[发明专利]一种基于FlexRay总线的网络在线诊断装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FlexRay总线的网络在线诊断装置。

背景技术

随着汽车电子的飞速发展，动力总成系统和线控系统(X-by-wire)中包括的电子控制单元数目日趋增多，控制功能也日益复杂，系统对实时性、高速性以及可靠性等的要求越来越高。为了满足这些需求，1999年Daimler-Chrysler和BMW共同提出FlexRay总线标准，它支持双通道冗余传输，每个通道最高可达10Mbit/s的传输速率，支持总线型、星型和混合型等多种拓扑结构，并具有独立的网络容错部件等。2006年FlexRay总线首次应用于量产车，作为数据主干网用在了BMW X5的悬架系统上。

虽然FlexRay总线具有高速性与实时性，但是如何保证其在应用中的安全性与可靠性问题是推动其进一步发展的关键点之一，比如对于线控转向系统，一旦网络通信出现问题，会直接导致转向失效，引起驾驶安全问题。现阶段虽然有针对总线系统的诊断与监测工具或系统，但是这些工具或系统主要侧重于监测，不能分析网络故障的原因。比如，Vecotor公司的CANoe.FlexRay协议分析工具或EB公司的Inspector监测工具可以实现对FlexRay网络的数据采集、跟踪，报文与信号的解释、分析等，专利200810114923“一种基于微处理器的USB-Flexray总线适配器”可以通过USB接口进行FlexRay总线数据的在线监测；也有针对CAN总线的故障诊断仪可以诊断网络问题，但是都是独立设备，不能集成到现有的控制器中，比如周立功CANScope总线分析仪，可以对通信异常、总线延迟等情况进行诊断，由于FlexRay总线和CAN总线的传输机制不同，针对FlexRay总线的网络故障分析仪目前还没有见到；还有文献研究FlexRay总线的诊断问题，如“CAN_FlexRay总线系统网络管理与诊断协议的研究”(张参参，硕士论文，合肥工业大学)中设计了FlexRay总线的网络诊断与错误处理，但是仅仅是对帧出错或延迟进行了诊断与处理，不能够分析故障原因，并进行故障分级处理。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种基于FlexRay总线的网络在线诊断装置及其控制方法。本发明可以集成到现有车载控制器中，可以解决FlexRay网络受到干扰或出现故障无法正常工作的问题。

本发明通过FlexRay通信控制电路采集FlexRay数据，实时监控网络的运行状态。当网络出现问题如网络断开、传输出错、受到干扰等时可以及时通知车内的仪表系统或远程系统，给用户报警，当故障较为严重时可以切换到备用的CAN网络或者硬件连线上。

本发明以微处理器MC9S12XF512为核心，通过FlexRay/CAN通信控制电路中的FlexRay信号收发芯片与FlexRay网络连接，通过FlexRay/CAN通信控制电路中的CAN信号收发芯片与CAN网络连接。在线诊断装置从FlexRay网络采集数据，经微处理器解析处理后，首先通过微处理器中的数据采集与计算功能模块计算当前的网络健康程度，根据网络监控程度启动微处理器中的故障诊断功能模块对故障原因进行分析，然后微处理器中的故障分级以及处理功能模块通过CAN总线通知车内仪表系统或远程故障处理中心，及时对故障进行处理，从而实现对FlexRay总线网络的实时在线监控与诊断。

本发明网络在线诊断装置包括微处理器、FlexRay/CAN通信控制电路、总线电平测量电路和微处理器外围电路等模块。微处理器实现数据的采集与计算、故障的诊断与定位，以及故障分级和处理等功能，通过通用I/O接口与FlexRay/CAN通信控制电路、总线电平测量电路和外围电路连接。FlexRay/CAN通信控制电路是重要的接口电路，用于采集FlexRay总线通信数据，同时向CAN总线发送报警信息，FlexRay/CAN通信控制电路的一端直接与FlexRay总线和CAN总线通过接插件接口连接，FlexRay/CAN通信控制电路的另一端直接与微处理器通用I/O引脚连接。总线电平测量电路用于测量FlexRay总线的差分信号线上的电压，直接与微处理器通用I/O引脚连接。微处理器外围电路中，稳压电路将12V电压经过三级处理和电压变换后输出到微处理器和各接口芯片的VCC引脚；复位电路中复位芯片的RESTn引脚连接到微处理器的RESTn引脚，用于提供复位信号；时钟电路中有源晶振的输出滤波后，连接到微处理器EXTAL引脚，提供稳定的时钟信号。

网络在线诊断装置中各个模块的具体功能如下：