Typen von Fehlern zu mindern, wie sie beispielsweise durch Sensorkalibrierungsfehler, eine ungeeignete Host-ECU-Erdung und dergleichen verursacht werden. Der offenbarte Ansatz wird in Verbindung mit der bestehenden Netzwerkdiagnose- und Prognosealgorithmen verwendet und ist darauf ausgerichtet, die Gesamtgenauigkeit zu verbessern.
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein System eine Vielzahl von Steuermodulen, einen seriellen Niederspannungs-Kommunikationsbus mit einer Busspannung, einem Spannungssensor und der oben erwähnten Host-ECU. Der Spannungssensor misst die Busspannung, die dann über einen Analog-Digital-Wandler (ADW) in einen Busspannungsdatensatz umgewandelt wird. Für einen optionalen differenziellen Bus, wie etwa einen CAN-Bus, beinhalten die Ausgangsdaten sowohl hochseitige und niedrigseitige Messungen, z. B. 2,5-3,5 V DC (hochseitig) und 1,5-2,5 V DC (niedrigseitig) für den beispielhaften CAN-Bus. Die Host-ECU, die in einigen Ausführungsformen den Spannungssensor und den ADW enthalten kann, ist über den Kommunikationsbus mit den Steuermodulen verbunden und dazu ausgelegt, einen behebbaren Fehler unter Verwendung eines Musters in den Busspannungsdaten zu erfassen, wenn die Spannungsdaten relativ zu einem kalibrierten oder erwarteten Spannungsbereich nicht normal sind. Die Host-ECU kalibriert außerdem den Spannungssensor neu, um den behebbaren Fehler zu mindern.
Hierin ist auch ein Verfahren zum Erfassen, Isolieren und Mindern eines Busfehlers in einem seriellen Niederspannungsnetzwerk mit einer Host-ECU, die mit den Steuermodulen in Verbindung steht oder damit verbunden ist, wie oben erwähnt, offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Messen der Busspannung unter Verwendung des Spannungssensors, wobei die Busspannung für die Host-ECU und die Steuermodule gemeinsam/gleich ist. Das Verfahren beinhaltet auch das Umsetzen der gemessenen Busspannung in Busspannungsdaten, die die gemessene Busspannung anzeigen, und das Vergleichen der Busspannungsdaten mit einem kalibrierten Spannungsbereich, um den Busfehler zu erkennen. Zusätzlich isoliert die Host-ECU den erkannten Busfehler unter Verwendung eines Datenmusters in den Busspannungsdaten als einen behebbaren Fehler, das auftritt, wenn die Busspannungsdaten außerhalb des kalibrierten Spannungsbereichs liegen. Danach beinhaltet das Verfahren das Neukalibrieren des Spannungssensors über die Host-ECU, um den erfassten Fehler der behebbaren Art zu mindern.
Die oben aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen ganz offensichtlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Art(en) zum Ausführen der beschriebenen Offenbarungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und angehängten Ansprüche hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Systems in Form eines beispielhaften Fahrzeugs mit einem Controller Area Network-Bus (CAN-Bus), der mehrere Steuermodule mit einer elektronischen Hoststeuereinheit (ECU) verbindet, wobei die Host-ECU zum Ausführen eines Verfahrens zum Erfassen, Isolieren und Mindern von behebbaren Arten von Busfehlern, wie hierin dargelegt, konfiguriert ist.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Erfassen, Isolieren und Mindern von Busfehlern auf dem Kommunikationsbus von 1 beschreibt, wie hierin dargelegt.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform zum Durchführen eines Datenfilterungs- und Durchschnittsextraktions-Unterverfahrens als Teil des Verfahrens von 2 darstellt.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform zum Durchführen eines Ausreißerbeseitigungs- und Neukalibrierungsunterverfahrens als Teil des Verfahrens von 2 zeigt.

Für die vorliegende Offenbarung können verschiedene Modifikationen und alternative Formen zur Anwendung kommen und einige exemplarische Ausführungsformen werden hierin anhand der Zeichnungen in Form von Detailbeispielen dargestellt. Neuartige Aspekte dieser Offenbarung sind nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten besonderen Formen beschränkt. Vielmehr zielt die Offenbarung darauf ab, Änderungen, Äquivalente, Kombinationen und Alternativen abzudecken, die dem Erfindungsgedanken oder dem Umfang der Offenbarung entsprechen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin sich in den mehreren Ansichten gleiche Referenznummern auf gleichen Komponenten beziehen, ist ein exemplarisches System schematisch in 1 als ein Fahrzeug 11 dargestellt. Das Fahrzeug 11 oder ein anderes übergeordnetes System in anderen Ausführungsformen enthält einen Niederspannungs-Kommunikationsbus 50, wie z. B. einen Controller Area Network-Bus (CAN-Bus), durch den eine Vielzahl von anwendungsspezifischen Steuermodulen 10, 20, und 30 mit einer Host-Elektroniksteuereinheit (ECU) 40 verbunden ist. Die Steuermodule 10, 20 und 30 sind jeweils mit C1, C2 und C3 bezeichnet. Während zur vereinfachten Darstellung drei Steuermodule 10, 20 und 30 gezeigt sind, können im Rahmen der Offenbarung weniger oder zusätzliche Steuermodule auf dem Kommunikationsbus 50 verwendet werden.
Die Host-ECU 40 ist konfiguriert, um computerlesbare Anweisungen auszuführen, die ein Verfahren 100 zum Diagnostizieren, Isolieren und Mindern bestimmter Arten von Fehlern auf dem Kommunikationsbus 50 unter Verwendung verfügbarer Netzwerkdaten, einschließlich einer gemessenen Busspannung (Pfeil Vso) von einem Spannungssensor 59, darstellt. Die Host-ECU 40 kann ein Off-Board-Diagnosewerkzeug sein, d. h. außerhalb des Fahrzeugs 11 angeordnet, und verwendet werden, um die Busspannung durch einen Fahrzeuganschluss (nicht gezeigt) zu messen. Während der Spannungssensor 59 aus Gründen der Deutlichkeit der Darstellung getrennt von der Host-ECU 40 gezeigt ist, können der Spannungssensor 59 und ein Analog-Digital-Wandler (ADW) integral mit der Schaltung der Host-ECU 40 oder ein Teil davon sein. Für diesen Zweck werden Muster in gemessenen und ausgegebenen Busspannungsdaten von dem Spannungssensor 59 und ADW verwendet. Eine exemplarische Ausführungsform des Verfahrens 100 wird im Folgenden anhand der 2-4 näher beschrieben. Während im Folgenden zur Veranschaulichung ein differenzieller CAN-Bus mit hochseitigen und niedrigseitigen Spannungsdaten beschrieben wird, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf Fahrzeugausführungsformen im Allgemeinen oder CAN-Anwendungen im Besonderen beschränkt, sondern ist vielmehr unter Verwendung der Niederspannungs-Datenkommunikation zwischen mehreren elektronischen Steuerungen über den seriellen Kommunikationsbus 50 auf Systeme verschiedener Arten anwendbar.
