車(chē)輛設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集

　　數(shù)據(jù)采集，簡(jiǎn)稱DAQ，是一種廣義的概念，其實(shí)質(zhì)上指的是收集和存儲(chǔ)來(lái)自各種數(shù)據(jù)源（通常指的是模擬或數(shù)字傳感器等數(shù)據(jù)源）的數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析的行為。當(dāng)然，數(shù)據(jù)采集普遍應(yīng)用于不同的行業(yè)，且往往貫穿行業(yè)項(xiàng)目的全過(guò)程，主要運(yùn)用于電控系統(tǒng)，尤其是汽車(chē)系統(tǒng)的測(cè)試階段。

　　就車(chē)輛，包括油電混合型汽車(chē)，公共汽車(chē)，卡車(chē)，摩托車(chē)，工程或挖掘設(shè)備，農(nóng)機(jī)或海洋機(jī)械等的動(dòng)力系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)收集設(shè)備用于對(duì)新設(shè)備的研發(fā)過(guò)程中的驗(yàn)證，批量生產(chǎn)前一系列測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及質(zhì)量認(rèn)證測(cè)試，零部件使用壽命測(cè)試以及使用性測(cè)試等的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集主要為滿足政府日趨嚴(yán)格的車(chē)輛尾氣排放量、燃油經(jīng)濟(jì)性等方面的監(jiān)測(cè)要求，同時(shí)也為滿足客戶本身對(duì)車(chē)輛耐久性標(biāo)準(zhǔn)，包括對(duì)換檔，加熱，通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)的測(cè)試。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

　　所記錄的數(shù)據(jù)來(lái)源于遍布車(chē)身的電控單元（ECUs）以及傳感器網(wǎng)絡(luò)，往往這些數(shù)據(jù)將被直接導(dǎo)入PC電腦。然而，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理的地方則取決于測(cè)量目的以及獲取的數(shù)據(jù)量。正如Kvaser 合作伙伴CSM（公司網(wǎng)址：www.csmproductsinc.com ） 的產(chǎn)品主管Christoph Mühleis先生所說(shuō)：“通常來(lái)說(shuō)，對(duì)汽車(chē)零部件測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行直接處理并獲得即時(shí)結(jié)果，而對(duì)于一些長(zhǎng)期測(cè)量，如使用性或耐久性測(cè)試等，則需要將測(cè)試數(shù)據(jù)下載到本地并隨時(shí)通過(guò)無(wú)線電進(jìn)行傳輸。

　　出于其他原因需要將數(shù)據(jù)下載到本地或進(jìn)行本地存貯。Cyrilla Menon女士Accurate技術(shù)有限公司（公司網(wǎng)址：www.accuratetechnologies.com）的市場(chǎng)總監(jiān)/應(yīng)用工程師指出：“通常我們的數(shù)據(jù)記錄儀使用者所處的環(huán)境往往無(wú)法讓PC電腦很好的運(yùn)行，如摩托車(chē)（在摩托車(chē)上根本無(wú)法安裝PC電腦），采挖機(jī)械設(shè)備，或者一些存在間歇性錯(cuò)誤的情況下（如工程師無(wú)法持續(xù)呆在一個(gè)地方）。”Kvaser的硬件經(jīng)理 Kent Lennartsson先生補(bǔ)充道：“在這些情況下，有更大主板存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)記錄儀可以實(shí)現(xiàn)本地存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)，然后傳輸?shù)絇C電腦進(jìn)行后期處理。”

　　DAQ處理

　　當(dāng)今的汽車(chē)集成多個(gè)帶有控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）的電控單元（ECU），數(shù)以百計(jì)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，決定了需要對(duì)汽車(chē)更多的物理和電氣參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。這即意味著需要有通道數(shù)更多，速度更快，精度更高的測(cè)試設(shè)備。“即使在移動(dòng)應(yīng)用中，通道數(shù)和采樣率在擴(kuò)大。這一趨勢(shì)決定了對(duì)高速現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的需求，如基于像EtherCAT這樣的以太網(wǎng)技術(shù)”，Mühleis說(shuō)。Kvaser的技術(shù)合作方New Eagle（公司網(wǎng)址：www.neweagle.net）從高端校準(zhǔn)用戶中同樣看到了這一需求， 而IPETRONICK公司（公司網(wǎng)址：www.ipetronikl.com）已通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)帶有12個(gè)控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）的數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)這一趨勢(shì)作出回應(yīng)。Kvaser 也通過(guò)其獨(dú)有的已取得專利的Magisync技術(shù)在幾個(gè)Kvaser Leaf Professional 接口之間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)且精確的時(shí)鐘同步，以應(yīng)對(duì)持續(xù)上升的對(duì)多通道DAQ的需求趨勢(shì)。

