CN109035487A - 一种发动机历史数据回读与处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机历史数据回读与处理系统，包括：CAN总线驱动模块，用于调用动态链接库函数实现CAN卡硬件的打开和关闭，建立命令下发和数据上传的物理通道；数据回读解析模块，用于按照预设的通信协议对上传的数据包解析，将解析后的数据转化为包含物理含义的发动机历史状态数据；数据存储模块，用于将所述发动机历史状态数据按照总属性文件、子属性文件和当次数据文件形式进行分类存储；操作容错模块，用于提示遇到的异常及用于提示防止误操作发生的提醒，该系统能够准确可靠地对发动机历史数据进行回读与处理，并能够快速准确定位发动机的故障，并针对性地对其维修保养，进而有效延长发动机和整车的使用寿命，提高了车辆的安全性。

Description

一种发动机历史数据回读与处理系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种发动机历史数据回读与处理系统。

背景技术

随着汽车发动机技术的迅速发展，机械系统、电气系统复杂程度不断提高，发动机的故障种类日益增多，实现快速准确定位发动机的故障并针对性地对其维修保养，成为汽车制造厂商急需解决的问题。目前发动机故障诊断策略一般采用基于数据驱动的故障诊断，对设备提出较高要求：数据信息量充足、数据完备性好、便于提取有效信息等。为实现对发动机运行状态的实时监控及故障诊断，必须对其运转过程中的诸多参数进行准确、实时的采集与存储。并且车辆运行数据包括车辆行驶速度、油耗量、最高车速，车辆在某一段时间的行驶状态等对于车辆管理工作有着极为重要的作用，整车数据的在线存储及回读可以对车辆起到全面的监测、分析车辆的使用安全。

车辆在运行过程中发动机的运行数据需要实时采集，数据量大，传统的仪器仪表已很难满足要求，虚拟仪表的开发和应用是很有必要的，目前可用于虚拟仪器开发的软件可以分为两类：文本式编程语言，如Visual C++、Visual BASIC、Java、C++Builder、LabWindows/CVI等；图形化编程语言，如LabVIEW(Laboratory Virtual instrumentEngineering Workbench)、HP/VEE等。其中LabVIEW是美国国家仪器公司(NI)开发的一种基于图形化编程语言—G语言(Graphics Language)的虚拟仪器软件，在LabVIEW中很容易实现VCI库函数的调用，例如VCI_Open Device、VCI_Start CAN、VCI_Reset CAN、VCI_Transmit、VCI_Receive等，因此，如何准确地为发动机故障诊断提供数据支持，是同行业人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种发动机历史数据回读与处理系统，能够实现准确回读和处理车辆在运行过程中发动机运行的历史数据，为发动机故障诊断提供数据支持。

本发明涉及一种发动机历史数据回读与处理系统，包括：CAN总线驱动模块、数据回读解析模块、数据存储模块以及操作容错模块；

所述CAN总线驱动模块，用于调用动态链接库函数实现CAN卡硬件的打开和关闭，建立命令下发和数据上传的物理通道；

所述数据回读解析模块，用于按照预设的通信协议对上传的数据包解析，将解析后的数据转化为包含物理含义的发动机历史状态数据；

所述数据存储模块，用于将所述发动机历史状态数据按照总属性文件、子属性文件和当次数据文件形式进行分类存储；

所述操作容错模块，用于提示遇到的异常及用于提示防止误操作发生的提醒。

进一步地，所述数据回读解析模块，包括总属性解析模块、子属性解析模块和历史记录数据解析模块，分别实现总属性信息、子属性信息和历史记录数据的回读解析。

进一步地，所述总属性解析模块，用于实现总属性信息的回读解析，将总属性信息解析为ECU编号、记录有效次数、总次数、记录状态、ECU累计运行时间、发动机各种异常情况保护次数、各传感器故障次数、最后一次记录开始和结束时间及总摩托和负载小时。

进一步地，所述子属性解析模块，用于实现子属性信息的回读解析，根据读取的数据次数，以所述数据次数为起点，获取预设范围内历史数据，包括记录次数、本次记录状态、记录时长、故障码1、故障码2、故障码3、故障码4以及负载小时和总摩托小时。

