CN101868767A - 用于数据的同步捕捉和同步回放的系统、控制器和方法 - Google Patents

用于数据的同步捕捉和同步回放的系统、控制器和方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种方法、测试系统和在测试车辆和车辆部件的测试系统中使用的微控制器(40)。在实验室环境下对于样本车辆采样并回放在试驾过程中由车辆中的有源部件生成的控制信号，并且与代表诸如试驾过程中经历的载荷、加速度和位移等条件和事件的数据同步地回放控制信号。微控制器(40)用来缓冲控制信号数据并且响应于触发信号来同步化经由样本测试车辆的CAN(60)总线回放控制信号。

Description

用于数据的同步捕捉和同步回放的系统、控制器和方法
技术领域
本发明提供了一种在数据的同步捕捉和同步回放中使用的装置和方法，诸如在测试环境下用于同步CAN消息或FlexRayTM消息与其他数据。
背景技术
在车辆中内置了越来越多的电子系统以提供诸如电子辅助转向(electrically assisted steering)、ABS和有源悬架(active suspension)部件等先进特征。这些系统彼此之间通过串行总线进行通信，诸如控制器局域网络(CAN)总线和当前更多使用的FlexRay系统总线。
汽车制造商通过重放数据，在利用具有特殊仪表的车辆进行轨迹试驾过程中测量，并且在复杂的软件和硬件控制下使用可对测试样本施加等效载荷和加速度的液压执行器，在实验室中对车辆和车辆部件(测试样本)执行可靠性测试。
过去，上述测试受到由于监视车辆行为和影响该行为的条件所生成的模拟信号的限制，诸如在车辆的各点下的载荷和加速度。这对于无需有源部件的传统测试样本而言是足够的。然而，现代车辆的行为还有赖于串行总线上的控制数据。例如，在试驾过程中，车载计算机可确定是否需要向驾驶员给出车辆接近牵引极限的反馈，或是车辆当中的传感器确定是否需要固定特定的压杆(strut)。控制信号经由CAN总线被发送以动态地控制相关车辆部件。
本发明的发明人已经意识到现有系统不能提供对于包括有源控制的车辆执行有效的测试，这是由于他们不能综合地考虑控制信号并且他们与车辆中的其他部件的相互作用造成的。
发明内容
本发明的发明人已经确定了若希望在实验室环境下有效地测试车辆和车辆部件则需要重放车辆在使用中所生成的有源控制信号的测试样本。例如，车辆可具有在车辆使用中调节悬架设置的有源驾驶控制。特别的，发明人还确定了这些有源控制信号必须与代表车辆在使用中由车辆部件所经历的条件(载荷、加速度和其他事件)的数据重放同步地被重放。
发明人确定了在车辆部件的性能和特性需要被测试的情形下，在车辆试驾过程中所经历的条件相关联的有源控制信号是重要的部分。通过传感器和现场测试的车辆中的控制系统输出上述控制信号和其他数据，由此可以采样控制信号并对其加以时间戳，并与代表上述现场测试所经历的每个条件的数据相互关联地保存。本发明实现了在测试环境下与相关联的所监视的条件数据同步地重放上述这些控制信号。这实现了在现场试验中经历的条件和实验室再现的条件之间的改善的相关性，由此实现了更加有效的实验室测试。
本发明的第一方面提供了一种测试样本车辆部件的方法，包括如下步骤：保存代表车辆所经历的条件和/或代表在车辆的试驾过程中车辆的部件的动作的第一数据；保存代表试驾过程中车辆的数据总线上的控制信号的第二数据；重放第一数据并且将第一数据应用到仿真接受测试的车辆的试驾的设备；重放第二数据并将第二数据应用到接受测试的车辆的数据总线；以及同步化第一和第二数据的重放。
本发明的一个实施例提供了一种测试样本车辆部件的方法，包括如下步骤：接收代表在车辆试驾过程中所记录的车辆控制总线信号的第一组数据输入和代表在车辆试驾过程中由车辆所经历的条件的第二组数据输入；以及对于测试样本装置同步地重放代表所监视的车辆控制总线信号的数据和代表每个相关联的条件的数据。