Wie für Fachleute ersichtlich ist, ermöglicht das CAN-Bus-Protokoll, dass verbundene Steuerungen und Geräte miteinander mit Niederspannungsdatensignalen in dem Fahrzeug 11 kommunizieren. Das CAN-Bus-Protokoll verwendet ein zweiadriges symmetrisches Signalisierungsschema, wie in ISO-11898-2 definiert, das ein Zweidraht-Differential spezifiziert, bei dem eine Anzahl von Knoten durch die elektrische Buslast begrenzt ist. Die beiden Adern eines CAN-Busses sind als CAN-High-Side (CAN_H) und CAN Low-Side (CAN_L) identifiziert. In einer exemplarischen CAN-Ausführungsform beträgt die charakteristische Impedanz des Kommunikationsbusses 50 120 Ω und die Gleichtaktspannung liegt im Bereich von -2 V DC auf CAN_L bis +7 V DC auf CAN_H. Die CAN_L-Spannung liegt in der Regel im Bereich von 1,5-2,5 V DC während CAN_H-Spannungsbereiche im Bereich von 2,5-3,5 V DC liegen. Jeder Knoten ist in der Lage Nachrichten zu senden und zu empfangen, jedoch nicht gleichzeitig. Jede empfangene Nachricht enthält eine Bitkennung, die die Priorität der Nachricht darstellt, d. h. eine 11-Bit-Kennung (CAN 2.0A) oder eine erweiterte 29-Bit-Kennung (CAN 2.0B).
Das CAN-Protokoll spezifiziert zwei logische Zustände, d. h. rezessiv und dominant. Eine Differenzspannung wird verwendet, um die rezessiven und dominanten Zustände (d. h. Bits) darzustellen. Im rezessiven Zustand (Logikzustand = 1) ist die Differenzspannung auf CAN-_H und CAN-_L niedriger als ein Mindestschwellenwert. Im dominanten Zustand (Logikzustand = 0) ist die Differenz höher als der Mindestschwellenwert. Busdaten werden als Nachrichtenpakete übertragen, die allgemein als Frames bezeichnet werden, wobei jeder Frame von früheren Frames durch ein Bitfeld getrennt ist, das als Zwischenraum-Frame bezeichnet wird. Der Zwischenraum-Frame besteht aus mindestens drei aufeinanderfolgenden rezessiven Bits. Somit wird nach dem Empfang der aufeinanderfolgenden rezessiven Bits der Empfang eines dominanten Bits von der Host-ECU 40 als ein Start des nächsten Frames angesehen.
In der speziellen Konfiguration von 1 sind die Steuermodule 10, 20 und 30 und die Host-ECU 40 konfiguriert, um Daten über den Kommunikationsbus 50 als Teil ihrer normalen Funktion zu empfangen oder weiterzuleiten. Zu diesem Zweck ist jedes Steuermodul 10, 20, 30 und die Host-ECU 40 elektrisch mit jeweiligen Leistungs- und Masserastern 60 und 70 (jeweils PG und GG) verbunden. Das heißt, jedes Steuermodul 10, 20, 30 und die Host-ECU 40 senden und empfangen Bitnachrichten über den Kommunikationsbus 50, wobei solche Nachrichten einem vorbestimmten Nachrichtenformat entsprechen und mit Nachrichtenübertragungsraten, die möglicherweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten auftreten. Obwohl es nicht auf ein spezifisches System oder eine funktionale Ausführungsform beschränkt ist, kann das Steuermodul 10, 20, 30 in einer beispielhaften Fahrzeugkonfiguration wie einem Motorsteuermodul, einem Getriebesteuermodul, einem Karosseriesteuermodul, einem Batteriesteuermodul usw. verschiedenartig ausgeführt sein.
Der Kommunikationsbus 50 von 1 beinhaltet auch eine Vielzahl von Kommunikationsverbindungen, einschließlich einer ersten Kommunikationsverbindung 51 zwischen den Steuermodulen 10 und 20, einer zweiten Kommunikationsverbindung 53 zwischen den Steuerungsmodulen 20 und 30 und einer dritten Kommunikationsverbindung 55 zwischen dem Steuermodul 30 und der Host-ECU 40. Das Leistungsraster 60 kann eine Stromversorgung (PS) 62, z. B. eine Batterie, die elektrisch mit einem ersten Leistungsbus (PB1) 64 und einem zweiten Leistungsbus (PB2) 66 verbunden ist, enthalten, um den Steuermodulen 10, 20 und 30 und der Host-ECU 40 elektrische Leistung zuzuführen.
Die Stromversorgung 62 von 1 kann mit dem ersten und dem zweiten Leistungsbus 64 und 66 über Leistungsverbindungen verbunden sein, die in einer Reihenkonfiguration angeordnet sind, wobei eine Leistungsverbindung 69 den ersten und den zweiten Leistungsbus 64 und 66 verbindet. Der erste Leistungsbus 64 kann über Leistungsverbindungen, die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, mit den Steuermodulen 10 und 20 verbunden sein, wobei die Leistungsverbindung 61 den ersten Leistungsbus 64 und das Steuermodul 10 miteinander verbindet und eine Leistungsverbindung 63 den ersten Leistungsbus 64 und das Steuermodul 20 miteinander verbindet. Der zweite Leistungsbus 66 kann in ähnlicher Weise über Leistungsverbindungen mit den Steuermodulen 30 und 40 verbunden sein, die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, z. B. mit einer Leistungsverbindung 65, die den zweiten Leistungsbus 66 und das Steuermodul 30 verbindet, und einer Leistungsverbindung 67, die den zweiten Leistungsbus 66 mit der Host-ECU 40 verbindet.
