牛波 外文翻译.doc

车辆在线诊断和实时预警系统的发展摘要：开发车载诊断（OBD）系统的目的是为了正确诊断、检测车辆的系统错误及故障。OBD产生预警信号传递给车辆的操作者以及维修工程师。然而，一旦警告信号产生，大多数操作者不知道采取什么行动。数据采集要依靠维修工程师使用专用工具。基于这样的实际需求，本文提出了一种新的车辆在线诊断和实时早期预警系统，以获取OBD的信号，并传送到通过GPRS移动通信维修中心的服务器立即采取行动。本文就硬件和软件在初步设计和实施方面进行了讨论和测试。拟议系统的测试功能满足了现在对汽车系统的日益上升的要求。关键词：OBD系统 G3技术 预警系统1 简介现代汽车配备的微处理器或微机检测所有子系统数据从而实现控制和诊断。车载诊断系统（OBD）1被标准地定义一个为使维护工程师了解车辆内部数据情况的，与外部世界沟通的接口。OBD是一个在完整的监控系统中通过传感器和控制引擎连接驱动器和其他子系统的设备。此外，一些硬件和软件的设计支持OBD的显示和记录。OBD的概念最初是在1984年的加州讨论的，然后于1988年进入汽车的一个子系统。被称为OBD I的第一标准,包含了基本的功能：指示灯，诊断故障码（DTC）的存储和显示。然而，不同的公司设计了不同接口插座，代码和功能，给维修工程师带来了混乱。1988年，在加利福尼亚州提出了OBD II。汽车工程师协会（SAE）为OBD II提出了一个标准的规范，这是被环境保护署（EPA）和加州空气资源委员会（CARB）所承认的。从1996年起，所有车辆的生产按要求必须装备OBD II。SAE-J1962，2，SAE-J20123 SAE-J18504已经为OBD II的安装发布了标准和规范。所有车辆制造商必须遵循制定标准和规范的这些文件，通过使用统一的接口连接器来设计检测仪器。本文把我们的测试集中在OBD II上，随后简单地描述OBD。到今天为止， OBD启动时微处理器内存将存储诊断故障代码，并显示“检查引擎” 5，6。一旦OBD的生成故障信号，车辆应该返回到维修中心，通过特定程序，使用适当的诊断设备来读取OBD信息。维护工程师将按照OBD信息，考虑信息和确定检查和维护的工作。该程序要司机和工程师通过仪器耐心等待诊断结果 6，7。数据传递已经进入无线宽带新时代，包括蓝牙，802.11，高频/超高频无线电频和移动通信在内的技术，应用在许多不同的研究和开发方面。蓝牙，802.11，低功耗RF不仅在数据信息方面，也在宽带信息发展方面持续发展。然而，其传输范围限制在200米范围内。在所有有限的活动范围内，这是很好的。除了快速，短距离范围内的通信，移动通信和高功率射频也可用于远距离大规模的数据传输。高功率射频覆盖面广，这方面是好的，但频率占用，天线安装，高频干扰，信息安全，等等，都是要解决的问题。在所有可行的技术中，移动通信由于海量的数据通信和信息系统数据流已经体现出了非常高的潜力。移动通信已经发展了几十年。在1990年，第一代（1G）模拟系统和第二代（2G）数字系统已经为广泛的覆盖面服务建立起了一个非常完善的基础设施系统。今天，移动通信已成为个人生活的设备。众所周知，作为2G的GSM数字数据，于2000年投入服务；作为2.5G GPRS的分组数据，于2002年投入服务。它们通过移动通信使得信息的交换是易取得的和可行的。对于系统供应商来说，移动通信增值技术正在成为一个重要的市场。基于丰富的基础设施，和其他解决方案相比，移动通信已体现出了其流动性高，覆盖面广，范围广，成本低，效率高，容易和其他技术兼容的特点。任何附加价值的应用将不再需要任何对基础设施建设的投资 8。把OBD发展成具有移动和实时性的功能时有一些缺陷： （1）OBD信息对于特殊系列车辆仍集中在具体的设计。如何检测OBD的信息，并把它翻译成传递协议和有意义的格式是值得关注的。 （2）与移动信息融合的通信应考虑可供的成熟的技术。所有OBD信息和DTC在实时操作中应该传输到维护中心附近的服务器系统。 （3）服务器系统应该能够把OBD的信息和DTC翻译成维护工程师看得懂的信息。更多的分析和及时的行动应纳入服务器软件，以提高整体功能和性能8，9。后两部分可以把我们成熟的制度应用在不成熟的修改过程中。在台湾，到2008年，OBD将成为一个标准和要求。目前OBD设备是空缺的，只有很少的来自如汽车的研究和测试中心（ARTC）研究所的资源。大部分车辆有不兼容的规格和通信协议。本文利用现有的资源来进行测试。从我们的结果看，对于车辆的在线诊断和实时警告概念的提出可以在不久的将来有助于系统开发。本文验证了其可行性和优越性。