專利名稱：一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，屬于新 能源汽車信息化技術領域。
技術背景 混合動力客車傳動系包括了提供雙能源的發動機系統和電池/電機系統、動力耦 合裝置離合器和變速箱，以及負責整車集成控制的整車控制器，結構復雜，同時又是近年來 國內新出現的一種新事物，在很多應用場合仍需對其深入一步進行研究，因此客車廠家和 實驗研究人員需要對其運行信息進行詳細的記錄分析。傳統方法包括1)采用計算機或者 虛擬儀器或者PLC作為處理器，其缺點是成本高，體積大，需要人為維護；2)采用移動硬盤 或者CF卡作為存儲介質，其缺點是占用系統空間較多，抗震性差，同時增加了存儲；3)存儲 過程中采用全部數據記錄或者簡單的進行壓縮，存儲器空間不能充分利用到有效數據中， 導致了存儲效率較低；4) 一般采用記事本(txt)文本格式存儲數據，但是記事本文本格式 文件的容量如果過大，則在PC機上打開時間很長，甚至導致死機現象。在運行過程中，如果傳動系統發生故障，會產生兩方面的不良影響1)故障簡單 易處理但司機不能通過表象發現故障所在，影響車輛運行；2) —些瞬態故障和隱性故障在 運行中偶然發生，車輛停駛后維護時卻不易查找。
發明內容本實用新型的目的是為了解決上述問題，提出一種混合動力客車傳動系運行信息 記錄與故障分析裝置，用以在混合動力客車運行過程中，連續、準確地記錄傳動系運行信 息，通過對運行信息進行分析做出故障判斷，并且在確定故障的情況下提供下述功能1、根據故障等級對司機進行不同提示；2、詳細地記錄故障內容，以保證車輛非運行情況下的故障再現與分析。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的。本實用新型的一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，包括硬件 部分和軟件部分；其中，硬件部分包括單片機、CAN通信模塊、RS485通信模塊、模擬量采集模塊、高 速信號采集模塊、高速隔離光耦A、高速隔離光耦B、高速隔離光耦C、IIC總線隔離芯片、 RS232通信模塊、SD卡、U盤、U盤讀寫模塊、液晶顯示屏模塊、蜂鳴器、實時時鐘模塊和隔離 電源模塊；其連接關系為CAN通信模塊通過高速隔離光耦A與單片機CAN接口相連，RS485 通信模塊通過高速隔離光耦B與單片機SCIl接口相連，模擬量采集模塊通過IIC總線隔離 芯片與單片機IIC接口相連，高速信號采集模塊通過高速隔離光耦C與單片機信號捕獲接 口相連，RS232通信模塊與單片機SCI2接口相連，SD卡與單片機SPIl接口相連，U盤通過 U盤讀寫模塊與單片機SPI2接口相連，液晶顯示屏模塊通過數據總線和地址總線與單片機總線接口相連，蜂鳴器通過數據總線和地址總線與單片機總線接口相連，實時時鐘通過數 據總線和地址總線與單片機總線接口相連，隔離電源輸出端A與單片機供電電源相連，隔 離電源輸出端B與SD卡電源引腳相連；CAN通信模塊通過雙絞屏蔽線與外部的混合動力客車傳動系CAN總線接口相連， RS485通信模塊通過雙絞屏蔽線與外部的混合動力客車傳動系J1587總線接口相連，模擬 量采集模塊和高速信號采集模塊通過線纜與外部的車載傳感器相連，隔離電源模塊輸入端 通過線纜與外部的車載蓄電池相連；上述的CAN通信模塊為1 2個； 上述的模擬量采集模塊為1 2個，每個模塊采集4路模擬量信號；上述的高速信號采集模塊為1 4個；上述的SD卡和U盤并存或只有其中一個；上述SD卡容量為IG字節、2G字節、4G字節或8G字節；上述U盤容量為IG字節、2G字節、4G字節或8G字節；軟件部分包括系統初始化模塊、主循環模塊、CAN總線中斷模塊、RS485通信中斷 