CN108982121B - 一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，包括总线单元、传感器单元、中央处理器、上位机和车载诊断仪。所述总线单元包括LIN总线，CAN总线和MOST总线，通过总线接口连接至所述中央处理器，所述传感器单元通过传感器接口连接至所述中央处理器，所述车载诊断仪通过OBD接口连接至所述中央处理器，所述中央控制器连接至所述上位机。本发明用于实现不同传输速率的总线之间信息融合，实现多种传感器采集的信息融合，实现总线信息和传感器单元的信息融合，在上位机观察多通道信息融合后的汽车信号状态，进行汽车性能分析，进行总线协议解析。

Description

一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统

技术领域

本发明属于汽车数据采集分析领域，尤其是涉及一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统。

背景技术

随着先进车型的不断推出，各个汽车企业纷纷开展车辆对标分析研究，分析竞品车辆的性能及关键技术，从而提高自己的企业竞争力。车辆对标分析过程需要监控汽车关键参数的变化，分析其关键性能技术。当前车辆为实现汽车内部各个电子控制系统之间的数据共享和快速传输采用了大量的车载网络技术，车上基本所有信号都已被接入总线系统，有许多开关以及模拟信号需要通过外接传感器来进行检测。车辆上不同控制系统对信息传输的要求也不尽相同，因此针对不同的控制系统采用不同的总线技术，不同总线系统传输速率相差较大，无法实现数据同步采集。当前数据采集设备大多都只能采集一种系统的信息，只能用于特定的性能分析，可扩展性差，不利于综合性能分析，将总线信息和传感器信息融合并同步有利于对标车辆性能分析研究。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，以实现不同传输速率的总线之间信息融合，实现多种传感器采集的信息融合，实现总线信息和传感器单元的信息融合，在上位机观察多通道信息融合后的汽车信号状态，进行汽车性能分析，进行总线协议解析。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，包括总线单元、传感器单元、中央处理器、上位机和车载诊断仪，所述中央处理器包括总线接口、传感器接口、OBD接口、总线数据处理模块、传感器数据处理模块和数据同步处理模块；

总线单元通过总线接口连接至中央处理器，传感器单元通过传感器接口连接至中央处理器，车载诊断仪通过OBD接口连接至中央处理器，中央处理器通过数据同步处理模块连接上位机；

传感器接口通过传感器数据处理模块连接数据同步处理模块，总线接口通过总线数据处理模块连接数据同步处理模块；

所述上位机包括总线协议解析模块、信号显示模块和总线协议配置模块；

其中，

总线数据处理模块用于实现低速网络与高速网络的信息共享和数据交互；

传感器数据处理模块用于将传感器采集信号进行取样、量化、编码处理，将模拟信号转变为数字信号；

数据同步处理模块用于将经过处理后的总线数据和传感器数据完成时间配准，使其数据同步。

进一步的，所述总线单元包括LIN总线，CAN总线和MOST总线。

进一步的，所述LIN总线连接汽车防盗系统、自适应前照灯、外后视镜、中控门锁、电动天窗、空调系统的鼓风机和加热器控制。

进一步的，所述CAN总线包括低速CAN总线和高速CAN总线，低速CAN总线连接车身控制单元、组合仪表单元、空调控制系统、雨刷控制系统、车门控制系统和灯光控制系统；高速CAN总线连接CAN总线诊断单元、发动机控制单元、电机控制单元、整车控制器、电池控制单元、自动变速器控制单元，防抱死控制系统，驱动防滑系统，巡航控制系统。

进一步的，所述MOST总线连接汽车音响、汽车视频导航、车载电话、车载电视等车载影音娱乐系统。

进一步的，所述传感器单元包括位置传感器、温度传感器、流量传感器、压力传感器、气体浓度传感器、速度与减速度传感器和其它类型传感器，用来分析油门踏板、机舱温度、冷却系统、制动系统、车身系统等性能。

进一步的，所述数据同步处理模块中，时间同步处理方法具体包括如下步骤：

(1)选择时间配准频率f_t，如公式(1)和公式(2)所示，取总线频率和所有传感器采样频率的加权平均值作为配准频率

其中f_t为最终的时间配准频率，f_i＝(i＝1,2,...,N)为总线和各个传感器采样频率，权值a_i＝(i＝1,2,...,N)由总线和传感器采样精度P_i＝(i＝1,2,...,N)确定；