在本发明的一个实施例中，测试系统包括当对样本装置执行测试操作时仿真使用条件的装置。测试样本装置可包括例如测试系统中的车辆，其包括用来提供监视垂直、长度和水平载荷并监视刹车、导航和车轮内斜度运动的单元的综合车辆测试装备。同样的，测试样本装置可包括用于测试可靠性、噪声和振动的道路仿真系统中的车辆；或是测试样本装置可包括车辆子系统并且测试系统可以是轨迹和基于车轮的测试系统。从Instron结构测试系统GmbH和其他中可以知道并利用关于测试系统的各种示例。典型的已知系统尚不能提供传感器数据和控制信号的完全集成，特别的，尚不能提供实验室测试环境下的模拟测试数据和数字控制信号数据的同步重放。
在本发明的实施例中，通过捕捉并保存在试驾过程中由车辆中的传感器提供的模拟信号来监视条件和事件。对于车辆中的计算机系统输入模拟信号并随后使用而将其保存。同时，可通过采样控制信号总线上的数字信号实现对有源控制信号的监视，诸如车辆中的串行CAN总线或FlexRay系统总线。车辆中的传感器和控制设备可经由CAN总线发送CAN消息以控制执行器，每个执行器都能够对特定的车辆部件执行一组动作，并且上述这些CAN消息对于需要解析车辆的性能和特性的情形而言是非常重要的。根据本发明的车辆测试考虑代表经历的条件的监视数据和相关联的控制信号两者。对于测试系统重放两组相关联的数据并且将其与同步方式应用到测试样本，以便使得测试样本能够经历相同的一组条件和控制信号，并与试驾车辆的时序相同。
本发明的第二方面提供了一种用于车辆测试系统的控制器设备，以期望测试对于具有特定条件和相关联的控制总线信号的测试样本装置的组合效果。该控制器设备包括：至少一个缓冲存储器，在所述缓冲存储器中加载代表先前监视的数据总线控制信号的数据。该控制器设备响应触发信号，在测试系统的数据总线上初始化先前监视的数据总线控制信号的回放。上述对于测试系统控制总线的回放是与代表先前与控制总线信号同步化记录的、其他条件的数据的回放同步化的。高速链接实现了一组控制器时钟彼此之间是同步的，例如，用于初始化数字控制信号回放的数字化微控制器和用于初始化代表所经历的条件的数据的回放的独立控制器。
在一个实施例中，控制器设备可包括高性能微控制器，其包括一组缓冲器和内置的CAN接口、具有与保存有代表所监视的条件的第一数据处理系统的高速(例如，光纤)链接的现场可编程门阵列(FPGA)，所监视的条件诸如是载荷和位移、用于从在第二数据处理系统上运行的应用程序接收控制数据的连接(例如，以太网连接)。微处理器的CAN接口可包括用于量化和时间位移控制数据并且构造包含消息有效载荷的控制数据的CAN消息。随后延迟控制数据的回放直到触发事件发生，这实现了经由CAN总线的控制数据的回放与代表所监视的条件的相关联数据的回放是同步的。高速链接可被微控制器和第一数据处理系统两者使用以同步化两者之间的时钟，并且实现代表所监视的条件的数据的精确定时回放。
本发明的第三方面提供了一种测试系统，其包括：
测试装备，其包括用于承载测试样本装置的单元和用于将一组将物理条件(载荷、加速度和其他事件)应用到测试样本装置的一组执行器；
重放数据单元，其用于对该组执行器重放代表先前监视的物理条件的数据，以使执行器再现先前监视的条件；以及
控制器设备，其包括：至少一个缓冲存储器，在所述缓冲存储器中加载代表先前监视的数据总线控制信号的数据；初始化单元，用于响应触发信号，在测试系统的数据总线上初始化先前监视的数据总线控制信号的回放；以及同步化单元，用于同步化数据总线控制信号的回放和先前与数据总线信号同步捕捉的其他数据的回放。
附图说明
通过示例，参考所附的附图更加详细地说明本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明实施例的示出了涉及CAN消息的生成和数字数据和模拟数据的同步回放的部件的车辆测试环境的示意图；
图2是根据本发明实施例的图1中的车辆测试环境的示意图，其示出了涉及同步数据获取的部件；
