汽车网络诊断与数据检索系统崩溃

文摘

该项目旨在设计一个重型车辆事故数据检索系统称为事件数据记录仪(EDR)也作为车辆网络故障分析和诊断系统。像飞机的黑匣子,事件数据记录仪(汽车黑匣子)是用来记录事故相关信息,以便它可以被改造用于分析事故发生之前和之后的一个意外。系统可以有助于建设更安全的车辆,提高事故受害者的治疗,帮助保险公司与他们的车辆事故调查、和提高道路状态,以降低死亡率。汽车黑匣子使用MEMS惯性传感器自动检测到崩溃,并记录车辆的运动和司机的行为在一个预定义的时间之前和之后的事故。它由数据收集装置收集车辆状态信息和司机的行为,非易失性内存设备记录,一个微处理器控制单元和一个汽车网络收集数据从各种传感器和致动器位于车辆。不仅汽车黑匣子(EDR)包含的记录发生了什么事在最后一秒前还记录的影响后一个碰撞。设计原则是这样需要最近的数据值并将它们存储在缓冲区循环序列(RAM)。黑盒的感官事故时,缓冲区刷新悬浮和事故之前和之后的数据自动传输到非易失存储器。

关键字

可以,本地互连网络ECU、MEMS MSSP吗

介绍

据世界卫生组织统计,每年世界上有超过一百万人死于因为运输相关事故[1]。为了应对这种情况,黑盒系统吸引了解决这个问题的第一步,跨越国界和全球威胁人们的安全与健康。引入美国市场的一部分,黑盒子系统被证明是有效的[2]。然而在后一种情况下,系统是嵌入在汽车[3 - 5]。因此,除了提高事故受害者和道路状态的治疗以减少死亡率,构建更安全的汽车,并帮助保险公司与他们的交通事故调查,本文的主要目的是开发一个黑盒子系统,可以安装到任何车辆在世界各地。

像在飞机飞行数据记录器,“黑盒”技术可以发挥关键作用在机动车事故调查[6]。目前大量的车辆在路上包含记录信息的电子系统在发生崩溃。这就是为什么它是如此重要的录音机,客观地记录在车辆之前,期间和之后崩溃补充的主观的输入通常取自受害者,目击者和警察报告。这个系统主要致力于两种方法。第一个是如何检测并记录车辆的数据。第二个是如何向用户显示数据记录在一个简化的方法。实现第一种方法,一些主要组件和不同类型的传感器。车辆参数记录包括:制动踏板地位,油门踏板状态、车辆速度、转向角、崩溃,崩溃,崩溃,警告灯状态,汽车头灯状态,刹车灯状态和环境光条件。

这个项目的另一个目标是设计一个系统来监测和诊断汽车网络,通过使用知识的诊断技术。故障信息从几个来源被用来建立一个知识库。网络故障代码和可能原因诊断的诊断模块将被存储在数据库中。生产和服务流程的代码是有帮助的。这新诊断系统将有助于减少数量的可能的故障原因,可以应用程序层协议,SAE J1939开发了SAE卡车&总线控制和通信网络小组委员会的卡车和公共汽车电气与电子委员会。SAE J1939的目的是提供一个开放互连不同的电子系统和允许ecu系统相互通信通过提供一个标准的体系结构。LIN协议作为子总线连接系统,如头灯,刹车灯便宜。LIN协议减少主网络的复杂性,也会降低系统的整体成本。所有的数据记录可以通过桌面计算机监控和分析。用户可以发送特殊命令监视选定参数的记录数据以及获取网络中发生各种故障诊断代码。

硬件资源

硬件部分包括传感器和黑盒安装到车辆。这一部分主要是收集传感器的状态并保存到单片机的eepm。

2.1传感器

2.1.1刹车传感器

刹车传感器是一种开关实现车辆制动下脚步。这个开关控制刹车灯。为了知道司机把刹车事故期间,这个开关连接到微控制器的输入。

2.1.2灯光传感器

对于一个特定的车辆,发生事故的分析中重要的灯闪光,刹车灯和尾灯。尾灯是需要在分析知道车辆的方向。刹车灯都需要显示刹车状态被司机后面,在事故发生前。最后,闪光也将是有用的在事故的分析以确定司机是否正常使用。

2.2数字处理

为了控制所有这些传感器及其输入,可以使用[9]。作为一个选择单片机控制系统原型。对于这个原型,主要需要的是大eepm,使对事故记录尽可能多的数据,和大量的投入。因此,采用PIC16F877A因为它有8 kb的Flash程序内存,内存368字节的数据,256字节eepm数据记忆,15中断,8个输入通道,5 1/0端口,和许多其他特征。

