專利名稱：：總線式客車故障報警裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種總線式客車故障報警裝置和方法，屬于CAN總線式客車故障診斷與報警的
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：隨著客車電子化程度不斷提高，電控系統(tǒng)在客車的應(yīng)用日趨普遍，電控系統(tǒng)能夠提高客車的安全性、動力性、經(jīng)濟性和排放性能，使客車向智能控制的方向發(fā)展，但是客車電控系統(tǒng)的日益復雜使客車的故障定位和維修的難度增加。與此同時，客車上各種電子控制單元的數(shù)目不斷增加，連接導線顯著增加，因而提高控制單元間通訊可靠性和降低導線成本已成為迫切需要解決的問題。為此，德國BOSCH公司開發(fā)了CAN總線協(xié)議，并使其成為國際標準(IS011898)。CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊編碼，采用這種方法可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，還可使不同的節(jié)點同時收到相同的數(shù)據(jù)，在客車領(lǐng)域主要采用傳輸波特率為250KBPS的SAEJ1939協(xié)議。汽車上的各類電控設(shè)備，諸如發(fā)動機控制系統(tǒng)EMS、防抱死控制系統(tǒng)ABS、變速箱電控系統(tǒng)、電控空氣懸掛系統(tǒng)ECAS、鉸接系統(tǒng)等都具備故障診斷的功能，而且絕大多數(shù)汽車電控系統(tǒng)的故障診斷部分都遵循ISO9141/ISO14230標準，其中ISO14230又稱為KWP2000協(xié)議。因此本發(fā)明人想到只需要增加與車輛的車載故障診斷系統(tǒng)(On-BoardDiagnostics，OBD)的接口通信的電路以及開發(fā)相應(yīng)的協(xié)議解析程序就能夠?qū)崿F(xiàn)汽車故障碼的讀取以滿足汽車故障提醒的需要，使得駕駛員能夠方便地獲知當前汽車是否處于良好的工作狀態(tài)。而目前在客車領(lǐng)域尚沒有具備能夠與客車CAN總線通信，并采集客車各種電控系統(tǒng)的故障診斷信息，然后以LCM畫面或者以語音方式告知駕駛員的設(shè)備，國外在這個方面也未見報道，或者是屬于公司的技術(shù)機密，不對外公開。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種總線式客車故障報警裝置和方法，該裝置和方法以有效簡單的方式得到客車電控系統(tǒng)的故障碼，同時持續(xù)監(jiān)控電控系統(tǒng)實時工作的數(shù)據(jù)流參數(shù)，再將這些數(shù)據(jù)信息以有效的方式顯示出來，并在車輛行駛過程中及時告知駕駛員以保證行車安全，從而實現(xiàn)故障報警。為解決上述4支術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種總線式客車故障報警裝置，其包括客車CAN總線接口及電路、故障診斷接口OBD及電路、輸出報警模塊和與三者相連的微處理器ECU,微處理器ECU通過客車CAN總線接口及電路以及故障診斷接口OBD及電路獲得客車各類電控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流和故障碼數(shù)據(jù)信息，將所得到的信息通過輸出報警模塊輸出，以提醒駕駛員。所述的故障診斷接口ISO串行K線采用MC33290實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。所述客車CAN總線接口及電路的CAN接口芯片采用TJA1050，CAN控制器采用SJA1000T。所述輸出報警模塊為液晶顯示模塊LCM;該液晶顯示模塊LCM可采用128*64圖形點陣式液晶。所述輸出報警模塊為語音輸出模塊；該語音輸出模塊可釆用XF-S4240語音合成纟莫塊。所述微處理器ECU內(nèi)控制軟件實現(xiàn)的功能包括數(shù)據(jù)流讀取和記錄模塊得到K線和CAN總線上傳輸?shù)目蛙噷崟r參數(shù)；芯片程序和控制模塊完成電路中使用的各種芯片的驅(qū)動；語音提醒輸出模塊完成語音輸出；LCM顯示驅(qū)動模塊完成液晶顯示模塊的驅(qū)動和控制；故障碼內(nèi)容轉(zhuǎn)換模塊將故障碼轉(zhuǎn)換成故障碼對應(yīng)的內(nèi)容；任務(wù)調(diào)度模塊完成各個功能之間資源的調(diào)度和協(xié)調(diào)；配置參數(shù)記錄模塊完成數(shù)據(jù)流閾值的記錄，故障診斷通信模塊完成故障的判斷，并決定是否通過液晶顯示模塊LCM或者語音的方式報警告知駕駛員。