CN201657031U - 基于can总线的车辆运行信息采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CAN总线的车辆运行信息采集装置，包括处理器模块、与处理器模块分别连接的存储模块、CAN总线通讯模块和电压比较模块；电压比较模块的输入信号为车辆设备输出的开关量信号和脉冲量信号，电压比较模块的输出端连接处理器模块；车辆设备输出的模拟量信号由发动机ECU处理后传输到CAN总线上，由CAN总线通讯模块接收，CAN总线通讯模块还接收CAN总线上的其他设备信号，CAN总线通讯模块的输出端经SPI总线和处理器模块连接。本实用新型能采集汽车上各种设备的信息，采集更方便全面，根据采集的数据为油耗管理、驾驶员操作规范、车辆设计的动力配置是否合理以及改进、车辆是否需要保养维护提供依据。

Description

基于CAN总线的车辆运行信息采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于车辆上的车辆设备的运行数据采集装置。

背景技术

随车电子产品迅速发展，客车作为主要交通工具之一，为了提高其驾乘的舒适性，客车上增设越来越多的电子辅助控制设备，这些设备都是高新技术的电子产品。而目前国内驾驶员对客车电子产品的性能及维修能力参差不齐，而且当电子产品出现故障后很难分析或描述其原因。因此，车辆运营公司及客车厂都很难及时获取车辆运营状态、故障原因的第一手资料，对后续运营系统管理、驾驶习惯改良、故障排查维护都很难得到有效的控制。

现有车辆的数据采集方式为专业人员携带专用设备到汽车上，通过插座连接至OBD(On-Board Diagnostics，车载自动诊断系统)诊断口的K线上实现故障诊断，或通过CAN(Controller Area Network，控制器局部网)总线采集。现有的采集方式存在以下一些缺点：

1.需要专业服务人员前往实车上，费时费力，行驶数据采集需要专门人员跟车测试，还需要携带笔记本电脑、逆变器等相关设备；

2.采集数据较少，诊断范围有限，发动机、变速箱、ABS(Anti-lockBraking System，防抱死刹车系统)等需要专门的诊断设备，而且一种部件的诊断设备不能同时诊断其他设备的故障，兼容性较差，往往一套诊断设备只能诊断同一家公司的发动机或部件；

3.为了采集多种数据，同一辆车需要好几种不同的诊断设备，但专用的采集工具较贵，不可能在每台车上都安装，也不可能每天都采集数据；

4.对于设备的开关量信号、脉冲量信号数量多、种类杂，不容易采集到，统计较为复杂。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种基于CAN总线的车辆运行信息采集装置，仅需一个装置就能采集汽车上各种设备的信息，数据采集更方便、全面，根据采集的数据为油耗管理、驾驶员操作规范、车辆设计的动力配置是否合理以及改进、车辆是否需要保养维护提供可靠的依据。

本实用新型的技术方案是：基于CAN总线的车辆运行信息采集装置，包括处理器模块和与处理器模块分别连接的：

用于存储车辆设备数据的存储模块；

用于接收CAN总线上的设备信号和由发动机ECU处理后传输到CAN总线上的车辆设备输出的模拟量信号，并将接收的信号通过SPI总线传输给处理器模块的CAN总线通讯模块；

用于对车辆设备输出的开关量信号和脉冲量信号进行比较判断，并传输给处理器模块的电压比较模块。

进一步的，上述基于CAN总线的车辆运行信息采集装置中，和CAN总线直接相连的设备包括发动机部件、变速箱部件、ABS部件、ECAS部件和仪表部件。

更进一步的，上述挂在CAN总线上的设备信号包括发动机、ABS、ECAS、变速箱、液力缓速器、空调和加热器的工作状态及故障信息。

进一步的，上述基于CAN总线的车辆运行信息采集装置中，所述CAN总线通讯模块包括从CAN总线上接收数据并传输给CAN控制器的CAN总线收发器和将CAN总线格式数据转换成SPI总线格式数据并传输给处理器模块的CAN控制器，CAN总线收发器一端和CAN总线直接相连，另一端连接CAN控制器，CAN控制器和处理器模块相连。

