一种故障注入方法、装置及设备与流程

1.本发明涉及车辆电子系统测试领域，更具体的说，是涉及一种故障注入方法、装置及设备。


背景技术：

2.当前在进行车辆电子系统测试时，通常的实现是将控制器与车辆线束断开，中间串联一个断线盒；实车功能安全的线路开短路故障注入时，测试人员通过在断线盒上手动进行线束的开断、连接等操作以实现输入信号的开路故障、对电源短路、对地短路、对其他信号短路等故障。
3.但是，上述通过手动控制线路通断的实现，不仅效率低下，且对于故障注入时间点以及故障注入持续时间难以精确把控，影响故障注入的准确性。此外，手动控制的实现无法完成一些特定类型的故障注入，如虚接故障。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供如下技术方案：
5.一种故障注入设备，包括电源和依次连接的控制器、机械继电器和固态继电器，所述机械继电器的每一个输出端口对应连接有一个所述固态继电器，其中：
6.所述控制器用于向所述机械继电器发送端口选择控制信号和i/o控制信号；
7.所述机械继电器用于基于所述端口选择控制信号实现所述i/o控制信号的通路选择；
8.所述固态继电器用于基于所述i/o控制信号实现故障注入的控制；
9.所述电源用于为所述控制器、所述机械继电器和所述固态继电器供电；
10.所述控制器的通信控制端口与所述机械继电器控制端连接，所述控制器的io控制端口与所述机械继电器的公共端连接，所述机械继电器的常开端与所述固态继电器的控制端连接，所述固态继电器的公共端与车辆电子控制单元连接，多个所述固态继电器的常开端分别与车辆不同的信号线连接。
11.可本技术还公开了一种故障注入方法，应用于上述故障注入设备，包括：
12.控制向机械继电器发出端口选择控制信号，所述端口选择控制信号用于控制所述机械继电器中的目标端口接通，所述端口选择控制信号默认选择第一端口接通；
13.控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，以使得所述机械继电器通过所述目标端口将所述i/o控制信号传送给与所述目标端口连接的固态继电器；
14.所述固态继电器在接收到所述i/o控制信号后，基于所述i/o控制信号控制将自身连接的信号线与车辆电子控制单元接通或断开。
15.可选地，所述第一端口连接的第一固态继电器的输出端的常开端连接车辆线束信号，在注入开路故障时，所述控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，包括：
16.控制向所述机械继电器发出的断开所述第一固态继电器的i/o控制信号，以使得
车辆线束信号中断。
17.可选地，所述机械继电器的第二端口连接的第二固态继电器的输出端的常开端连接车辆供电电压信号，在注入短电源故障时，所述控制向机械继电器发出端口选择控制信号，包括：
18.控制向机械继电器发出断开所述第一端口并连通所述第二端口的端口选择控制信号；
19.所述控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，包括：
20.控制向所述机械继电器发出接通所述第二固态继电器的i/o控制信号，以使得车辆供电电压信号与车辆电子控制单元接通。
21.可选地，所述机械继电器的第三端口连接的第三固态继电器的输出端的常开端连接车辆接地信号，在注入短地故障时，所述控制向机械继电器发出端口选择控制信号，包括：
22.控制向机械继电器发出断开所述第一端口并连通所述第三端口的端口选择控制信号；
23.所述控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，包括：
24.控制向所述机械继电器发出接通所述第三固态继电器的i/o控制信号，以使得车辆接地信号与车辆电子控制单元接通。
25.可选地，所述第一端口连接的第一固态继电器的输出端的常开端连接车辆线束信号，在注入虚接故障时，所述控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，包括：
26.控制向所述机械继电器周期性的交替发出接通所述第一固态继电器和断开所述第一固态继电器的i/o控制信号，以模拟虚接故障注入。
27.可选地，故障注入的持续时间通过控制对应的固态继电器的接通或断开时间实现。
28.可选地，所述车辆线束信号为can、canfd、most、ethernet、lin、flexray中的任意一种信号。
29.可选地，所述控制向机械继电器发出端口选择信号，包括：
30.控制向机械继电器发出can控制信号，所述can控制信号用于指示所述固态继电器接通哪一路端口。
31.本技术还公开一种故障注入装置，应用于上述故障注入设备，包括：
32.端口选择模块，用于控制向机械继电器发出端口选择控制信号，所述端口选择控制信号用于控制所述机械继电器中的目标端口接通，所述端口选择控制信号默认选择第一端口接通；
33.i/o控制模块，用于控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，以使得所述机械继电器通过所述目标端口将所述i/o控制信号传送给与所述目标端口连接的固态继电器；
34.其中，所述固态继电器在接收到所述i/o控制信号后，基于所述i/o控制信号控制将自身连接的信号线与车辆电子控制单元接通或断开。
