一种整车级故障诊断系统、车辆及方法与流程

1.本发明涉及一种整车级故障诊断系统、车辆及方法，属于新能源车辆故障诊断领域，具体涉及面对整车功能的故障诊断领域。


背景技术：

2.随着汽车网联化功能和智能化功能越来越多，车端零部件及数据量骤增，原有以零部件级为主的故障诊断已无法满足车辆整体健康状态诊断及服务需求。对于故障诊断，尤其是新能源客车的故障诊断，目前存在以下问题：
3.①
零部件数量、厂家众多，各零部件诊断信息上报格式不统一；
4.②
以整车控制器为核心的故障诊断仅覆盖车辆新能源动力域，其他底盘域、车身域等零部件故障无法有效统一诊断；
5.③
目前无整车级故障诊断装置，对于整车网络问题、供电问题、多个零部件耦合类功能等无有效诊断策略；
6.④
车载终端多仅作为网联通道，仅用于上报车辆状态、故障信息，且车辆本身网络结构复杂，车载终端无法第一时间，可靠完整地接收各零部件状态和故障信息；而云诊断更适合用于基于大数据的预测性诊断，云平台接收数据存在延时且只是车辆全部数据的一部分，不能满足整车级故障诊断的实时性、全面性要求。
7.现有客车行业的诊断以零部件级故障诊断为主，不同零部件故障诊断上报协议多样，上报协议包括故障状态、故障码信息、j1939 dm类型等，各零部件故障信息均发送至仪表诊断界面，仪表显示不同零部件的故障码信息，尚无面向整车功能和健康状态的故障融合诊断策略。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种整车级故障诊断系统、车辆及方法，用于提供面向整车功能的故障诊断方法。
9.为了实现上述目的，本发明提供了一种整车级故障诊断系统，包括通过总线与车辆各个功能域的ecu相连的网关装置，所述网关装置包括用于实现网关功能的网关模块和与网关模块相连的整车诊断单元，所述整车诊断单元执行如下方法步骤以实现整车级故障诊断方法：
10.通过网关模块采样各个功能域ecu与网关模块的实时通信参数，将所述实时通信参数与预存的对应功能域ecu与网关模块的标准通信参数比较，若不符或偏差超出设定范围则判断对应功能域的网络或零部件故障。
11.由于车辆网关能够获取整车各个域的网络数据，因此网关是实现整车级诊断的最佳信息来源。本发明基于网关开发面向功能的整车级故障诊断系统，通过比较网关内实时数据与预先设定的标准数据参数，来诊断对应网络是否存在故障，有效解决了目前整车网络功能等方面无有效诊断策略的问题。同时，相对于云端诊断，本发明在本地进行整车级诊
断具有实时性、准确性强的优点。
12.进一步地，在上述整车级故障诊断系统中，所述标准通信参数包括网关转发矩阵；所述网关转发矩阵包括网络原始报文的周期，若整车诊断单元通过网关模块检测出发送周期异常的报文，则通过网关模块定周期转发这些报文。
13.对于网关接收到的与预先设定的原始报文周期不符或偏差超过设定值的实时报文，将周期改变为定周期后将这些故障报文转发出去，这样可以保证网络能够按照定周期的标准进行报文通信，实现了故障隔离。如果存在故障报文也能够实现正常通信，且故障报文不会因为周期存在偏差导致网络负载超限，造成安全风险。
14.进一步地，在上述整车级故障诊断系统中，所述标准通信参数还包括各功能域与网关之间的网络设计参数，若采样的实时通信参数与对应的网络设计参数的不符或偏差超出设定范围则判断对应功能域的网络或零部件故障。
15.对整车网络进行整车级故障诊断还包括，将网关接收到的实时报文的通信参数，与预先设定的标准报文的网络设计参数相比较，其中网络设计参数包括负载率、帧类型、波特率等参数；针对某一特定报文，实时通信参数与对应的网络设计参数不符说明说明整车网络存在故障，因而扩展了整车网络故障的判断方法。
16.本发明的方案有利于新车下线或网络异常时快速查看网络状态及各零部件报文收发与通讯矩阵的一致性，快速定位问题。
17.进一步地，在上述整车级故障诊断系统中，所述整车诊断单元还根据预存的各零部件对应的不同供电等级，若通过网关模块发现当前供电等级下对应的零部件无数据，则判断当前对应零部件供电或保险异常。
18.车辆在不同供电等级(由钥匙状态决定，如常火、on火、总火)下对各个零部件的供电情况是不一样的，即不同供电等级下整车中各个零部件的上电情况不同，若在对应供电等级下发现某零部件应当上电但并未向网关传输数据，则说明该零部件存在供电故障。通过将零部件是否上电与网关是否接收到零部件的传输数据相结合，从整车角度判断零部件的供电是否出现故障。