所述控制軟件能夠遵循ISO9141,ISO14230/KWP2000和SAEJ1939協(xié)議的應(yīng)用層標準完成故障碼和數(shù)據(jù)流的讀取以獲取重要的行駛參數(shù)。一種總線式客車故障報警方法通過故障診斷接口OBD以及客車CAN總線接口獲得客車各類電控系統(tǒng)的故障碼和數(shù)據(jù)流信息，將所得到的信息在液晶顯示模塊LCM上顯示出來，對于重要的提醒信息通過語音輸出模塊輸出，以及時對行駛過程中客車各類電控系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行報警，提醒駕駛員以提高客車的行車安全。采用上述方案后，由于本發(fā)明增加了與車輛的車載故障診斷系統(tǒng)(On-BoardDiagnostics,OBD)的接口通信的電路、與客車CAN總線相連的CAN總線接口及電路，以及開發(fā)了相應(yīng)的協(xié)議解析程序，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)客車故障碼的讀取，并以語音或LCM顯示的方式及時對行駛過程中客車電控系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行報警，以滿足客車故障提醒的需要，使得駕駛員能夠方便地獲知所駕駛車輛當前是否處于良好的工作狀態(tài)。更具體來說，本發(fā)明具有下述有益效果1.通過連接客車各路電控系統(tǒng)的故障診斷接口OBD,實現(xiàn)對車的故障診斷，便于實現(xiàn)故障的定位和維修排查。2.通過故障診斷接口OBD讀取客車各類電控系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)參數(shù)，并利用設(shè)置的安全門限值，保證行車安全。3.利用CAN總線獲取故障報警信息，便于連接各類車載電控系統(tǒng)，補充了從故障診斷接口OBD獲得的故障報警信息和客車實時運行參數(shù)，擴展靈活。4.根據(jù)電控系統(tǒng)所出現(xiàn)的故障的嚴重程度分別采用液晶顯示或者語音報警的兩級故障報警的提醒方式，在保證行駛安全的前提下，適合駕駛員的使用習慣。圖l是本發(fā)明硬件系統(tǒng)的示意框圖；圖2是本發(fā)明K線接口的電路圖；圖3是本發(fā)明CAN總線接口的電路圖；圖4是本發(fā)明軟件的體系結(jié)構(gòu)圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施實例對本發(fā)明作進一步詳述。如圖1所示，本發(fā)明所涉及的是一種總線式客車故障報警裝置，其包括客車CAN總線接口及電路1、故障診斷接口OBD及電路2、輸出報警模塊和與三者相連的微處理器ECU3,微處理器ECU3通過客車CAN總線接口及電路1以及故障診斷接口OBD及電路2獲得客車電控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流和故障碼數(shù)據(jù)信息，將所得到的信息通過輸出報警模塊輸出，以提醒駕駛員。所述的輸出報警模塊可為液晶顯示模塊LCM4用以將所得到的信息顯示出來，其還可為語音輸出模塊5，對于重要的提醒信息則能夠通過語音輸出模塊5輸出以更加有效地提醒駕駛員，需要i充明的是，故障診斷接口OBD需要使用線束將客車上各類電控系統(tǒng)的K線并接在一起。采用上述方案，本發(fā)明可以通過兩個渠道來獲取故障:R警信息首先是電控系統(tǒng)的故障碼。對于客車而言，目前客車上主要的電控系統(tǒng)都有故障診斷的功能，并支持IS09141/ISO14230協(xié)議標準，因此，在硬件接口電路的設(shè)計上采用芯片MC33290實現(xiàn)故障診斷接口OBD的K線電平到TTL電平的轉(zhuǎn)化，并通過編制故障診斷的通信程序，讀取各類電控系統(tǒng)輸出的故障碼。與此同時，通過故障診斷接口OBD和通信程序還能夠得到電控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流信息，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機油壓力、油溫等對車輛使用安全性至關(guān)重要的參數(shù)，當采集到的這些參數(shù)超過設(shè)定的報警閾值，例如發(fā)動機冷卻液的溫度超過100。C,就提醒駕駛?cè)藛T"發(fā)動機水溫過高，請注意！"，并及時進行原因排查，以保證客車在良好工作狀態(tài)下運行。其次，故障信息和數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)還能夠通過SAEJ1939協(xié)議獲得。