进一步地，所述历史记录数据解析模块，用于实现历史记录数据的回读解析以及获取本次记录的数据并用于缓冲区清零、数据回读命令下发和接收本次数据。

进一步地，所述数据存储模块，包括总属性存储模块、子属性存储模块和历史记录数据存储模块，分别实现总属性信息、子属性信息和历史记录数据的存储。

进一步地，所述总属性存储模块，用于获取总属性信息，对总属性信息回读解析之后将总属性数据写入总属性文件。

进一步地，所述子属性存储模块，用于在每一次接收子属性数据之后，写入子属性文件。

进一步地，所述历史数据存储模块，用于将接受到的本次记录数据进行存储。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的一种发动机历史数据回读与处理系统，能够准确可靠地对发动机历史数据进行回读与处理，并能够快速准确定位发动机的故障，并针对性地对其维修保养，进而可有效延长发动机和整车的使用寿命，提高了车辆的安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例的前面板及操作步骤图；

图2是本发明实施例的发动机历史数据回读处理系统的数据流示意图；

图3是本发明实施例中使用ECU上传数据的表现形式示意图；

图4是本发明实施例的发动机历史数据回读处理系统状态切换图；

图5是本发明实施例的软件架构图；

图6是本发明实施例的CAN总线驱动模块部分后面板图；

图7本发明实施例的总属性回读与存储部分后面板图

图8本发明实施例的子属性和历史数据回读与存储部分后面板图

图9是本发明实施例接口库函数使用流程图；

图10是本发明实施例的总属性信息回读与存储流程框图；

图11是本发明实施例的子属性信息回读与存储流程框图；

图12是本发明实施例的历史记录数据回读与存储流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

本发明提供了一种发动机历史数据回读与处理系统，该系统可包括CAN总线驱动模块、数据回读解析模块、数据存储模块以及操作容错模块四个部分。

以LabVIEW图形化的编程语言的开发环境创建VI为例，其中，CAN总线驱动模块能实现CAN卡硬件的打开和关闭，建立命令下发和数据上传的物理通道；比如参照图1所示，在前面板上通过点击“打开CAN卡”和“关闭CAN卡”按钮来操纵CAN卡的打开和关闭；比如通过编程语言，在程序上通过while循环中“打开CAN卡”和“关闭CAN卡”值改变事件的触发来实现。以LabVIEW创建子VI为例，“打开CAN卡”值改变事件中“数据回读-打开CAN卡”子VI中首先使用“CAN卡设置”子VI设置CAN卡参数，包括设备类型号、设备索引号、CAN通道号、滤波和波特率等；然后依次调用接口库函数VCI_OpenDevice、VCI_InitCAN、VCI_ClearBuffer、VCI_StartCAN启动CAN卡的对应CAN通道，当VCI_StartCAN的返回值为1代表启动成功，命令下发和数据上传的物理通道成功建立。“打开CAN卡”值改变事件中也是首先使用“CAN卡设置”子VI设置CAN卡参数，然后调用库函数VCI_CloseDevice关闭CAN设备。

数据回读解析模块主要包括总属性解析模块、子属性解析模块和历史记录数据解析模块，分别实现总属性信息、子属性信息和历史记录数据的回读解析。

总属性解析模块能实现总属性信息的回读解析；参照图1所示，在前面板上点击“总属性读取”按钮，总属性数据解析为ECU编号、记录有效次数、总次数、记录状态、ECU累计运行时间以及发动机各种异常情况保护次数、各传感器故障次数、最后一次记录开始和结束时间及总摩托和负载小时，然后显示在前面板上；记录总次数是按ECU上电总次数来计的，有效次数指的是发动机起动并运转起来的次数，记录状态指的是本次记录时发动机的运行状态，包括停机、起动未成功、怠速和运行四种状态，异常保护次数指各种异常情况发生时触发ECU保护的次数，总摩托小时指的是发动机转速大于0的运行时间，负载小时指发动机在某个转速下节气门开度达到10％以上的运行时间。程序的实现是点击“总属性读取”按钮，“总属性读取”值改变事件发生，下发总属性读取命令，总属性读取命令帧为0x10000000，比如命令发送ID号为0x180A0810，通过条件结构判断如果“总属性读取”值改变事件发生就接收总属性数据并进行解析，接收的总属性数据按照通信协议规定的格式打包，例如通信协议规定某个参数的高位和低位由不同的字节或报文帧上传，在解析过程中就要按照协议对不同字节的数据进行拼接还原这个参数。总属性数据上传ID号为0x180B0810。