(2)使用内插、外推法进行时间配准，由步骤1确定的采样频率确定采样时刻，将总线数据和传感器量测值使用内插、外推法将时间配准到同步采样时刻。

本发明还提出一种利用上述信息融合系统进行总线协议解析的方法，具体包括如下步骤：

(1)确定要解析的信号A：将车载诊断仪一端连接到车辆OBD口，一端通过OBD接口连接至中央处理器，在数据同步处理模块将所有数据同步后发送至上位机，利用上位机向诊断仪发送信号A的诊断信号请求，总线会将信号A和包含信号A的报文信息反馈给诊断仪；

(2)确定信号对应的ID和可能有效数据位：总线数据和诊断仪获得的总线反馈的信号A的数据传入上位机，在上位机解析模块同步实时显示，通过驾驶员的不同操作改变信号A的值，将报文信息和诊断仪反馈的信号A的值的变化进行对比，不断筛选判断并最终锁定此信号对应的报文信息，包括报文标识符、报文长度、报文数据位等信息；

(3)确定数据有效位；诊断仪将反馈报文信息传到上位机显示，将信号A对应的诊断仪接收的反馈报文ID中的有效位与在b步骤中确定的信号A的ID中可能的数据位放在同一图表中，若变化趋势相同，则初步判定出信号A对应的总线中的报文ID和有效数据位；

(4)确定编码规则：改变信号A的值，利用信号A在不同时刻的接收值和步骤c中得到的总线数据有效位的接收值转化的十进制数值进行计算，确认信号A的系数和偏移量，具体计算公式如下：

y＝kx+b 公式(3)

公式(3)为信号A对应的编码规则，y为信号A的实际值，x为步骤3中报文接收值转化的十进制数值，带入不同时刻(y，x)数值，带入计算公式(35)计算得到信号A的系数k和偏移量b；

(5)信号总线协议验证：利用上述步骤中得到的信号A对应的报文格式、报文标识符规则、报文数据长度、报文数据有效位及编码规则，在总线协议配置界面进行信号A协议配置，得到总线中信号A的实时变化曲线，将此曲线与车载诊断仪上的信号A变化曲线进行对比，若变化趋势一致，则证明判断正确；若不正确，则重复步骤2-5，直到正确为止。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明将不同传输速率的总线实现信息融合，实现车载网络系统内数据的同步性。

(2)本发明通过多种传感器采集不易于从总线中获得的一些信号，并通过中央处理器对采集的信号进行标定。

(3)本发明将总线系统中的信息和传感器检测得到的信号信息实现同步，通过中央控制器对数据进行集中监控和处理。

(4)本发明中的上位机对中央处理器同步后的信息进行分类、分析、运算、存储、显示等操作，监控从多通道获取的融合后时间轴同步的汽车信号，进行汽车性能分析。

(5)本发明可以完成总线协议解析。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的同一时间片内传感器a和b的不同时刻量测值分布图示意图；

图3为本发明实施例所述的上位机信号显示界面图；

图4为本发明实施例所述的总线解析流程图。

附图标记说明：

1-总线单元；2-传感器单元；3-中央处理器；4-上位机；5-总线接口；6-传感器接口；7-总线数据处理模块；8-传感器数据处理模块；9-OBD接口；10-车载诊断仪；11-数据同步处理模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，包括总线单元1、传感器单元2、中央处理器3、上位机4和车载诊断仪10组成。所述总线单元1包括LIN总线，CAN总线和MOST总线，通过总线接口5连接至所述中央处理器3，所述传感器单元2通过传感器接口6连接至所述中央处理器3，所述车载诊断仪10通过OBD接口9连接至所述中央处理器3，所述中央控制器3连接至所述上位机4。

所述LIN总线连接汽车防盗系统、自适应前照灯、外后视镜、中控门锁、电动天窗、空调系统的鼓风机和加热器控制等。

所述CAN总线包括低速CAN总线和高速CAN总线，低速CAN总线连接车身控制单元、组合仪表单元、空调控制系统、雨刷控制系统、车门控制系统和灯光控制系统等；高速CAN总线连接CAN总线诊断单元、发动机控制单元、电机控制单元、整车控制器、电池控制单元、自动变速器控制单元，防抱死控制系统，驱动防滑系统，巡航控制系统等。

所述MOST总线连接汽车音响、汽车视频导航、车载电话、车载电视等车载影音娱乐系统。

所述传感器单元2包括位置传感器、温度传感器、流量传感器、压力传感器、气体浓度传感器、速度与减速度传感器和其它类型传感器，用来分析油门踏板、机舱温度、冷却系统、制动系统、车身系统等性能。