集成电子系统的汽车由很多电子设备和电子控制单元(ecu)从不同的供应商。直到1990年代末,简单的设备之间的通信是通过使用点对点连接,导致笨重,昂贵且复杂的布线[2]。试图消除布线困难和提高汽车分布式控制系统已经成为汽车制造商的一个有趣的问题。在1980年代中期,罗伯特•博世公司发明了一个健壮的汽车控制网络称为控制器区域网络(可以)。最近,网络已经流行不仅在汽车应用中,而且在自动化和控制应用程序。这一事实支持的是越来越多的汽车ecu。

然而,它是很好理解的,汽车制造商很少开发电子设备本身。他们经常把这个任务外包给不同的供应商。然后集成到电子设备从不同的供应商生产的车辆系统。因此,测试和故障诊断网络集成的强烈要求,以确保所有设备能够正确和可靠的交互指定。此外,车载网络诊断还需要为了识别任何问题或故障发生时车辆操作。诊断故障的分布式多ecu环境是一项非常具有挑战性的任务。故障原因很多,如ECU本身,可以控制器,或电线。此外,一个错误的ECU可能会导致错误的另一个ECU。

数据传输

3.1控制器区域网络

可以是一个应用程序中使用的最先进的串行通信协议[4]。据估计,大约4亿节点可以在2005年售出。在汽车应用程序中,可以被广泛使用作为ecu的通信协议由于其增强的功能。作为一个通信协议,可以符合两个底层的开放系统互连(OSI)模型标准化的国际标准组织(ISO)。OSI第一层和第二层是ISO 11519 - 2标准中描述为低速应用程序(每秒125比特/秒)和ISO 11898标准对高速应用(IMbit /秒)[5]。每个设备所使用的通信控制器能控制总线上的设备之间的通信连接。可以使用一个仲裁功能来控制访问的设备连接在同一总线为了避免传输碰撞导致通信中的错误。尽管如此,当错误发生时,错误管理功能是用来检测、处理和限制此类错误。例如,一个错误帧发送给信号设备错误被检测到总线上的设备忽略消息最近发送。进一步的细节可以在[5]可以找到。 Although CAN has features that tolerate communication faults, permanent and intermittent faults that could not be detected and confined by the error management unit may occur on the bus. Faults could come from any of the parts that form the communication links. For example, if a physical bus connector is intermittently loose, signal levels will fluctuate. This may result in an engine working improperly. The fault, however, could not be easily detected in a service centre. As a result, an automotive network diagnostic system is needed to overcome the problems. In this paper, automotive network diagnosis focusing on the physical layer of CAN and the CAN communication controller is discussed.

通信协议可以是CSMA / CA协议。载波监听多路访问的CSMA站。这意味着,网络上的每个节点必须监视总线一段没有活动在发送消息之前在公共汽车上(载波监听)。此外,一旦这段没有活动时,每个节点在公共汽车上有平等的机会发送一条消息(多)。可以协议,利用非破坏性位仲裁方法。这意味着消息仲裁完成后保持不变,即使碰撞检测。所有这些仲裁发生没有腐败或延迟较高优先级的消息。有几件事情需要支持无损逐位仲裁。逻辑状态需要被定义为显性或隐性的。传输节点必须监视总线的状态是否逻辑状态。可以定义一个逻辑0作为主导,一个逻辑位1作为一个隐性位。 A dominant bit state will always win arbitration over a recessive bit state, therefore the lower the value in the Message Identifier (the field used in the message arbitration process), the higher the priority of the message.

3.2基于消息的通信

可以协议是一个基于消息的协议,而不是一个地址的基础协议。这意味着消息不是从一个节点传送到另一个节点基于地址。嵌入在消息本身是最重要的和正在传输的数据的内容。系统中所有节点接收总线上的每条消息传播(并将承认如果收到的消息是正确的)。由系统中的每个节点决定是否接收到的消息,应立即丢弃或处理。单个消息可以运往一个特定节点接收,或许多节点根据网络和系统的设计方法。