19.本发明解决了现有技术中车辆无法针对某一供电等级或某一路保险(重点针对同时给多个零部件供电的情形)等进行检测和主动报警的问题，通过本发明的方法可逆向快速诊断出供电问题。
20.进一步地，在上述整车级故障诊断系统中，所述整车诊断单元还根据预存的各功能之间的耦合控制关系，若通过网关模块检测到两个相互耦合的功能的相关控制报文不满足预存的耦合控制关系，则判断对应功能失效或存在零部件故障。
21.耦合控制关系表示车辆不同功能之间存在控制关系，例如制动开关量打开，则制动灯就点亮，那么制动开关量与制动灯间存在耦合控制关系。通过比较耦合关系中传输的控制报文与预设正常情况下对应耦合关系的控制报文，判断两个耦合功能中的两种报文是否满足关联关系，就能够判断该耦合关系是否正常或其中的零部件是否正常。例如检测到制动开度报文，但未检测到制动灯点亮的控制报文，可以判断制动灯控制出现故障。
22.进一步地，在上述整车级故障诊断系统中，若通过网关模块检测到某功能的相关控制报文异常，则提醒驾驶员与该异常功能耦合的功能受限。
23.耦合控制关系是车辆的重要控制链条，若耦合控制关系中前一逻辑功能出现异常
则必然导致相关的耦合功能受限，例如离座回空档这一耦合控制关系，若离座信号报文异常，将必然影响到离座回空档的实现。因此若检测到某功能的控制报文异常，则对驾驶员进行与该功能相关的耦合功能受限的安全提醒，有助于保证驾驶员的安全，提高安全性。
24.进一步地，在上述整车级故障诊断系统中，将故障判断结果按照失效的功能、判断出的疑似故障系统或零部件及具体零部件故障等级上报。
25.本发明面向整车功能的故障上报机制，首先区别于单个零部件故障提醒，面向功能类整车级故障提醒为客户提供最直接的车辆健康状态及功能失效情况，有利于车辆运营安排、预防安全隐患。其次利于市场售后问题的排查效率，客户反馈的问题往往是某一功能失效，采用本技术与某功能相关的故障可一目了然，省去以往解决了某一零部件故障，功能仍未恢复，需耗时排查其他问题的现状。最后还可基于此开展车辆健康状态评价相关工作，指导车辆科学运营管理。
26.本发明还提供了一种车辆，该车辆采用了上述整车级故障诊断系统。
27.本发明还提供了一种整车级故障诊断方法，该方法与上述整车级故障诊断系统的整车级故障诊断方法相同。
附图说明
28.图1为整车级故障诊断系统硬件连接结构图；
29.图2为整车级故障诊断流程图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
31.整车级故障诊断系统实施例：
32.目前，汽车网关既可以解决数据量骤增带来的通信问题，亦可以通过不同功能域的隔离，大幅减少网络攻击的风险，现已成为智能网联车辆的标配装置。
33.由于网关可以获取整车各域网络数据，因此网关是整车级诊断的最佳载体，本技术方案以现有网关为基础，将网关模块、整车诊断单元和存储模块集成为网关装置。如图1所示，网关装置中的网关模块通过车身通讯网络，例如can、车载以太网、lin等通信方式与车辆不同域连接，实现不同域之间的信息汇总。具体的，网关装置与车身域中的行车记录仪、座舱域中的车机、网联域中的车载终端以及其他ecux通信连接，车载终端与云平台通过移动网络通信连接。整车诊断单元与存储模块、网关模块通过spi、i2c、uart等内部网络连接，其中存储模块内存储有作为配置文件的专家诊断库，专家诊断库涵盖网络诊断、车辆供电状态诊断、不同零部件耦合功能诊断库等内容。存储模块还支持ota升级功能，云平台、车载终端等设备能够通过uds协议实现对存储模块内专家诊断库的升级。整车诊断单元通过网关模块获取车辆状态数据并与存储模块内的专家诊断库进行诊断比对，输出结果为基于专家诊断库的车辆不同功能状态及故障信息。作为其他实施例，也能将整车诊断单元与网关模块集成在同一单片机内并与存储模块连接。此外本地诊断仪能够uds协议实现与网关装置的交互，获取历史故障、故障次数、关键信息等数据。
34.对于网关模块的具体实施架构，可以采用2*mcu+1*flash架构，其中整车诊断单元
与网关模块分别设置在两个不同的mcu上，存储单元设置在存储器上。作为其他实施例，也可以采用1*mcu+1*flash架构，与2*mcu+1*flash架构的区别在于网关模块和整车诊断单元集成在同一mcu架构上。作为其他实施例，也可以采用2*mcu架构，与2*mcu+1*flash架构区别在于存储模块集成在整车诊断单元所在的mcu上。
