用于隔离控制器局域网络中的故障的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于隔离控制器局域网络中的故障的方法和设备。控制器局域网络(CAN)包括多个CAN元件，该多个CAN元件包括通信总线和多个控制器。用于监测的方法包括周期性地确定矢量，其中每个矢量包括在过滤窗期间检测到的控制器中的无效控制器。时间过滤周期性确定的矢量的内容，以确定故障记录矢量。通过将故障记录矢量与基于用于CAN的网络拓扑确定的故障表征矢量相比较来隔离CAN上的故障。
【专利说明】用于隔离控制器局域网络中的故障的方法和设备
[0001] 相关申请的交叉引用 该申请要求2013年9月16日提交的美国临时申请No. 61/878,538的权益，该美国临 时申请在此并入作为参考。
【技术领域】
[0002] 该公开涉及控制器局域网络中的通信和与之相关的故障隔离。
【背景技术】
[0003] 在该部分中的声明仅提供与本公开相关的背景信息。因此，这样的声明不旨在构 成现有技术的承认。
[0004] 车辆系统包括多个子系统，作为示例包括发动机、变速器、乘坐/操纵、制动、HVAC 和乘员保护。多个控制器可用于监测和控制子系统的操作。控制器可构造成经由控制器局 域网络（CAN)通信，以响应于操作者命令、车辆操作状态和外部状况协调车辆的操作。故障 可出现在经由CAN总线实现通信的控制器的其中一个中。
[0005] 已知的CAN系统采用总线拓扑用于所有控制器之间的通信连接，该总线拓扑可包 括线性拓扑、星形拓扑或星形与线性拓扑的组合。已知的高速CAN系统采用线性拓扑，然而 已知的低速CAN系统采用星形与线性拓扑的组合。已知的CAN系统采用分开的电力拓扑和 接地拓扑，用于对所有控制器的电力线和接地线。已知的控制器通过在CAN总线上的不同 周期发送的消息彼此通信。诸如CAN的网络的拓扑指的是元件的布置。物理拓扑描述包括 链路和节点的物理元件的布置或布局。逻辑拓扑描述采用链路的节点之间的网络内的数据 消息流或功率流。
[0006] 已知的系统检测在接收消息的控制器处的故障，利用在控制器的交互层的信号监 督和信号超时监测实现对消息的故障检测。故障可被报告为通信丢失。这样的检测系统通 常不能识别故障的根本原因，并且不能区别瞬时故障与间歇故障。一种已知的系统需要分 别监测硬件和网络的物理拓扑的尺寸细节，以监测和检测网络中的通信故障。
【发明内容】
[0007] 控制器局域网络（CAN)包括多个CAN元件，该多个CAN元件包括通信总线和多个 控制器。用于监测CAN的方法包括周期性地确定矢量，其中，每个矢量包括在过滤窗期间检 测的控制器中的无效控制器。时间过滤周期性确定的矢量的内容，以确定故障记录矢量。通 过将故障记录矢量与基于用于CAN的网络拓扑确定的故障表征矢量相比较来隔离CAN上的 故障。
[0008] 本发明提供以下技术方案： 1. 一种用于监测包括多个CAN元件的控制器局域网络（CAN)的方法，所述多个CAN元 件包括通信总线和多个控制器，所述方法包括： 周期性地确定矢量，每个矢量包括在过滤窗期间检测到的所述控制器中的无效控制 器； 时间过滤所述周期性确定的矢量的内容，以确定故障记录矢量；以及 通过将所述故障记录矢量与基于用于所述CAN的网络拓扑确定的故障表征矢量相比 较来隔离所述CAN上的故障。
[0009] 2.根据方案1所述的方法，其中，隔离所述CAN上的故障包括隔离与所述CAN的 通信链路、电力链路和接地链路中的一个相关的故障。
[0010] 3.根据方案1所述的方法，其中，时间过滤所述周期性确定的矢量的内容以确定 故障记录矢量包括：时间过滤所述周期性确定的矢量，以确定包括所述控制器中的无效控 制器的故障记录矢量。
[0011] 4.根据方案3所述的方法，其中，时间过滤所述周期性确定的矢量以确定包括所 述控制器中的无效控制器的故障记录矢量包括：时间过滤所述周期性确定的矢量，以确定 包括所述CAN控制器中的在所述过滤窗中的一个过滤窗期间未能在所述CAN上发送消息的 CAN控制器的故障记录矢量。