子属性解析模块能实现子属性信息的回读解析；在“将要读取的次数”中输入在有效次数范围内操作者想要读取的数据次数，以该次数为起点，最近3次的历史数据子属性显示在前面板上，包括记录次数、本次记录状态、记录时长(包括时、分、秒)、故障码1、故障码2、故障码3、故障码4以及负载小时和总摩托小时；在while循环中“将要读取的次数”值改变事件中顺序结构中放置for循环，将循环次数设置为3，读取将要读取的数据次数最近3次的历史数据子属性，其中依次进行CAN卡缓冲区的清零、下发子属性读取命令、接收子属性数据和子属性数据解析。子属性读取命令帧内容为0x1××××000，ID号为0x180A0810，××××代表数据记录次数，在三次循环中，数据记录次数分别是将要读取的次数减去循环计数i，三次的子属性数据都通过接收子属性数据子VI存入数组中；for循环结束后，将三次子属性数据分别索引出来，按照通信协议规定的命令号解析。子属性数据上传的命令号为0x180C0810。

历史记录数据解析模块能实现历史记录数据的回读解析；点击“读取本次数据”，在程序中是在while循环“读取本次记录的数据”值改变事件中的子VI“读取本次记录的数据”中实现的，子VI中的顺序结构包含缓冲区清零、数据回读命令下发、接收本次数据。前面板上的进度条表示接收本次记录的数据的进度，当进度条显示到100时，代表本次记录数据接收完成。进度条的计算方法是用(当前接收的帧数/所要读取的总帧数)*100，其中当前接收的帧数是从0到所要读取的总帧数不断增加的，所要读取的总帧数是根据子属性信息解析计算得到的记录时长时间信息计算得到，由于每秒接收到的数据包是15帧，总帧数与记录时长的关系是用记录时长(s)*15+21，多出来的21帧数据指包括包头信息在内的表征历史记录数据特性的报文帧。

数据存储模块主要包括总属性存储模块、子属性存储模块和历史记录数据存储模块，分别实现总属性信息、子属性信息和历史记录数据的存储。

总属性存储模块在总线获取总属性信息的情况下，程序对总属性信息回读解析之后判断“SD卡信息”或其他存储设备不为0(即不为空)的情况下在条件结构的真分支中将总属性数据写入总属性文件，写入总属性文件是通过“总属性数据文件写入”子VI实现的，比如总属性文件写入的路径为电脑“D:\LabVIEW Data\ECU编号”文件夹，程序通过条件结构判断该文件夹是否存在，如果不存在，则建立该路径下的文件夹，然后将总属性信息写入文本文件，命名为总属性累计*次，*代表本次有效记录的次数。选用LabVIEW的文件I/O选版中的“检查文件或文件夹是否存在”、“创建文件夹”、“写入文本文件”等函数可以实现电脑磁盘文件的管理，实现总属性数据文件写入功能。

子属性存储模块是在每一次接收子属性数据之后，通过“子属性数据文件写入”子VI实现，比如子属性文件写入的路径为电脑“D:\LabVIEW Data\ECU编号”文件夹，程序通过条件结构判断该文件夹是否存在，如果不存在，则建立该路径下的文件夹，然后将接收到的子属性信息处理后按照一定的格式写入文本文件，命名为子属性—第*次共运行×小时×分×秒，*代表本次有效记录的次数。

历史数据存储模块是在子VI“读取本次记录的数据”中将接受到的本次记录数据通过子VI“本次回读数据处理”进行存储，比如本次数据文件存储的路径为电脑“D:\LabVIEW Data\ECU编号”文件夹，程序通过条件结构判断该文件夹是否存在，如果不存在，则建立该路径下的文件夹，然后将数据写入文本文件，命名为数据包信息—第*次，*代表有效数据上电次数。为了记录信息的完整性，在子VI“读取本次记录的数据”的顺序结构再次下发了子属性信息读取命令。