35.在上述结构的基础上，通过如下方法实现对不同类型的整车级故障诊断：
36.1)整车级网络故障诊断
37.方案一：将各网关转发矩阵作为诊断比对的对象，即将正常专家知识库的一部分。由于网关转发矩阵内部包含各网络原始报文的周期和转发关系，若检测出某些报文存在发送周期异常问题，说明整车级网络存在故障，在转发时可以按照设定的周期转发，从而实现异常链路的隔离，避免因个别报文周期异常导致多个网络均出现问题。同时将该诊断结果输出给车载终端上报至云平台。
38.方案二：将各域与网关之间的网络设计参数，如负载率、帧类型、波特率、通讯矩阵等作为诊断比对的对象，即专家知识库的一部分。若检测出某网络参数与设计参数偏差超出偏差范围，说明整车级网络存在故障，将诊断结果输出给车载终端上报至平台或输出至车机以提醒驾驶员。
39.以各域内通讯均为can通信为例，若网关检测到仪表交互can有一条报文实际发送周期为1ms，与通讯矩阵要求的100ms不符，说明该网络负载率过高，存在安全风险。但动力can(整车控制器)、底盘制动can也需要此报文的相关信息，网关需要将此报文转发到动力can、底盘制动can。为了避免因仪表交互can报文周期异常导致动力can、底盘can网络出现问题，网关可由通用的实时转发变为设定周期(仍是100ms)转发，实现故障隔离，保证车辆虽交互功能存在异常风险，但车辆动力控制、制动控制功能稳定。
40.2)同供电等级零部件供电状态预测性诊断
41.不同的零部件供电平台下各零部件的上电状态具有区别，对各域不同零部件供电平台进行统一分类梳理形成专家诊断库并存储在存储模块内，零部件供电平台包括常火、on火、总火及所用线上保险。整车诊断单元通过判断车机发送的车辆不同上电状态，结合不同零部件的报文接收情况，若出现当前供电平台下多个零部件均无数据的情况，则基于专家诊断库预测性诊断为该路供电或保险异常。
42.例如电子选挡器、车载终端、整车控制器均采用总火供电，且公用一路保险，车载终端在诊断can、电子选挡器和整车控制器在动力can，该智能网关检测到总火上电成功后，若未收到上述三个零部件的报文，而其他零部件数据正常，则预测性诊断为该路供电或保险异常。
43.3)不同系统耦合类故障诊断
44.对整车所有且处于正常状况下的功能如回馈制动、制动灯点亮逻辑、挂挡功能、门开制动等耦合类控制关系进行梳理得到各个功能与相关零部件状态和故障的影响关系表，将此表作为专家诊断库。整车诊断单元通过实时识别各域零部件的实际状态，与专家诊断库中的正常情况相比较，对不匹配的零部件输出某一功能失效或功能受限的诊断结果，并且根据诊断结果对驾驶员提供驾驶建议。
45.以制动灯点亮为例，在整车控制器检测到制动开度或制动开关量有效且持续一定时间的前提下，制动灯应当接收到灯控信号，但网关模块采集到bcm模块发出的表征制动开
关灯控信号始终无效，说明制动灯控存在异常。根据该功能对安全的影响程度，可以输出“制动灯控制异常，需要立即检修”的驾驶建议。
46.另以某款车型电子选挡器具备“离座回空挡”的功能为例，该功能实现过程中需要采集仪表发送的离座信号报文，若行驶过程中离座信号报文因为网络问题丢失或不稳定，就会导致“离座回空挡”功能受影响，而驾驶员未收到任何提示，仍习惯性地认为车辆该功能正常，离座未回空挡车辆蠕行激活后就会存在安全隐患。此场景下网关模块通过采集离座信号报文来识别离座信号报文的准确性，若诊断出离座信号出现偏差的结果，还会将结果“离座回空挡功能异常，请注意安全”展示给驾驶员以实现安全提醒功能，也可以同步整车控制器取消蠕行功能以确保驾驶员安全。
47.4)面向整车功能的故障上报机制
48.基于3)中的专家诊断库，对诊断结果进行归类，面向整车全功能角度，按照“xxx整车级功能失效(故障名称)——疑似故障系统或零部件—具体零部件故障等级和故障码”的统一格式输出诊断结果，供本地诊断仪和后台监控查询。区别于现有行业仅面向零部件的故障格式“零部件-故障部位-故障等级-故障码”。
49.仍以3)中的两个例子说明诊断结果的生成方式，该整车级故障可分别归类为“制动灯控制异常——疑似bcm故障——制动灯控制输出异常”和“离座回空挡功能异常——疑似仪表故障——离座信号报文缺失”。