进一步的，上述基于CAN总线的车辆运行信息采集装置中，所述车辆设备输出的脉冲量信号包括车速信号和发动机转速信号。

进一步的，上述基于CAN总线的车辆运行信息采集装置中，所述车辆设备输出的开关量信号包括前门开关信号、中门开关信号，缓速器工作次数、制动蹄片磨损信号、ABS工作次数、倒车开启关闭信号、空调开启关闭信号、加热器开启关闭信号、无源控制输入信号、制动信号、离合器信号和空滤器报警信号。

进一步的，上述基于CAN总线的车辆运行信息采集装置中，所述车辆设备输出的模拟量信号包括电源电压、大气压力、机油温度、机油压力、冷却液温度、进气温度。

本实用新型的优点是：

1.采集更方便，需要采集CAN数据时不需要再派专业人携带采集诊断仪、电脑等工具；

2.数据更全面，可采集从车辆安装该装置后一直到现在的车辆设备数据；

3.数据更安全，数据可存储于存储模块；

4.数据更方便分析，服务器提供一些常用的算法，并提供整理后的统计报表，供专业和非专业人士使用；

5.通过采集的大量数据，加以横向和纵向分析，能更多更好的了解发动机的运行状况，根据采集的CAN总线数据，可以实现得到整车的油耗，分析车辆的动力配置是否合理，调查出驾驶员是否操作规范省油，从而指导并规范驾驶员的操作习惯，了解发动机的运行状况是否良好，诊断各个挂在CAN总线上的设备是否存在故障，如有故障可及时排除，尽早并尽可能的减少故障带来的经济和时间的损失。

具体的说，通过采集的总油耗以及车速和里程这些数据，我们可以方便的计算出本车、本车型、本车司机的百公里油耗，从而得到该车型的动力配置是否合理，发动机是否省油，该车司机驾驶是否省油。另外我们可以通过发动机转速得到发动机运行在各个转速区间内的比例、阶段车速，判断驾驶员的驾驶习惯是否良好，以此指导油耗较高的司机通过控制车速、控制发送机转速等手段改善油耗，保护发动机等。安装此装置后，我们可以实时了解本车目前的运转情况，并根据上报的信息，并根据机油压力、发动机油温、冷却液温度等数据发动机运行是否良好，判断是否需要保养、维护。同时，在CAN检测到DM故障后，及时通知司机维修，减少抛锚的几率和车辆损坏进一步扩大的可能性，尽早发现并解除故障。通过监控车速，如果得到目前的车速过高，超出安全车速，可以及时通知驾驶员控制车速，从而提高行车的安全性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的实施例的结构示意图。

其中：1处理器模块；2存储模块；3CAN总线通讯模块；4电压比较模块；5发动机部件；6变速箱部件；7ABS部件；8ECAS部件；9仪表部件。

具体实施方式

实施例：如图1所示，本实施例的基于CAN总线的车辆运行信息采集装置包括处理器模块1、与处理器模块分别连接的存储模块2、CAN总线通讯模块3和电压比较模块4。所述电压比较模块4的输入信号为车辆设备输出的开关量信号和脉冲量信号，电压比较模块4的输出端连接处理器模块1；车辆设备输出的模拟量信号由发动机ECU处理后传输到CAN总线上，由CAN总线通讯模块3接收，CAN总线通讯模块3还接收挂在CAN总线上的其他设备信号，CAN总线通讯模块3的输出端经SPI总线和处理器模块1连接，CAN总线通讯模块将CAN总线数据转换成SPI总线数据，然后传输给处理器模块1。具体的，CAN总线通讯模块包括从CAN总线上接收数据并传输给CAN控制器的CAN总线收发器和将CAN总线格式数据转换成SPI总线格式数据并传输给处理器模块的CAN控制器，CAN总线收发器一端和CAN总线直接相连，另一端连接CAN控制器，CAN控制器和处理器模块相连。

本实施例的处理器模块1采用ARM公司的嵌入式处理器芯片ARM9-S3C2440A，和64M的型号为HY57V561620BT的RAM内存芯片结合使用。存储模块2采用64M的型号为K9F1208UOM的Flash存储卡。CAN总线通讯模块3包括相连接的型号为SJA1050的CAN总线收发器和型号为MCP2515的CAN控制器，CAN总线收发器和CAN总线直接相连，从CAN总线上接收数据，并传输给CAN控制器，CAN控制器和处理器模块1的处理器芯片引脚直接相连。CAN控制器和处理器芯片之间传输的是满足SPI总线格式的信号。