Das Masseraster 70 beinhaltet eine Fahrzeugmasse 72, die mit einem jeweiligen ersten und zweiten Massebus 74 und 76 (GB1, GB2) verbunden ist, um den Steuermodulen 10, 20 und 30 und der Host-ECU 40 elektrische Masse bereitzustellen. Das heißt, die Fahrzeugmasse 72 ist über Masseverbindungen mit dem ersten und dem zweiten Massebus 74 und 76 verbunden, die in einer Reihenkonfiguration angeordnet sind, z. B. mit einer Masseverbindung 79, die den ersten und den zweiten Massebus 74 und 76 verbindet. Der erste Massebus 74 ist über Masseverbindungen mit den Steuerungsmodulen 10 und 20 verbunden, die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, wobei eine Masseverbindung 71 den ersten Massebus 74 und das Steuermodul 10 verbindet und eine Masseverbindung 73 den ersten Massebus 74 mit dem Steuermodul 20 verbindet. Der zweite Massebus 76 ist über Masseverbindungen mit dem Steuermodulen 30 und der Host-ECU 40 verbunden, die in einer Sternkonfiguration angeordnet sind, wobei eine Masseverbindung 75 den zweiten Massebus 76 und das Steuermodul 30 verbindet und eine andere Masseverbindung 77 den zweiten Massebus 76 mit der Host-ECU 40 verbindet. Andere Topologien für die Verteilung von Kommunikation, Leistung und Masse für die Steuermodule 10, 20 und 30, die Host-ECU 40 und den Kommunikationsbus 50 können mit ähnlicher Wirkung verwendet werden.
Die Steuermodule 10, 20 und 30 und die Host-ECU 40 können als verschiedene Kombinationen eines oder mehrerer Prozessoren, z. B. anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten oder Mikroprozessoren und ausreichenden Mengen und Konfigurationen des zugehörigen Speichers, einschließlich Nur-Lese-, programmierbarer Nur-Lese-, Direktzugriffs-, optischer und oder magnetischer Speicher, konfiguriert sein. Die Host-ECU 40 führt ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme aus, um das vorliegende Verfahren 100 auszuführen, von dem eine exemplarische Ausführungsform in den 3-4 dargestellt ist, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen.
Wie in 1 gezeigt, sind die Steuermodule 10, 20 und 30 und die Host-ECU 40 elektrisch parallel angeordnet und teilen sich somit eine gemeinsame Busspannung, d. h. die Busspannung wird von den Steuermodulen 10, 20 und 30 und der Host-ECU 40 gesehen. Somit kann der Spannungssensor 59 mit dem Kommunikationsbus 50 verbunden sein und konfiguriert sein, um die Busspannung (Pfeil Vso) zu messen und an die Host-ECU 40 zu melden, wobei die Busspannung (Pfeil Vso) aus den jeweiligen hochseiteigen und niedrigseitigen CAN_H- und CAN_L-Daten besteht, die oben erwähnt sind. Sobald die gemessene Spannung einer digitalen Umwandlung unterzogen wurde, führt die Host-ECU 40 In Abhängigkeit von der empfangenen Busspannung (Pfeil Vso) oder genauer gesagt von den entsprechenden Daten, das Verfahren 100 unter Verwendung eines Prozessors (P) und eines zugehörigen Speichers (M) aus, um dadurch bestimmte Fehler, wie beispielsweise einen Stuck-in-Range-Fehler und zu isolieren, Leerlauf- oder Kurzschlussfehler und Erdungsfehler zu erkennen und zu isolieren, und schließlich eine entsprechende Steuermaßnahme zur Minderung der Fehler durchzuführen, z. B. durch Übertragung von Steuersignalen (Pfeil CCo) und/oder Registrierung von geeigneten Diagnosecodes, die bei Bedarf eine Reparatur auslösen.
Die Host-ECU 40 bestimmt schließlich die gemessene Spannung (Pfeil V₅₀) als quantisierten digitalen Wert. Ein Analog-Digital-Wandlungsverfahren kann mit einem analogen Rohsignal über einen Analog-Digital-Wandler (ADW) durchgeführt werden, der wie der Spannungssensor 59 in der Host-ECU 40 angeordnet sein kann, um eine digitale Sensormessung als die gemessene Busspannung (Pfeil V 50). Dies kann, wie nachstehend beschrieben, hochseitige und niedrigseitige Spannungsdaten umfassen, d. h. wenn der Bus 50 ein differenzieller Bus ist, und auf die von der Host-ECU 40 bei der Ausführung des restlichen Verfahrens 100 gehandelt wird. Danach empfängt die Host-ECU 40 die Busspannungsdaten, vergleicht die empfangenen Busspannungsdaten mit einem kalibrierten Spannungsschwellenwert, um einen Fehler auf dem Bus 50 zu erfassen. Die Host-ECU 40 isoliert danach den erfassten Fehler, d. h. identifiziert den Fehler als eine spezifische Art von Fehler, insbesondere einen korrigierbaren Sensorfehler. Dies wird unter Verwendung eines Datenmusters in den Busspannungsdaten erreicht, wenn die Busspannungsdaten außerhalb des kalibrierten Spannungsbereichs liegen. Als eine Steuermaßnahme kann die Host-ECU 40 danach den Spannungssensor neu kalibrieren, um den erfassten fehlerhaften Sensorfehler zu mindern.
