基于臺架試驗的整車與臺架數據同步采集方法

管玉坤　黃寅　韋景懷　張海定

摘 要：為解決臺架試驗數據與整車數據同步采集的問題，通過AVL PUMA系統自帶的DBC編輯軟件，以臺架測量數據為基礎創建DBC文件，以CAN通訊的方式將數據傳輸給INCA軟件，并用臺架試驗驗證該DBC在CAN網絡解析的有效性。這樣INCA能同時采集整車與臺架數據，提高試驗數據的分析能力。利用INCA的觸發器功能實現自動采集，提高數據采集的工作效率。

關鍵詞：同步采集 DBC CAN網絡 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的開發測試，主要分為三電機臺架、五電機臺架等，可進行前驅、后驅及四驅等不同驅動方式的試驗，以及MT、AT、CVT、DHT等不同類型總成的試驗。在試驗的過程中，往往需要實時監控及采集多種數據，用于了解動力總成系統的運行情況，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、軟硬件系統是否存在問題等。需要測量和采集的數據類型多樣，如直觀體現動力總成系統運轉狀態的扭矩、轉速、溫度、壓力，或查看總成是否存在故障的狀態信息，如發動機失火信號等。目前動力總成臺架試驗需要采集的數據類型通常可概括為兩種，第一種是臺架數據：可以由臺架PUMA系統自身的Recorder程序模塊進行采集；第二種是整車數據：可以由支持XCP、CCP協議的INCA軟件采集。若這兩種不同類型的數據分別用不同的采集方式進行采集，由于采集時機不同，會造成數據采集不同步，十分不便于數據匯總及分析。因此在實際測量過程中需要將兩者的記錄特點結合起來，設計出兩種數據能夠同步進行采集的方法，才能更好的滿足試驗需求。

2 數據采集的方式

2.1 Recorder模塊采集

臺架數據一般都能通過PUMA自身的測量設備（如扭矩法蘭、溫度傳感器等）進行測量，再由Recorder程序模塊采集；此種采集方式優點在于Recorder程序模塊屬于PUMA系統自帶，采集臺架數據較為方便。如在臺架試驗中，測功機轉速及扭矩是設備系統的編碼器、扭矩法蘭采集，外接的冷卻液溫度、壓力也由傳感器采集，通過臺架數據采集箱將數據傳給PUMA系統，這些由傳感器直接測量的數據屬于臺架數據，臺架數據由PUMA系統[1]采集，并可以由Recorder直接記錄；對于ECU、TCU、MCU等控制器的數據，PUMA系統自身的測量設備無法直接測量，采集這些參數需要先將其一一映射至PUMA系統中的變量，才能被Recorder記錄，需要記錄的整車參數過多時，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，需要調用“Recorder Start”啟動記錄，調用“Recorder Stop”結束記錄之后才能完整的記錄一段數據，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據時，該段數據就會丟失，僅會保存停機前幾秒的數據，有時無法有效通過數據分析故障產生原因。

2.2 INCA軟件采集

整車數據一般由INCA軟件進行采集，INCA軟件支持XCP、CCP協議[2]，能夠采集ECU、TCU、MCU等控制器的數據，根據控制器內的相關數據，還可以監控發動機、電機等部件的狀態，及時發現運行中問題；其次，INCA軟件可以設置觸發器，通過臺架變量與INCA軟件中的變量進行映射，將映射后的變量的不同取值作為INCA啟動、終止數據記錄的觸發條件，以此建立臺架試驗和INCA記錄數據之間的聯系；同時INCA采集數據的方式是實時的，不會因故障停機而丟失數據，是一種較為穩定可靠的數據采集方式。但對于臺架上由傳感器采集的一些數據，如測功機轉速、扭矩，冷卻液的溫度及壓力等，不能夠直接采集，需要臺架采集的數據通過相關配置后再轉成INCA記錄。對于臺架試驗的數據采集來說，臺架數據和整車數據的同步采集對于數據分析來說至關重要，因此需要設計一種數據采集方法，能將兩種數據類型同步采集，才能滿足數據采集的要求。

3 數據同步采集方案設計

3.1 方案分析

用同一個采集軟件將整車數據和臺架數據同步采集的話，便于數據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備軟件采集兩者數據。通常情況下整車數據由INCA軟件采集，而臺架數據由PUMA系統中的Recorder程序模塊采集，若用Recorder同時采集整車及臺架數據，可以通過INCA采集整車數據后，再由INCA與PUMA建立通訊，將整車數據傳輸至PUMA。因為PUMA和INCA都支持ASAP3通訊[3]，及PUMA可以通過以太網口和INCA進行ASAP3通訊，這樣PUMA就能以INCA作為中介采集整車數據了。但該通訊的采樣頻率較低，并且PUMA與INCA建立通訊時，需要對采集的數據進行變量配置，若采集的數據量大，則需要耗費大量時間，且極易出錯。相對而言，臺架數據的采集量比整車數據要少很多，相應的變量配置的工作量要比整車數據少很多，而PUMA與INCA都能支持CAN通訊，可將臺架數據配置后通過CAN通訊發送給INCA，用INCA同時采集臺架數據和整車數據，INCA采集數據的采樣頻率較高，滿足測量要求。