35.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例公开了一种故障注入方法、装置及设备，故障注入设备包括源和依次连接的控制器、机械继电器和固态继电器，所述机械继电器的每一个输出端口对应连接有一个所述固态继电器，其中：控制器用于向
机械继电器发送端口选择控制信号和i/o控制信号；机械继电器用于基于端口选择控制信号实现i/o控制信号的通路选择；固态继电器用于基于i/o控制信号实现故障注入的控制；电源用于为控制器、机械继电器和固态继电器供电。上述方案中，控制器可以直接通过控制信号实现对机械继电器的控制以及对固态继电器的控制，从而可以通过电气元件电路自动化实现硬线故障注入的精准化控制，包括故障注入时间点、故障持续时间长度等；该方案实现故障操作效率高，可控度好，可在控制端通过程序实现自动故障注入，能够有效提升故障测试效率和测试精度。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例公开的一种故障注入设备的结构示意图；
38.图2为本发明实施例公开的故障注入设备的电气线路示意图；
39.图3为本发明实施例公开的一种故障注入方法的流程图；
40.图4为本发明实施例公开的一种故障注入装置的结构示意图。
具体实施方式
41.为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：
42.can：controllerareanetwork,控制器局域网络。
43.canfd：can with flexible datarate，是can领域的最新技术，继承了can总线的主要特性，而且具有更高的传输速率，更多的传输数据字节。
44.most：media oriented system transport，面向媒体的系统传输总线。
45.ethernet：以太网。
46.lin：lin总线是针对汽车分布式电子系统而定义的一种低成本的串行通讯网络，是对控制器区域网络(can)等其它汽车多路网络的一种补充，适用于对网络的带宽、性能或容错功能没有过高要求的应用。
47.flexray：flexray车载网络标准已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导整个汽车电子产品控制结构的发展方向。flexray是继can和lin之后的最新研发成果，可以有效管理多重安全和舒适功能：譬如，flexray适用于线控操作(x-by-wire)。
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.图1为本发明实施例公开的一种故障注入设备的结构示意图，其中以机械继电器有3个输出端口，包括3个固态继电器为例示出。参见图1所示，故障注入设备包括电源10和依次连接的控制器20、机械继电器30和固态继电器40，所述机械继电器的每一个输出端口对应连接有一个所述固态继电器。
50.其中，所述控制器用于向所述机械继电器发送端口选择控制信号和i/o控制信号；所述机械继电器用于基于所述端口选择控制信号实现所述i/o控制信号的通路选择；所述固态继电器用于基于所述i/o控制信号实现故障注入的控制；所述电源用于为所述控制器、所述机械继电器和所述固态继电器供电。
51.所述固态继电器的数量与机械继电器的输出端口数量对应，且机械继电器的每一个输出端口分别单独的连接一个固态继电器。不同的固态继电器连接不同的车辆信号线，可用于进行不同的故障注入。本技术实施例中，故障注入可以但不限制为包括开路故障、对电源短路、对地短路、对其他信号短路、线路虚接等故障注入。
52.多个固态继电器连接的都是车辆信号线，因此本技术所述故障注入设备可以实现车载通信线路的各种故障注入。其中的车载通信线路包含且不限于can，canfd，most，ethernet，lin，flexray等。固态继电器控制端有电流时，输出端就会闭合导通电路，通过不同的固态继电器的闭合实现，信号线与不同线路(电源正极、地、其他信号、开)导通，进而实现开路故障、对电源短路、对地短路、对其他信号短路、线路虚接等故障注入。
53.本实施例所述故障注入设备，控制器可以直接通过控制信号实现对机械继电器的控制以及对固态继电器的控制，从而可以通过电气元件电路自动化实现硬线故障注入的精准化控制，包括故障注入时间点、故障持续时间长度等；该方案实现故障操作效率高，可控度好，可在控制端通过程序实现自动故障注入，能够有效提升故障测试效率和测试精度。
54.为了更好的理解本技术所述故障注入设备的工作原理，图2示出了故障注入设备的电气线路示意图，其中同样以机械继电器有4个输出端口，包括4个固态继电器为例示出。实际应用中，可基于需求增加或减少机械继电器输出端口数量和固态继电器的数量。
55.结合图2所示，所述控制器的通信控制端口与所述机械继电器控制端连接，所述控制器的io控制端口与所述机械继电器的公共端连接，所述机械继电器的常开端与所述固态继电器的控制端连接，所述固态继电器的公共端与车辆电子控制单元连接，多个所述固态继电器的常开端分别与车辆不同的信号线连接。
56.其中，所述控制器的通信控制端口为can通信端口，所述控制器通过所述can通信端口向所述机械继电器发送can控制信号控制所述机械继电器的接通端口。
