基于台架试验的整车与台架数据同步采集方法

管玉坤　黄寅　韦景怀　张海定

摘 要：为解决台架试验数据与整车数据同步采集的问题，通过AVL PUMA系统自带的DBC编辑软件，以台架测量数据为基础创建DBC文件，以CAN通讯的方式将数据传输给INCA软件，并用台架试验验证该DBC在CAN网络解析的有效性。这样INCA能同时采集整车与台架数据，提高试验数据的分析能力。利用INCA的触发器功能实现自动采集，提高数据采集的工作效率。

关键词：同步采集 DBC CAN网络 自动采集

1 引言

动力总成台架主要开展整车动力总成系统的开发测试，主要分为三电机台架、五电机台架等，可进行前驱、后驱及四驱等不同驱动方式的试验，以及MT、AT、CVT、DHT等不同类型总成的试验。在试验的过程中，往往需要实时监控及采集多种数据，用于了解动力总成系统的运行情况，同时用来分析试验是否依照正确的工况运行、试验运行前后性能是否有变化、软硬件系统是否存在问题等。需要测量和采集的数据类型多样，如直观体现动力总成系统运转状态的扭矩、转速、温度、压力，或查看总成是否存在故障的状态信息，如发动机失火信号等。目前动力总成台架试验需要采集的数据类型通常可概括为两种，第一种是台架数据：可以由台架PUMA系统自身的Recorder程序模块进行采集；第二种是整车数据：可以由支持XCP、CCP协议的INCA软件采集。若这两种不同类型的数据分别用不同的采集方式进行采集，由于采集时机不同，会造成数据采集不同步，十分不便于数据汇总及分析。因此在实际测量过程中需要将两者的记录特点结合起来，设计出两种数据能够同步进行采集的方法，才能更好的满足试验需求。

2 数据采集的方式

2.1 Recorder模块采集

台架数据一般都能通过PUMA自身的测量设备（如扭矩法兰、温度传感器等）进行测量，再由Recorder程序模块采集；此种采集方式优点在于Recorder程序模块属于PUMA系统自带，采集台架数据较为方便。如在台架试验中，测功机转速及扭矩是设备系统的编码器、扭矩法兰采集，外接的冷却液温度、压力也由传感器采集，通过台架数据采集箱将数据传给PUMA系统，这些由传感器直接测量的数据属于台架数据，台架数据由PUMA系统[1]采集，并可以由Recorder直接记录；对于ECU、TCU、MCU等控制器的数据，PUMA系统自身的测量设备无法直接测量，采集这些参数需要先将其一一映射至PUMA系统中的变量，才能被Recorder记录，需要记录的整车参数过多时，十分繁琐，容易出错且工作量大，无法满足试验要求；同时使用Recorder记录时，需要调用“Recorder Start”启动记录，调用“Recorder Stop”结束记录之后才能完整的记录一段数据，若中途因故障中断测试，测试程序没有走到“Recorder Stop”，且操作者忘记手动保存数据时，该段数据就会丢失，仅会保存停机前几秒的数据，有时无法有效通过数据分析故障产生原因。

2.2 INCA软件采集

整车数据一般由INCA软件进行采集，INCA软件支持XCP、CCP协议[2]，能够采集ECU、TCU、MCU等控制器的数据，根据控制器内的相关数据，还可以监控发动机、电机等部件的状态，及时发现运行中问题；其次，INCA软件可以设置触发器，通过台架变量与INCA软件中的变量进行映射，将映射后的变量的不同取值作为INCA启动、终止数据记录的触发条件，以此建立台架试验和INCA记录数据之间的联系；同时INCA采集数据的方式是实时的，不会因故障停机而丢失数据，是一种较为稳定可靠的数据采集方式。但对于台架上由传感器采集的一些数据，如测功机转速、扭矩，冷却液的温度及压力等，不能够直接采集，需要台架采集的数据通过相关配置后再转成INCA记录。对于台架试验的数据采集来说，台架数据和整车数据的同步采集对于数据分析来说至关重要，因此需要设计一种数据采集方法，能将两种数据类型同步采集，才能满足数据采集的要求。

3 数据同步采集方案设计

3.1 方案分析

用同一个采集软件将整车数据和台架数据同步采集的话，便于数据采集后的管理和分析，因此新的采集方案最好能够用同一个设备软件采集两者数据。通常情况下整车数据由INCA软件采集，而台架数据由PUMA系统中的Recorder程序模块采集，若用Recorder同时采集整车及台架数据，可以通过INCA采集整车数据后，再由INCA与PUMA建立通讯，将整车数据传输至PUMA。因为PUMA和INCA都支持ASAP3通讯[3]，及PUMA可以通过以太网口和INCA进行ASAP3通讯，这样PUMA就能以INCA作为中介采集整车数据了。但该通讯的采样频率较低，并且PUMA与INCA建立通讯时，需要对采集的数据进行变量配置，若采集的数据量大，则需要耗费大量时间，且极易出错。相对而言，台架数据的采集量比整车数据要少很多，相应的变量配置的工作量要比整车数据少很多，而PUMA与INCA都能支持CAN通讯，可将台架数据配置后通过CAN通讯发送给INCA，用INCA同时采集台架数据和整车数据，INCA采集数据的采样频率较高，满足测量要求。