FEHLERMODELLIERUNG
In einer logischen Formulierung repräsentiert die Variable x eine tatsächliche Busspannung auf dem Kommunikationsbus 50, y repräsentiert die Sensorablesung von dem Spannungssensor 59, und w repräsentiert ein mittelwertfreies niedriges Niveau von Spannungsmessgeräuschen. Für einen gesunden Spannungssensor 59 gilt daher y = x + w. Bestimmte Kategorien von Busfehlern können aus dieser mathematischen Beziehung bestimmt werden, einschließlich:

I. Stuck-at-Fault: y = ax+b + w,α= 0 or α→0 (d. h. y ist konstant)
II. Out-of-Range: y erreicht eine Sättigungsgrenze, z. B. 5 V DC.
III. Wiederherstellbarer Sensor: y = ax + b + w, !(a = 1 UND b = 0)

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FEHLERSIGNATUREN
Für die oben erwähnten Fehlerart I, d. h. für einen Fehler der Art Stuck-in-Fault, beinhalten mögliche Ursachen einen elektrischen Kurzschluss in einer Sensorschaltung, mit der der Spannungssensor 59 die Busspannung (V50rzschluss in einer Schutzdiode, die innerhalb einer solchen Schaltung angeordnet ist. Alternativ kann der Widerstand in einer ADW-Schaltung, die zur Durchführung der oben erwähnten ADW-Umwandlung verwendet wird, zu klein sein, oder es kann ein Software-Kalibrierungsfehler vorliegen. Eine typische Fehlersignatur für die Fehlerart I besteht darin, dass alle Steuermodule auf dem Kommunikationsbus 50, z. B. die Steuerungsmodule 10, 20 und 30 von 1, aktiv Nachrichten senden und empfangen, und diese Varianz in den gemeldeten Daten von dem Spannungssensor 59 niedrig bleibt.
Für die Fehlerart II, d. h. Fehler der Art Out-of-Range, beinhalten mögliche Ursachen die tatsächliche Busspannung, d. h. x in der obigen modellierten Formulierung liegt außerhalb des Bereichs, oder dass die Sensorschaltung mit Leistung oder Masse kurzgeschlossen ist, d. h. x ist konstant und außerhalb des Bereichs. Alternativ kann die ADW-Referenzspannung abnehmen, was anzeigt, dass die tatsächliche Busspannung x den ADW sättigt, oder es kann ein Sensormassefehler vorhanden sein, wie durch eine Verschiebung von x außerhalb des Bereichs angezeigt. Fehlersignaturen für die Fehlerart II können beinhalten, dass alle Steuermodule aktiv sind und mehr als N₁ Datenpunkte in[0,δ] ||V_HH vorhanden sind oder V_LH innerhalb (V₅₀-δ, V₅₀] liegt, mit V_HH als dominantem Mittel für bereitgestellte CAN_H -Daten, V_LH als rezessives Mittel für die CAN_L -Daten, und der Spannungssensor 59 hat einen effektiven Messbereich, der als [0+δ, V50-δ], mit δ > 0 definiert ist.
Für die Fehlerart III, d. h. für behebbare Fehlerarten, kann dies dadurch verursacht werden, dass sich die ADW-Referenzspannung so ändert, dass a≠1 in der Formulierung y'=ax+b+w. In ähnlicher Weise können behebbare Fehler durch eine falsche Softwarekalibrierung oder einen Masseversatz an der elektrischen Masse des Spannungssensors 59 verursacht werden, d. h. a≠1 UND/ODER b≠0. Diese Bedingung ermöglicht auch eine Kalibrierung als eine Steuermaßnahme, wie sie nachstehend dargelegt ist. In diesem Fehler sind alle Steuermodule aktiv und zwei extrahierte Datenmittel, die von normalen Pegeln abweichen, wie nachstehend beschrieben.
SENSORFEHLERERFASSUNG
Bezugnehmend auf 2 beginnt das Verfahren 100 nach dem Start (*) des Fahrzeugs 11 mit dem Block 101 und der Initialisierung des Kommunikationsbusses 50 von 1, z. B. als Reaktion auf ein Schlüsseleinschaltereignis oder Zündungsereignis, und geht dann zu Block 102 weiter, in dem die Host-ECU 40 die gemessene Busspannung (Pfeil V₅₀ ) von dem Spannungssensor 59 mit den zugeordneten CAN_H - und CAN_L -Daten empfängt.
Die Blöcke 102-124 bestimmen schließlich, ob der Spannungssensor 59 von 1 ordnungsgemäß/normal funktioniert, mit einer Diagnose, dass eine Wiederherstellung von einem bestimmten Fehler, z. B. durch Software-Kalibrierung, möglich oder unmöglich ist. Abhängig davon, ob der Spannungssensor 59 normal funktioniert, werden dann verschiedene Kombinationen von hardware- und softwarebasierter Diagnose und Prognose in den nachfolgend beschriebenen Blöcken 134-138 ausgeführt.
Der Block 102 beinhaltet das Messen der Busspannung (Pfeil V₅₀ ) das Verwenden des Spannungssensors 59 und das Melden der gemessenen Spannung an die Host-ECU 40 als hochseitige und niedrigseitige CAN_H - und CAN_L -Daten. Das Verfahren 100 fährt anschließend mit Block 104 fort.
Bei Block 104 stellt die Host-ECU 40 als nächstes fest, ob alle Steuermodule auf dem Kommunikationsbus 50 aktiv sind, z. B. die Steuereinheiten 10, 20 und 30 und die Host-ECU 40 von 1. Der Block 104 kann das Überwachen des Nachrichtenverkehrs auf dem Kommunikationsbus 50 und das Verifizieren beinhalten, dass die Steuermodule 10, 20 und 30 und die Host-ECU 40 durch Senden und Empfangen von Nachrichten aktiv kommunizieren. Der Block 104 kann auch das Überwaschen von Busdaten auf Fehlerframes enthalten. Das Verfahren 100 fährt mit Block 106 fort, wenn alle Steuermodule aktiv sind, und alternativ mit Block 132, wenn alle Steuermodule nicht aktiv sind.
Block 106 beinhaltet das Bestimmen, ob die gemessenen Spannungsdaten, die bei Block 102 empfangen werden, in Bezug auf kalibrierte/erwartete Spannungsbereiche normal sind. Wenn ja, kehrt das Verfahren 100 zu Block 102 zurück. Das Verfahren 100 fährt stattdessen mit Block 110 fort, wenn die Spannungsdaten nicht innerhalb normaler Bereiche liegen.
Der Block 110 beinhaltet das Bestimmen, ob die gemessenen Spannungsdaten einen nicht behebbaren Typ eines Sensorfehlers angeben, wie z. B. Fehler der Art Stuck-at-Fault oder Out-of-Range. Solche Fehlerarten können angezeigt werden, wenn alle Steuermodule aktiv sind, wann immer die Datenvarianz von dem Spannungssensor 59 Null oder sehr niedrig ist („Stuck-at-Fault“) oder wenn mehr als eine kalibrierte Anzahl von Datenpunkten in einen kalibrierten Bereich von CAN_H und CAN_L fallen. Das Verfahren 100 fährt mit Block 128 fort, wenn der Fehler von nicht behebbarer Art ist, der einen Sensorhardwarefehler anzeigt. Ein Diagnosecode kann zu diesem Zeitpunkt in dem Speicher (M) der Host-ECU 40 aufgezeichnet werden. Das Verfahren 100 fährt andernfalls mit Block 112 fort, wenn die gemessenen Spannungsdaten eine behebbare Fehlerart anzeigen.
