汽车间歇性故障数据捕捉记录仪开发设计

徐继财

（泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201208）

引言

近年来，随着汽车电子、总线技术、人工智能等学科领域的先进技术在汽车上的应用，人们对于自动驾驶、主动安全等车辆功能要求日益增强。然而，随之而来的是车内的电子模块的应用越来越多，使得车辆的结构日益复杂，汽车故障诊断的难度也越来越大，尤其对于电子模块及其内部软件相关的间歇性故障，维修人员因无法捕捉到车辆故障时的车况，往往束手无策无法对故障进行有效的诊断[1]。而这样的间歇性故障，如处理不及时，往往会给车主带来更加严重的经济损失或安全隐患。因而，开发一个数据记录仪，能够实时监控车辆状态，捕捉车辆发生故障时，汽车的各个相关参数，是非常有必要的。

1 系统的总体设计方案

间歇性故障数据捕捉记录仪是用在维修间歇性故障、辅助用于工程测试等场合的诊断硬件。综合考虑车辆故障诊断需求以及国内外品牌不同车辆的相关特性，记录仪满足以下性能：

（1）支持多种诊断协议如KWP2000、GMLAN、SAE J1850、CAN 等。

（2）数据捕捉记录仪能够长时间捕捉记录并存储故障相关数据。

（3）数据捕捉记录仪硬件和车辆诊断接口DLC 之间的连接电缆和接头采用标准接头连接。

（4）数据捕捉记录仪和上位机之间采用USB 连接，可对记录仪硬件做基本配置，做到能够筛选和故障相关的系统总线上各个相关参数。

（5）支持通过DLC 取电和连接电脑上位机读取数据时采用外接稳压电源取电两种模式。

（6）支持针对不同供应商的诊断硬件和软件的配置。

（7）支持诊断硬件中固件软件的更新，如Bootloader刷新。

（8）低成本、尺寸小、重量轻。

图1 数据捕捉记录仪系统的组成

2 数据捕捉记录仪系统的软件设计方案

2.1 数据捕捉记录仪软件结构化设计

综合考虑系统需求，数据捕捉记录仪的软件按图3 所示的架构编写。整个下位机软件可分为两个部分：第一部分为数据捕捉记录仪与车辆ECU 的通讯部分，以及通过SD 卡对数据完成记录，并可通过上位机电脑读取记录数据；第二部分为下位机Bootloader，用于完成对数据捕捉记录仪软件的更新。

数据捕捉记录仪的通讯部分运行在一个实时环境的操作系统中。数据捕捉记录仪通过USB 相关驱动完成与上位机电脑的通讯，通过CAN、K Line、J1850 相关驱动完成与车辆的通讯。交互到的数据经过滤器筛选后均存放在SD 存储卡中，可由上位机电脑服务程序负责调用。同时数据捕捉记录仪上带有开关和LED 指示灯，可对记录仪进行简单的操作，或通过LED 观察记录仪的运行情况。

2.2 数据捕捉记录仪通讯软件设计

要使用CAN 模块，必须先对CAN 模块进行初始化。在初始化模式中，正在进行的任何发送或接收都会立即停止，与CAN 总线的同步丢失，并可能会违反CAN 协议。为防止CAN 总线系统出现严重的后果，在进入初始化模式时，用户必须保证CAN 不在工作状态。若CAN 模块已经在工作，则用户需确认CAN 的传送队列为空，并首先让CAN 进入睡眠模式。否则，中止正在发送的报文可能导致错误情况，并影响到其它的CAN 总线节点[2]。

2.3 上位机软件设计与应用

因为总线上无时无刻都在传输着大量的数据和消息，因而需要利用上位机软件配置数据捕捉记录仪，使之记录和故障相关的数据。主要配置参数有：总线类型，传输速率，DLC PIN 脚，ECU，CAN ID，等等；同时，也可配置设定诊断消息，使记录仪定时发送诊断命令，读取车辆参数数据。配置时，数据捕捉记录仪和上位机之间采用USB 连接，通过串口数据命令对记录仪硬件做基本配置，做到能够筛选和故障相关的系统总线上各个相关参数。

3 总结

汽车故障诊断是综合性、智能化很高的一门技术，开发一个合适、完善和高效的汽车间歇性故障数据捕捉记录仪系统又是一项高难度、复杂的工作。[3]本课题根据现代汽车故障中汽车间歇性故障诊断研究发展方向，结合相关常用汽车故障诊断国际标准协议，分析了故障诊断相关总线通讯协议，设计了具有造价低廉、可靠性高、携带方便、易于操作、功能易于拓展的汽车间歇性故障数据捕捉记录仪。