2 G3系统技术2002年，通用分组无线业务（GPRS）通过手机的信息传输扩展为了一直在线，报告到Internet，并由数据量监测。在这种情况下，我们研究小组为移动增值技术8，9的监控应用开发了G3技术。G3技术是一个集成的GPS， GPRS和GIS，将实时监控地面车辆和低空飞行的移动数据。图1 G3技术在OBD应用中的配置GPS系统：以一秒钟更新一次的频率，定期接收运动物体的GPS数据从而产生GMT时钟，经度和纬度数据，海拔，速度，航向，和其它位置信息。GPRS系统：通过移动的GPRS把分组数据传输到在Internet的IP地址的服务器系统。 GIS系统：指显示与地理信息系统相关的实时信息，附带着所有移动物体的精确位置的报告数据。 G3技术采用客户 - 服务器结构，服务器可以监控很多客户。客户端的硬件设计应该能够集成带有更多的数据信息的GPS和GPRS模块，从而激活其操作Internet的TCP / IP8。G3技术开发的客户端系统，采用ARM的CPU，如图2所示。两个COM端口用于GPS模块的定位数据，GPRS模块用于移动通信。 X数据定RAM，ROM和外部数据报告。包括4套逻辑，2套模拟和1个8位数字数据格式的外部输入可以通过G3客户的硬件提供，这是使用图2中的ARM嵌入式系统设计的。内部输入可能包括车辆编号，GPS定位数据和其他。为了满足这项研究的应用要求，诊断故障码从外部输入8位数字格式读取，并通过G3发送。G3技术是为车辆作为监控系统而开发的。客户端将接受内部数据和外部数据，通过GPRS发送到互联网。信息控制和确认是建立在使用CLinux运作系统的ARM CPU上的。图2 使用ARM CPU的客户端系统设计结构G3技术已经设计了用$分组的数据结构。数据字符串被列为：$1GPRS_KGT$2GPRMC，3082908,4A，52259.6952,6N, 712013.3550,8E，937,10309,11050103,1205,2.4,1314$1462A60FFF（1）客户端ID；（2）GPRS数据格式类型;（3）UTC时间;（4）状态为：A =数据有效;（5）纬度：ddmm.mmmm;（6）N / S指标;（7）经度dddmm.mmmm;（8）E / W指标;（9）速度：海里;（10）课程：学士学位;（11）日期：DDMMYY;（12）卫星;（13）海平面高度：米;（14）模拟，数字和逻辑输入，外部数据端口（14）被设计出来，用于处理OBD诊断故障代码。数据传输速率为定于9600bps。把OBD和G3技术相结合的难题需要确定的数据格式和协议。3 OBD规范与接口1-43.1 OBD的规格OBD-最初是1988年的加州标准，然后在1996年延伸到美国。随后，欧洲国家的EOBD和日本的OBD应用成为车辆法规标准。在台湾，基于OBD II的类似标准将予以公布，并在2008年应用于汽车。台湾的策略将简化OBD的实施。 OBD的特点是：（1）统一的J1962，16针连接器，（2）统一的DTC含义，（3）数值分析和数据链连接器（DLC），（4）存储和显示DTC（5）包含车辆记录能力，（6）DTC的自动清除或复位功能。DLC连接器统一标准：（1）DLC连接器是一个安装在驱动面板下面的16针插座。 （2）DLC有两种类型的标准，一个是ISO9141-2：7针和15针的国际标准；其他的是SAE-J1850：2针和10针的美国标准。根据SAE-J2012文件3，OBD-II的DTC由五个字符组成。例如： DTC - P0113，数据说明如下： 第一个字符：P =电源列车（包括发动机，变速箱），B=车身，C=底盘，U=未定义。第一个数字：0=故障诊断代码; l或2=车辆制造商使用的诊断故障码。第二个数字是DTC组如下： p01xx，P02xx=氧混合比例组; P03xx=火花系统组; P04xx=排气系统组; p05xx=车辆调速系统和车辆怠速控制系统; P06xx=汽车电控系统和输出代码水平; P07xx，P08xx=传动组; P09xx，p00xx=SAE保持的代码。3.2 OBD-和RS-232接口规格4-6在系统架构中，汽车OBD的DTC是被解读和发送给OBD接头的。它需要一个适当的电路，把OBD-II DTC转换成RS-232并发送到G3。根据OBD规范和搜索到的技术文献，我们设计和制造的电路用于测试。从OBD到RS-232的电路如图3所示。根据GPS标准的数据传输速率为9600 bps。图3 OBD到RS-232的转换电路OBD是一般的规范，它有几个不同的通信协议。