Im Block 112 filtert und verarbeitet die Host-ECU 40 für die behebbaren Fehlerarten die gemeldeten Spannungsdaten, d. h. die CAN_H und CAN_L -Daten in dem CAN-Bus-Beispiel von 1. Für behebbare Fehlerarten können extrahierte zwei Mittelwerte der gemeldeten Daten von normalen oder erwarteten Spannungspegeln abweichen. Der Block 112 kann auch das Ausfiltern von Signalrauschen oder das Ausführen anderer Filteroperationen beinhalten. Eine nicht einschränkende exemplarische Ausführungsform zum Implementieren des Blocks 112 ist in 3 dargestellt und unten beschrieben. Das Verfahren 100 fährt unter Verwendung der gefilterten Spannungsdaten mit Block 114 fort.
Der Block 114 beinhaltet das Bestimmen über die Host-ECU 40, ob die gefilterten Spannungsdaten ausreichend informativ sind. Der Block 114 kann das Vergleichen der gefilterten Spannungsdaten, z. B. der extrahierten zwei Mittelwerte, mit einem entsprechenden Schwellenwert beinhalten, um zu bestimmen, ob die extrahierten Mittelwerte zu nahe beieinander liegen oder ob ein extrahierter Mittelwert Null ist. Das Verfahren 100 geht zu Block 126 über, wenn die Spannungsdaten nicht ausreichend informativ sind, und alternativ zu Block 116.
Bei Block 116 verwendet das Verfahren 100 die gefilterten Daten von Block 112 und einen aufgezeichneten Entscheidungsbaum, um zu bestimmen, ob ein „ECU-Massenversatz-Fehler“, d. h. ein hoher Widerstand auf der elektrischen Masse der Host-ECU 40 an einem anderen Knoten vorhanden ist als dem Knoten, an dem sich der Spannungssensor 59 befindet. Das heißt, es können zwei unterschiedliche Arten von Massefehlern existieren: eine Versatz-Masse, bei der ein Massepfad zu einer gegebenen Steuerung oder ECU einen Spannungsabfall aufweist, aber nicht genug, um den Einschaltzustand der Steuerung/ECU zu beeinflussen, und eine erdpotentialfreie Masse, in der der Massepfad einen ausreichenden Spannungsabfall aufweist, um die Stromversorgung der Steuerung/ ECU zu unterbrechen. Im zweiten Fall kann ein Abwürgen des Fahrzeugs 11 in Abhängigkeit von der/den durch den Fehler betroffenen Steuerung(en)/ECU(s) resultieren. Beispielhafte Massefehler können durch Kabelbäume- und Verbindungsfehler in Bezug auf die Host-ECU 40 verursacht werden.
Der Block 116 kann beispielsweise das Lesen der CAN_H - und CAN_L -Daten und das Finden einer Durchschnittsspannung eines dominanten Bits innerhalb eines gegebenen Datenframes einer Nachricht beinhalten. Die Spannungen können dann mit vordefinierten Schwellenwerten verglichen werden, um den ECU-Massefehler zu erkennen und zu isolieren. Die durchschnittliche rezessive Spannung beträgt 2,5 V DC und die dominante Spannung 3,5 V DC für CAN_H (1,5 V DC für CAN_L ), wenn die Erdung normal ist. Wenn eines oder mehrere der Steuermodule eine Masse aufweisen, die versetzt ist, wird jedoch die übertragene Spannung für solche Steuermodule dazu neigen, hochgezogen zu werden. CAN_H und CAN_L werden hochgezogen, wenn das betroffene Steuermodul Framedaten sendet, und während des Zwischen-Frame-Bereichs zwischen Datenübertragungen. Somit ist die Erfassung einer solchen Reaktion ein Weg, um den ECU-Massefehler-Versatz zu erfassen. Das Verfahren 100 fährt mit Block 128 fort, wenn der ECU-Masseversatzfehler erfasst wird. Das Verfahren 100 geht alternativ zu Block 118 über, wenn der behebbare Fehler kein ECU-Masseversatzfehler ist.
Bei Block 118 verwendet das Verfahren 100 die gefilterten Spannungsdaten von Block 112, um zu bestimmen, ob der behebbare Fehler ein Fehler „außerhalb des oberen Bereichs“ ist. Das Verfahren 100 fährt mit Block 128 fort, wenn diese Fehlerart erfasst wird. Das Verfahren 100 geht alternativ zu Block 120 über, wenn der behebbare Fehler kein Fehler außerhalb des oberen Bereichs ist.
Block 120 beinhaltet das Bestimmen, ob die gefilterten Spannungsdaten von Block 112 einen ECU-Masseversatz anzeigen, der mit einem behebbaren Sensorfehler kombiniert ist. Der Block 120 kann wiederum, wenn alle Steuerungen auf dem Kommunikationsbus 50 aktiv sind, mehr als zwei Cluster von Busspannungsdaten und nicht genügend Datenpunkte finden, die bei einem normalen Busspannungspegel verfügbar sind, d. h. relativ zu einer kalibrierten Anzahl von Datenpunkten. Das Verfahren 100 fährt mit Block 128 fort, wenn eine solche Kombination erkannt wird. Das Verfahren 100 geht alternativ zu Block 122 über, wenn der Fehler kein kombinierter ECU-Masseversatz und kein behebbarer Sensorfehler ist.
Block 122, der in Reaktion auf eine negative Entscheidung bei Block 120 erreicht wird, beinhaltet das Bestimmen, ob die gefilterten Spannungsdaten von Block 112 einen behebbaren Sensorfehler anzeigen. Die Signatur für einen solchen Fehler kann, mit allen Steuerungen aktiv, sein, dass zwei extrahierte Mittelwerte von normalen Datenpegeln abweichen. Das Verfahren 100 fährt mit Block 128 fort, wenn eine behebbare Sensorfehlerkombination erfasst wird. Das Verfahren 100 fährt alternativ mit Block 124 fort, wenn der behebbare Sensorfehler nicht erkannt wird.