图3是根据本发明实施例的同步化重放系统的示意图；
图4示出了根据本发明实施例的CAN同步化重放引擎；
图5是根据本发明实施例的同步化获取系统的示意图；以及
图6示出了根据本发明实施例的CAN同步化获取引擎当中执行的操作。
具体实施方式
已知的车辆测试方法使用装载有诸如载荷和加速度传感器等各种数据捕捉设备的测试车辆。这些传感器连接至测试车辆当中的计算机以捕捉代表在试驾过程中经历的载荷、位移和其他条件的数据。随后将该捕捉到的数据加载到计算机系统上，数据典型地被保存在车辆的板上计算机系统存储器并且随后被传送到用于回放的测试环境控制系统。
一种合适的控制系统是可控制大量独立的执行器(actuator)的InstronStructural Testing Systems GmbH的LabtronicTM8800多轴数字控制器。这种控制系统10是与图1所示的车辆测试系统一体的，并且适用于在实验室中对于测试系统回放在早先的试驾过程中对测试车辆之前捕捉到的代表载荷和位移(displacement)的数据。重放的数据可控制测试装备(rig)20中的一组执行器，以便在测试系统中再现试驾过程中被监视的载荷、位移和其他条件。通过再现，在实验室配置下，可实现实际的监视条件，以及更好地对于测试样本车辆或车辆子系统进行测试。
Labtronic8800控制器连接到运行用于控制测试环境的软件的个人计算机30，上述软件诸如Instron的RS LabsiteTM软件。这些部件相互协作以提供对于使用代表所监视的载荷和位移的模拟信号进行测试的实验室所需的特征。
然而，已知的车辆测试系统之前尚不能提供对于由包括车载计算机系统的有源控制部件响应于传感器和车辆中被监视的部件动态地生成的控制数据的优化集成。这样的控制数据通常是通过经由CAN总线在车辆中的传感器、执行器和控制设备之间传送的控制器局域网络(CAN)消息实现的。忽视由上述有源部件生成的控制数据会导致不能再现由现代试驾车辆所经历的情形，以至于测试结果变得无效并可能导致对测试车辆的毁损，并且该测试车辆不能代表试驾过程中所经历的条件的真实效果。
控制器局域网络(CAN)符合串行总线标准，是在上世纪八十年代最初研发的、用于连接车辆电子部件的网络，并且已经用来连接车辆中的诸如传感器、执行器和控制器以及其他自动系统等设备。CAN总线可连接引擎控制单元和车辆的传输线，或是连接空调系统和温度计和湿度监视器。各种不同的部件(CAN的‘节点’)经由串行总线发送并接收CAN消息。诸如传感器、执行器或控制设备的各个节点需要可解析所接收到的消息的主处理器和包括与时钟同步的硬件控制器的CAN控制器。CAN控制器保存来自总线的所接收到的比特直到主处理器可以使用整个消息进行处理(例如，在CAN控制器触发中断之后)，并且主处理器将它所发送的消息保存在CAN控制器当中以便在总线上串行发送。
为了提供对于车辆、其他部件和系统的改进测试，本发明提供了代表由试驾车辆所经历的条件和事件的控制信号及其相关数据的同步回放的解决方案，以确保实验室中的测试样本装置接收到可准确地代表在试驾或其他现场试验中捕捉到的同步化输入。
根据本发明实施例的技术方案包括实现CAN信号可以被以模拟信号相同的方式被处理的新部件，这里称为CANStaq产品。CANStaq控制器40是具有内置的CAN接口、和传统的数字控制器10(诸如Labtronic8800控制器)高速光纤链接的现场可编程门阵列(FPGA)、以及和正在运行RS Labsite应用软件的个人计算机30连接的以太网连接的高性能微控制器。在图1和图2中示出了根据本发明实施例的CANStaq控制器40的主要部件和测试系统的其他元件。在图3中示出了重放系统的更多细节，而在图4中示出了CANStaq控制器的细节。在图5和图6中示出了CAN同步化获取。