　　Accurate技術(shù)公司的Menon女士指出：“對(duì)新型汽車(chē)（如油電混合，電驅(qū)動(dòng)，高性能傳輸?shù)阮愋推?chē)）而言需要高采樣率以準(zhǔn)確反映各類參數(shù)數(shù)據(jù)。然而用戶總是試圖在對(duì)數(shù)據(jù)的需求與相應(yīng)的成本之間尋求平衡，另外還會(huì)出現(xiàn)收集到太多難以分析的數(shù)據(jù)的情形。”為抵銷(xiāo)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)帶來(lái)的負(fù)面影響，用戶只需最大限度的尋求所收集數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，即只采集有用的數(shù)據(jù)。一個(gè)典型的例子就是使用集成高性能微處理器的數(shù)據(jù)記錄儀，如可針對(duì)汽車(chē)過(guò)濾器和復(fù)雜的觸發(fā)條件進(jìn)行編程的Kvaser的Eagle產(chǎn)品接口和數(shù)據(jù)記錄儀。這就使得Eagle接口可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的檢測(cè)，且僅收集針對(duì)某些特定情況，如故障等情況下的數(shù)據(jù)。

　　移動(dòng)測(cè)量

　　數(shù)采硬件曾是數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域所面臨的瓶頸。然而，根據(jù)摩爾定律所揭示的信息技術(shù)進(jìn)步的速度來(lái)看，隨著目前所運(yùn)行的絕大多數(shù)的電子元器件的性能和速度的提升，再疊加上飛速發(fā)展的存儲(chǔ)技術(shù)，用戶現(xiàn)在所面臨的最大挑戰(zhàn)不再是數(shù)采硬件而是在數(shù)據(jù)收集后的階段，尤其是如何將所收集的數(shù)據(jù)發(fā)送處理是目前所面臨的問(wèn)題之一。因此，無(wú)論是環(huán)境監(jiān)測(cè)還是遠(yuǎn)程設(shè)備診斷，對(duì)可獨(dú)立操作且實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ叩男枨笈c日俱增。

　　CSM的Mühlei提到：“我們注意到在數(shù)據(jù)流量允許進(jìn)行無(wú)線電傳輸?shù)那闆r下對(duì)測(cè)試中車(chē)輛的在線監(jiān)測(cè)正成為一種發(fā)展趨勢(shì)。例如，很多此類的測(cè)試是通過(guò)與客戶合作進(jìn)行以達(dá)到了解客戶的車(chē)輛使用習(xí)慣。”美國(guó)New Eagle公司也注意到隨著使用性能測(cè)試要求不斷提升，對(duì)有遠(yuǎn)程信息處理能力的數(shù)采的需求也大幅增長(zhǎng)。New Eagle的銷(xiāo)售工程師Tom Dougan說(shuō)：“這類需求的目的就是優(yōu)化車(chē)輛的使用性能，如燃料使用情況的可見(jiàn)性，行程的管理，設(shè)備的安全性，如臂舉，以及對(duì)車(chē)輛的診斷等。”IPETRONIK的Ottofuelling也同意遠(yuǎn)程數(shù)采是一項(xiàng)重要的新趨勢(shì)，他指出“我們通過(guò)不同的調(diào)制解調(diào)器將所收集的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)記錄儀中下載下來(lái)，而使用哪臺(tái)調(diào)制解調(diào)器完全取決于車(chē)輛位于全球路面的位置。“

　　Accurate技術(shù)的Menon女士指出”遠(yuǎn)程“可有不同的定義：“最常見(jiàn)的應(yīng)用是在測(cè)控機(jī)測(cè)試單元內(nèi)部安裝數(shù)采硬件，而將PC電腦安裝在單元外部。對(duì)非同地協(xié)作的數(shù)采項(xiàng)目（如位于兩地的樓宇或國(guó)家），遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)獲取可分為兩類-實(shí)時(shí)獲取和非實(shí)時(shí)獲取。對(duì)我們的客戶而言，他們并不需要實(shí)時(shí)關(guān)注遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，然而他們需要將大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到服務(wù)器上以便進(jìn)行后續(xù)分析。”這將是一大挑戰(zhàn)，CSM的Mhüleis先生就此的解釋為，“目前高性能網(wǎng)絡(luò)如UMTS或LTE的覆蓋率還相當(dāng)有限。然而，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)在客戶層面越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域在未來(lái)將有大力度的推進(jìn)。”