Bei Block 124 bestimmt die Host-ECU 40 aus den vorhergehenden Schritten, ob der Spannungssensor 59 von 1 normal funktioniert. Wenn ja, fährt das Verfahren 100 mit Block 128 fort. Andernfalls fährt das Verfahren 100 mit Block 126 fort.
Block 126, erreicht von Block 114, wenn die Daten von dem Spannungssensor 59 nicht informativ sind, oder Block 124, wenn eine Entscheidung getroffen wird, dass der Spannungssensor 59 nicht normal funktioniert, beinhaltet das Registrieren eines Diagnosecodes, der einen unbekannten Sensorstatus anzeigt. Das Verfahren 100 fährt anschließend mit Block 128 fort.
Der Block 128 enthält das Wiederholen der Blöcke 102-126 für eine kalibrierte Zeitanzahl, um eine Möglichkeit zur Aufhebung vorübergehender Fehler zu ermöglichen. Das Verfahren 100 fährt anschließend mit Block 130 fort.
Bei Block 130 entfernt die Host-ECU 40 als nächstes Ausreißer in den Busdaten und kalibriert den Spannungssensor 59 neu. Eine beispielhafte Implementierung von Block 130 ist in 4 dargestellt und unten beschrieben. Das Verfahren 100 fährt anschließend mit Block 131 fort.
Block 131 beinhaltet das Beenden der diagnostischen und prognostischen Abschnitte des Verfahrens 100 und dann das Fortfahren mit Block 132.
ECU-NETZWERKDIAGNOSE UND -PROGNOSE
Der Rest des Verfahrens 100, d. h. die Blöcke 132-138, betrifft residente Diagnosealgorithmen des Kommunikationsbusses 50 als Ganzes, einschließlich Netzwerkfehler und Massefehler der Host-ECU 40. Somit beinhaltet der Block 132 das Überprüfen, ob der Spannungssensor 59 von 1 normal/wie erwartet arbeitet, wobei die in Block 124 getroffene Entscheidung effektiv bestätigt wird, wobei diese Auswertung in den Blöcken 102-124 ausgeführt wird, wie oben dargelegt. Das Verfahren 100 fährt immer dann mit Block 134 fort, wenn die Ergebnisse von Block 132 einen normal funktionierenden Spannungssensor 59 anzeigen. Das Verfahren 100 geht direkt zu Block 136 über, wenn der Sensor nicht normal oder wie erwartet arbeitet.
In den Blöcken 134 und 136 initiiert die Host-ECU 40 Diagnosen und Vorhersagen der Hardware und Software des Busses 50 und fährt dann mit Block 138 fort. Die Blöcke 134 und 136 werden ausgeführt, wenn der Spannungssensor 59 als normal angesehen wird, d. h. es können hardware- und softwarebasierte Algorithmen verwendet werden, da auf die Daten von dem Spannungssensor 59 vertraut werden kann. Block 134 bezieht sich auf existierende Algorithmen, die auf der Busspannung (CAN_H , CAN_L ) beruhen, um den Bus 50 zu diagnostizieren. Der Block 136 führt eine Diagnose unter Verwendung der Verarbeitung von Busnachrichten durch und ist somit nicht auf die Busspannung (Pfeil Vso) von dem Spannungssensor 59 von 1 angewiesen. Daher wird Block 136 ohne Ausführung von Block 134 ausgeführt, wenn der Spannungssensor 59 als nicht normal betrachtet wird, d. h. die Hardware des Spannungssensors 59 kann für die Diagnose geeignete Daten nicht zuverlässig bereitstellen und somit werden als Alternative softwarebasierte Diagnosen und Prognosen verwendet.
Bei Block 138 verschmilzt die Host-ECU 40 die Ergebnisse der Diagnosen von den Blöcken 134 und 136 und geht dann weiter zu Block 140. Der Block 138 kann das Verschmelzen der Ergebnisse der Blöcke 134 und 136 beinhalten, wenn der Block 132 bestätigt, dass sich der Spannungssensor 59 normal verhält, oder den Block 134 umgehen, wenn sich der Spannungssensor 59 nicht normal verhält.
Block 140 beinhaltet das Aufzeichnen der Ergebnisse von Block 138, z. B. als einen Diagnosecode oder ein entsprechendes Diagnoseergebnis, das das Ende einer Regelschleife des Verfahrens 100 anzeigt. Das Verfahren 100 kehrt danach zu Block 102 zurück.
3 zeigt eine exemplarische Ausführungsform eines Unterverfahrens 112A zum Implementieren des Blocks 112 des in 2 gezeigten Verfahrens 100. Im Allgemeinen werden die CAN_H - und CAN_L -Daten basierend auf dem gemessenen Spannungspegel segmentiert, wonach Segmente, die Rauschen enthalten, verworfen werden. Der Mittelwert der verbleibenden niedrigsten Datensegmente sind die geschätzten rezessiven CAN_H - und dominanten CAN_L -Pegel. Unter Verwendung der CAN_H -CAN_L -Datensynchronisation, können die Daten, deren Mittelwert der geschätzte rezessive CAN_L -Pegel (dominante CAN_H -Pegel) ist, dann identifiziert und gefiltert werden.
Zum Beispiel kann der Block 201 das Empfangen der hochseitigen/niedrigseitigen (CAN_H CAN_L ) Daten beinhalten und dann weiter zu Block 203 übergehen, in dem die Host-ECU 40 die Daten gleichmäßig zwischen einem Maximum und einem Minimum der Daten segmentiert. CAN_H -Daten liegen typischerweise zwischen 2,5-3,5 V DC und CANL-Daten liegen typischerweise zwischen 1,5-2,5 V DC. Das Unterverfahren 112A fährt mit Block 205 fort, wenn die Daten segmentiert wurden.
Block 205 enthält das Zählen der Anzahl von Datenpunkten in jedem der Segmente und dann, bei Block 207, das Entfernen von Daten von einem Segment, wenn die Anzahl von Datenpunkten in dem Segment unter einem kalibrierten Rauschschwellenwert liegt. Das Unterverfahren 112A fährt dann mit Block 209 fort.