可与现有的模拟信号同步地，在测试样本装置中对于部件重放在试驾过程中由车辆中的有源部件所生成的CAN信号。在不具备上述同步时，电子部件容差中的微小差异会导致，当重放两组数据时，简化的控制信号和模拟信号之间会出现相位漂移。例如，使用这里所描述的同步化方法，可在载荷施加到悬架的同时在CAN总线上设定悬架刚度。在不具备上述同步时，以不正确的刚度施加载荷，这将会导致不正确的测试结果和可能出现的样本毁损。
使用在以太网链接上可访问的命令接口来定义诸如测试极限值和动作、控制回路增益等重放系统参数，并且在测试控制计算机30中保存这些参数。具有高速链接的上述重放系统实现了大量重放数据可被周期性地传送到CANStaq控制器。
当重放会话(session)需要时，系统准备好，通过组合回放缓冲器的动态信号和默认的CAN消息缓冲器中定义的静态信号来定义如何将回放数据转换成CAN消息。可使用命令接口来作出上述这些设定。
经由以太网连接将回放数据预先加载到CANStaq微控制器40的缓冲器50当中。回放信号缓冲器中的每一个都包含以标准化形式通过以太网接口发送200到CANStaq控制器的一个或多个回放轨迹。在这个阶段，尚未将轨迹分配给特定的CAN消息。CANStaq随后在CAN总线60上开始发送数据之前等待触发210。消息构造器70负责接收标准化信号，量化并且封装220量化后的信号成CANStaq用户定义的规则所指定的CAN消息比特位置。在这个实施例中，用户特定的CAN数据库用来指定如何将回放信号转换230成一个或多个CAN消息的序列。使用用来指定各信号的消息ID、起始比特、比特长度和量化因子的以太网接口，利用格式化CAN消息80所需的信息预先配置消息构造器。由于上述这些回放信号在每次样本时刻(tick)都是变化的，因此他们是动态的。消息构造器还允许静态信号90追加到CAN消息，该静态信号具有不随样本时刻而变化的固定的比特图案。使用以太网接口指定上述这些静态值。
CAN信号和Labtronic8800模拟信号的同步回放对于发送同步化信息100至CAN回放设备是必要的，在各个设备上实现数据在相同的时刻及时被放映。CAN回放设备通过光纤通信环路连接到Labtronic8800控制器。环路中的各节点都具有独立的时钟振荡器，因此节点会在时间上出现同步漂移。为了避免这样的漂移，高度串行数据标记有标签以指示何时发生8800样本。使用锁相回路和延迟补偿在各节点恢复上述信息以在各设备上提供同时的样本时刻。样本时钟240是与准确标记固定频率的时间的触发信号相同方式通信的、系统级硬件信号，典型地生成为5kHz频率。CAN回放系统可被设定为在低于上述值的速率下操作。样本时刻会参考子样本的值。
一旦CAN消息110已经被指定，系统准备好开始发送触发信号。这确保了在重放开始之前完成所有的设定。触发信号经由不同的硬件子系统之间的硬件链接、所实现的有线连接、光纤链接或另一相似的通信机制发送。上述链接优选地是光纤环。Labtronic8800控制器10是主子系统，其响应来自应用计算机30的命令初始化触发，随后又使用硬件链接同时向其他的子系统广播。当接收到触发时，子系统中的每一个(具有重发缓冲器和重放引擎的CANStaq控制器、用于回放代表经历的条件的另一控制器)开始重放每一样本时钟时刻的数据。当样本时钟时刻发生时，消息构造器70依次从各个回放缓冲器接收下一个值，并且使用预先配置的信息，将信号量化并偏移至对于CAN消息而言它的正确的位置和大小。在当前的实施例中，从回放缓冲器中获得数据矢量，将回放缓冲器速率过滤并重新采样220至样本时钟速率。各个矢量包含几个标准化的CAN信号。各个CAN信号以预先指定的速率发出到CAN总线上。如果达到发送时间，则相乘各个信号并比特移位至CAN消息有效载荷(由用户的CAN数据库定义)中它正确的位置。组合后的信号形成了CAN消息80。利用来自默认的消息缓冲器90的数据可完成来自重放缓冲器的动态信号无法完全指定的任何消息。默认的消息缓冲器可在任意的时刻被改变，以实现信号独立于重放缓冲器而被改变。
完成的消息110被传送到CAN调度器120，其基于CAN消息ID以优先级顺序缓冲270完成的消息。在CAN发送完成中断的控制下将消息发出到CAN接口直到缓冲器为空。
