汽車間歇性故障數(shù)據(jù)捕捉記錄儀開發(fā)設(shè)計

徐繼財

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201208）

引言

近年來，隨著汽車電子、總線技術(shù)、人工智能等學(xué)科領(lǐng)域的先進技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，人們對于自動駕駛、主動安全等車輛功能要求日益增強。然而，隨之而來的是車內(nèi)的電子模塊的應(yīng)用越來越多，使得車輛的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，汽車故障診斷的難度也越來越大，尤其對于電子模塊及其內(nèi)部軟件相關(guān)的間歇性故障，維修人員因無法捕捉到車輛故障時的車況，往往束手無策無法對故障進行有效的診斷[1]。而這樣的間歇性故障，如處理不及時，往往會給車主帶來更加嚴重的經(jīng)濟損失或安全隱患。因而，開發(fā)一個數(shù)據(jù)記錄儀，能夠?qū)崟r監(jiān)控車輛狀態(tài)，捕捉車輛發(fā)生故障時，汽車的各個相關(guān)參數(shù)，是非常有必要的。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

間歇性故障數(shù)據(jù)捕捉記錄儀是用在維修間歇性故障、輔助用于工程測試等場合的診斷硬件。綜合考慮車輛故障診斷需求以及國內(nèi)外品牌不同車輛的相關(guān)特性，記錄儀滿足以下性能：

（1）支持多種診斷協(xié)議如KWP2000、GMLAN、SAE J1850、CAN 等。

（2）數(shù)據(jù)捕捉記錄儀能夠長時間捕捉記錄并存儲故障相關(guān)數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)捕捉記錄儀硬件和車輛診斷接口DLC 之間的連接電纜和接頭采用標準接頭連接。

（4）數(shù)據(jù)捕捉記錄儀和上位機之間采用USB 連接，可對記錄儀硬件做基本配置，做到能夠篩選和故障相關(guān)的系統(tǒng)總線上各個相關(guān)參數(shù)。

（5）支持通過DLC 取電和連接電腦上位機讀取數(shù)據(jù)時采用外接穩(wěn)壓電源取電兩種模式。

（6）支持針對不同供應(yīng)商的診斷硬件和軟件的配置。

（7）支持診斷硬件中固件軟件的更新，如Bootloader刷新。

（8）低成本、尺寸小、重量輕。

圖1 數(shù)據(jù)捕捉記錄儀系統(tǒng)的組成

2 數(shù)據(jù)捕捉記錄儀系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案

2.1 數(shù)據(jù)捕捉記錄儀軟件結(jié)構(gòu)化設(shè)計

綜合考慮系統(tǒng)需求，數(shù)據(jù)捕捉記錄儀的軟件按圖3 所示的架構(gòu)編寫。整個下位機軟件可分為兩個部分：第一部分為數(shù)據(jù)捕捉記錄儀與車輛ECU 的通訊部分，以及通過SD 卡對數(shù)據(jù)完成記錄，并可通過上位機電腦讀取記錄數(shù)據(jù)；第二部分為下位機Bootloader，用于完成對數(shù)據(jù)捕捉記錄儀軟件的更新。

數(shù)據(jù)捕捉記錄儀的通訊部分運行在一個實時環(huán)境的操作系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)捕捉記錄儀通過USB 相關(guān)驅(qū)動完成與上位機電腦的通訊，通過CAN、K Line、J1850 相關(guān)驅(qū)動完成與車輛的通訊。交互到的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾器篩選后均存放在SD 存儲卡中，可由上位機電腦服務(wù)程序負責(zé)調(diào)用。同時數(shù)據(jù)捕捉記錄儀上帶有開關(guān)和LED 指示燈，可對記錄儀進行簡單的操作，或通過LED 觀察記錄儀的運行情況。

2.2 數(shù)據(jù)捕捉記錄儀通訊軟件設(shè)計

要使用CAN 模塊，必須先對CAN 模塊進行初始化。在初始化模式中，正在進行的任何發(fā)送或接收都會立即停止，與CAN 總線的同步丟失，并可能會違反CAN 協(xié)議。為防止CAN 總線系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的后果，在進入初始化模式時，用戶必須保證CAN 不在工作狀態(tài)。若CAN 模塊已經(jīng)在工作，則用戶需確認CAN 的傳送隊列為空，并首先讓CAN 進入睡眠模式。否則，中止正在發(fā)送的報文可能導(dǎo)致錯誤情況，并影響到其它的CAN 總線節(jié)點[2]。

2.3 上位機軟件設(shè)計與應(yīng)用

因為總線上無時無刻都在傳輸著大量的數(shù)據(jù)和消息，因而需要利用上位機軟件配置數(shù)據(jù)捕捉記錄儀，使之記錄和故障相關(guān)的數(shù)據(jù)。主要配置參數(shù)有：總線類型，傳輸速率，DLC PIN 腳，ECU，CAN ID，等等；同時，也可配置設(shè)定診斷消息，使記錄儀定時發(fā)送診斷命令，讀取車輛參數(shù)數(shù)據(jù)。配置時，數(shù)據(jù)捕捉記錄儀和上位機之間采用USB 連接，通過串口數(shù)據(jù)命令對記錄儀硬件做基本配置，做到能夠篩選和故障相關(guān)的系統(tǒng)總線上各個相關(guān)參數(shù)。

3 總結(jié)

汽車故障診斷是綜合性、智能化很高的一門技術(shù)，開發(fā)一個合適、完善和高效的汽車間歇性故障數(shù)據(jù)捕捉記錄儀系統(tǒng)又是一項高難度、復(fù)雜的工作。[3]本課題根據(jù)現(xiàn)代汽車故障中汽車間歇性故障診斷研究發(fā)展方向，結(jié)合相關(guān)常用汽車故障診斷國際標準協(xié)議，分析了故障診斷相關(guān)總線通訊協(xié)議，設(shè)計了具有造價低廉、可靠性高、攜帶方便、易于操作、功能易于拓展的汽車間歇性故障數(shù)據(jù)捕捉記錄儀。