Bei Block 209 bestimmt das Unterverfahren 112A dann, ob die Blöcke 203-207 eine kalibrierte Anzahl von Malen wiederholt wurden, beispielsweise zweimal, und wenn dies der Fall ist, schreitet das Unterverfahren 112A zu Block 211 fort. Wenn nicht, kehrt das Unterverfahren 112A zu Block 203 zurück.
Der Block 211 beinhaltet das Kennzeichnen eines Segments in der Logik der Host-ECU 40, wenn die Anzahl der Datenpunkte einen Schwellenwert überschreitet. Wenn benachbarte Segmente mehr Datenpunkte als der Clusterschwellenwert haben, können die Segmente kombiniert werden. Das Unterverfahren 112A fährt dann mit Block 213 fort.
Bei Block 213 bestimmt die Host-ECU 40, ob die CAN_H - und CAN_L -Daten synchronisiert, d. h. zum gleichen Zeitpunkt gesammelt werden, und schreitet zu Block 215 fort, wenn dies der Fall ist. Das Unterverfahren 112A schreitet stattdessen zu Block 225 fort, wenn die CAN_H - und CAN_L -Daten nicht synchronisiert sind.
Block 215 beinhaltet das Bestimmen, ob Daten in den unteren drei Segmenten näher an dominanten Daten liegen und die Gesamtzahl von Datenpunkten niedriger als der Busleerlaufprozentsatz ist. Wenn ja, fährt das Unterverfahren 112A mit Block 217 fort. Andernfalls fährt das Unterverfahren 112A mit Block 219 fort.
Bei Block 217 reduziert die Host-ECU 40 den mittleren Extraktionsschwellenwert um 50 % und geht dann zu Block 219 über.
Bei Block 219 findet die Host-ECU 40 das Segment mit der niedrigsten Spannung, dessen Anzahl von Datenpunkten einen mittlerer Extraktionsschwellenwert übersteigen/niedriger als dieser sind. Diese Segmente sind in der Logik als ein rezessives CAN_H - und ein dominantes CAN_L -Segment gekennzeichnet. Mit anderen Worten, die niedrigste Spannung entspricht dem rezessiven Bit der CAN_H -Daten oder dem dominanten Bit der CAN_L -Daten. Das Unterverfahren 112A fährt mit Block 221 fort.
Der Block 221 beinhaltet das Berechnen des Mittelwerts des rezessiven CAN_H -Segments als geschätzte rezessive CAN_H -Spannung und Berechnen des Mittelwerts des dominanten CAN_L -Segments als geschätzte dominante CAN_L -Spannung. Entsprechende Mittelwertdaten können für die dominanten CAN_H -Daten berechnet werden. Das Unterverfahren 112A fährt dann mit Block 223 fort.
Der Block 223 beinhaltet das Filtern der Busdaten aus dem Block 221, z. B. durch Entfernen von Ausreißern aus dem rezessiven CAN_L und der nachfolgenden Neuberechnung der Werte von Block 221, bevor mit Block 225 fortgefahren wird.
Bei Block 225 werden das Maximum und das Minimum der gefilterten Daten bestimmt, und der Mittelwert dieser Daten wird berechnet, d. h. $\frac{(max + min)}{2}$
als geschätzte dominante CAN_H -Spannung oder rezessive CAN_L -Spannung abhängig von dem zu berechnenden Wert. Der Mittelwert von Daten unterhalb dieser Ebene ist die rezessive CAN_H -Spannung (oder dominante CAN_L -Spannung). Das Unterverfahren 112A ist abgeschlossen.
4 zeigt eine exemplarische Ausführungsform eines Unterverfahrens 130A zum Implementieren des Blocks 130 des in 2 gezeigten Verfahrens 100. In dieser Ausführungsform kann, wenn ein Array von geschätzten CAN_H - und CAN_L -Ebenen von unabhängigen Datensätzen gegeben ist, der Thompson-Tau-Test verwendet werden, um Ausreißer zu entfernen, falls vorhanden. Das gefilterte Array von geschätzten CAN_H - und CAN_L -Ebenen wird dann gemittelt, und der Mittelwert wird danach für die Neukalibrierung des Sensors verwendet.
Insbesondere beinhaltet der Block 301 das Eingeben von zwei Arrays von geschätzten dominanten und rezessiven Rohmittelwerten, ohne Kalibrierung, für die CAN_H -Daten vor dem Fortfahren mit Block 303.
Block 303 beinhaltet, für CAN_H -Daten von Block 301, die Berechnung des Mittelwertes und der Standardabweichung, bevor mit Block 305 fortgefahren wird.
Bei Block 305 beinhaltet das Unterverfahren 130A das Bestimmen eines Ausreißerablehnungsbereichs unter Verwendung des Thompson-Tau-Tests. Wenn sich ein Datenpunkt außerhalb des Ablehnungsbereichs befindet, entfernt die Host-ECU 40 diesen als Ausreißer und fährt mit Block 307 fort.
Bei Block 307 bestimmt die Host-ECU 40, ob der Ausreißer in der letzten Schleife und das dominante CAN _H -Array mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Elementen, z. B. drei Elemente, aufweisen. Wenn dies der Fall ist, wird der Block 303 wiederholt. Das Unterverfahren 130A geht alternativ zu Block 309 über.
Der Block 309 beinhaltet das Mitteln des verbleibenden Arrays als eine endgültige geschätzte dominante CAN_H -Spannung. Das selbe Verfahren kann zum Ableiten der rezessiven CAN_H -Spannung befolgt werden, bevor mit Block 311 fortgefahren wird.
Bei Block 311 wiederholt die Host-ECU 40 das obigen Verfahren, um die endgültigen geschätzten dominanten und rezessiven Spannungen für CAN_L -Daten abzuleiten und schreitet dann zu Block 313 fort.