操作容错模块为了提示操作人员在软件使用中遇到的异常和防止误操作发生。主要包括硬件容错和软件容错。

硬件容错包括：如果打开CAN卡失败，跳出对话框信息“打开CAN卡失败，请检查CAN卡和电缆！”。

软件容错包括：读取总属性数据时，如果超过4s没有接收到总属性数据会跳出对话框信息“超过4s没有收到数据，请重新读取！”；为了防止出现读取第0次数据，在“将要读取的次数”值改变事件中对“将要读取的次数”的值利用条件结构进行判断，如果小于3，则按倒数3次来读取。

软件容错包括：其中对从CAN卡缓冲区收上来的数据包进行筛选处理，剔除异常数据包。所谓异常数据包是指：数据包中包含未在协议ID号范围的帧数据，或帧数据ID号重复，或未包含完整15帧数据。

比如，发动机历史数据回读处理软件前面板从上到下按照CAN卡操作、总属性回读显示、子属性回读显示的顺序布局，将“数据有效次数”、“子属性回读记录次数”控件着重显示。本发明的使用主要涉及对前面板按钮等控件的操纵，主要使用步骤如图1所示。本发明中使用的CAN卡硬件选择周立功USBCAN2接口卡，使用LabVIEW软件进行发动机历史数据回读与处理软件的开发。

如图2，基于发动机历史数据回读与处理软件中按钮和控件的设置，设计了发动机历史数据回读处理系统的数据流传递。回读处理软件是PC机和ECU交换数据的工具，它的一个重要的功能就是控制数据的准确传递。发动机历史数据回读处理系统的数据形式主要有ECU数据、通信数据流、PC上位机数据和磁盘文件数据，它们之间的相互转换构成了系统的数据流。在上位机发动机历史数据回读与处理软件中点击相应的按钮或者改变控件的值来控制数据的传递。ECU上传数据的表现形式如图3所示，总属性数据、子属性数据、历史数据分别经过上位机处理后显示在前面板上。

如图4，本发明将系统状态根据发动机历史数据回读与处理软件的调度将发动机历史数据回读处理系统分为四个状态，分别为待命状态、ECU数据上传状态、PC命令下传状态和存储状态。待命状态表示上下位机之间已经建立通信连接，但CAN总线上没有命令和数据的传递，一旦上位机有动作或下位机收到上位机的命令，将退出待命状态进入相应状态；PC命令下传状态包括上位机发送总属性信息、子属性信息、历史记录数据读取命令；ECU数据上传状态包括ECU上传按照通信协议规定的报文帧格式上传总属性信息、子属性信息和历史记录数据；存储状态指分别将总属性信息、子属性信息、历史记录数据按照一定的格式存入电脑磁盘固定位置的总属性文件、子属性文件和历史记录数据文件中。

本发明提供的发动机历史数据回读与处理系统还具有操作和显示功能，能够向下位机发送数据回读命令，也能够处理从下位机接收到的数据，同时为了准确传递信息，软件需要包含CAN卡驱动程序。综合考虑软件的需求，提出了发动机历史数据回读与处理软件的分层架构，将软件分为四层：操作与显示层、处理层、通信协议层和驱动层。驱动层是软件应用层和系统底层通信的基础，上位机软件和系统底层都包含CAN卡驱动才能使用相应CAN卡进行通信。软件的其它三层有相应数据流，如图5所示。

发动机历史数据回读处理软件程序在后面板的布置主要有CAN总线驱动部分、总属性回读与存储部分、子属性回读与存储部分、历史数据回读与存储部分。主要是通过while循环中事件的响应来实现的。这几个部分的程序图分别如图6、7、8所示。

如图9，本发明按照流程调用动态链接库的库函数可以实现对本发明中使用的周立功USBCAN-2接口卡的驱动。调用VCI_OpenDevice后，即在内存中开辟13万帧缓冲区，避免丢帧；只需要调用VCI_Receive接收函数，从缓冲区中集中提取数据(可多帧提取)，保证不丢帧。由于所有的CAN接口卡均使用同一套动态库，因此在不改变主体程序的情况下，只需修改设备类型和特殊设置，即可实现使用不同设备类型程序的移植。