對于客車而言，當前客車上的電控設(shè)備基本上都采用基于J1939通信協(xié)議的CAN總線，通過總線能夠得到客車各類電控系統(tǒng)行駛的實時參數(shù)，同時還能夠得到OBD診斷接口無法提供的其他報警信息，如儲氣罐氣壓報警、空氣濾清器報警、機油濾清器報警、剎車片磨損報警等。通過基于J1939標準的CAN總線能夠?qū)腛BD故障診斷接口得到的故障碼和數(shù)據(jù)流進行充分有效的補充。除此之外，與客車上的車載電控系統(tǒng)如TPMS、行駛記錄儀等設(shè)備的通信能夠使客車故障報警的內(nèi)容和信息更加豐富。在硬件接口電路的設(shè)計方案上釆用CAN控制器SJA1000T和CAN收發(fā)器TJA1050。此外，為了解決故障信息的報警，本發(fā)明采用了兩種方式以適應(yīng)駕駛員的不同使用，提高客車的行駛安全性首先是液晶顯示模塊LCM的方式。利用液晶顯示模塊能夠顯示較為豐富信息的優(yōu)點，顯示故障碼以及具體的內(nèi)容。對于故障報警類的信息，采用在液晶顯示模塊上閃爍顯示的方式，根據(jù)客車中的具體使用情況，使用128*64圖形點陣式液晶。其次是語音報警提醒的方式。對于等級比較嚴重的，且與行駛安全相關(guān)度高的故障報警信息，用語音的方式提醒駕駛員，以引起駕駛員的充分注意。語音提醒有多種方案1)語音合成芯片及模塊的方式；2)ISD系列錄音及播放芯片；3)OKI語音合成芯片及語音信息存儲芯片，例如采用語音合成芯片ML2240及P2ROM芯片MR27T1602F的電路設(shè)計方案?？紤]到提醒信息需要根據(jù)情況經(jīng)常變更，如果采用ISD或者OKI的方案需要經(jīng)常更改變換錄音，靈活性差。而釆用語音合成芯片及模塊的方式在客車應(yīng)用場合下音質(zhì)效果以及在系統(tǒng)應(yīng)用的方便性方面都能夠滿足要求，因此語音報警提醒的方式就采用語音合成芯片及^t塊的方案。描述如下1、硬件電路的設(shè)計和實現(xiàn)1)故障診斷接口電路目前客車的電控系統(tǒng)基本都采用ISO串行K線接口，為了完成ISO9141規(guī)定的物理層電平標準到TTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換，采用MC33290，如圖2所示，該芯片的第4腳連接到故障診斷的K線上，第5腳和第6腳分別連接到單片機的串行接口的發(fā)送TXD和接收RXD引腳。2)CAN總線接口電路客車上的CAN總線在物理層上采用的是CAN2.0B，客車CAN總線的CAN—H和CAN一L分別通過5.1歐姆的電阻在連接到CAN接口芯片TJA1050的第7腳和第6腳上，TJA1050的1腳連接到CAN控制器SJA1000T的13腳，TJA1050的4腳連接到CAN控制器SJA1000T的19腳。為了保證CAN控制器的正確復位，采用復位芯片STC809,STC809的2腳連接到SJA1000T的17腳，見圖3。3)語音輸出模塊接口電路采用安徵科大訊飛信息科技有限公司的XF-S4240語音合成模塊，模塊的第10腳和第8腳分別連接到單片機的串行接口的發(fā)送TXD和接收RXD引腳。設(shè)置的語音內(nèi)容包括"發(fā)動機水溫過高，請注意！""發(fā)動機機油壓力過低，請注意！""發(fā)動機機油溫度異常，請注意！""您的車輛的電控系統(tǒng)有故障碼，請及時維修！""車輛的發(fā)動機排放超標，請送^務(wù)!""車輛輪胎壓力異常，請注意防止爆胎！""車輛發(fā)動機轉(zhuǎn)速過高，請注意安全!"4)液晶顯示模塊電路液晶顯示模塊選用128*64圖形點陣式液晶，其數(shù)據(jù)線DB0-DB7連接到單片機的并行接口上。2、軟件的開發(fā)設(shè)計1)軟件的體系結(jié)構(gòu)在軟件開發(fā)上包括數(shù)據(jù)鏈路層和邏輯應(yīng)用層。如圖4所示，其中數(shù)據(jù)鏈i各層中包括四個協(xié)議解析通信模塊ISO91416、ISO142307、J19398和串行通信SCI9,分別完成各種協(xié)議標準的幀格式數(shù)據(jù)的封裝和信息提取。在邏輯應(yīng)用層上，數(shù)據(jù)流讀取和記錄模塊10得到K線和CAN總線上傳輸?shù)目蛙噷崟r參數(shù)如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度等信息。芯片程序和控制模塊11完成電路中使用的各種芯片如SJA1000T的驅(qū)動。語音提醒輸出模塊12完成語音合成模塊XF-S4240的語音輸出。LCM顯示驅(qū)動^t塊13完成128*64液晶顯示^t塊的驅(qū)動和控制。故障碼內(nèi)容轉(zhuǎn)換模塊14將故障碼轉(zhuǎn)換成故障碼對應(yīng)的內(nèi)容，如某款發(fā)動機的故障碼P0330表示爆震傳感器2線路不良。