　　一個(gè)相關(guān)的趨勢(shì)就是測(cè)量數(shù)據(jù)的移動(dòng)訪問(wèn)，這也正是Kvaser工程師們?yōu)镵vaser的黑鳥(niǎo)（Blackbird）無(wú)線總線分析儀連接到USB接口開(kāi)發(fā)可應(yīng)用于平板電腦安卓系統(tǒng)API的原因。IPETRONIK開(kāi)發(fā)的數(shù)采 產(chǎn)品也考慮到了這一趨勢(shì)。據(jù)Ottofuelling先生說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)了一款帶有從控制器局域網(wǎng)絡(luò)連接到無(wú)線局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的新的平板電腦應(yīng)用程序，這款應(yīng)用使查看到車(chē)輛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)成為可能，它能讓用戶在對(duì)車(chē)輛進(jìn)行路面試駕前檢查車(chē)輛一切運(yùn)行良好。”此外，IPETRONIK也看到了對(duì)云存儲(chǔ)以及云計(jì)算需求的提升。“我們正不斷擴(kuò)大將數(shù)據(jù)加載到云端的服務(wù)。我們已經(jīng)開(kāi)始提供數(shù)據(jù)托管服務(wù)，此外從2014年3月起，我們的IPEmoTIon數(shù)據(jù)采集軟件已經(jīng)可以通過(guò)訪問(wèn)存儲(chǔ)于云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和報(bào)告。”

　　數(shù)采工具的未來(lái)

　　從軟件的角度來(lái)看，CSM將關(guān)注點(diǎn)放在混合型及電動(dòng)型汽車(chē)開(kāi)發(fā)工具鏈解決方案上，然而New Eagle公司則致力于為市場(chǎng)帶來(lái)專門(mén)針對(duì)數(shù)采解決方案的新的應(yīng)用。該公司正開(kāi)發(fā)一套可與已有的和開(kāi)發(fā)中的Matlab/Simulink和MotoHawk（該公司的軟件工具套件）模式實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接的數(shù)采系統(tǒng)。

　　Ottofuelling先生還指出了一個(gè)對(duì)硬件功能有重大影響的趨勢(shì)：“我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集儀現(xiàn)在越來(lái)越多地在不同系統(tǒng)間充當(dāng)‘數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)’以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間交流。”Kvaser的Lennartsoon先生也同意這一觀點(diǎn)，同時(shí)他指出：“一個(gè)帶有WiFi功能的交互界面或數(shù)據(jù)采集儀可將分離的系統(tǒng)連接起來(lái)。一大趨勢(shì)就是永久安裝此類設(shè)備，只要被測(cè)試系統(tǒng)到達(dá)某一訪問(wèn)熱點(diǎn)，存儲(chǔ)在交界面的數(shù)據(jù)就會(huì)被傳輸?shù)轿挥谌蛉我晃恢玫挠?jì)算機(jī)端進(jìn)行分析。”

　　IPETRONIK研發(fā)部關(guān)注到了Flexray總線技術(shù)在一些車(chē)輛上應(yīng)用的興起，伴隨而至的則是客戶對(duì)高速信號(hào)，即非常高的采樣率以及“大數(shù)據(jù)”的采集記錄要求。Menon女士還指出Accurate技術(shù)公司最新發(fā)布的軟件就能通過(guò)提升數(shù)據(jù)處理能力來(lái)滿足硬件不斷提升的需求。從Kvaser的未來(lái)發(fā)展來(lái)看，這將包括高速控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN-FD）以及以太控制器局域網(wǎng)絡(luò)等的解決方案?？偨Y(jié)Lennartsson先生的觀點(diǎn)來(lái)看：”這兩大趨勢(shì)將大大增加需要進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的量，進(jìn)而迫使用戶行為習(xí)慣發(fā)生改變。未來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析不再是只能單純地在某一特定的中央處理器進(jìn)行處理，相反，隨著服務(wù)器/云存儲(chǔ)技術(shù)不斷成熟，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析將是隨時(shí)隨地的。”

　　“用戶總是試圖在對(duì)數(shù)據(jù)的需求與相應(yīng)的成本之間尋求平衡，另外還會(huì)出現(xiàn)收集到太多難以分析的數(shù)據(jù)的情形。”Accurate技術(shù)公司的 Cyrilla Menon女士如是說(shuō)。

　　“我們注意到在數(shù)據(jù)流量允許進(jìn)行無(wú)線電傳輸?shù)那闆r下對(duì)測(cè)試中車(chē)輛的在線監(jiān)測(cè)正成為一種發(fā)展趨勢(shì)。”CSM的Christoph Mühlei如是說(shuō)。