3.2 工作原理

如圖1所示，PUMA系統中的采集箱會通過傳感器采集布置在發動機、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模塊轉化為模擬量、數字量信號并通過IEEE1394總線通信將數據傳輸給PUMA系統[4]。另外基于2.0版本PUMA系統的DBC編輯工具，以CAN網絡協議創建為一個dbc格式的文件，在dbc文件中創建一組變量，將臺架采集到的數據和dbc中創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據發送至INCA[5]，另一方面INCA軟件通過XCP通信采集整車數據，當臺架試驗開始運行時，就可以實現對兩者數據同步采集了。

4 INCA采集臺架數據

4.1 DBC文件編輯

要通過CAN通信將臺架數據傳輸給INCA，需要制作基于CAN協議的DBC文件。如圖2所示，該DBC編輯軟件主窗口左邊樹狀欄為結構信息，依次為Nodes節點、Messages報文和Signals信號。窗口右邊為信號的屬性信息，對需要傳輸的數據建立相對應的信號名并設置屬性；字節順序、數據類型、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的報文中， 每個報文可存放8個字節，在導入中將信號的起始位排列好，防止信號之間占用字節位置沖突。最后將報文添加到節點欄的發送報文中，并設好ID。

4.2 通訊配置

將編輯好的DBC文件導入臺架PUMA系統，進行通訊配置。配置CAN發送節點、CAN卡編號、比特率。在模擬量發送欄下將臺架變量名分別對應DBC文件的信號名，并配置變量的發送頻率。用DB9接頭通過雙絞線與INCA的582硬件相連，并串聯上120歐的終端電阻。將DBC文件導入INCA進行解析，最終在INCA試驗環境界面顯示臺架傳輸的數據。

4.3 通訊測試

為了驗證PUMA系統在CAN通訊傳輸數據給INCA方法下DBC協議解析的有效性，需要通過臺架試驗數據采集進行對比驗證。首先將整車某一數據信號通過兩條路徑傳輸給INCA，一條為實車CAN網絡直接傳輸給INCA，該CAN網絡自帶有整車報文信息，攜帶較多的報文數據，傳輸數據可靠準確，以此條路徑為參考。另一條先通過整車報文傳輸給PUMA系統，再通過PUMA系統新編輯的DBC文件解析傳輸給INCA。將PUMA傳輸的數據與整車CAN網絡的數據進行對比，若數據一致，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動機轉速數據，紅色曲線EngSpd為實車CAN網絡采集的真實發動機轉速，綠色曲線Engspd_Puma為通過PUMA系統CAN通訊傳輸給INCA的發動機轉速。兩者轉速曲線重合，在光標1下兩者轉速均為4911.5rpm。將兩者數據代入公式（1）。

（1）

式中：α為Engspd_Puma轉速，β為EngSpd轉速。

計算結果為0，說明通過PUMA系統傳輸給INCA的轉速值和發動機轉速真實值是一致的，證明所編輯的DBC文件協議解析有效。試驗結果表明將臺架數據通過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自動采集試驗數據，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器，設置一個觸發信號，并編輯觸發條件，當該信號置1時，開始記錄數據；當該信號置0時，停止記錄數據。可選擇臺架變量作為觸發信號，將作為觸發信號的臺架變量與INCA中作為觸發信號的變量映射起來，在循環試驗開始時置1記錄數據，循環試驗結束時置0停止記錄，這樣可精準的采集試驗循環數據，減少其他時間不必要數據的采集，能對周期采集數據進行有效對比分析。如圖4所示，在臺架程序里設置變量作為觸發信號，當試驗開始時，將1賦值給觸發信號，觸發信號通過PUMA系統CAN通訊傳輸給INCA觸發器中映射的變量，同理，試驗結束也是如此。這樣INCA就能根據觸發條件去自動采集數據。

6 結論

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

（2）通過臺架試驗，臺架創建的DBC文件在CAN網絡下采集的數據與整車DBC文件CAN網絡采集的數據進行對比試驗解析，兩者結果一致，驗證基于CAN通訊將臺架數據傳輸INCA軟件DBC文件解析有效性。接合PUMA系統與INCA觸發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）本文提出的數據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行運用。

參考文獻：

[1]路勇，代玉虎，劉磊，馬允普. 基于AVL臺架的變速器臺架試驗研究[J]. 傳動技術，2016，30（04）：34-37.

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[5]葛林，周文華，徐航. CAN通信網絡在汽車中的應用研究[J].汽車技術，2000（11）：1-4.