任務(wù)調(diào)度模塊15完成各個功能之間資源的調(diào)度和協(xié)調(diào)，以在資源有限的單片機上可靠實現(xiàn)各種功能。配置參數(shù)記錄模塊16完成數(shù)據(jù)流閾值的記錄，包括實時數(shù)據(jù)流讀取時間間隔、發(fā)動機冷卻液溫度閾值、機油壓力閾值、機油溫度閾值、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等。故障診斷通信模塊17完成故障的判斷，并決定是否通過液晶顯示模塊LCM或者語音的方式報警告知駕駛員。2)KWP2000通信協(xié)議實現(xiàn)步驟按照ISO14230/KWP2000標準的約定，其鏈路層的命令格式如下LengthECUAddToolsAddDataChecksum其中Length——請求命令長度，占用1個byte,長度為Length-0x80表示Data的字節(jié)數(shù)。ECUAdd——請求的目標ECU的地址。ToolsAdd——故障診斷設(shè)備的地址。Data——應(yīng)用層數(shù)據(jù)。Checksum——校驗和，采用累加和方式。得到a進入診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互模型依據(jù)交互規(guī)則，需要順次發(fā)送以下命令，其中Req為本裝置發(fā)給發(fā)動機電控系統(tǒng)的命令，Ans為發(fā)動機電控系統(tǒng)應(yīng)答的命令。Req:8111Fl8104Ans:83Fl11CIE98FBEReq:8211Fl1A81IFAns:83Fl11CIEF8FC4R叫8211Fl1A80IEAns:83Fl11CIEF8FC4b鏈路保持命令Req:8111Fl3EClAns:81Fl117E01章碼命令Req:8411Fl1800FF009DAns:85Fl1158010115Al97Pos:012345678發(fā)動機電控系統(tǒng)應(yīng)答的命令分析為了描述方便引入Pos作為字節(jié)定義。Pos[O]表示回傳的第1個字節(jié)。Pos[3]-Req[3]+0x40;Pos[4]表示故障碼的個數(shù)；Pos[5]和Pos[6]表示故障碼內(nèi)容，具體為如果Pos[5]&0xC06=0第一個字母為P,表示是動力系統(tǒng)；=1第一個字母為C,表示是底盤系統(tǒng)；-2第一個字母為B,表示是車身系統(tǒng)；=3第一個字母為U,表示是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。Pos[習&3F和Pos[6]組成后四位數(shù)字。遵循以上^見則可以得出Pos[4]=01,表示有l(wèi)個故障碼。Pos[5]=01，Pos[5]&C06=0得到第一個字母為P，為動力系統(tǒng)，Pos[5]&3F=01與Pos[6]組成后四位數(shù)字0U5,得到的故障碼是P0115。通過查詢電控系統(tǒng)的故障碼表，P0115所對應(yīng)的故障內(nèi)容為發(fā)動機冷卻液溫度電路故障。3)SAEJ1939通信協(xié)議實現(xiàn)步驟按照J1939協(xié)議的規(guī)定，對本系統(tǒng)而言，主要是針對SAEJ1939-71應(yīng)用層協(xié)議的開發(fā)，而且主要集中在CAN總線上PDU2格式的消息也就是廣播消息的接收，例如從發(fā)動機控制單元EMS上接收發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油門開度、冷卻液溫度等。以發(fā)動機轉(zhuǎn)速為例，按照SAEJ1939-71的規(guī)定，采用型號為SJA1000T的CAN控制器，其驗收代碼寄存器ACR設(shè)置為ACR0=01100111,ACR1-10011000，ACR2=00001000,ACR3=00000000，而驗收屏蔽寄存器AMR設(shè)置為:AMR0=AMR1=AMR2=AMR3=0，則CAN的數(shù)據(jù)幀設(shè)置為<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>本消息的參數(shù)群編號PGN為61444，其對應(yīng)的數(shù)據(jù)場長度為6個字節(jié)，共有5個參數(shù)，其中發(fā)動機轉(zhuǎn)速占字節(jié)4和5。