50.如图2所示为整车级故障诊断策略流程图，整车正常上电工作后，车载终端及其他各域ecux的数据均会通过对应网络传输到网关各路总线上，整车诊断单元首先进行1)整车级网络故障诊断，若整车网络存在问题，则需进行2)同供电等级零部件供电状态预测性诊断，若整车网络不存在问题，则进行3)不同系统耦合类故障诊断。不论2)同供电等级零部件供电状态预测性诊断的结果如何，均需要进行3)不同系统耦合类故障诊断。完成上述诊断过程后，整车诊断单元输出整车级的故障诊断结果，并以面向整车功能的故障格式进行输出、存储，通过车载终端上报给云服务平台和本地诊断仪(连接时)，通过车身域网络传递给行车记录仪进行本地存储，并根据故障对车辆的影响程度对客户进行相应的提醒，对于涉及相关故障处理类ecux同步接收执行故障处理逻辑。
51.车辆实施例：
52.本发明还提供了一种车辆，该车辆采用了与上述整车级故障诊断系统实施例相同的整车级故障诊断系统，因此不再赘述
53.整车级故障诊断方法实施例：
54.本发明还提供了一种整车级故障诊断方法，该方法与上述整车级故障诊断系统实施例中的整车级故障诊断方法相同，因此不再赘述。

技术特征：
1.一种整车级故障诊断系统，其特征在于，包括通过总线与车辆各个功能域的ecu相连的网关装置，所述网关装置包括用于实现网关功能的网关模块和与网关模块相连的整车诊断单元，所述整车诊断单元执行如下方法步骤以实现整车级故障诊断方法：通过网关模块采样各个功能域ecu与网关模块的实时通信参数，将所述实时通信参数与预存的对应功能域ecu与网关模块的标准通信参数比较，若不符或偏差超出设定范围则判断对应功能域的网络或零部件故障。2.根据权利要求1所述的整车级故障诊断系统，其特征在于，所述标准通信参数包括网关转发矩阵；所述网关转发矩阵包括网络原始报文的周期，若整车诊断单元通过网关模块检测出发送周期异常的报文，则通过网关模块定周期转发这些报文。3.根据权利要求2所述的整车级故障诊断系统，其特征在于，所述标准通信参数还包括各功能域与网关之间的网络设计参数，若采样的实时通信参数与对应的网络设计参数的不符或偏差超出设定范围则判断对应功能域的网络或零部件故障。4.根据权利要求3所述的整车级故障诊断系统，其特征在于，所述整车诊断单元还根据预存的各零部件对应的不同供电等级，若通过网关模块发现当前供电等级下对应的零部件无数据，则判断当前对应零部件供电或保险异常。5.根据权利要求4所述的整车级故障诊断系统，其特征在于，所述整车诊断单元还根据预存的各功能之间的耦合控制关系，若通过网关模块检测到两个相互耦合的功能的相关控制报文不满足预存的耦合控制关系，则判断对应功能失效或存在零部件故障。6.根据权利要求5所述的整车级故障诊断系统，其特征在于，若通过网关模块检测到某功能的相关控制报文异常，则提醒驾驶员与该异常功能耦合的功能受限。7.根据权利要求1～5任一项所述的整车级故障诊断系统，其特征在于，将故障判断结果按照失效的功能、判断出的疑似故障系统或零部件及具体零部件故障等级上报。8.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的整车级故障诊断系统。9.一种整车级故障诊断方法，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述的整车级故障诊断系统中的整车级故障诊断方法。

技术总结
本发明提供了一种整车级故障诊断系统、车辆及方法，属于新能源车辆故障诊断领域，具体涉及面对整车功能的故障诊断领域。由于车辆网关能够获取整车各个域的数据，因此网关是实现整车级诊断的最佳信息来源。整车级故障诊断系统包括通过总线与车辆各个功能域的ECU相连的网关装置，网关装置包括用于实现网关功能的网关模块和与网关模块相连的整车诊断单元，整车诊断单元执行如下步骤：通过网关模块采样各个功能域ECU与网关模块的实时通信参数，将实时通信参数与预存的对应功能域ECU与网关模块的标准通信参数比较，若不符或偏差超出设定范围则判断对应功能域的网络或零部件故障。本发明有效解决了目前整车功能方面无有效诊断策略的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：张永瑞 王印束 李振山 魏青 冯严科
受保护的技术使用者：宇通客车股份有限公司
技术研发日：2022.01.06
技术公布日：2023/7/22