本实用新型的基于CAN总线的车辆运行信息采集装置安装在车辆上，该装置通过CAN总线与汽车上的其他设备相连，遵循SAE J1939 CAN总线协议，实时采集CAN数据，并将采集的数据存储在存储模块2。

现有客车往往会将ABS、ECAS(Electronic Controlled Air Suspension，电子控制空气悬架系统)、CAN仪表等设备挂在CAN总线上，本实施例中挂在CAN总线上的设备包括发动机部件5、变速箱部件6、ABS部件7、ECAS部件8、仪表部件9、液力缓速器(图中未示出)、空调(图中未示出)和加热器(图中未示出)等。本装置实现了CAN总线通讯，不仅能够采集发动机数据，还能采集挂在CAN总线的其他设备。根据实际需求，目前该装置采集的CAN数据包括：转速、扭矩、蓄电池电压、发动机油温、机油压力、大气压力、进气温度、车速、发动机运行时间、冷却剂温度、燃油累积使用量、瞬时油耗和DM故障码(电控单元的故障码)。另外根据需要，还可以采集其他在CAN总线上的数据，如油门踏板位置等信息。CAN总线上的车辆设备会定时往CAN总线上发送含有设备工作状态的报文信息，比如机油压力信息每500ms报告一次；或在故障出现时，实时往CAN总线上发送含有故障类型的报文信息。

处理器模块1从CAN总线上接收数据的方式有两种，一种是广播式，当CAN总线上有信息发布后，它以报文形式广播给总线上的所有节点，CAN总线通讯模块3实时接收信息，传输给处理器模块1，处理器模块1对信息进行过滤，根据需要，定时或者数据变化达到一定限值时采集并记录数据到存储模块2。另一种是应答式，处理器模块1定时请求相关车辆设备发送相关数据到CAN总线上，然后处理器模块1记录数据。例如，车载远程数据采集装置1的燃油累积使用量和发动机累积运行时间目前就采用该应答式采集，间隔时间分别为1分钟和5分钟。对一些数据量不大的信息，如故障信号、大气压力、蓄电池电压等，可以采用CAN总线上收到数据就采集记录的方式。

汽车上的设备信号输出开关量(也称数字量)给电压比较模块，电压比较模块用于对开关量电平的高低进行比较，从而判断出设备打开或关闭，开关量信号代表了以下信息：前门开关状态、中门开关状态，液力缓速器工作次数、制动蹄片磨损情况、ABS工作次数、倒车开启关闭状态、空调开启关闭状态、加热器开启关闭状态、2路无源控制输入状态、制动信号、离合器信号、空滤器报警信号、排气制动信号等等。其中当液力缓速器或ABS的引脚采集到高电平时系统识别为1，算为一次工作，悬空时系统识别为0。各种开关以及如发电机、继电器的执行器类输出的信号是开关量信号，如ABS控制器、发动机ECU控制器、ECAS控制器、仪表控制器的控制器类和液力缓速器、空调、加热器等输出的信号既有CAN信息，也有开关量信号。另外车速信号、发动机转速信号这两个脉冲量信号同样经过电压比较模块4判断后传输给处理器模块1。电源电压以及传感器采集的大气压力、机油温度、机油压力、冷却液温度、进气温度等为模拟量信号，由发动机ECU处理后经过CAN总线以数字信息的形式传输给CAN总线通讯模块3，CAN总线通讯模块将CAN总线数据转换成SPI总线数据，然后传输给处理器模块1。另外，发动机ECU还能算出燃油累积使用量信息、发动机运行时间信息，并传输给CAN总线通讯模块3。CAN总线还接收直接挂在CAN总线上的其他的设备信号，包括实时油耗信息、油门踏板位置信息、发动机、ABS、ECAS、变速箱、液力缓速器、空调和加热器的工作状态及故障信息。

