管玉坤　黃寅　韋景懷　張海定

摘 要：為解決臺架試驗數(shù)據(jù)與整車數(shù)據(jù)同步采集的問題，通過AVL PUMA系統(tǒng)自帶的DBC編輯軟件，以臺架測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)創(chuàng)建DBC文件，以CAN通訊的方式將數(shù)據(jù)傳輸給INCA軟件，并用臺架試驗驗證該DBC在CAN網(wǎng)絡(luò)解析的有效性。這樣INCA能同時采集整車與臺架數(shù)據(jù)，提高試驗數(shù)據(jù)的分析能力。利用INCA的觸發(fā)器功能實現(xiàn)自動采集，提高數(shù)據(jù)采集的工作效率。

關(guān)鍵詞：同步采集 DBC CAN網(wǎng)絡(luò) 自動采集

1 引言

動力總成臺架主要開展整車動力總成系統(tǒng)的開發(fā)測試，主要分為三電機臺架、五電機臺架等，可進(jìn)行前驅(qū)、后驅(qū)及四驅(qū)等不同驅(qū)動方式的試驗，以及MT、AT、CVT、DHT等不同類型總成的試驗。在試驗的過程中，往往需要實時監(jiān)控及采集多種數(shù)據(jù)，用于了解動力總成系統(tǒng)的運行情況，同時用來分析試驗是否依照正確的工況運行、試驗運行前后性能是否有變化、軟硬件系統(tǒng)是否存在問題等。需要測量和采集的數(shù)據(jù)類型多樣，如直觀體現(xiàn)動力總成系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)的扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力，或查看總成是否存在故障的狀態(tài)信息，如發(fā)動機失火信號等。目前動力總成臺架試驗需要采集的數(shù)據(jù)類型通?？筛爬閮煞N，第一種是臺架數(shù)據(jù)：可以由臺架PUMA系統(tǒng)自身的Recorder程序模塊進(jìn)行采集；第二種是整車數(shù)據(jù)：可以由支持XCP、CCP協(xié)議的INCA軟件采集。若這兩種不同類型的數(shù)據(jù)分別用不同的采集方式進(jìn)行采集，由于采集時機不同，會造成數(shù)據(jù)采集不同步，十分不便于數(shù)據(jù)匯總及分析。因此在實際測量過程中需要將兩者的記錄特點結(jié)合起來，設(shè)計出兩種數(shù)據(jù)能夠同步進(jìn)行采集的方法，才能更好的滿足試驗需求。

2 數(shù)據(jù)采集的方式

2.1 Recorder模塊采集

臺架數(shù)據(jù)一般都能通過PUMA自身的測量設(shè)備（如扭矩法蘭、溫度傳感器等）進(jìn)行測量，再由Recorder程序模塊采集；此種采集方式優(yōu)點在于Recorder程序模塊屬于PUMA系統(tǒng)自帶，采集臺架數(shù)據(jù)較為方便。如在臺架試驗中，測功機轉(zhuǎn)速及扭矩是設(shè)備系統(tǒng)的編碼器、扭矩法蘭采集，外接的冷卻液溫度、壓力也由傳感器采集，通過臺架數(shù)據(jù)采集箱將數(shù)據(jù)傳給PUMA系統(tǒng)，這些由傳感器直接測量的數(shù)據(jù)屬于臺架數(shù)據(jù)，臺架數(shù)據(jù)由PUMA系統(tǒng)[1]采集，并可以由Recorder直接記錄；對于ECU、TCU、MCU等控制器的數(shù)據(jù)，PUMA系統(tǒng)自身的測量設(shè)備無法直接測量，采集這些參數(shù)需要先將其一一映射至PUMA系統(tǒng)中的變量，才能被Recorder記錄，需要記錄的整車參數(shù)過多時，十分繁瑣，容易出錯且工作量大，無法滿足試驗要求；同時使用Recorder記錄時，需要調(diào)用“Recorder Start”啟動記錄，調(diào)用“Recorder Stop”結(jié)束記錄之后才能完整的記錄一段數(shù)據(jù)，若中途因故障中斷測試，測試程序沒有走到“Recorder Stop”，且操作者忘記手動保存數(shù)據(jù)時，該段數(shù)據(jù)就會丟失，僅會保存停機前幾秒的數(shù)據(jù)，有時無法有效通過數(shù)據(jù)分析故障產(chǎn)生原因。

