用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统

1.一种用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统，是用在具有ST10电控单元（2）和GPRS报警单元（3）的车载信息系统中的车载主控制器（1），所述的车载主控制器（1）包括有：主控制单元（4）和设置于主控制单元（4）外围的CAN接口电路（5）、音频电路（6）、GPS电路（7）、蓝牙免提电路（8）、液晶屏接口（9）、USB接口电路（10）、SD卡接口（11）、JTAG接口（12）和复位电路（13），所述的CAN接口电路（5）包括有：与控制芯片（18）的SPI接口连接并进行通信的CAN控制器（19），与CAN控制器（19）连接的进行接收和发送的光电耦合器（20），与光电耦合器（20）相连的CAN收发器（21）以及与CAN收发器（21）相连的CAN总线（22），其特征在于，包括有车况信息数据采集控制单元，基于GPRS技术的汽车故障报警控制单元，视频处理控制单元、车载主控制器单元，所述的车况信息数据采集控制单元，完成车况信息数据采集、传送，基于GPRS技术的汽车故障报警控制单元，根据车载主控制器单元发送来的远程报警信息进行远程报警，所述的车载主控制器单元包括有：含有GPS导航、播放电影、浏览图片、播放音乐、车载蓝牙免提的多媒体娱乐功能模块，以及汽车状态诊断与车况数据管理功能模块，所述的汽车状态诊断与车况数据管理功能模块包括有：数据传输方法、实时显示车身状态方法、故障与车况数据库、汽车状态诊断方法、汽车故障报警方法和汽车性能评估方法；
所述的汽车状态诊断与车况数据管理功能模块运行主程序包括如下步骤：
1）判断汽车状态是否有故障，是进入第8步骤，否则进入第2步骤；
2）判断是否收到数据，是进入第3步骤，否则返回第1步骤；
3）显示实时车身状态；
4）保存车况数据；
5）判断是否进行汽车性能评估，是进入第6步骤，否则进入第7步骤；
6）进入汽车性能评估子程序；
7）判断是否退出，是结束，否则返回第1步骤开始；
8）进入汽车故障诊断子程序；
9）保存故障样本数据后进入第7步骤；
其中，所述的汽车故障诊断子程序包括如下流程：
A）选择故障所发生的系统；
B）选择故障现象；
C）判断故障原因是否已确定，是进入下一步，否则进行系统推理分析，然后返回上一步；
D）排除故障；
E）提出维修建议；
F）返回主程序；
其中，所述的系统推理分析是通过如下流程完成：
（1）确定故障所属模式，并找到当前故障征兆的对应节点；
（2）判断对应节点是否为父节点，是找到子节点加入节点组后进入下一步，否则直接进入下一步；
（3）从节点ID取出规则NO，加入规则组，其中，NO指具体规则的编号；
（4）在故障诊断数据库中的规则表中找到规则的前件与后件；
（5）判断状态正常，正常进入第(11)步，否则进入下一步；
（6）规则条件即为故障原因，加入故障原因数组；
（7）在故障诊断数据库中的结论表中找到故障的维修建议；
（8）继续判断故障原因数组是否为空，为空进入下一步，否则返回第6步；
（9）判断节点是否为空，是进往下步，否则返回第（3）步；
（10）显示故障结论，并结束；
（11）判断规则组是否为空，是进入下一步，否则返回第（4）步；
（12）判断节点组是否为空，是进入下一步，否则返回第（3）步；
（13）诊断无结论，并结束。
2.根据权利要求1所述的用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统，其特征在于，所述的故障与车况数据库具有：故障样本数据、特征参数历史数据和车况数据的保存和管理，以及故障诊断模型参数、评估模型参数、故障诊断数据库。
3.根据权利要求1所述的用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统，其特征在于，所述的汽车性能评估子程序包括如下流程：
1）调用评估模型参数；
2）计算当前发动机功率；
3）计算当前耗油率；
4）调用历史车况数据；
5）计算发动机功率变化趋势；
6）计算耗油率变化趋势；
7）输出保养维护建议；
8）返回主程序。

用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种车载信息系统。特别是涉及一种具有汽车状态诊断与车况数据管理功能的用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统。\n背景技术\n[0002] 随着新材料、新技术、新工艺在汽车生产、制造过程中的运用，在汽车上电子技术的应用越来越广泛，汽车的电子化程度越来越高，特别是在汽车上应用微机后，汽车已进入了电控的时代。同时无线通信、自动控制、处理器及动态检测等技术的发展和成熟为车载信息系统的设计提供了技术支持。车载信息系统是一种新型的汽车电子设备，目前国外一些知名的汽车生产厂商在这方面己经做了多年的研究，形成了产品。车载信息系统主要包括汽车信息显示和故障诊断两大类。汽车信息显示是通过显示屏显示各种图形、图像信息，如:电子地图、汽车位置等。汽车故障诊断系统通过汽车内部的网络传输各个部件的故障信息，通过故障诊断接口对外部传输数据，专用的故障诊断仪器通过这个接口获得数据，对汽车整车进行检测，找出发生故障的位置和原因，并通过特定的符号显示出来告诉修理人员如何进行快速、正确的修理。随着车载信息系统的发展，车载信息系统除了上述功能外，还具备多媒体娱乐等功能。