对于不同车型有不同的通信协议。在本文中，我们采纳了三个OBD的RS232接口集成电路（ELM320，ELM323，ELM322）。三个集成电路的通讯协议如表1所示。 表1 标准通讯协议3.3 系统集成和测试一些个别的电路测试后，这个倡议的概念是从电路级到系统级综合而成的。综合系统会自动读取来自车辆的DTC并把数据发送给G3的客户端服务器。我们使用AT89C51处理器来控制“读取和存储”来自车辆DTC的过程，并把OBD数据传输到G3客户端 10，11。为满足不同的数据源和通信协议，电路的传输周期应匹配G3数据周期，如图4所示。在数据授权方面，我们使用一个逻辑信号来划分数据包。 G3在接收到信号后，将通过GPRS传输实时数据。图4 数据传输周期图5显示了拟议系统概念的系统集成。 AT89C51启用时，初始状态和数据传输速率（按要求超过9600bps）被决定，并检查其数据源。如果G3收到了来自OBD数据，EML将命令读取并把DTC存入微处理器（AT89C51）。最后，在G3系统中的数据通过GPRS被发送到服务器。图5 把OBD集成进G3的系统G3系统中的可接受的数据设计是为了满足不同的需求8，9。除了OBD的DTC， G3将用于在智能交通系统的应用中的所有数据监控。在G3系统里，我们可以通过网络在线改变客户数据格式。它提供了灵活性用于不同的数据资料格式。在本文中，我们增加了OBD的消息数据，包括在每个数据包中的汽车ID。车辆ID在搜索和鉴定方面对于数据库服务器系统将是非常重要的。4 系统验证和测试由于拟议的制度已经建立，我们必须做如下验证和测试。对于最初的测试，我们使用一台笔记本电脑通过RS-232接口来输出命令。为了测试方便，该研究采用本田CR-V2003作为测试车。其OBD通讯协议是ISO-9141-2，ELM323电路是适用的。图6没有显示从这款车回应的诊断数据。该命令“ATZ”，“0100”和“0101”是初始设置和显示着基本信息。命令“03”是请求DTC，它由于没有DTC，所以显示“NO DATA”。图6 汽车无诊断数据为了验证传输电路的检测能力，我们特意激活DTC和选择 “进气的温度电路高输入”测试。当我们拔下连接器，如图 7所示，“检查引擎”的指示灯将被打开。图7 进气温度传感器为了验证数据的正确性，我们使用 “I-Chin科技有限公司”的ICM2000诊断产品，并将比较结果展示在图8和图 9中。图8 ICM2000 诊断结果图9 OBD系统的DTC信息最后，我们使用拟议的系统来检测的OBD数据并进行实时发送。图9便是结果，DTC是“0113”。据ELM323文件， “0113”是指“P0113”。它得到了成功的验证且与ICM2000结果相同。汽车维护后，DTC是清楚明确的，并且命令“04”的产生是为了清除DTC。5 服务器软件设计在G3系统架构中，服务器将不断从客户端接收实时数据。我们可以得到实时位置数据和DTC。它可以显示各种从选择数据库的DTC。此外，所有的收集的数据将被存储到数据库中。在服务器PC上，我们可以建立一个包括汽车类型及其相应的OBD协议的庞大的数据库。当服务器接收到OBD DTC，很容易和快速地找到汽车的问题。在本文中，服务器的软件设计将集中在OBD的在线诊断和实时的早期预警系统。这是很容易识别OBD数据和数据传输的。服务器程序上的数据是所有传输数据。当我们接收到数据，它将会通过程序被处理，来比较数据库从而实现识别和诊断。在数据字符串中的第一个数据是汽车的ID。数据库将通过汽车ID来选择OBD协议并实时确认其含义。图10是服务器中的OBD DTC程序窗口，该服务器包括汽车数据，OBD DTC，OBD数据的含义，日期，UTC时间和位置（经度和纬度）。因为数据串是固定的，我们可以开发更强大的数据库结构和数据的显示。图10 在服务器中的OBD DTC程序窗口对于在线诊断和实时报告系统的集成方面，服务器系统的的硬件和软件功能如图11所示。服务器系统必须包含DTC的专家诊断系统从而实现决策的制定和功能的运行。在本文中，一些基本的专业知识建立成一个数据库来进行初步测试。据维修工程师的经验，拟议的服务器软件产生一个粗略的建议，为维护工程师的下一步行动提出建议。图11服务器系统流程图及其显示车辆GPS定位数据将通过G3系统发送出去并清晰地显示在GIS系统上。此信息可能会保持一个良好的位置意识和追踪到车辆。在作出专业决定后，车辆状况将分为危急或非危急情况。为了提醒维修工程师，附有接收数据的声音信号将显示在GIS系统的屏幕上。危急故障模式：车辆可能有一个来自OBD信息的致命的错误，不得不停下来，并