处理器模块从电压比较模块接收数据的方式为处理器对各路开关量、脉冲量进行轮询，或者中断、计数、计时采集并记录数据。轮询是指处理器周期性地依次一一询问连接到电压比较模块的各路开关量、脉冲量信号；中断是指当处理器发现信号发生变化时，比如从0跳到1或者从1跳到0，则算一个中断。计时是指指定一定时间采集一次信号；计数是指对一定时间内的脉冲量信号的脉冲个数进行计数。

下面举几个例子来说明开关量、脉冲量信号的采集过程：

若中门打开，则电压比较模块收到中门发出的信号，并判断信号为1，代表中门打开，然后处理器模块用轮询的采集方式从电压比较模块接收到数据，则将中门打开记录存储到存储模块，存储模块中的中门打开记录增加一次，并记录相应的中门打开时间。

若缓速器开始工作，则相应的缓速器输出给电压比较模块的电平为高，电压比较模块判断信号为1，代表缓速器工作，然后处理器模块从电压比较模块接收到数据，则将缓速器工作记录存储到存储模块，存储模块中的缓速器工作记录增加一次。

对车速信号这个脉冲量信号，经过电压比较模块4判断后传输给处理器模块1，处理器模块1对脉冲进行计数，并根据计算规则，乘以一个系数得到车速，一定时间内脉冲数越多，则说明车速越快。然后处理器模块将车速数据记录存储到存储模块。

对于发动机转速信号这个脉冲量，处理器模块接收到转速信号，并不实时或定时记录，而是对转速信号进行分析，当发现转速变化大于预设的限值时，才将该转速信息存储到存储模块。存储的转速信息包括转速大小、采集时间等。

下面以机油压力信号为代表来说明模拟量信号的采集过程：传感器采集的机油压力信号由发动机ECU处理后经过CAN总线以数字信息的形式传输给CAN总线通讯模块，CAN总线通讯模块将CAN总线数据转换成SPI总线数据，然后传输给处理器模块，处理器模块通过公式计算出机油压力值，并定时将机油压力值记录到存储模块。

以发动机故障信息为代表来说明对挂在CAN总线上的其他的设备信号的采集过程：当发动机发生故障时，发动机往CAN总线上发送发动机故障信号，CAN总线通讯模块将CAN总线数据转换成SPI总线数据，然后传输给处理器模块，处理器模块对故障信息采取收到数据就采集记录的方式，将故障信息存储到存储模块，包括故障类型、发生故障的时间等信息。

现阶段凡是欧3排放及以上标准的客车的发动机ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)都带有CAN总线，并且都遵守SAE的J1939总线协议。目前国内绝大多数采用的德国的博士系统，一部分采用日本的电装系统，以及德国的大陆系统和美国的德尔福系统。各种系统存在一些差异，本装置把所有这些系统对应的解析信息与协议烧录进去，通过在本机上配置选择发动机的形式实现兼容。

当车辆上的各种设备软件升级时，对应的数据采集装置也同时需要更新升级，可将存储在服务器的新版本程序通过internet网络下发到车辆上的数据采集装置上，实现版本升级。

以上所述，仅为本实用新型的优选实施例，并不能以此限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于CAN总线的车辆运行信息采集装置，其特征在于：包括处理器模块(1)和与处理器模块(1)分别连接的：

用于存储车辆设备数据的存储模块(2)；

用于接收CAN总线上的设备信号和车辆设备输出的经发动机ECU处理后传输到CAN总线上的模拟量信号，并将接收的信号通过SPI总线传输给处理器模块(1)的CAN总线通讯模块(3)；

以及用于对车辆设备输出的开关量信号、脉冲量信号进行比较判断，并传输给处理器模块(1)的电压比较模块(4)。

2.根据权利要求1中所述的基于CAN总线的车辆运行信息采集装置，其特征在于：和CAN总线直接相连的设备包括发动机部件(5)、变速箱部件(6)、ABS部件(7)、ECAS部件(8)和仪表部件(9)。

3.根据权利要求1中所述的基于CAN总线的车辆运行信息采集装置，其特征在于：所述CAN总线通讯模块(3)包括从CAN总线上接收数据并传输给CAN控制器的CAN总线收发器和将CAN总线格式数据转换成SPI总线格式数据并传输给处理器模块(1)的CAN控制器，CAN总线收发器一端和CAN总线直接相连，另一端连接CAN控制器，CAN控制器和处理器模块(1)相连。

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