[发明专利]对低电压通信网络的模拟转数字故障检测、隔离与缓解

说明书

一种系统包含：控制模块；低电压通信总线，例如车辆的CAN总线；测量总线电压并输出2.5‑3.5VDC高数据和1.5‑2.5VDC低数据的电压传感器；以及主机电子控制单元(ECU)。当数据在校准范围之外时，主机ECU使用总线电压数据中的数据模式检测可恢复故障，并重新校准传感器。可以通过调整比例因子和/或偏差值来重新校准。可以使用所述模式检测不可恢复的“粘滞故障”类型或“超出范围”类型的故障，例如可以是接地偏移故障。一种方法包括使用传感器测量总线电压，将输出数据与检测故障的范围进行比较，以及当数据在范围之外时使用数据模式将传感器故障隔离为可恢复的故障。接着重新校准传感器。

引言

复杂系统包含各种相互关联和/或独立的子系统，其中每个子系统经由对应电子控制模块加以控制。各种控制模块通过串行通信总线彼此通信且与主机控制器/电子控制单元(主机ECU)通信。例如，在车辆中，为此目的而使用低电压差分控制器区域网络(CAN)总线。有时，在控制模块和/或用于监控总线电压的电压传感器中的一个或多个中可能发生某些故障。如果不恰当地诊断和维修，此类故障可能导致系统功能降级。

主机ECU可以使用信号监测和超时监控处理来检测某些低电压总线故障。可以将信号故障报告为通信丢失，例如丢失所传达的数据消息。可以通过将来自电压传感器的数据与校准后的阈值进行比较来检测其他总线故障。控制模块可以电并联连接，使得各种控制模块共享共用的总线电压，即，相同电压被施加到各种连接的控制器。每当电压传感器读数看起来异常时，在准确的故障识别方面就可能会出现问题。在此类情况下，可能不清楚传感器读数是由于传感器故障还是通信网络上的实际故障。

发明内容

本文公开了一种用于检测、隔离与缓解具有多个连接的控制模块的低电压串行通信网络总线中的某些基于传感器的故障的方法和系统，所述总线比如但不限于车辆的控制器区域网络(CAN)总线。电压传感器测量所述网络总线上的电压电平。可能位于主机电子控制单元(ECU)之外或之内的此类电压传感器可能未恰当校准，或者某些传感器故障可能登记为是由于电路故障(比如开路或短路故障)、参考电压错误或主机ECU接地故障。结果，在网络诊断和预测过程中依赖于所测量的电压可能导致错误肯定或错误否定的结果。本公开旨在提供改进的诊断功能，从而使用如本文所述的决策树方法来避免此类不准确的测试结果。

使用所公开的方法，使用预期/正常总线电压数据模式来检测并隔离不同的传感器故障或主机ECU故障。还开发了用于数据滤波、数据分段和统计建模的技术，以帮助缓解可恢复类型的故障，比如由传感器校准错误、不恰当的主机ECU接地等引起的故障。所公开的方法与现有网络诊断性和预测性算法一起使用且旨在提高其整体准确性。

在一示例实施例中，一种系统包含多个控制模块、具有总线电压的低电压串行通信总线、电压传感器和上述主机ECU。所述电压传感器测量所述总线电压，接着通过模数转换器(ADC)将其转换为一组总线电压数据。对于任选的差分总线，比如CAN总线，输出数据将包含高侧和低侧测量两者，例如用于示例CAN总线的2.5-3.5VDC(高侧)和1.5-2.5VDC(低侧)。在一些实施例中可能含有电压传感器和ADC的主机ECU经由通信总线连接到控制模块，且被配置为当电压数据相对于校准后或预期的电压范围不正常时使用总线电压数据中的模式来检测可恢复故障。主机ECU还重新校准电压传感器以缓解可恢复类型的故障。

本文还公开了一种用于检测、隔离与缓解低电压串行通信网络中的总线故障的方法，所述低电压串行通信网络具有与如上所述的控制模块通信或连接到所述控制模块的主机ECU。所述方法包含使用电压传感器测量总线电压，其中所述总线电压对于主机ECU与控制模块是共同的/相同的。所述方法还包含将测量的总线电压转换为指示测量的总线电压的总线电压数据，并将所述总线电压数据与校准后的电压范围进行比较以检测总线故障。另外，所述主机ECU使用总线电压数据中的数据模式将检测到的总线故障隔离为可恢复故障，这在总线电压数据在校准后的电压范围之外时发生。此后，所述方法包含通过主机ECU重新校准电压传感器以缓解检测到的可恢复类型的故障。