車輛設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集
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數(shù)據(jù)采集，簡稱DAQ，是一種廣義的概念，其實質(zhì)上指的是收集和存儲來自各種數(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)項目的全過程，主要運用于電控系統(tǒng)，尤其是汽車系統(tǒng)的測試階段。
就車輛，包括油電混合型汽車，公共汽車，卡車，摩托車，工程或挖掘設(shè)備，農(nóng)機(jī)或海洋機(jī)械等的動力系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)收集設(shè)備用于對新設(shè)備的研發(fā)過程中的驗證，批量生產(chǎn)前一系列測試，現(xiàn)場測試以及質(zhì)量認(rèn)證測試，零部件使用壽命測試以及使用性測試等的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集主要為滿足政府日趨嚴(yán)格的車輛尾氣排放量、燃油經(jīng)濟(jì)性等方面的監(jiān)測要求，同時也為滿足客戶本身對車輛耐久性標(biāo)準(zhǔn)，包括對換檔，加熱，通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)的測試。
數(shù)據(jù)存儲
所記錄的數(shù)據(jù)來源于遍布車身的電控單元（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)存儲及處理的地方則取決于測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：“通常來說，對汽車零部件測試數(shù)據(jù)進(jìn)行直接處理并獲得即時結(jié)果，而對于一些長期測量，如使用性或耐久性測試等，則需要將測試數(shù)據(jù)下載到本地并隨時通過無線電進(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)境往往無法讓PC電腦很好的運行，如摩托車（在摩托車上根本無法安裝PC電腦），采挖機(jī)械設(shè)備，或者一些存在間歇性錯誤的情況下（如工程師無法持續(xù)呆在一個地方）?！盞vaser的硬件經(jīng)理 Kent Lennartsson先生補充道：“在這些情況下，有更大主板存儲器的數(shù)據(jù)記錄儀可以實現(xiàn)本地存儲更多數(shù)據(jù)，然后傳輸?shù)絇C電腦進(jìn)行后期處理。 ”
DAQ處理
當(dāng)今的汽車集成多個帶有控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）的電控單元（ECU），數(shù)以百計的傳感器網(wǎng)絡(luò)，決定了需要對汽車更多的物理和電氣參數(shù)進(jìn)行檢測和監(jiān)測。這即意味著需要有通道數(shù)更多，速度更快，精度更高的測試設(shè)備?！凹词乖谝苿討?yīng)用中，通道數(shù)和采樣率在擴(kuò)大。這一趨勢決定了對高速現(xiàn)場總線系統(tǒng)的需求，如基于像EtherCAT這樣的以太網(wǎng)技術(shù)”，Mühleis說。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）已通過開發(fā)一個帶有12個控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）的數(shù)據(jù)記錄儀對這一趨勢作出回應(yīng)。Kvaser 也通過其獨有的已取得專利的Magisync技術(shù)在幾個Kvaser Leaf Professional 接口之間實現(xiàn)自動且精確的時鐘同步，以應(yīng)對持續(xù)上升的對多通道DAQ的需求趨勢。
Accurate技術(shù)公司的Menon女士指出：“對新型汽車（如油電混合，電驅(qū)動，高性能傳輸?shù)阮愋推嚕┒孕枰卟蓸勇室詼?zhǔn)確反映各類參數(shù)數(shù)據(jù)。然而用戶總是試圖在對數(shù)據(jù)的需求與相應(yīng)的成本之間尋求平衡，另外還會出現(xiàn)收集到太多難以分析的數(shù)據(jù)的情形。”為抵銷產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)帶來的負(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，如可針對汽車過濾器和復(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接口可對系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)的檢測，且僅收集針對某些特定情況，如故障等情況下的數(shù)據(jù)。
移動測量
