一种基于FlexRay总线的网络在线诊断装置制造方法及图纸

一种基于FlexRay总线的网络在线诊断装置，包括微处理器MC9S12XF512、连接FlexRay总线网络的FlexRay总线接口、连接CAN总线网络的CAN总线接口以及总线电平测量电路，实现对FlexRay总线网络状态的在线监控。本发明专利技术由微处理器监控FlexRay总线网络上的数据传输，当出现网络异常时及时给出警告信息，进行故障分级与处理，确保车辆内网络通信的正常工作。本发明专利技术可以集成到现有车载控制器中，解决了FlexRay网络受到干扰或出现故障时无法正常工作，从而影响汽车运行安全与可靠性的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FlexRay总线的网络在线诊断装置
本专利技术涉及一种基于FlexRay总线的网络在线诊断装置。
技术介绍
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BMWX5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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术通过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。本专利技术以微处理器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，根据网络健康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。本专利技术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：微处理器，微处理器是线诊断装置的核心控制器件，控制FlexRay通信控制芯片采集FlexRay总线信号，并自动检测当前的网络通信状态是否异常。稳压电路、时钟电路和复位电路是微处理器的输入信号。FlexRay/CAN通信控制电路和与微处理器进行信号交互，分别提供微处理器与FlexRay总线和CAN总线的连接，总线电平测量电路与微处理器连接，微处理器控制总线电平测量电路的开关状态，获得总线电平。FlexRay/CAN通信控制电路，FlexRay/CAN通信控制电路的作用在于完成FlexRay/CAN信号的收发操作，提供微处理器与FlexRay/CAN总线的通信接口。FlexRay通信控制电路的一端直接与FlexRay总线通过插接件接口连接，FlexRay通信控制电路的另一端与微处理器通用I/O引脚连接。CAN通信控制电路的一端直接与CAN总线通过插接件接口连接，CAN通信控制电路的另一端与微处理器通用I/O引脚连接。总线电平测量电路，总线电平测量电路由四个NPN型三极管Q1、Q2、Q3和Q4组成，其作用在于监控当前网络的物理连接状态，包括FlexRay总线差分信号线BP和BM连接到电源或地，BP、BM短路或断路等不同情况。微处理器外围电路，微处理器外围电路由稳压电路、复位电路、时钟电路和工作指示电路组成。稳压电路包括滤波电路和电压转换芯片，其作用在于将12V直流电压转换成5V直流电压提供给微处理器及其它电路；复位电路由复位芯片组成，其作用在于对微处理器提供强制复位信号；时钟电路为有源晶振电路，为微处理器提供稳定的时钟信号；工作指示电路包括发光二极管和限流电阻，其作用在于在微处理器的控制下闪烁，指示执行器工作状态。本专利技术的工作过程如下：本专利技术网络在线诊断装置在电源接通后自动启动微处理器，正确检测到FlexRay总线信号以后，微处理器开始采集FlexRay总线的数据，自动完成总线数据的解析，并对数据进行分析，利用数据的周期变化、数据出错率、数据丢失率、时槽状态、通信控制器状态等多种输入计算出当前网络的健康程度0-100％。(1)当网络健康程度大于90％时，说明当前网络运行正常；(2)当网络健康程度小于90％时，说明当前网络处于不正常状态，此时微处理器进行数据诊断，分析可能的原因，如存在电磁干扰：如错误帧、丢帧过多，存在软件异常：如数据周期与设计值不符，存在物理故障：如通信控制器停止通信，并且BP或BM电平测量异常，等。总线电平测量电路负责物理故障信号的测量，总线电平测量电路的启动信号来自于微处理器。在运行过程中一旦网络健康程度小于90％，网络在线诊断装置中的微处理器根据故障分级进行相应的故障处理，如切换到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FlexRay总线的网络在线诊断装置，其特征在于：所述的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；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，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微处理器外围电路连接；FlexRay/CAN通信控制电路用于采集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，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；复位电路的复位芯片的RESETn引脚连接微处理器的RESTn引脚，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；微处理器监控FlexRay总线网络上的数据传输，当出现网络异常时及时发出警告信息，进行故障分级与处理，确保车辆内网络通信的正常工作。...