模塊、模擬量采集中斷模塊和脈沖捕獲中斷模塊；其中系統初始化模塊完成對單片機、CAN 通信模塊、RS485通信模塊、模擬量采集模塊、高速信號采集模塊、RS232通信模塊、SD卡、 U盤、液晶顯示屏模塊和實時時鐘模塊的硬件初始化設置，并根據不同車型人為設定的故障 規則并進行初始化，同時人為設定非故障情況下的重要信息提取范圍；主循環流程完成了 數據獲取、記錄、故障分析功能；考慮到CAN總線模塊、RS485通信模塊、模擬量采集模塊和 脈沖捕獲模塊四部分產生數據的時間不確定性，將這四部分分別作為中斷函數單獨處理； 脈沖捕獲模塊完成高速信號采集功能；裝置工作過程為先運行系統初始化模塊，然后運行主循環模塊并一直在此處進 行循環；當CAN總線中斷模塊、RS485通信中斷模塊、高速信號采集中斷模塊和脈沖捕獲中 斷模塊這四者中任何一個滿足中斷條件時，均會跳入對應中斷程序執行，主循環模塊暫時 被打斷；1)系統初始化模塊，包括以下內容A.單片機初始化；B.判斷SD卡或者U盤是否存在，分為下面幾種情況i.若SD卡和U盤都存在，則對SD卡和U盤均進行硬件初始化和Fat32文件系統 的初始化，并將兩者都選定為當前存儲介質；U.若U盤存在而SD卡不存在，則進行U盤硬件初始化和Fat32文件系統的初始 化，并將U盤選定為當前存儲介質；iii.若SD卡存在而U盤不存在，則進行SD卡硬件初始化和Fat32文件系統的初 始化，并將SD卡選定為當前存儲介質；iv.若SD卡和U盤都不存在，則設置蜂鳴器報警提示存儲介質錯誤，設定程序陷 阱，不再繼續執行下一步程序；C.初始化CAN通信模塊；D.初始化模擬量采集模塊；E.初始化RS485通信模塊；[0030]F.初始化脈沖捕獲模塊；G.初始化RS232通信模塊；H.初始化液晶顯示屏模塊；I.初始化實時時鐘模塊；J.針對不同車型初始化故障規則； K.設定非故障情況下的重要信息提取范圍；L.讀取實時時鐘獲取當前時間，以當前時間為標題在選定存儲介質內部建立文本 文件；2)主循環模塊，主要包括以下步驟A.讀取CAN通信模塊、RS485通信模塊、模擬量采集模塊和脈沖捕獲模塊各自對應 緩存中的數據；B.根據故障規則，分析步驟2). A中所獲取的數據，判斷是否有故障發生i.如果沒有故障發生，則按照初始化模塊中設定的非故障情況下的重要信息提取 范圍，從步驟2). A中所獲取的數據中提取重要信息，可以滿足車輛停駛后技術人員對混合 動力客車傳動系進行的常態分析，此處采用部分數據存儲的模式可以提高介質存儲效率； 將上一步驟中提取的重要信息打包；ii.如果有故障發生，則首先判斷故障級別，若為嚴重故障，設定蜂鳴器發出急促 的聲音；若為一般故障，設定蜂鳴器每隔10秒鐘發出一次聲音；若為瞬態故障、隱性故障或 者其他故障，則繼續執行；液晶顯示屏模塊顯示故障內容；將步驟2). A中獲取的全部數據 打包，此處記錄全部數據是為了車輛停駛后技術人員能夠對混合動力客車傳動系進行的更 為深入的故障狀態分析；C.按照Fat32文件系統存儲格式，計算當前選定存儲介質中的寫入位置指針；D.將步驟2). B中的數據包按照寫入位置指針寫入當前選定的存儲介質；E.判斷當前文本文件的容量是否超過5M字節i.如果當前文本文件容量超過5M，則關閉當前文本文件，重新讀取實時時鐘，并 按照當前時間建立一個新的文本文件進行記錄，返回步驟2). A ；ii.如果當前文本文件容量沒有超過5M，返回步驟2). A ；3) CAN總線中斷模塊，主要包括以下步驟A.接收到CAN總線數據后，進入CAN總線中斷模塊；B.接收一幀數據；C.將收到的數據中的有效數據放入單片機本身自帶的對應緩存；D.清除中斷標志并退出；4) RS485中斷模塊，主要包括以下步驟A.讀取J1587總線數據；B.將讀取數據放入單片機本身自帶的對應緩存；C.