57.参见图2，控制器发布can控制信号，机械继电器收到can控制信号后，依据信号决定控制几号端口进行闭合。之后控制器再发送i/o的控制信号，信号经过闭合的机械继电器端口，进入到对应的固态继电器控制端，固态继电器在接收到信号后，关闭固态继电器输出端，实现线路导通，将车辆ecu(electronic control unit，单子控制单元)与相应线路连接。最终实现相应的故障注入。需要说明的是，本示例中，控制器发出的是can控制信号，但这仅为示例说明，并不构成对本技术的固定限制，实际应用场景中控制器发出的也可以是符合其他通信协议的控制信号。
58.具体的，控制器的通信控制端口(can_l和can_h，以can通信为例，其他可实现相同功能的控制接口也满足此方案要求)与机械继电器控制端连接；
59.控制器的io控制端口dout与机械继电器的输出端的公共端cm连接，机械继电器输出的常开端no与固态继电器输入-控制端正极连接，固态继电器输入-控制端负极与电源连接；
60.固态继电器输出端的公共端cm与车辆ecu输入口连接，固态继电器输出端的常开
端no分别与车辆vcc(供电电压信号)、车辆gnd(接地信号)、其他信号线等连接。只有一个i/o控制口，一个i/o一次只能控制一个固态继电器，为了实现一个i/o对不同的固态继电器控制，就需要通过机械继电器进行选择，机械继电器用于控制i/o口与哪个固态继电器相连。
61.其中，机械继电器的端口1与固态继电器1连接，机械继电器的端口2与固态继电器2连接，机械继电器的端口3与固态继电器3连接，机械继电器的端口4与固态继电器4连接，机械继电器是线圈时磁吸式继电器，线圈内部通过电流的通断实现继电器开闭的功能。固态继电器1为直流固态继电器。
62.其中，cm为继电器的中间线，为公共端，no为常开端，机械继电器nc为常闭端，上电后控制机械继电器的公共端cm与常开端nc一直保持连通。
63.通过上述方案，可以实现车载通信线路的开路故障、对电源短路、对地短路、对其他信号短路、线路虚接等故障注入；机械继电器通过控制不同端口的通断，来实现i/o信号通过的固态继电器，固态继电器则通过通断控制线束信号的对地短路、对电源短路，对其他信号线短路和开路等故障；由于i/o的控制可以达到较高的精度，因此可以实现线路开短路故障的自动化控制、时间点精准控制、持续时间长度控制等，时间精度可达到毫秒级，满足高要求应用场景需求。
64.本技术还公开了一种故障注入方法。图3为本发明实施例公开的一种故障注入方法的流程图。参见图3所示，故障注入方法可以包括：
65.步骤301：控制向机械继电器发出端口选择控制信号，所述端口选择控制信号用于控制所述机械继电器中的目标端口接通，所述端口选择控制信号默认选择第一端口接通。
66.其中，所述端口选择控制信号可以为can控制信号，所述can控制信号用于指示所述固态继电器接通哪一路端口，也即指示固态继电器将哪一个端口确定为目标端口。
67.步骤302：控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，以使得所述机械继电器通过所述目标端口将所述i/o控制信号传送给与所述目标端口连接的固态继电器。
68.其中，所述固态继电器在接收到所述i/o控制信号后，基于所述i/o控制信号控制将自身连接的信号线与车辆电子控制单元接通或断开。
69.系统启动后，控制器通信端口控制机械继电器的端口cm与no连通，控制器io端口控制固态继电器1的cm与no连通，车辆线束信号正常工作，cm端口用以接收原车线束信号的输入，固态继电器的no端口用以连接需要注入的信号，如电源信号、供电电压信号、接地信号、其他传感器信号等。
70.一个实现中，所述第一端口连接的第一固态继电器的输出端的常开端连接车辆线束信号，在注入开路故障时，所述控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，可以包括：控制向所述机械继电器发出的断开所述第一固态继电器的i/o控制信号，以使得车辆线束信号中断。其中，所述车辆线束信号可以但不限于为can、canfd、most、ethernet、lin、flexray中的任意一种信号。
71.具体的，结合图2所示，注入开路故障时，可以通过控制器io端口控制固态继电器1的cm与no断开，线束信号输入中断，以完成开路故障注入。
72.一个实现中，所述机械继电器的第二端口连接的第二固态继电器的输出端的常开端连接车辆供电电压信号，在注入短电源故障时，所述控制向机械继电器发出端口选择控制信号，可以包括：控制向机械继电器发出断开所述第一端口并连通所述第二端口的端口
选择控制信号。所述控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，可以包括：控制向所述机械继电器发出接通所述第二固态继电器的i/o控制信号，以使得车辆供电电压信号与车辆电子控制单元接通。
73.具体的，结合图2，注入短电源故障时，控制器通信端口控制机械继电器的端口1的cm与no断开，控制器通信端口控制机械继电器的端口2的cm与no连通，通过控制器io端口控制固态继电器2的cm与no连接，车辆ecu与车辆vcc连通，进而完成短电源故障注入，持续时间可通过控制固态继电器2的cm与no连接时间来实现。
74.一个实现中，所述机械继电器的第三端口连接的第三固态继电器的输出端的常开端连接车辆接地信号，在注入短地故障时，所述控制向机械继电器发出端口选择控制信号，可以包括：控制向机械继电器发出断开所述第一端口并连通所述第三端口的端口选择控制信号。所述控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，可以包括：控制向所述机械继电器发出接通所述第三固态继电器的i/o控制信号，以使得车辆接地信号与车辆电子控制单元接通。