所述中央控制器3装载有总线接口5、传感器接口6和OBD接口9，并包括总线数据处理模块7、传感器数据处理模块8和数据同步处理模块11。

总线数据通过所述中央控制器3上的总线接口5连接至所述中央处理器3，通过总线数据处理模块7实现低速网络与高速网络的信息共享和数据交互。

传感器单元2通过传感器接口6连接至所述中央处理器3，所述传感器数据处理模块8将传感器采集信号进行取样、量化、编码等处理，将模拟信号转变为数字信号。

数据同步处理模块11将经过处理后的总线数据和传感器数据完成时间配准，使其数据同步。其中，时间同步的处理方法如下：

a.选择时间配准频率f_t。如公式(2)和公式(3)所示，取总线频率和所有传感器采样频率的加权平均值作为配准频率。

其中f_t为最终的时间配准频率，f_i＝(i＝1,2,...,N)为总线和各个传感器采样频率，权值a_i＝(i＝1,2,...,N)由总线和传感器采样精度P_i＝(i＝1,2,...,N)确定。

b.使用内插、外推法进行时间配准。由步骤a确定的采样频率确定采样时刻，将总线数据和传感器量测值使用内插、外推法将时间配准到同步采样时刻。如图2所示，同一时间片内传感器a和b的不同时刻量测值分布图，若传感器a的采样精度小于同步后的采样精度，同步后在k₁时刻获取总线数据和传感器a量测值，传感器a在k₂时刻获得的量测值记为x₂，传感器a在k₃时刻获得的量测值为x₃，且时刻存在k₂＜k₁＜k₃的关系。利用传感器a获得的量测值和进行插值处理，

可以得到k₁时刻传感器a的量测值x，这一过程可以近似的看作是线性的，如公式(3)所示：

所述中央控制器3将汇总同步后的信息传给所述上位机4，所述上位机4显示总线数据和传感器信号信息并解析总线数据。

所述上位机包括总线协议解析模块、信号显示模块和总线协议配置模块。

如图3所示，所述上位机4信号显示界面包括总线数据显示模块12、传感器信号显示模块13和汽车故障信号显示模块14。

具体的，如图4所示，利用所述系统进行信号总线协议解析的方法步骤如下：

a.确定要解析的信号A，将车载诊断仪一端连接到车辆OBD口，一端通过OBD接口连接至中央处理器，在数据同步处理模块将所有数据同步后发送至上位机，利用上位机向诊断仪发送信号A的诊断信号请求，总线会将信号A和包含信号A的报文信息反馈给诊断仪。

b.确定信号对应的ID和可能有效数据位。总线数据和诊断仪获得的总线反馈的信号A的数据传入上位机，在上位机解析模块同步实时显示，通过驾驶员的不同操作改变信号A的值，将报文信息和诊断仪反馈的信号A的值的变化进行对比，不断筛选判断并最终锁定此信号对应的报文信息，包括报文标识符(ID)、报文长度、报文数据位等信息。

c.确定数据有效位。诊断仪将反馈报文信息传到上位机显示，将信号A对应的诊断仪接收的反馈报文ID中的有效位与在b步骤中确定的信号A的ID中可能的数据位放在同一图表中，若变化趋势相同，则初步判定出信号A对应的总线中的报文ID和有效数据位。

d.确定编码规则。改变信号A的值，利用信号A在不同时刻的接收值和步骤c中得到的总线数据有效位的接收值转化的十进制数值进行计算，确认信号A的系数和偏移量，利用式4进行计算。

y＝kx+b (4)

公式(5)为信号A对应的编码规则，y为信号A的实际值，x为步骤c中报文接收值转化的十进制数值，带入不同时刻(y，x)数值，带入计算公式(4)计算得到信号A的系数k和偏移量b。

信号总线协议验证。利用上述步骤中得到的信号A对应的报文格式、报文标识符(ID)规则、报文数据长度、报文数据有效位及编码规则，

在总线协议配置界面进行信号A协议配置，得到总线中信号A的实时变化曲线，将此曲线与车载诊断仪上的信号A变化曲线进行对比，若变化趋势一致，则证明判断正确。若不正确，则重复步骤b-e，直到正确为止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，其特征在于：包括总线单元、传感器单元、中央处理器、上位机和车载诊断仪，所述中央处理器包括总线接口、传感器接口、OBD接口、总线数据处理模块、传感器数据处理模块和数据同步处理模块；

总线单元通过总线接口连接至中央处理器，传感器单元通过传感器接口连接至中央处理器，车载诊断仪通过OBD接口连接至中央处理器，中央处理器通过数据同步处理模块连接上位机；