根據J1587協議發送應答信號；D.清除中斷標志并退出；5)模擬量采集中斷模塊，主要包括以下步驟A.發送Mpeat start信號和從設備地址；[0059]B.置位R/W信號；C.讀取轉換完成數據并放入單片機本身自帶的對應緩存；D.清除中斷標志并退出；6)脈沖捕獲中斷模塊，主要包括以下步驟A.高速信號電平發生變化時，進入CAN總線中斷模塊；B.讀取當前計時器數值；C.計算信號周期；D.將各通道信號周期放入單片機本身自帶的對應緩存；E.清除中斷標志并退出。有益效果本實用新型克服現有技術中的缺點，采用高集成化技術手段，設計了低成本方案， 減小了裝置體積，具有豐富的采集接口，滿足了混合動力客車傳動系運行信息的采集、記錄 與分析要求，可以幫助客車廠家或者實驗研究人員詳細分析車輛傳動系運行情況。本實用 新型硬件部分采用了單片機作為處理器，每個對外接口均采用了隔離的方式，所有芯片均 采用了表貼元器件，其成本低，體積小，抗干擾能力強，抗振能力強；可以選用SD卡或U盤作 為存儲介質，滿足不同場合下的數據讀取需求；具有豐富的數據采集信號接口，可以根據現 場需要進行擴展。本實用新型軟件部分采用了事件觸發型數據壓縮技術，根據故障是否發生來選擇 存儲的數據量大小，更有效的利用了存儲介質空間，提高了存儲效率；采用txt文本格式記 錄數據，運行過程中根據文件的容量來對文件進行切割，保證每個txt文本文件容量都在 5M字節以下，避免了文件打開過程中時間過長的情況發生。本實用新型運行過程中可以按照人為設定的故障規則對車輛故障進行分析，發生 故障時給出故障類型，并對司機進行提醒，可以幫助司機分析處理簡單故障；故障發生過程 中的詳細數據記錄，可以在離線狀態下對故障進行詳細分析，不僅能夠幫助更快地處理普 通故障，同時可以對瞬態故障和隱性故障的進行故障狀態再現，方便進行處理。
圖1為本實用新型的硬件部分結構框圖；圖2為本實用新型的軟件部分系統初始化模塊流程圖；圖3為本實用新型的軟件部分主循環模塊流程圖；圖4為本實用新型的軟件部分CAN總線中斷模塊流程圖；圖5為本實用新型的軟件部分RS485中斷模塊流程圖；圖6為本實用新型的軟件部分模擬量采集中斷模塊流程圖；圖7為本實用新型的軟件部分脈沖捕獲中斷模塊流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。實施例一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，包括硬件部分和軟件部分；如圖1所示，硬件部分包括單片機、CAN通信模塊、RS485通信模塊、1個模擬量采 集模塊、1個高速信號采集模塊、高速隔離光耦A、高速隔離光耦B、高速隔離光耦C、IIC總 線隔離芯片、RS232通信模塊、SD卡及其電平轉換芯片、U盤、U盤讀寫模塊、液晶顯示屏模 塊、蜂鳴器、實時時鐘模塊和隔離電源模塊；其連接關系為CAN通信模塊通過高速隔離光耦A與單片機CAN接口相連，RS485 通信模塊通過高速隔離光耦B與單片機SCIl接口相連，模擬量采集模塊通過IIC總線隔離 芯片與單片機IIC接口相連，高速信號采集模塊通過高速隔離光耦C與單片機信號捕獲接 口相連，RS232通信模塊與單片機SCI2接口相連，SD卡與單片機SPIl接口相連，U盤通過 U盤讀寫模塊與單片機SPI2接口相連，液晶顯示屏模塊通過數據總線和地址總線與單片機 總線接口相連，蜂鳴器通過數據總線和地址總線與單片機總線接口相連，實時時鐘通 過數 據總線和地址總線與單片機總線接口相連，隔離電源輸出端A與單片機供電電源相連，隔 離電源輸出端B與SD卡電源引腳相連；CAN通信模塊通過雙絞屏蔽線與外部的混合動力客車傳動系CAN總線接口相連， RS485通信模塊通過雙絞屏蔽線與外部的混合動力客車傳動系J1587總線接口相連，模擬 