另一个有用的功能构建到协议是一个节点的能力可以从其他节点请求信息。这就是所谓的远程传输请求(RTR)。这是不同的例子在前面的段落,因为而不是等待信息发送的一个特定的节点,该节点明确请求数据发送给它。例如,在汽车安全系统会频繁更新关键传感器像安全气囊,但它可能不会接收来自其他传感器的频繁的更新像油压传感器或低电池传感器,确保他们正常运作。定期安全系统可以请求数据从这些其他传感器和执行全面的安全系统检查。系统设计者可以利用这个特性来减少网络流量,同时仍然保持网络的完整性。这个消息的协议的一个额外好处是,额外的节点可以被添加到系统没有重组的必要性认识到所有其他节点添加。这个新节点将开始从网络接收消息,并基于消息ID,决定是否处理或丢弃接收到的信息。

33可以消息帧描述

3.3.1标准数据帧

与所有其他帧,帧开始的开始帧(SOF),这是占主导地位的国家,它允许所有节点的同步。

3.3.2仲裁领域:SOF仲裁领域紧随其后。仲裁领域组成的12位;数标识符和远程传输请求(RTR)。RTR位用于区分数据帧(RTR主导)从一个远程帧(RTR一些隐性的)。

3.3.3控制字段:

控制字段组成的六位;这个领域的第一个是扩展的标识符(IDE)占主导地位,必须指定一个标准的框架。以下,保留一些零(RB0),保留和定义是一个占主导地位的一些协议。剩下的四位控制字段的数据长度代码(DLC)指定的消息中包含的数据的字节数。

3.3.4数据字段:

这包含任何数据字节被发送,并定义的长度由上面的数据链路控制(主/字节)。

3.3.5循环冗余校验(CRC)

它遵循数据字段,用来检测传输错误。CRC字段由15位CRC序列,紧随其后的是隐性CRC分隔符。

3.4本地互连网络

LIN协议是由欧洲汽车制造商设计的低成本,短的距离,低速网络。旨在交流开关设置的变化和应对开关发生变化时,它的目的是沟通的事件发生在“人”(数百毫秒)。本应用笔记并不打算更换或重新创建林协议规范。相反,它的目的是提供一个广泛的概述总线,并提供一个高水平看看它是如何工作的,如何实现一个奴隶节点PICmicro®设备,它是用来做什么。林的完整协议规范将是可用的。在过去的几年里很少有协议来设计注重成本效率和目的使用多路复用电气系统一样简单。这些协议之一是林(本地互连网络)和可能成为汽车行业的实际标准。

林汽车公司被许多人认为是最杰出的竞争者更简单的多路电网络。这些包括body-electronics应用控制电动窗,镜子,雨刷,锁,座位和屋顶、暖通空调、灯、灯和指标和仪表板仪器。有许多旧的和可靠的以及在市场上的新协议,这既有优点和缺点比林。大多数协议都是定制的或专有的汽车制造商和许多这些正逐渐被淘汰[1]。专用协议的例子从克莱斯勒,CCD BEAN从丰田,UBP通用汽车从福特和UART (ALDL)。因为这些协议是专有的,他们不会有相同的广泛使用为林。林是一种串行通信协议旨在支持汽车网络结合控制器区域网络(可以)。林的最低水平分层网络,使成本效益与传感器和致动器通信时,所有的特点都可以不需要。

结论

越来越多的电子设备和网络嵌入式系统在汽车应用中导致高复杂性在故障诊断和测试过程。一个汽车网络使用知识技术提出了诊断系统。系统监控和诊断汽车网络。网络故障代码和存储在数据库故障可能的原因然后用于生产和服务。在实验阶段,通信网络设置很方便地通过CAN总线仿真工具。获得可靠的知识库,一些诊断信息来源被认为是构建系统的知识库。黑盒子系统可以实现在任何车辆。一旦驱动电机运行,该系统将开始储蓄的事件对应的车辆。最后21秒总是保存在eepm黑盒,并在发生事故的情况下,一个额外的10秒的事件后,这次事故将被保存。

表乍一看

数据乍一看

图1 图2 图3

引用

n Navet et al .,“趋势汽车通信系统”,进行IEEE, 93卷,第6期,2005年6月,pp.1204 - 1223。 利恩和d·霍夫曼“机动车辆数字网络”,计算机与控制工程杂志,1999年,页257 - 266。 j .研发汽车系统的通信要求,5 t工厂通信系统研讨会,2004。 t . Gerke和c . Schanze”开发和验证的车载网络虚拟环境”,2005 SAE世界大会,底特律,密歇根州,2005。 w . Lawrenz,可以系统工程:从理论到实际应用,斯普林格出版社,纽约,1997年版。