Bei Block 313 schätzt die Host-ECU 40 einen aktuellen äquivalenten Skalierungsfaktor (a) und Vorspannung (b) wie folgt: $a = \frac{V_{R E C} - V_{D O M}}{N O R M_{R E C} - N O R M_{D O M}}$
$b = V_{R E C} - a \cdot N O R M_{D O M}$
worin V_REC und V_DOM die rohen rezessiven und dominanten Spannungen sind, die aus den Sensordaten unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren berechnet werden, und NORM_REC und NORM_DOM sind die jeweilige normale (theoretische) rezessive bzw. dominante Spannung. Alle vier Werte sind für CAN_H - oder CAN_L -Daten, d. h. die CAN_H - und CAN_L -Daten sind nicht gemischt. Um also nachkalibrierbare Parameter für den Skalierungsfaktor (a) und Vorspannung (b) für den CAN_H -Kanal zu bestimmen, werden Daten von dem CAN_H -Kanal mit einem normalen Wert von 2,5 bis 3,5 V DC verwendet. Für CAN_L werden die Sensordaten für CAN_L mit einem normalen Wert von 1,5-2,5 V DC verwendet.
Unter Verwendung des oben dargelegten Verfahrens 100 wird daher ein auf einem physikalischen Modell basierender Ansatz zum Erfassen, Isolieren und Beheben bestimmter Arten von Spannungssensorfehlern in einer seriellen Niederspannungs-Kommunikationsbusarchitektur ermöglicht, einschließlich, aber nicht beschränkt auf den in 1 dargestellten CAN-Bus. Das Verfahren 100 wird passiv unter Verwendung verfügbarer Busspannungsdaten ohne zusätzliche erforderliche Hardware implementiert. Die Verwendung des Verfahrens 100 soll somit die Genauigkeit existierender NetzwerkDiagnose- und Prognosealgorithmen sicherstellen, mit dem Ziel, falsche positive oder negative Ergebnisse durch solche Algorithmen zu reduzieren.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung in den angehängten Ansprüchen. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO-11898-2 [0011]

Claims

Ein System umfassend: eine Vielzahl von Steuermodulen; einen seriellen Niederspannungs-Kommunikationsbus mit einer Busspannung; einen Spannungssensor konfiguriert zum Messen der Busspannung; und eine Host-Elektroniksteuereinheit (ECU) in Kommunikation mit dem Spannungssensor und den Steuermodulen über den Kommunikationsbus, wobei die Host-ECU konfiguriert ist zum: Umwandeln der gemessene Busspannung von dem Spannungssensor über einen Analog-Digital-Wandler in Busspannungsdaten; Vergleichen der Busspannungsdaten mit einem kalibrierten Spannungsbereich, um einen Busfehler zu erfassen; Isolieren des erkannten Busfehlers unter Verwendung eines Datenmusters in den Busspannungsdaten als einen behebbaren Fehler, das auftritt, wenn die Busspannungsdaten außerhalb des kalibrierten Spannungsbereichs liegen; und Neukalibrieren des Spannungssensors, um den erkannten behebbaren Fehler zu mindern.
System nach Anspruch 1, wobei die Host-ECU konfiguriert ist zum Neukalibrieren des Spannungssensors durch Einstellen eines oder beider eines Skalierungsfaktors und/oder eines Vorspannungswerts.
System nach Anspruch 1, wobei das System ein Fahrzeug ist, der Kommunikationsbus ein Controller-Area-Network-Bus ist und die Busdaten hochseitige Daten in einem Bereich von 2,5-3,5 V DC und niedrigseitige Daten in einem Bereich von 1,5-2,5 V DC beinhalten.
System nach Anspruch 1, wobei die Host-ECU ferner konfiguriert ist zum Erkennen eines nicht behebbaren Fehlers der Art „Stuck-at-Fault“ unter Verwendung des Datenmusters, einschließlich des Bestimmens, ob die Steuermodule Nachrichten auf dem Kommunikationsbus senden und empfangen und eine Abweichung in den Busspannungsdaten kleiner als eine Schwellwertvarianz ist und nachfolgende Aufzeichnung eines Diagnosecodes im Speicher der Host-ECU, der den Fehler der Art „Stuck-at-Fault“ anzeigt.
System nach Anspruch 4, worin die Host-ECU als Reaktion auf die Fehlerart „Stuck-at-Fault“ konfiguriert ist zum Ausführen eines softwarebasierten Prognose- und Diagnoseverfahrens des Netzwerks ohne Verwendung der Busspannungsdaten.
System nach Anspruch 1, worin die Host-ECU ferner konfiguriert ist zum Erfassen einer nicht behebbaren Fehlerart „Out-of-Range“ unter Verwendung des Datenmusters, einschließlich des Bestimmens, ob die Steuermodule Nachrichten auf dem Bus senden und empfangen und mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Datenpunkten der Busspannungsdaten außerhalb eines kalibrierten Bereichs eines Mittelwerts der hochseitigen Daten liegen, und nachfolgendes Aufzeichnen eines Diagnosecodes im Speicher der Host-ECU, der den Fehler der Art „Out-of-Range“ anzeigt.
System nach Anspruch 6, worin die Host-ECU als Reaktion auf die Fehlerart „Out-of-Range“ konfiguriert ist zum Ausführen eines softwarebasierten Prognose- und Diagnoseverfahrens des Netzwerks ohne Verwendung der Busspannungsdaten.
System nach Anspruch 1, worin die Host-ECU ferner konfiguriert ist zum Erfassen des Vorhandenseins eines Masseversatzfehlers, einschließlich des Berechnens eines Durchschnitts eines dominanten Bits innerhalb eines gegebenen Datenframes einer Reihe von Busnachrichten und des Vergleichens des berechneten Durchschnitts mit einem vordefinierten Schwellenwert.
System nach Anspruch 1, worin die Host-ECU ferner konfiguriert ist zum Erfassen des Vorhandenseins eines Masseversatzfehlers kombiniert mit dem behebbaren Fehler durch Erfassen einer Vielzahl von Clustern der Busspannungsdaten und einer unzureichenden Anzahl von Datenpunkten der Busspannungsdaten bei einem normalen Busspannungspegel und zum Entfernen von Ausreißern in den Busdaten, bevor der Spannungssensor neu kalibriert wird.
System nach Anspruch 9, worin die Host-ECU konfiguriert ist zum Entfernen der Ausreißer durch gleichmäßiges Segmentieren der Busspannungsdaten zwischen einem Maximum und einem Minimum der Busspannungsdaten, zum Zählen der Anzahl von Datenpunkten in jedem Segment und zum Entfernen der Busspannungsdaten von einem gegebenen Segment, wenn die Anzahl der Datenpunkte in dem gegebenen Segment unter einem kalibrierten Rauschschwellenwert liegt.