量采集模塊和高速信號采集模塊通過線纜與外部的車載傳感器相連，隔離電源模塊輸入端 通過線纜與外部的車載蓄電池相連；上述的單片機采用FreeScale公司的雙核16位單片機MC9S12XEP100 ；上述的CAN總線采集模塊為1個；上述的高速信號采集模塊為1個；上述高速隔離光耦A、B、C均采用6附37 ；上述IIC總線隔離芯片采用ADUM1250 ；上述的模擬量采集模塊主芯片為采用IIC總線接口方式的MAX1236，在本實施例 中實現3路模擬量信號的采集，對外分別連接以下各處1、動力電池空氣入口的溫度傳感器；2、動力電池空氣出口的溫度傳感器；3、客車底盤上面的加速度沖擊傳感器，用來測量換擋沖擊強度；上述的SD卡和U盤并存；上述的單片機為5V供電，而SD卡采用3. 3V供電，在SD卡通信模塊通過一個電平 轉換芯片與單片機SPIl接口相連；上述的電平轉換芯片為SN74ALVC164245 ；軟件部分包括系統初始化模塊、主循環模塊、CAN總線中斷模塊、RS485通信中斷 模塊、模擬量采集中斷模塊和脈沖捕獲中斷模塊；其中系統初始化模塊完成對單片機、CAN 通信模塊、RS485通信模塊、模擬量采集模塊、高速信號采集模塊、RS232通信模塊、SD卡、 U盤、液晶顯示屏模塊和實時時鐘模塊的硬件初始化設置，并根據當前車型人為設定的故障 規則并進行初始化，同時人為設定非故障情況下的重要信息提取范圍；主循環流程完成了 數據獲取、記錄、故障分析功能；考慮到CAN總線模塊、RS485通信模塊、模擬量采集模塊和 脈沖捕獲模塊四部分產生數據的時間不確定性，將這四部分分別作為中斷函數單獨處理； 脈沖捕獲模塊完成高速信號采集功能；[0098]裝置工作過程為先運行系統初始化模塊，然后運行主循環模塊并一直在此處進 行循環；當CAN總線中斷模塊、RS485通信中斷模塊、高速信號采集中斷模塊和脈沖捕獲中 斷模塊這四者中任何一個滿足中斷條件時，均會跳入對應中斷程序執行，主循環模塊暫時 被打斷；1)系統初始化模塊，包括以下內容A.單片機初始化；B.判斷SD卡或者U盤是否存在，分為下面幾種情況i.若SD卡和U盤都存在，則對SD卡和U盤均進行硬件初始化和Fat32文件系統 的初始化，并將兩者都選定為當前存儲介質；U.若U盤存在而SD卡不存在，則進行U盤硬件初始化和Fat32文件系統的初始 化，并將U盤選定為當前存儲介質；iii.若SD卡存在而U盤不存在，則進行SD卡硬件初始化和Fat32文件系統的初 始化，并將SD卡選定為當前存儲介質；iv.若SD卡和U盤都不存在，則設置蜂鳴器報警提示存儲介質錯誤，設定程序陷 阱，不再繼續執行下一步程序；C.初始化CAN通信模塊；D.初始化模擬量采集模塊；E.初始化RS485通信模塊；F.初始化脈沖捕獲模塊；G.初始化RS232通信模塊；H.初始化液晶顯示屏模塊；I.初始化實時時鐘模塊；J.針對不同車型初始化故障規則；K.設定非故障情況下的重要信息提取范圍；L.讀取實時時鐘獲取當前時間，以當前時間為標題在選定存儲介質內部建立文本 文件；2)主循環模塊，主要包括以下步驟A.讀取CAN通信模塊、RS485通信模塊、模擬量采集模塊和脈沖捕獲模塊各自對應 緩存中的數據；B.根據故障規則，分析步驟2). A中所獲取的數據，判斷是否有故障發生i.如果沒有故障發生，則按照初始化模塊中設定的非故障情況下的重要信息提取 范圍，從步驟2). A中所獲取的數據中提取重要信息，可以滿足車輛停駛后技術人員對混合 動力客車傳動系進行的常態分析，此處采用部分數據存儲的模式可以提高介質存儲效率； 將上一步驟中提取的重要信息打包；ii.