75.具体的，结合图2，注入短地故障时，控制器通信端口控制机械继电器端口1的cm与no断开，控制器通信端口控制机械继电器端口3的cm与no连通，通过控制器io端口控制固态继电器3的cm与no连接，车辆ecu与车辆gnd连通，进而完成短地故障注入，持续时间可通过控制固态继电器3的cm与no连接时间来实现。
76.一个实现中，结合图2，注入短其他信号故障时，控制器通信端口控制机械继电器端口1的cm与no断开，控制器通信端口控制机械继电器端口4的cm与no连通，通过控制器io端口控制固态继电器4的cm与no连接，车辆ecu与其他信号连通，进而完成短奇台信号故障注入，持续时间可通过控制固态继电器4的cm与no连接时间来实现。
77.一个实现中，所述第一端口连接的第一固态继电器的输出端的常开端连接车辆线束信号，在注入虚接故障时，所述控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，可以包括：控制向所述机械继电器周期性的交替发出接通所述第一固态继电器和断开所述第一固态继电器的i/o控制信号，以模拟虚接故障注入。其中，所述车辆线束信号可以但不限于为can、canfd、most、ethernet、lin、flexray中的任意一种信号。
78.具体的，结合图2，注入虚接故障时，通过控制器io端口控制固态继电器1的cm与no连接，之后切换为cm与no断开，持续多次进行上述切换，以模拟虚接故障注入。
79.本实施例所述故障注入方法，控制器可以直接通过控制信号实现对机械继电器的控制以及对固态继电器的控制，从而可以通过电气元件电路自动化实现硬线故障注入的精准化控制，包括故障注入时间点、故障持续时间长度等；该方案实现故障操作效率高，可控度好，可在控制端通过程序实现自动故障注入，能够有效提升故障测试效率和测试精度。
80.对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
81.上述本发明公开的实施例中详细描述了方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了一种装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。
82.图4为本发明实施例公开的一种故障注入装置的结构示意图，结合图4所示，故障
输入装置40可以包括：
83.端口选择模块401，用于控制向机械继电器发出端口选择控制信号，所述端口选择控制信号用于控制所述机械继电器中的目标端口接通，所述端口选择控制信号默认选择第一端口接通。
84.i/o控制模块402，用于控制向所述机械继电器发出i/o控制信号，以使得所述机械继电器通过所述目标端口将所述i/o控制信号传送给与所述目标端口连接的固态继电器。
85.其中，所述固态继电器在接收到所述i/o控制信号后，基于所述i/o控制信号控制将自身连接的信号线与车辆电子控制单元接通或断开。
86.本实施所述故障注入装置，可以实现多种类型的故障注入；机械继电器通过控制不同端口的通断，来实现i/o信号通过的固态继电器，固态继电器则通过通断控制线束信号与车辆电子控制单元的接通；该方案可以实现线路开短路故障的自动化控制、时间点精准控制、持续时间长度控制等，提升车辆测试效率。
87.上述实施例中的所述的任意一种故障注入装置包括处理器和存储器，上述实施例中的端口选择模块和i/o控制模块均作为程序模块存储在存储器中，由处理器执行存储在所述存储器中的上述程序模块来实现相应的功能。
88.处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序模块。内核可以设置一个或多个，通过调整内核参数来实现回访数据的处理。
89.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)，存储器包括至少一个存储芯片。
90.在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，可直接加载到计算机的内部存储器，其中含有软件代码，该计算机程序经由计算机载入并执行后能够实现上述故障注入方法任一实施例所示步骤。
91.在示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，可直接加载到计算机的内部存储器，其中含有软件代码，该计算机程序经由计算机载入并执行后能够实现上述所述的故障注入方法任一实施例所示步骤。
92.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
93.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
94.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存
储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
95.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。