[0012] 5.根据方案1所述的方法，其中，周期性地确定矢量，每个矢量包括在过滤窗期 间检测到的所述控制器中的无效控制器，包括：将所述CAN控制器中的在所述过滤窗中的 一个完整过滤窗期间未能在所述CAN上发送消息的任何CAN控制器检测为无效。
[0013] 6.根据方案1所述的方法，其中，通过将所述故障记录矢量与基于用于所述CAN 的网络拓扑确定的故障表征矢量相比较来隔离所述CAN上的故障包括： 通过将被包含在所述故障记录矢量中的一组控制器与多个故障表征矢量相比较来隔 离所述CAN上的故障；以及 基于被包含在所述故障记录矢量中的该组控制器与被包含在所述故障表征矢量之一 中的一组控制器之间的一致来隔离所述CAN上的故障。
[0014] 7.根据方案1所述的方法，其中，将所述故障记录矢量与基于用于所述CAN的网 络拓扑确定的故障表征矢量相比较包括：将所述故障记录矢量与基于用于所述CAN的所述 网络拓扑的可达性分析确定的故障表征矢量相比较。
[0015] 8. -种用于监测包括多个CAN元件的控制器局域网络（CAN)的方法，所述多个 CAN元件包括通信总线和多个控制器，所述方法包括： 周期性地确定矢量，每个矢量包括在过滤窗期间检测到的所述控制器中的无效控制 器； 基于与所述矢量中的连续矢量的时间过滤相关的结果确定故障记录矢量； 通过将所述故障记录矢量与和用于所述CAN的网络拓扑相关的多个故障表征矢量相 比较来隔离所述CAN上的故障。
[0016] 9.根据方案8所述的方法，其中，隔离所述CAN上的故障包括隔离与所述CAN的 通信链路、电力链路和接地链路中的一个相关的故障。
[0017] 10.根据方案8所述的方法，其中，基于与所述矢量中的连续矢量的时间过滤相 关的结果确定故障记录矢量包括：时间过滤所述矢量中的所述连续矢量，以确定包括所述 控制器中的无效控制器的故障记录矢量。
[0018] 11.根据方案10所述的方法，其中，时间过滤所述矢量中的所述连续矢量以确定 包括所述控制器中的无效控制器的故障记录矢量包括：时间过滤所述矢量中的连续矢量， 以确定包括所述CAN控制器中的在所述过滤窗中的一个完整过滤窗期间未能在所述CAN上 发送消息的CAN控制器的故障记录矢量。
[0019] 12.根据方案8所述的方法，其中，周期性地确定矢量，每个矢量包括在过滤窗期 间检测到的所述控制器中的无效控制器，包括：将所述CAN控制器中的在所述过滤窗中的 一个完整过滤窗期间未能在所述CAN上发送消息的任何CAN控制器检测为无效。
[0020] 13.根据方案8所述的方法，其中，通过将所述故障记录矢量与基于用于所述CAN 的网络拓扑确定的故障表征矢量相比较来隔离所述CAN上的故障包括： 通过将被包含在所述故障记录矢量中的一组控制器与多个故障表征矢量相比较来隔 离所述CAN上的故障；以及 基于被包含在所述故障记录矢量中的该组控制器与被包含在所述故障表征矢量之一 中的一组控制器之间的一致来隔离所述CAN上的故障。
[0021] 14.根据方案8所述的方法，其中，将所述故障记录矢量与基于用于所述CAN的网 络拓扑确定的故障表征矢量相比较包括：将所述故障记录矢量与基于用于所述CAN的所述 网络拓扑的可达性分析确定的故障表征矢量相比较。
[0022] 15. -种用于隔离控制器局域网络（CAN)中的故障的方法，包括： 基于在当前过滤窗期间在所述CAN上发送消息的能力将配置为在所述CAN上通信的多 个控制器中的每个控制器识别为有效或无效； 通过将包括所述识别的无效控制器的故障记录矢量与基于用于所述CAN的网络拓扑 的可达性分析确定的多个故障表征矢量相比较来隔离所述CAN上的故障。
[0023] 16.根据方案15所述的方法，包括当所述控制器中的一个控制器在所述当前过 滤窗期间在所述CAN上成功地发送消息时，将所述控制器识别为有效。