如果有故障發生，則首先判斷故障級別，若為嚴重故障，設定蜂鳴器發出急促 的聲音；若為一般故障，設定蜂鳴器每隔10秒鐘發出一次聲音；若為瞬態故障、隱性故障或 者其他故障，則繼續執行；液晶顯示屏模塊顯示故障內容；將步驟2). A中獲取的全部數據 打包，此處記錄全部數據是為了車輛停駛后技術人員能夠對混合動力客車傳動系進行的更 為深入的故障狀態分析；[0121]C.按照Fat32文件系統存儲格式，計算當前選定存儲介質中的寫入位置指針；D.將步驟2). B中的數據包按照寫入位置指針寫入當前選定的存儲介質；E.判斷當前文本文件的容量是否超過5M字節i.如果當前文本文件容量超過5M，則關閉當前文本文件，重新讀取實時時鐘，并 按照當前時間建立一個新的文本文件進行記錄，返回步驟2). A ；ii.如果當前文本文件容量沒有超過5M，返回步驟2). A ；3) CAN總線中斷模塊，主要包括以下步驟 A.接收到CAN總線數據后，進入CAN總線中斷模塊；B.接收一幀數據；C.將收到的數據中的有效數據放入單片機本身自帶的對應緩存；D.清除中斷標志并退出；4) RS485中斷模塊，主要包括以下步驟A.讀取J1587總線數據；B.將讀取數據放入單片機本身自帶的對應緩存；C.根據J1587協議發送應答信號；D.清除中斷標志并退出；5)模擬量采集中斷模塊，主要包括以下步驟A.發送Mpeat start信號和從設備地址；B.置位R/W信號；C.讀取轉換完成數據并放入單片機本身自帶的對應緩存；D.清除中斷標志并退出；6)脈沖捕獲中斷模塊，主要包括以下步驟A.高速信號電平發生變化時，進入CAN總線中斷模塊；B.讀取當前計時器數值；C.計算信號周期；D.將各通道信號周期放入單片機本身自帶的對應緩存；E.清除中斷標志并退出。上述的當前車型為BJ6112HEV型號混合動力公交客車；上述的人為設定的故障規則包括以下部分1、網絡通信故障；2、發動機運行故障；3、電驅動系統(包括蓄電池、逆變器和電機)運行故障；4、變速箱運行故障；5、離合器運行故障；6、整車控制器運行故障；7、蓄電池環境參數異常；8、發動機_電機能量分配數據異常；9、客車車身沖擊異常；上述的人為設定非故障情況下的重要信息提取范圍包括[0159]1、當前時間；2、整車運行參數，比如車速、油門等；3、電機相關運行參數，比如實際扭矩、轉速等；4、蓄電池相關運行參數，比如當前電壓、電流、SOC等；5、發動機相關運行參數，比如實際扭矩、轉速等；6、變速箱相關運行參數，比如當前擋位、是否正在換擋等；7、離合器相關運行參數，比如當前離合器狀態、電流、扭矩等；8、傳感器數據；9、由整車控制器所提供的控制參數。本裝置技術特點1、結構緊湊，成本低；2、具有豐富的對外接口 ；3、采用了事件觸發式的數據壓縮技術，存儲介質利用率高；4、支持多種容量SD卡和U盤；5、裝置核心部分對外完全電器隔離，提高了抗干擾性；6、裝置器件全部采用表貼元器件，提高了抗振性；7、可以人為設定故障規則，針對不同車型靈活配置。以上對本實用新型所提供的一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析 裝置行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述， 以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域 