2.2 INCA軟件采集

整車數(shù)據(jù)一般由INCA軟件進(jìn)行采集，INCA軟件支持XCP、CCP協(xié)議[2]，能夠采集ECU、TCU、MCU等控制器的數(shù)據(jù)，根據(jù)控制器內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以監(jiān)控發(fā)動機、電機等部件的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)運行中問題；其次，INCA軟件可以設(shè)置觸發(fā)器，通過臺架變量與INCA軟件中的變量進(jìn)行映射，將映射后的變量的不同取值作為INCA啟動、終止數(shù)據(jù)記錄的觸發(fā)條件，以此建立臺架試驗和INCA記錄數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；同時INCA采集數(shù)據(jù)的方式是實時的，不會因故障停機而丟失數(shù)據(jù)，是一種較為穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集方式。但對于臺架上由傳感器采集的一些數(shù)據(jù)，如測功機轉(zhuǎn)速、扭矩，冷卻液的溫度及壓力等，不能夠直接采集，需要臺架采集的數(shù)據(jù)通過相關(guān)配置后再轉(zhuǎn)成INCA記錄。對于臺架試驗的數(shù)據(jù)采集來說，臺架數(shù)據(jù)和整車數(shù)據(jù)的同步采集對于數(shù)據(jù)分析來說至關(guān)重要，因此需要設(shè)計一種數(shù)據(jù)采集方法，能將兩種數(shù)據(jù)類型同步采集，才能滿足數(shù)據(jù)采集的要求。

3 數(shù)據(jù)同步采集方案設(shè)計

3.1 方案分析

用同一個采集軟件將整車數(shù)據(jù)和臺架數(shù)據(jù)同步采集的話，便于數(shù)據(jù)采集后的管理和分析，因此新的采集方案最好能夠用同一個設(shè)備軟件采集兩者數(shù)據(jù)。通常情況下整車數(shù)據(jù)由INCA軟件采集，而臺架數(shù)據(jù)由PUMA系統(tǒng)中的Recorder程序模塊采集，若用Recorder同時采集整車及臺架數(shù)據(jù)，可以通過INCA采集整車數(shù)據(jù)后，再由INCA與PUMA建立通訊，將整車數(shù)據(jù)傳輸至PUMA。因為PUMA和INCA都支持ASAP3通訊[3]，及PUMA可以通過以太網(wǎng)口和INCA進(jìn)行ASAP3通訊，這樣PUMA就能以INCA作為中介采集整車數(shù)據(jù)了。但該通訊的采樣頻率較低，并且PUMA與INCA建立通訊時，需要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行變量配置，若采集的數(shù)據(jù)量大，則需要耗費大量時間，且極易出錯。相對而言，臺架數(shù)據(jù)的采集量比整車數(shù)據(jù)要少很多，相應(yīng)的變量配置的工作量要比整車數(shù)據(jù)少很多，而PUMA與INCA都能支持CAN通訊，可將臺架數(shù)據(jù)配置后通過CAN通訊發(fā)送給INCA，用INCA同時采集臺架數(shù)據(jù)和整車數(shù)據(jù)，INCA采集數(shù)據(jù)的采樣頻率較高，滿足測量要求。

3.2 工作原理

如圖1所示，PUMA系統(tǒng)中的采集箱會通過傳感器采集布置在發(fā)動機、電機上測點的溫度或者壓力信號，這些傳感器信號會通過采集箱上的FEM模塊轉(zhuǎn)化為模擬量、數(shù)字量信號并通過IEEE1394總線通信將數(shù)據(jù)傳輸給PUMA系統(tǒng)[4]。另外基于2.0版本PUMA系統(tǒng)的DBC編輯工具，以CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議創(chuàng)建為一個dbc格式的文件，在dbc文件中創(chuàng)建一組變量，將臺架采集到的數(shù)據(jù)和dbc中創(chuàng)建好的變量一一映射，再以此dbc文件作為媒介，通過CAN通訊將采集到的臺架數(shù)據(jù)發(fā)送至INCA[5]，另一方面INCA軟件通過XCP通信采集整車數(shù)據(jù)，當(dāng)臺架試驗開始運行時，就可以實現(xiàn)對兩者數(shù)據(jù)同步采集了。

4 INCA采集臺架數(shù)據(jù)

4.1 DBC文件編輯

要通過CAN通信將臺架數(shù)據(jù)傳輸給INCA，需要制作基于CAN協(xié)議的DBC文件。如圖2所示，該DBC編輯軟件主窗口左邊樹狀欄為結(jié)構(gòu)信息，依次為Nodes節(jié)點、Messages報文和Signals信號。窗口右邊為信號的屬性信息，對需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)建立相對應(yīng)的信號名并設(shè)置屬性；字節(jié)順序、數(shù)據(jù)類型、起始位、信號長度、因子、偏移量、最大最小值、單位。將建好的信號添加到對應(yīng)的報文中， 每個報文可存放8個字節(jié)，在導(dǎo)入中將信號的起始位排列好，防止信號之間占用字節(jié)位置沖突。最后將報文添加到節(jié)點欄的發(fā)送報文中，并設(shè)好ID。