[0024] 17.根据方案15所述的方法，其中，基于在所述当前过滤窗期间在所述CAN上发 送消息的能力将每个控制器识别为无效包括：当所述控制器中的一个控制器在先前过滤窗 的整个周期期间未能在所述CAN上发送消息时，将所述控制器识别为无效。
[0025] 18.根据方案15所述的方法，还包括扩展所述过滤窗，以包括在隔离所述CAN上 的故障之前的当先前无效的控制器重新激活时的先前过滤窗。
[0026] 19.根据方案15所述的方法，还包括延迟所述隔离所述CAN上的故障，直到在所 述当前过滤窗期间将所述控制器中的一个控制器识别为无效时的随后过滤窗结束为止。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 现在将作为示例参考附图描述一个或多个实施例，其中： 图1图示根据本公开的包括具有控制器局域网络（CAN)总线和例如控制器的多个节点 的CAN的车辆； 图2图示根据本公开的与图1的CAN类似的集成控制器局域网络，该集成控制器局域 网络包括具有线缆的CAN总线、例如控制器的多个节点和数据链路控制； 图3图示根据本公开的时间线，该时间线包括被过滤窗分开并与数据过滤相关的多个 时序事件，以确定CAN中正确的表征故障； 图4图示根据本公开的示例性CAN，该示例性CAN包括分别经由链路连接的控制器、监 测控制器、电源、电池星形和地； 图5图示根据本公开的CAN监测例程，该CAN监测例程采用数据过滤，以检测并隔离CAN中的通信故障； 图6图示根据本公开的以监测包括检测连接至CAN总线的控制器中的一个控制器是否 无效的控制器状态的控制器有效监督例程；以及 图7图示根据本公开的确定故障候选、即断开链路、线短路或采用故障表征矢量的有 故障的控制器的故障隔离例程。
【具体实施方式】
[0028] 现在参考其中显示仅为了图示某些示例性实施例并且不是为了限制所述某些示 例性实施例的附图，图1示意性地图示了包括控制器局域网络（CAN) 50的车辆8,该控制器 局域网络（CAN) 50包括CAN总线15和多个节点，即控制器10、20、30和40。术语"节点"指 的是信号地连接至CAN总线15并且能够发送、接收或转发CAN总线15上的信息的任何有 效电子装置。控制器10、20、30和40中的每个控制器信号地连接至CAN总线15,并且电连 接至电力网60和接地网70。控制器10、20、30和40中的每个控制器包括电子控制器或构 造成监测或控制车辆8的子系统的操作并经由CAN总线15通信的其他车载装置。在一个 实施例中，控制器中的一个控制器、例如控制器40构造成监测CAN50和CAN总线15,并且在 此可被称作是CAN控制器或监测器。CAN50的图示实施例是CAN的非限制性示例，其可用在 多种系统构造中的任何一种。
[0029] CAN总线15包括多个通信链路，包括在控制器10与20之间的第一通信链路51、 在控制器20与30之间的第二通信链路53和在控制器30与30之间的第三通信链路55。 电力网60包括例如电池的电源62,该电源62电连接至第一电力总线64和第二电力总线 66,以经由电力链路给控制器10、20、30和40提供电功率。如所示地，电源62经由以串联 构造布置的电力链路连接至第一电力总线64和第二电力总线66,其中，电力链路69使第 一与第二电力总线64与66连接。第一电力总线64经由以星形构造布置的电力链路连接 至控制器10和20,其中，电力链路61使第一电力总线64与控制器10连接，并且电力链路 63使第一电力总线64连接至控制器20。第二电力总线66经由以星形构造布置的电力链 路连接至控制器30和40,其中，电力链路65使第二电力总线66与控制器30连接，并且电 力链路67使第二电力总线66连接至控制器40。接地网70包括车辆接地72,该车辆接地 72连接至第一接地总线74和第二接地总线76,以经由接地链路给控制器10、20、30和40 提供电接地。如所示地，车辆接地72经由以串联构造布置的接地链路连接至第一接地总线 74和第二接地总线76,其中，接地链路79使第一与第二接地总线74与76连接。第一接地 总线74经由以星形构造布置的接地链路连接至控制器10和20,其中，接地链路71使第一 接地总线74与控制器10连接，并且接地链路73使第一接地总线74连接至控制器20。第 二接地总线76经由以星形构造布置的接地链路连接至控制器30和40,其中，接地链路75 使第二接地总线76与控制器30连接，并且接地链路77使第二接地总线76连接至控制器 40。在相似的效果的情况下可采用用于控制器10、20、30和40以及CAN总线15的通信、电 力和接地的分布的其他拓扑。