的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處， 綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，其特征在于包括單片機、CAN通信模塊、RS485通信模塊、模擬量采集模塊、高速信號采集模塊、高速隔離光耦A、高速隔離光耦B、高速隔離光耦C、IIC總線隔離芯片、RS232通信模塊、SD卡、U盤、U盤讀寫模塊、液晶顯示屏模塊、蜂鳴器、實時時鐘模塊和隔離電源模塊；其連接關系為CAN通信模塊通過高速隔離光耦A與單片機CAN接口相連，RS485通信模塊通過高速隔離光耦B與單片機SCI1接口相連，模擬量采集模塊通過IIC總線隔離芯片與單片機IIC接口相連，高速信號采集模塊通過高速隔離光耦C與單片機信號捕獲接口相連，RS232通信模塊與單片機SCI2接口相連，SD卡與單片機SPI1接口相連，U盤通過U盤讀寫模塊與單片機SPI2接口相連，液晶顯示屏模塊通過數據總線和地址總線與單片機總線接口相連，蜂鳴器通過數據總線和地址總線與單片機總線接口相連，實時時鐘通過數據總線和地址總線與單片機總線接口相連，隔離電源輸出端A與單片機供電電源相連，隔離電源輸出端B與SD卡電源引腳相連；CAN通信模塊通過雙絞屏蔽線與外部的混合動力客車傳動系CAN總線接口相連，RS485通信模塊通過雙絞屏蔽線與外部的混合動力客車傳動系J1587總線接口相連，模擬量采集模塊和高速信號采集模塊通過線纜與外部的車載傳感器相連，隔離電源模塊輸入端通過線纜與外部的車載蓄電池相連。
2.根據權利要求1所述的一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，其 特征在于所述的單片機為單5V供電時，SD卡通信模塊通過一個電平轉換芯片與單片機 SPIl接口相連。
3.根據權利要求1所述的一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，其 特征在于所述的CAN通信模塊為1 2個。
4.根據權利要求1所述的一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，其 特征在于所述的模擬量采集模塊為1 2個，每個模塊采集4路模擬量信號。
5.根據權利要求1所述的一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，其 特征在于所述的高速信號采集模塊為1 4個。
6.根據權利要求1所述的一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，其 特征在于所述的SD卡和U盤并存或只有其中一個。
7.根據權利要求1所述的一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，其 特征在于所述的SD卡容量為IG字節、2G字節、4G字節或8G字節。
8.根據權利要求1所述的一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，其 特征在于所述的U盤容量為IG字節、2G字節、4G字節或8G字節。
專利摘要本實用新型涉及一種混合動力客車傳動系運行信息記錄與故障分析裝置，屬于新能源汽車信息化技術領域。包括單片機、CAN通信模塊、RS485通信模塊、模擬量采集模塊、高速信號采集模塊、高速隔離光耦A、高速隔離光耦B、高速隔離光耦C、IIC總線隔離芯片、RS232通信模塊、SD卡、U盤、U盤讀寫模塊、液晶顯示屏模塊、蜂鳴器、實時時鐘模塊、隔離電源模塊；系統初始化模塊、主循環模塊、CAN總線中斷模塊、RS485通信中斷模塊、模擬量采集中斷模塊和脈沖捕獲中斷模塊；本實用新型采用高集成化技術手段，減小了裝置體積，具有豐富的采集接口，滿足了混合動力客車傳動系運行信息的采集、記錄與分析要求，其成本低，抗干擾能力強。
文檔編號G05B19/048GK201638057SQ20102014167
公開日2010年11月17日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者劉彪, 盧青春, 葉曉, 聶圣芳, 金振華, 高大威 申請人:清華大學