權(quán)利要求1、一種總線式客車故障報警裝置，其特征在于包括客車CAN總線接口及電路(1)、故障診斷接口OBD及電路(2)、輸出報警模塊和與三者相連的微處理器ECU(3)，微處理器ECU(3)通過客車CAN總線接口及電路(1)以及故障診斷接口OBD及電路(2)獲得客車各類電控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流和故障碼數(shù)據(jù)信息，將所得到的信息通過輸出報警模塊輸出。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線式客車故障報警裝置，其特征在于所述的故障診斷接口ISO串行K線采用MC33290實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線式客車故障報警裝置，其特征在于所述客車CAN總線接口及電路的CAN接口芯片釆用TJA1050,CAN控制器采用SJA1000T。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線式客車故障報警裝置，其特征在于所述輸出報警模塊為液晶顯示模塊LCM(4)。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的總線式客車故障報警裝置，其特征在于所述的液晶顯示模塊LCM采用128*64圖形點陣式液晶。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線式客車故障報警裝置，其特征在于所述輸出報警模塊為語音輸出模塊(5)。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的總線式客車故障報警裝置，其特征在于所述語音輸出模塊采用XF-S4240語音合成模塊。8、根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的總線式客車故障報警裝置，其特征在于所述微處理器ECU內(nèi)控制軟件實現(xiàn)的功能包括數(shù)據(jù)流讀取和記錄模塊(10)得到K線和CAN總線上傳輸?shù)目蛙噷崟r參數(shù)；芯片程序和控制模塊(11)完成電路中使用的各種芯片的驅(qū)動；語音提醒輸出模塊(12)完成語音輸出；LCM顯示驅(qū)動模塊(13)完成液晶顯示模塊的驅(qū)動和控制；故障碼內(nèi)容轉(zhuǎn)換模塊(14)將故障碼轉(zhuǎn)換成故障碼對應(yīng)的內(nèi)容；任務(wù)調(diào)度模塊(15)完成各個功能之間資源的調(diào)度和協(xié)調(diào)；配置參數(shù)記錄模塊(16)完成數(shù)據(jù)流閣值的記錄，故障診斷通信模塊(17)完成故障的判斷，并決定是否通過液晶顯示模塊LCM或者語音的方式報警告知駕駛員。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的總線式客車故障報警裝置，其特征在于所述控制軟件能夠遵循ISO9141，ISO14230/KWP2000和SAEJ1939協(xié)議的應(yīng)用層標準完成故障碼和數(shù)據(jù)流的讀取以及重要行駛參數(shù)獲取。10、一種總線式客車故障報警方法，其特征在于通過故障診斷接口OBD以及客車CAN總線接口獲得客車各類電控系統(tǒng)的故障碼和數(shù)據(jù)流信息，將所得到的信息在液晶顯示模塊LCM(4)上顯示出來，對于重要的提醒信息通過語音輸出模塊(5)輸出，以及時對行駛過程中客車各類電控系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行報警，提醒駕駛員以提高客車的行車安全。全文摘要本發(fā)明公開了一種總線式客車故障報警裝置和方法，其涉及一種安裝在客車上能夠通過故障診斷接口OBD以及客車CAN總線接口獲得客車電控系統(tǒng)的故障碼和數(shù)據(jù)流信息并進行故障報警的裝置和方法。微處理器ECU連接到以J1939協(xié)議為標準的客車CAN總線接口獲得總線的數(shù)據(jù)流和相關(guān)的故障信息進行故障診斷，并通過故障診斷接口OBD獲得客車電控單元的故障碼，所得到的信息能夠在液晶顯示模塊LCM上顯示出來，對于重要的提醒信息通過語音輸出模塊輸出以更加有效地提醒駕駛員。該裝置以語音和LCM顯示的方式及時對行駛過程中客車電控系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進行報警，提醒駕駛員以提高客車的行車安全。文檔編號B60R16/02GK101428595SQ20081007243公開日2009年5月13日申請日期2008年12月17日優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日發(fā)明者周方明,山陸,陳曉冰申請人:廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司