如上所述，可将一部分消息定义为在每个样本时钟时刻都变化的动态信号，而将其他部分的消息定义为逐个样本而言都是相同的静态信号。可将静态部分定义为与命令接口是异步的，例如，‘点火’是不经常变化的静态信号。在此时可对各CAN消息可选地施加260用户指定的算法130，例如，对消息追加额外的安全信息，诸如数据完整性核对。这可以是基于逐个消息地作出。随后将消息追加到队列140以发送到CAN总线硬件。消息构造器70随后处理下一个CAN消息ID。消息构造器以优先级顺序处理各个CAN消息ID。
还可以每个样本时刻发送相同值的静态值来完全地指定CAN消息(这通常对于CAN设备显示总线仍正确地工作而言是必须的)。用户指定的算法130可应用于上述消息。
CAN消息发送280开始于接收到样本时刻(经过了处理延迟之后)，首先是发送最高优先级的CAN消息。通过专属的CAN控制器硬件将上述消息发送到CAN总线上。还可进一步构造其他的CAN消息，并且排队等待第一消息发送的完成(由处理器中断指示)。随后将下一个最高优先级消息发送到CAN总线。重复执行直到发送了所有的消息。对于每个时钟时刻都重复执行上述顺序。
CANStaq微控制器40由此以多用途方式使用光纤链接。首先，它连续地重复同步化CANStaq微控制器时钟和Labtronic8800控制器时钟。这种同步化减轻了上述问题，即电子部件容差的小差异会导致CANStaq微控制器的回放数据缓慢地与剩余的系统出现相位漂移。其次，它提供了与Labtronic8800控制器开始回放的时刻完全相同的时刻开始回放的方法。CANStaq还能够与Labtronic8800控制器同步地停止回放。对于CAN信号，在开始和停止相位，用户可配置哪一些信号被减弱而哪一些不被减弱。
CANStaq微控制器还具有与Labtronic8800控制器的数据获取同步地从CAN总线获取数据的能力。用于获取的CAN信号以上述重放的相似方式被设定，如图2、图5和图6所示。
对于内部缓冲的CAN消息连续地监视CAN总线。可将监视速率设定为主采样速率的函数。当接口硬件接收到CAN消息时，生成300中断并读取和过滤310消息。如果消息包含在预定的配置中，则将其保存在本地缓冲器当中，对于每个CAN消息ID都保存一个，否则就丢弃掉。
以采样速率，即当发生采样时钟时刻时，核对配置列表中的各消息以查看自最后的时钟时刻开始是否已经接收到新的消息。如果已经接收到，则CANStaq40的消息分割器160基于从用户CAN数据库获得的、预定的消息配置并使用消息配置来将消息分割320成他们的分量信号。这是与消息构造器的操作方向相反但是两者相似。基于从用户的CAN数据库获得的数据，通过掩模(mask)、比特移位并量化以产生标准化的信号。
随后将标准化的信号复制到获取缓冲器当中以备通过以太网连接传送350至运行RS Labsite软件应用程序的计算机。当收集到设定数量的矢量时才执行上述传送。仅缓冲那些具有任意特定消息ID的最近的消息，从而如果在下一个采样周期之前接收到具有相同ID的多于一个的消息，仅保存这些接收到的消息中最近的。标准化的信号可随后访问诸如数据日志360等其他系统部件和允许响应接收到的CAN消息执行动作的其他部件，例如作为答复发出CAN消息。
还提供了当接收到特定的CAN信号时使得应用计算机被通知的特征。可在应用计算机上执行CAN消息并将其发送到直接在CAN总线调度的系统。这提供了允许用户执行复杂的可编程逻辑控制(PLC)应用程序的握手机制。尽管公知有在汽车测试中使用以实现PLC启动序列的测试装备，但是之前很难做到在实验室环境下设置测试车辆的板上计算机。通过诸如CAN总线上的控制信号等通信数据，现在可以对于放置在实验室的测试装备上的测试样本车辆仿真诸如点火键启动序列等操作，或是仿真用户开启“运动模式”。通过初始化和操作的回放模式过程中CAN总线上的通信状态信息，可方便地和准确地再现诸如试驾等实际现场试验过程中所经历的条件和事件，并且在实验室设定下，与代表试驾过程中经历的载荷和位移等条件和事件的数据同步地对于测试样本车辆回放在试驾车辆中生成的控制信号。