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)步的速度來看，隨著目前所運行的絕大多數(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題之一。因此，無論是環(huán)境監(jiān)測還是遠(yuǎn)程設(shè)備診斷，對可獨立操作且實現(xiàn)無線數(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)行無線電傳輸?shù)那闆r下對測試中車輛的在線監(jiān)測正成為一種發(fā)展趨勢。例如，很多此類的測試是通過與客戶合作進(jìn)行以達(dá)到了解客戶的車輛使用習(xí)慣。 ” 美國New Eagle公司也注意到隨著使用性能測試要求不斷提升，對有遠(yuǎn)程信息處理能力的數(shù)采的需求也大幅增長。New Eagle的銷售工程師Tom Dougan說：“這類需求的目的就是優(yōu)化車輛的使用性能，如燃料使用情況的可見性，行程的管理，設(shè)備的安全性，如臂舉，以及對車輛的診斷等?！盜PETRONIK的Ottofuelling也同意遠(yuǎn)程數(shù)采是一項重要的新趨勢，他指出“我們通過不同的調(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，而使用哪臺調(diào)制解調(diào)器完全取決于車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：“最常見的應(yīng)用是在測控機(jī)測試單元內(nèi)部安裝數(shù)采硬件，而將PC電腦安裝在單元外部。對非同地協(xié)作的數(shù)采項目（如位于兩地的樓宇或國家），遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)獲取可分為兩類—實時獲取和非實時獲取。對我們的客戶而言，他們并不需要實時關(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?！边@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，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)在客戶層面越來越廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域在未來將有大力度的推進(jìn)。”
一個相關(guān)的趨勢就是測量數(shù)據(jù)的移動訪問，這也正是Kvaser工程師們?yōu)镵vaser的黑鳥（Blackbird）無線總線分析儀連接到USB接口開發(fā)可應(yīng)用于平板電腦安卓系統(tǒng)API的原因。IPETRONIK開發(fā)的數(shù)采 產(chǎn)品也考慮到了這一趨勢。據(jù)Ottofuelling先生說：“我們開發(fā)了一款帶有從控制器局域網(wǎng)絡(luò)連接到無線局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的新的平板電腦應(yīng)用程序，這款應(yīng)用使查看到車輛的實時數(shù)據(jù)成為可能，它能讓用戶在對車輛進(jìn)行路面試駕前檢查車輛一切運行良好?！贝送?，IPETRONIK也看到了對云存儲以及云計算需求的提升?！拔覀冋粩鄶U(kuò)大將數(shù)據(jù)加載到云端的服務(wù)。我們已經(jīng)開始提供數(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)可以通過訪問存儲于云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和報告?！?
數(shù)采工具的未來
從軟件的角度來看，CSM將關(guān)注點放在混合型及電動型汽車開發(fā)工具鏈解決方案上，然而New Eagle公司則致力于為市場帶來專門針對數(shù)采解決方案的新的應(yīng)用。該公司正開發(fā)一套可與已有的和開發(fā)中的Matlab/Simulink和MotoHawk（該公司的軟件工具套件）模式實現(xiàn)無縫對接的數(shù)采系統(tǒng)。
Ottofuelling先生還指出了一個對硬件功能有重大影響的趨勢：“我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集儀現(xiàn)在越來越多地在不同系統(tǒng)間充當(dāng)‘?dāng)?shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)’以實現(xiàn)系統(tǒng)間交流?！盞vaser的Lennartsoon先生也同意這一觀點，同時他指出：“一個帶有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。一大趨勢就是永久安裝此類設(shè)備，只要被測試系統(tǒng)到達(dá)某一訪問熱點，存儲在交界面的數(shù)據(jù)就會被傳輸?shù)轿挥谌蛉我晃恢玫挠嬎銠C(jī)端進(jìn)行分析。”
IPETRONIK研發(fā)部關(guān)注到了Flexray總線技術(shù)在一些車輛上應(yīng)用的興起，伴隨而至的則是客戶對高速信號，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)布的軟件就能通過提升數(shù)據(jù)處理能力來滿足硬件不斷提升的需求。從Kvaser的未來發(fā)展來看，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。總結(jié)Lennartsson先生的觀點來看：“這兩大趨勢將大大增加需要進(jìn)行存儲的數(shù)據(jù)的量，進(jìn)而迫使用戶行為習(xí)慣發(fā)生改變。未來對數(shù)據(jù)的存儲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/云存儲技術(shù)不斷成熟，數(shù)據(jù)的存儲和分析將是隨時隨地的?！?
“用戶總是試圖在對數(shù)據(jù)的需求與相應(yīng)的成本之間尋求平衡，另外還會出現(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。
“我們注意到在數(shù)據(jù)流量允許進(jìn)行無線電傳輸?shù)那闆r下對測試中車輛的在線監(jiān)測正成為一種發(fā)展趨勢。 ” CSM的Christoph Mühlei如是說。(end)
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