【技术特征摘要】
1.一种基于FlexRay总线的网络在线诊断装置，其特征在于：所述的网络在线诊断装置包括微处理器U1、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；微处理器U1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微处理器外围电路连接；FlexRay/CAN通信控制电路用于采集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与微处理器U1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，与微处理器U1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U1和各接口芯片的VCC引脚；复位电路的复位芯片的RESETn引脚连接微处理器U1的RESTn引脚，提供复位信号；时钟电路中有源晶振输出滤波后，连接到微处理器U1的EXTAL引脚，提供稳定的时钟信号；所述的微处理器U1通过程序实现FlexRay数据的采集并进行数据的在线诊断；微处理器U1上电后，首先初始化微处理器的通用I/O接口，初始化FlexRay通信控制器和CAN总线通信控制器，初始化数据采集与计算功能模块；初始化完成后，数据采集与计算功能模块开始根据FlexRay总线通信控制器的状态寄存器，以及消息周期，对总线状态、总线错误以及消息周期的变化进行统计，根据预先设定好的阈值和算法，计算网络健康度；当网络健康度大于90％时，当前网络工作正常，当网络健康度小于90％时，网络诊断功能模块将继续根据网络健康度、数据记录以及总线电平，分析可能的故障原因；网络诊断功能模块在分析故障原因时，只有在网络停止通信时才会启动总线电平测量电路进行总线电平的测量，获取双通道BP和BM的电压值，根据电压值来判断当前是否有BP和BM短路到电源或地的异常情况；网络诊断功能模块将诊断结果传输给故障分级及处理功能模块进行故障的分级处理，并通过CAN总线传输给仪表系统，进行故障预警。2.按照权利要求1所述的基于FlexRay总线的网络在线诊断装置，其特征在于：所述的微处理器U1的37引脚为FlexRay信号输出引脚，连接FlexRay信号收发芯片U7的5引脚；微处理器U1的36引脚为FlexRay信号输入引脚，连接FlexRay信号收发芯片U7的7引脚；微处理器U1的38引脚连接FlexRay信号收发芯片U7的使能引脚6引脚；微处理器U1的58引脚为FlexRay信号输出引脚，连接FlexRay信号收发芯片U8的5引脚；微处理器U1的57引脚为FlexRay信号输入引脚，连接FlexRay信号收发芯片U8的7引脚；微处理器U1的59引脚连接FlexRay信号收发芯片U8的使能引脚6引脚；微处理器U1的101引脚为CAN信号输出引脚，接CAN信号收发芯片U2的15引脚；微处理器U1的102引脚为CAN信号输入引脚，连接CAN信号收发芯片U2的4引脚。3.按照权利要求1所述的基于FlexRay总线的网络在线诊断装置，其特征在于：所述的微处理器U1的引脚3、4、5、6为总线电平测量电路的启动测量控制引脚，微处理器U1的引脚67、68、69、70用于获得总线测量电平；微处理器U1的3引脚用于控制FlexRay差分信号线BP_A上电压的测量，连接总线电平测量电路中的电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接总线电平测量电路中的第一三极管Q1的基极；当微处理器U1的3引脚输出为1时，总线电平测量电路开始对FlexRay差分信号线BP_A的电压测量过程；微处理器U1的69引脚用于获得FlexRay差分信号线BP_A上电压值，连接总线电平测量电路的第一三极管Q1发射极BP_A_VOL；微处理器U1的4引脚用于控制FlexRay差分信号线BM_A上电压的测量，连接总线电平测量电路中的电阻R23的一端，电阻R23的另一端连接总线电平测量电路中的第二三极管Q2的基极；当微处理器U1的4引脚输出为1时，总线电平测量电路开始对FlexRay差分信号线BM_A的电压测量过程；微处理器U1的70引脚用于获得FlexRay差分信号线BM_A上电压值，连接总线电平测量电路的第二三极管Q2发射极BM_A_VOL；微处理器U1的5引脚用于控制FlexRay差分信号线BP_B上电压的测量，连接总线电平测量电路中的电阻R33的一端，电阻R33的另一端连接总线电平测量电路中的第三三极管Q3的基极，当微处理器U1的5引脚输出为1时，总线电平测量电路开始对FlexRay差分信号线BP_B的电压测量过程；微处理器U1的67引脚用于获得FlexRay差分信号线BP_B上电压值，连接总线电平测量电路的第三三极管Q3发射极BP_B_VOL；微处理器U1的6引脚用于控制FlexRay差分信号线BM_B上电压的测量，连接总线电平测量电路中的电阻R35的一端，电阻R35的另一端连接总线电平测量电路中的第四三极管Q4的基极，当微处理器U1的6引脚输出为1时，总线电平测量电路开始对FlexRay差分信号线BM_B的电压测量过程；微处理器U1的68引脚用于获得FlexRay差分信号线BM_B上电压值，连接总线电平测量电路的第四三极管Q4发射极BM_B_VOL。4.按照权利要求1所述的基于FlexRay总线的网络在线诊断装置，其特征在于：所述的微处理器U1外围电路中，电容C60连接有源晶振芯片OSC2的2引脚和4引脚；电阻R9、R10、电容C7是有源晶振芯片OSC2的滤波电路，电阻R9的一端接有源晶振芯片OSC2的时钟输出3引脚，电阻R9的另一端接到微处理器U1的EXTAL引脚，为微处理器U1提供时钟信号，电容C7为有源晶振芯片OSC2的滤波电容，并联在电阻R9的引脚两端，电阻R10接在微处理器U1的EXTAL引脚和GND信号之间；复位电路的复位芯片MAX705U6的输入1引脚通过限流电阻R18连接到VCC，复位芯片MAX705U6的输入2引脚直接连接到VCC，复位芯片MAX705U6的复位引脚RESTn连接微处理器U1的RESTn44引脚，同时连接到端子HEADER3X2JP4的4引脚，并通过电阻R20连接到VCC，为微处理器U1提供复位信号；微处理器U1的29引脚是模式选择引脚，端子HEADER3X2JP4的1引脚连接到微处理器U1的29引脚，并通过电阻R2连接到VCC，用于设定微处理器U1的工作模式；电容C2和电阻R31串联再与电容C1并联组成滤波电路，连接在微处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芳，王丽芳，廖承林，苏笑然，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11