3.2 工作原理

如图1所示，PUMA系统中的采集箱会通过传感器采集布置在发动机、电机上测点的温度或者压力信号，这些传感器信号会通过采集箱上的FEM模块转化为模拟量、数字量信号并通过IEEE1394总线通信将数据传输给PUMA系统[4]。另外基于2.0版本PUMA系统的DBC编辑工具，以CAN网络协议创建为一个dbc格式的文件，在dbc文件中创建一组变量，将台架采集到的数据和dbc中创建好的变量一一映射，再以此dbc文件作为媒介，通过CAN通讯将采集到的台架数据发送至INCA[5]，另一方面INCA软件通过XCP通信采集整车数据，当台架试验开始运行时，就可以实现对两者数据同步采集了。

4 INCA采集台架数据

4.1 DBC文件编辑

要通过CAN通信将台架数据传输给INCA，需要制作基于CAN协议的DBC文件。如图2所示，该DBC编辑软件主窗口左边树状栏为结构信息，依次为Nodes节点、Messages报文和Signals信号。窗口右边为信号的属性信息，对需要传输的数据建立相对应的信号名并设置属性；字节顺序、数据类型、起始位、信号长度、因子、偏移量、最大最小值、单位。将建好的信号添加到对应的报文中， 每个报文可存放8个字节，在导入中将信号的起始位排列好，防止信号之间占用字节位置冲突。最后将报文添加到节点栏的发送报文中，并设好ID。

4.2 通讯配置

将编辑好的DBC文件导入台架PUMA系统，进行通讯配置。配置CAN发送节点、CAN卡编号、比特率。在模拟量发送栏下将台架变量名分别对应DBC文件的信号名，并配置变量的发送频率。用DB9接头通过双绞线与INCA的582硬件相连，并串联上120欧的终端电阻。将DBC文件导入INCA进行解析，最终在INCA试验环境界面显示台架传输的数据。

4.3 通讯测试

为了验证PUMA系统在CAN通讯传输数据给INCA方法下DBC协议解析的有效性，需要通过台架试验数据采集进行对比验证。首先将整车某一数据信号通过两条路径传输给INCA，一条为实车CAN网络直接传输给INCA，该CAN网络自带有整车报文信息，携带较多的报文数据，传输数据可靠准确，以此条路径为参考。另一条先通过整车报文传输给PUMA系统，再通过PUMA系统新编辑的DBC文件解析传输给INCA。将PUMA传输的数据与整车CAN网络的数据进行对比，若数据一致，说明编辑的DBC文件解析有效。如图3所示为INCA采集某试验的两种路径的发动机转速数据，红色曲线EngSpd为实车CAN网络采集的真实发动机转速，绿色曲线Engspd_Puma为通过PUMA系统CAN通讯传输给INCA的发动机转速。两者转速曲线重合，在光标1下两者转速均为4911.5rpm。将两者数据代入公式（1）。

（1）

式中：α为Engspd_Puma转速，β为EngSpd转速。

计算结果为0，说明通过PUMA系统传输给INCA的转速值和发动机转速真实值是一致的，证明所编辑的DBC文件协议解析有效。试验结果表明将台架数据通过CAN通讯传输给INCA是可行的。

5 自动采集

在台架耐久试验中，用INCA自动采集试验数据，能有效减少工作量，提高试验效率。这需要在INCA软件记录管理器编辑一个记录触发器，设置一个触发信号，并编辑触发条件，当该信号置1时，开始记录数据；当该信号置0时，停止记录数据。可选择台架变量作为触发信号，将作为触发信号的台架变量与INCA中作为触发信号的变量映射起来，在循环试验开始时置1记录数据，循环试验结束时置0停止记录，这样可精准的采集试验循环数据，减少其他时间不必要数据的采集，能对周期采集数据进行有效对比分析。如图4所示，在台架程序里设置变量作为触发信号，当试验开始时，将1赋值给触发信号，触发信号通过PUMA系统CAN通讯传输给INCA触发器中映射的变量，同理，试验结束也是如此。这样INCA就能根据触发条件去自动采集数据。

6 结论

（1）通过分析PUMA系统与INCA的通信功能、不同的采集特点，运用PUMA系统中DBC文件的的编辑功能，结合同步采集数据的需求提出一种INCA基于CAN通信及XCP通信分别采集台架数据与整车数据的同步采集方案。此项采集方案完美的实现了台架试验的数据采集的需求，实际使用后证明此方案简单有效，极大的方便了数据汇总和数据分析。

（2）通过台架试验，台架创建的DBC文件在CAN网络下采集的数据与整车DBC文件CAN网络采集的数据进行对比试验解析，两者结果一致，验证基于CAN通讯将台架数据传输INCA软件DBC文件解析有效性。接合PUMA系统与INCA触发器功能提出一种自动采集方案，有效减少工作量，提高试验效率。

（3）本文提出的数据采集方法在台架试验中具有重要的借鉴作用，可以在多种不同的试验类型中进行运用。

参考文献：

[1]路勇，代玉虎，刘磊，马允普. 基于AVL台架的变速器台架试验研究[J]. 传动技术，2016，30（04）：34-37.

[2]王孝峰，管明华，代振威. INCA与ECU通信故障的原因分析与解决方法[J]. 内燃机与配件，2020（10）：193-194.

[3]那天明. 基于ASAP3协议的变速器台架试验系统搭建[J]. 汽车零部件，2018（05）：6-10.

[4]胡云.对IEEE1394总线技术的研究[J]. 科学技术与工程，2007（03）：299-302.

[5]葛林，周文华，徐航. CAN通信网络在汽车中的应用研究[J].汽车技术，2000（11）：1-4.