传感器接口通过传感器数据处理模块连接数据同步处理模块，总线接口通过总线数据处理模块连接数据同步处理模块；

所述上位机包括总线协议解析模块、信号显示模块和总线协议配置模块；

其中，

总线数据处理模块用于实现低速网络与高速网络的信息共享和数据交互；

传感器数据处理模块用于将传感器采集信号进行取样、量化、编码处理，将模拟信号转变为数字信号；

数据同步处理模块用于将经过处理后的总线数据和传感器数据完成时间配准，使其数据同步；

所述数据同步处理模块中，时间同步处理方法具体包括如下步骤：

(1)选择时间配准频率f_t，如公式(1)和公式(2)所示，取总线频率和所有传感器采样频率的加权平均值作为配准频率

其中f_t为最终的时间配准频率，f_i＝(i＝1,2,...,N)为总线和各个传感器采样频率，权值a_i＝(i＝1,2,...,N)由总线和传感器采样精度P_i＝(i＝1,2,...,N)确定；

(2)使用内插、外推法进行时间配准，由步骤(1)确定的采样频率确定采样时刻，将总线数据和传感器量测值使用内插、外推法将时间配准到同步采样时刻。

2.根据权利要求1所述的一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，其特征在于：所述总线单元包括LIN总线，CAN总线和MOST总线。

3.根据权利要求2所述的一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，其特征在于：所述LIN总线连接汽车防盗系统、自适应前照灯、外后视镜、中控门锁、电动天窗、空调系统的鼓风机和加热器控制。

4.根据权利要求2所述的一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，其特征在于：所述CAN总线包括低速CAN总线和高速CAN总线，低速CAN总线连接车身控制单元、组合仪表单元、空调控制系统、雨刷控制系统、车门控制系统和灯光控制系统；高速CAN总线连接CAN总线诊断单元、发动机控制单元、电机控制单元、整车控制器、电池控制单元、自动变速器控制单元，防抱死控制系统，驱动防滑系统，巡航控制系统。

5.根据权利要求2所述的一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，其特征在于：所述MOST总线连接汽车音响、汽车视频导航、车载电话、车载电视等车载影音娱乐系统。

6.根据权利要求1所述的一种用于对标车辆分析的多通道信息融合系统，其特征在于：所述传感器单元包括位置传感器、温度传感器、流量传感器、压力传感器、气体浓度传感器、速度与减速度传感器，用来分析油门踏板、机舱温度、冷却系统、制动系统、车身系统性能。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述的信息融合系统进行总线协议解析的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)确定要解析的信号A：将车载诊断仪一端连接到车辆OBD口，一端通过OBD接口连接至中央处理器，在数据同步处理模块将所有数据同步后发送至上位机，利用上位机向诊断仪发送信号A的诊断信号请求，总线会将信号A和包含信号A的报文信息反馈给诊断仪；

(2)确定信号对应的ID和可能有效数据位：总线数据和诊断仪获得的总线反馈的信号A的数据传入上位机，在上位机解析模块同步实时显示，通过驾驶员的不同操作改变信号A的值，将报文信息和诊断仪反馈的信号A的值的变化进行对比，不断筛选判断并最终锁定此信号对应的报文信息，包括报文标识符、报文长度、报文数据位信息；

(3)确定数据有效位；诊断仪将反馈报文信息传到上位机显示，将信号A对应的诊断仪接收的反馈报文ID中的有效位与在步骤(2)中确定的信号A的ID中可能的数据位放在同一图表中，若变化趋势相同，则初步判定出信号A对应的总线中的报文ID和有效数据位；

(4)确定编码规则：改变信号A的值，利用信号A在不同时刻的接收值和步骤(3)中得到的总线数据有效位的接收值转化的十进制数值进行计算，确认信号A的系数和偏移量，具体计算公式如下：

y＝kx+b 公式(3)

公式(3)为信号A对应的编码规则，y为信号A的实际值，x为步骤(3)中报文接收值转化的十进制数值，带入不同时刻(y，x)数值，带入计算公式(3)计算得到信号A的系数k和偏移量b；

(5)信号总线协议验证：利用上述步骤中得到的信号A对应的报文格式、报文标识符规则、报文数据长度、报文数据有效位及编码规则，在总线协议配置界面进行信号A协议配置，得到总线中信号A的实时变化曲线，将此曲线与车载诊断仪上的信号A变化曲线进行对比，若变化趋势一致，则证明判断正确；若不正确，则重复步骤(2)-(5)，直到正确为止。

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