如图10，本发明按照流程编写程序对总属性信息进行回读处理与存储。点击前面板上的“总属性读取”按钮，程序首先下发总属性读取命令，如果超过4s没有接收到数据，就考虑重新点击按钮下发命令。接收到总属性信息后按照通信协议进行解析存入总属性数组中，然后将数组转变成簇之后解除捆绑，判断SD卡信息不为0的情况下将总属性信息写入总属性数据文件中，否则可能出现通信错误，采取关闭CAN卡的措施。

如图11，本发明按照流程编写程序对子属性信息进行回读处理与存储。改变“将要读取的次数”控件的值，程序首先对CAN卡缓冲区清零，然后下发子属性读取命令，接收完子属性数据后再次对缓冲区清零，将子属性数据处理后写入子属性数据文件中，然后将其解析显示在前面板上。

如图12，本发明按照流程编写程序对发动机历史数据进行回读处理与存储。点击“读取本次数据”软件首先下发子属性读取命令，然后对缓冲区清零，下发数据回读命令，接收本次数据经过处理后存入文本文件中，最后将缓冲区清零。缓冲区清零需要调用接口库函数VCI_ClearBuffer，设置CAN卡设备类型号、设备索引号、CAN通道号就能将指定CAN卡通道内的缓冲帧清掉进行缓冲区清零可以清除缓冲区无用帧，节省缓冲区资源。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种发动机历史数据回读与处理系统，其特征在于，包括：

CAN总线驱动模块、数据回读解析模块、数据存储模块以及操作容错模块；

所述CAN总线驱动模块，用于调用动态链接库函数实现CAN卡硬件的打开和关闭，建立命令下发和数据上传的物理通道；

所述数据回读解析模块，用于按照预设的通信协议对上传的数据包解析，将解析后的数据转化为包含物理含义的发动机历史状态数据；

所述数据存储模块，用于将所述发动机历史状态数据按照总属性文件、子属性文件和当次数据文件形式进行分类存储；

所述操作容错模块，用于提示遇到的异常及用于提示防止误操作发生的提醒。

2.如权利要求1所述的一种发动机历史数据回读与处理系统，其特征在于，所述数据回读解析模块，包括总属性解析模块、子属性解析模块和历史记录数据解析模块，分别实现总属性信息、子属性信息和历史记录数据的回读解析。

3.如权利要求2所述的一种发动机历史数据回读与处理系统，其特征在于，所述总属性解析模块，用于实现总属性信息的回读解析，将总属性信息解析为ECU编号、记录有效次数、总次数、记录状态、ECU累计运行时间、发动机各种异常情况保护次数、各传感器故障次数、最后一次记录开始和结束时间及总摩托和负载小时。

4.如权利要求2所述的一种发动机历史数据回读与处理系统，其特征在于，所述子属性解析模块，用于实现子属性信息的回读解析，根据读取的数据次数，以所述数据次数为起点，获取预设范围内历史数据，包括记录次数、本次记录状态、记录时长、故障码1、故障码2、故障码3、故障码4以及负载小时和总摩托小时。

5.如权利要求2所述的一种发动机历史数据回读与处理系统，其特征在于，所述历史记录数据解析模块，用于实现历史记录数据的回读解析以及获取本次记录的数据并用于缓冲区清零、数据回读命令下发和接收本次数据。

6.如权利要求1所述的一种发动机历史数据回读与处理系统，其特征在于，所述数据存储模块，包括总属性存储模块、子属性存储模块和历史记录数据存储模块，分别实现总属性信息、子属性信息和历史记录数据的存储。

7.如权利要求6所述的一种发动机历史数据回读与处理系统，其特征在于，所述总属性存储模块，用于获取总属性信息，对总属性信息回读解析之后将总属性数据写入总属性文件。

8.如权利要求6所述的一种发动机历史数据回读与处理系统，其特征在于，所述子属性存储模块，用于在每一次接收子属性数据之后，写入子属性文件。

9.如权利要求6所述的一种发动机历史数据回读与处理系统，其特征在于，所述历史数据存储模块，用于将接受到的本次记录数据进行存储。