[0030] 控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、ECU、处理器和类似的术语指的是一个 或多个专用集成电路（ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序或例程的中央处 理单元（优选地微处理器）和相关的存储器和储存器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘 等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所描述 的功能性的其它的部件中的任何一个或各种组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法 和类似的术语指的是包括校准和查阅表的任何指令集。控制模块具有执行以提供所期望的 功能的一组控制例程。例程诸如由中央处理单元执行，并可运行以监测来自感测装置及其 他网络控制模块的输入，和执行控制与诊断例程以控制致动器的操作。可在进行的发动机 和车辆操作期间每隔一定时间、例如每隔100微秒、3. 125、6. 25、12. 5、25和100毫秒执行例 程。替代性地，例程可响应于事件的发生而执行。
[0031] 控制器10、20、30和40中的每个控制器经由CAN总线15横跨CAN50发射和接收 消息，其中，消息传输速率对于控制器中的不同控制器以不同的周期发生。CAN消息具有 已知的预定格式，其在一个实施例中包括帧开始（S0F)、标识符（11位标识符）、单远程传 输请求（RTR)、显性单标识符扩展（IDE)、保留位（r0)、4位数据长度码（DLC)、多达64位数 据（DATA)、16位循环冗余校验（⑶C)、2位应答（ACK)、7位帧结束（EOF)和3位帧间空间 (IFS)。CAN消息可被已知错误破坏，包括填充错误、形式错误、ACK错误、位1错误、位0错误 和CRC错误。错误用于生成包括主动错误（error-active)状态、被动错误（error-passive) 状态和总线关断（bus-off)错误状态中的一个的错误警告状态。基于检测的总线错误帧的 增量、即增加的总线错误计数，指定主动错误状态、被动错误状态和总线关断错误状态。已 知的CAN总线协议包括提供网络范围数据一致性，这可导致局部错误的全局化。这允许有 故障的非静默控制器破坏CAN总线15上的源于控制器中的另一控制器的消息。有故障的 非静默控制器在此被称做是故障激活控制器。
[0032] 图2示意性地图示了与参考图1所示的CAN50类似的集成控制器局域网络250,该 集成控制器局域网络250包括：CAN总线215,其包括线缆201和203 ;多个节点，例如控制 器210、220、230和240 ;以及数据链路连接器（DLC)205。当在线缆中的一根线缆上、例如在 控制器210与220之间的线缆201上存在断线故障时，控制器210通过线缆203干扰控制 器220、230和240的总线通信。这可使控制器220、230和240进入总线关断状态，并且可 被检测为无效节点。然而，控制器210不可进入总线关断状态。
[0033] 图3示意性地图示了包括被过滤窗303、305和307分开的多个时序事件302、304、 306和308的时间线300。时间线300与数据过滤相关，以确定示例性CAN中正确的故障征 兆。根据以下关系选择对于过滤窗303、305和307的经过的过滤时间：