4.2 通訊配置

將編輯好的DBC文件導(dǎo)入臺架PUMA系統(tǒng)，進(jìn)行通訊配置。配置CAN發(fā)送節(jié)點、CAN卡編號、比特率。在模擬量發(fā)送欄下將臺架變量名分別對應(yīng)DBC文件的信號名，并配置變量的發(fā)送頻率。用DB9接頭通過雙絞線與INCA的582硬件相連，并串聯(lián)上120歐的終端電阻。將DBC文件導(dǎo)入INCA進(jìn)行解析，最終在INCA試驗環(huán)境界面顯示臺架傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

4.3 通訊測試

為了驗證PUMA系統(tǒng)在CAN通訊傳輸數(shù)據(jù)給INCA方法下DBC協(xié)議解析的有效性，需要通過臺架試驗數(shù)據(jù)采集進(jìn)行對比驗證。首先將整車某一數(shù)據(jù)信號通過兩條路徑傳輸給INCA，一條為實車CAN網(wǎng)絡(luò)直接傳輸給INCA，該CAN網(wǎng)絡(luò)自帶有整車報文信息，攜帶較多的報文數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)可靠準(zhǔn)確，以此條路徑為參考。另一條先通過整車報文傳輸給PUMA系統(tǒng)，再通過PUMA系統(tǒng)新編輯的DBC文件解析傳輸給INCA。將PUMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與整車CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，若數(shù)據(jù)一致，說明編輯的DBC文件解析有效。如圖3所示為INCA采集某試驗的兩種路徑的發(fā)動機轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，紅色曲線EngSpd為實車CAN網(wǎng)絡(luò)采集的真實發(fā)動機轉(zhuǎn)速，綠色曲線Engspd_Puma為通過PUMA系統(tǒng)CAN通訊傳輸給INCA的發(fā)動機轉(zhuǎn)速。兩者轉(zhuǎn)速曲線重合，在光標(biāo)1下兩者轉(zhuǎn)速均為4911.5rpm。將兩者數(shù)據(jù)代入公式（1）。

（1）

式中：α為Engspd_Puma轉(zhuǎn)速，β為EngSpd轉(zhuǎn)速。

計算結(jié)果為0，說明通過PUMA系統(tǒng)傳輸給INCA的轉(zhuǎn)速值和發(fā)動機轉(zhuǎn)速真實值是一致的，證明所編輯的DBC文件協(xié)議解析有效。試驗結(jié)果表明將臺架數(shù)據(jù)通過CAN通訊傳輸給INCA是可行的。

5 自動采集

在臺架耐久試驗中，用INCA自動采集試驗數(shù)據(jù)，能有效減少工作量，提高試驗效率。這需要在INCA軟件記錄管理器編輯一個記錄觸發(fā)器，設(shè)置一個觸發(fā)信號，并編輯觸發(fā)條件，當(dāng)該信號置1時，開始記錄數(shù)據(jù)；當(dāng)該信號置0時，停止記錄數(shù)據(jù)。可選擇臺架變量作為觸發(fā)信號，將作為觸發(fā)信號的臺架變量與INCA中作為觸發(fā)信號的變量映射起來，在循環(huán)試驗開始時置1記錄數(shù)據(jù)，循環(huán)試驗結(jié)束時置0停止記錄，這樣可精準(zhǔn)的采集試驗循環(huán)數(shù)據(jù)，減少其他時間不必要數(shù)據(jù)的采集，能對周期采集數(shù)據(jù)進(jìn)行有效對比分析。如圖4所示，在臺架程序里設(shè)置變量作為觸發(fā)信號，當(dāng)試驗開始時，將1賦值給觸發(fā)信號，觸發(fā)信號通過PUMA系統(tǒng)CAN通訊傳輸給INCA觸發(fā)器中映射的變量，同理，試驗結(jié)束也是如此。這樣INCA就能根據(jù)觸發(fā)條件去自動采集數(shù)據(jù)。

6 結(jié)論

（1）通過分析PUMA系統(tǒng)與INCA的通信功能、不同的采集特點，運用PUMA系統(tǒng)中DBC文件的的編輯功能，結(jié)合同步采集數(shù)據(jù)的需求提出一種INCA基于CAN通信及XCP通信分別采集臺架數(shù)據(jù)與整車數(shù)據(jù)的同步采集方案。此項采集方案完美的實現(xiàn)了臺架試驗的數(shù)據(jù)采集的需求，實際使用后證明此方案簡單有效，極大的方便了數(shù)據(jù)匯總和數(shù)據(jù)分析。

（2）通過臺架試驗，臺架創(chuàng)建的DBC文件在CAN網(wǎng)絡(luò)下采集的數(shù)據(jù)與整車DBC文件CAN網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比試驗解析，兩者結(jié)果一致，驗證基于CAN通訊將臺架數(shù)據(jù)傳輸INCA軟件DBC文件解析有效性。接合PUMA系統(tǒng)與INCA觸發(fā)器功能提出一種自動采集方案，有效減少工作量，提高試驗效率。

（3）本文提出的數(shù)據(jù)采集方法在臺架試驗中具有重要的借鑒作用，可以在多種不同的試驗類型中進(jìn)行運用。

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