CANStaq微控制器还具有触发事件的能力，诸如响应于特定的CAN信号条件，对Labtronic8800控制器的动态阻尼下降。例如，这可以用来当CAN信号超过特定限度(bound)时将系统返回到停车位置。

Claims (10)

1.一种测试样本车辆部件的方法，包括如下步骤：
保存代表车辆所经历的条件和/或代表在车辆的试驾过程中车辆的部件的动作的第一数据；
保存代表试驾过程中车辆的数据总线上的控制信号的第二数据；
重放第一数据并且将第一数据应用到设备上以仿真接受测试的车辆的试驾；
重放第二数据并且将第二数据应用到接受测试的车辆的数据总线；以及
对第一和第二数据的重放进行同步。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
缓冲代表所监视的控制信号的数据，所述控制信号是与各个所监视的条件或部件动作相关联的；
由缓冲后的数据生成数据总线信号，并且保存所生成的数据总线信号以等待触发信号；
响应于与回放到测试系统的代表所监视的条件或部件动作的数据相关联的触发信号，与代表相关联的条件或部件动作的数据的回放同步地初始化回放到测试系统的所生成的数据总线信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述触发信号包括经由高速通信机制从测试控制的应用程序向用于执行所生成的数据总线信号的重放的控制器发送的中断信号，所述中断信号经由高速通信机制被同时发送到保持有代表条件或部件动作的数据的数据处理系统，以触发所述代表各个相关联的条件或部件动作的数据的同步重放。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，
所述高速通信机制包括光纤链路。
5.根据权利要求3或4所述的方法，进一步包括：
重复地将控制器的时钟和保持有代表条件或部件动作的数据的数据处理系统的时钟重新同步。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，
代表所监视的数据总线信号的数据的重放包括在样本车辆装置的CAN总线上发送CAN消息。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，
生成数据总线信号的步骤包括：将在同一时钟周期采样的、代表所监视的数据总线信号的输入数据组合成单个CAN消息。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，
保存所生成的数据总线信号的步骤进一步包括：对CAN消息进行调度并区分优先级。
9.一种用于车辆测试系统的控制器设备，其包括：
至少一个缓冲存储器，在所述缓冲存储器中能加载代表先前所监视的数据总线控制信号的数据；
初始化装置，用于响应触发信号，在测试系统的数据总线上初始化先前所监视的数据总线控制信号的回放；以及
同步装置，用于将数据总线控制信号的回放和先前与数据总线信号同步监视的其他数据的回放同步。
10.一种车辆测试系统，其包括：
测试装备，其包括用于承载测试样本装置的装置和用于将一组物理条件应用到测试样本装置的一组执行器；
重放数据装置，其用于对该组执行器重放代表先前所监视的物理条件的数据，以使执行器再现先前所监视的条件；以及
控制器设备，其包括：
至少一个缓冲存储器，在所述缓冲存储器中能加载代表先前所监视的数据总线控制信号的数据；
初始化装置，用于响应触发信号，在测试系统的数据总线上初始化先前所监视的数据总线控制信号的回放；以及
同步装置，用于将数据总线控制信号的回放和先前与数据总线信号同步捕捉的其他数据的回放同步。
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