【权利要求】
1. 一种用于监测包括多个CAN元件的控制器局域网络（CAN)的方法，所述多个CAN元 件包括通信总线和多个控制器，所述方法包括： 周期性地确定矢量，每个矢量包括在过滤窗期间检测到的所述控制器中的无效控制 器； 时间过滤所述周期性确定的矢量的内容，W确定故障记录矢量；W及 通过将所述故障记录矢量与基于用于所述CAN的网络拓扑确定的故障表征矢量相比 较来隔离所述CAN上的故障。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，隔离所述CAN上的故障包括隔离与所述CAN的 通信链路、电力链路和接地链路中的一个相关的故障。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，时间过滤所述周期性确定的矢量的内容W确定 故障记录矢量包括；时间过滤所述周期性确定的矢量，W确定包括所述控制器中的无效控 制器的故障记录矢量。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，时间过滤所述周期性确定的矢量W确定包括所 述控制器中的无效控制器的故障记录矢量包括；时间过滤所述周期性确定的矢量，W确定 包括所述CAN控制器中的在所述过滤窗中的一个过滤窗期间未能在所述CAN上发送消息的 CAN控制器的故障记录矢量。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，周期性地确定矢量，每个矢量包括在过滤窗期 间检测到的所述控制器中的无效控制器，包括；将所述CAN控制器中的在所述过滤窗中的 一个完整过滤窗期间未能在所述CAN上发送消息的任何CAN控制器检测为无效。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过将所述故障记录矢量与基于用于所述CAN 的网络拓扑确定的故障表征矢量相比较来隔离所述CAN上的故障包括： 通过将被包含在所述故障记录矢量中的一组控制器与多个故障表征矢量相比较来隔 离所述CAN上的故障；W及 基于被包含在所述故障记录矢量中的该组控制器与被包含在所述故障表征矢量之一 中的一组控制器之间的一致来隔离所述CAN上的故障。
7. -种用于监测包括多个CAN元件的控制器局域网络（CAN)的方法，所述多个CAN元 件包括通信总线和多个控制器，所述方法包括： 周期性地确定矢量，每个矢量包括在过滤窗期间检测到的所述控制器中的无效控制 器； 基于与所述矢量中的连续矢量的时间过滤相关的结果确定故障记录矢量； 通过将所述故障记录矢量与和用于所述CAN的网络拓扑相关的多个故障表征矢量相 比较来隔离所述CAN上的故障。
8. -种用于隔离控制器局域网络（CAN)中的故障的方法，包括： 基于在当前过滤窗期间在所述CAN上发送消息的能力将配置为在所述CAN上通信的多 个控制器中的每个控制器识别为有效或无效； 通过将包括所述识别的无效控制器的故障记录矢量与基于用于所述CAN的网络拓扑 的可达性分析确定的多个故障表征矢量相比较来隔离所述CAN上的故障。
9. 根据权利要求8所述的方法，包括当所述控制器中的一个控制器在所述当前过滤 窗期间在所述CAN上成功地发送消息时，将所述控制器识别为有效。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，基于在所述当前过滤窗期间在所述CAN上发送 消息的能力将每个控制器识别为无效包括：当所述控制器中的一个控制器在先前过滤窗的 整个周期期间未能在所述CAN上发送消息时，将所述控制器识别为无效。
【文档编号】H04L12/40GK104468256SQ201410471576
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】S.蒋 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司