目前国外车载信息系统作为汽车电子的重要组成部分，主要作为高端汽车的配置。日本很多的汽车生产厂家都有该类产品，丰田、松下等公司都已开发出自己的车载导航产品。其他发达国家如美国、德国也有自己的产品。例如，宝马i-drive多媒体操控系统，其功能包括导航、空调的调节、倒车雷达、娱乐及上网。国内现有车载信息系统也主要配置在高端汽车上。相比国外的车载信息系统，许多重要功能缺少，比如车辆的车内信息诊断功能、辅助维护功能等。而随着汽车电子技术的进步，对车载信息系统的功能需求越来越高，需要集成定位导航、故障显示与诊断、娱乐等多方面的功能，实现高集成度的多功能车载信息系统。\n发明内容\n[0003] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种集成定位导航功能、娱乐设施、蓝牙免提、车辆运行状态信息显示、故障显示、基于GPRS的远程故障报警及在行车过程中采集车况信息进行状态诊断、汽车性能评估等功能的用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统。\n[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统，车载主控制器是用在具有ST10电控单元和GPRS报警单元的车载信息系统中的车载主控制器，所述的车载主控制器包括有：主控制单元和设置于主控制单元外围的CAN接口电路、音频电路、GPS电路、蓝牙免提电路、液晶屏接口、USB接口电路、SD卡接口、JTAG接口和复位电路。\n[0005] 所述的主控制单元是由集成了扩展的SDRAM和FLASH的控制芯片构成。\n[0006] 所述的控制芯片是分别对应的通过本身的SPI接口连接CAN接口电路，通过本身的IIS接口连与音频电路，通过本身的串口UART连接GPS电路，通过本身的串口UART连接蓝牙免提电路，所述的SD卡接口，采用主控制单元内部集成的SD/MMC控制器，扩展大容量SD卡，实现GPS地图等数据存储；所述的USB接口电路采用主控制单元内部集成的USB_Host，用于移动存储，以及车况信息保存；所述的液晶屏接口和JTAG接口集成在控制芯片内部，控制芯片通过将液晶屏接口、和JTAG接口的接口信号线引出来连接对应的电路。\n[0007] 所述的CAN接口电路包括有：与控制芯片的SPI接口连接并进行通信的CAN控制器，与CAN控制器连接的进行接收和发送的光电耦合器，与光电耦合器相连的CAN收发器（21）以及与CAN收发器相连的CAN总线。\n[0008] 车载主控制器的控制系统，包括有车况信息数据采集控制单元，基于GPRS技术的汽车故障报警控制单元，视频处理控制单元、车载主控制器单元，所述的车况信息数据采集控制单元，完成车况信息数据采集、传送，基于GPRS技术的汽车故障报警控制单元，根据车载主控制器单元发送来的远程报警信息进行远程报警。\n[0009] 所述的车载主控制器单元包括有：含有GPS导航、播放电影、浏览图片、播放音乐、车载蓝牙免提的多媒体娱乐功能模块，以及汽车状态诊断与车况数据管理功能模块。\n[0010] 所述的汽车状态诊断与车况数据管理功能模块包括有：数据传输方法、实时显示车身状态方法、故障与车况数据库、汽车状态诊断方法、汽车故障报警方法和汽车性能评估方法。\n[0011] 所述的故障与车况数据库具有：故障样本数据、特征参数历史数据和车况数据的保存和管理，以及故障诊断模型参数、评估模型参数、故障诊断数据库。\n[0012] 所述的汽车状态诊断与车况数据管理功能模块运行主程序包括如下步骤：\n[0013] 1）判断汽车状态是否有故障，是进入第8步骤，否则进入第2步骤；\n[0014] 2）判断是否收到数据，是进入第3步骤，否则返回第1步骤；\n[0015] 3）显示实时车身状态；\n[0016] 4）保存车况数据；\n[0017] 5）判断是否进行汽车性能评估，是进入第6步骤，否则进入第7步骤；\n[0018] 6）进入汽车性能评估子程序；\n[0019] 7）判断是否退出，是结束，否则返回第1步骤开始；\n[0020] 8）进入汽车故障诊断子程序；\n[0021] 9）保存故障样本数据后进入第7步骤。\n[0022] 所述的汽车性能评估子程序包括如下流程：\n[0023] 1）调用评估模型参数；\n[0024] 2）计算当前发动机功率；\n[0025] 3）计算当前耗油率；\n[0026] 4）调用历史车况数据；\n[0027] 5）计算发动机功率变化趋势；\n[0028] 6）计算耗油率变化趋势；\n[0029] 7）输出保养维护建议；\n[0030] 8）返回主程序。\n[0031] 所述的汽车故障诊断子程序包括如下流程：\n[0032] 1）选择故障所发生的系统；\n[0033] 2）选择故障现象；\n[0034] 3）判断故障原因是否已确定，是进入下一步，否则进行系统推理分析，然后返回上一步；\n[0035] 4）排除故障；\n[0036] 5）提出维修建议；\n[0037] 6）返回主程序。\n[0038] 所述的系统推理分析是通过如下流程完成：\n[0039] 1）确定故障所属模式，并找到当前故障征兆的对应节点；\n[0040] 2）判断对应节点是否为父节点，是找到子节点加入节点组后进入下一步，否则直接进入下一步；\n[0041] 3）从节点ID取出规则NO,加入规则组；\n[0042] 4）在故障诊断数据库中的规则表中找到规则的前件与后件；\n[0043] 5）判断状态正常，正常进入第11步，否则进入下一步；\n[0044] 6）规则条件即为故障原因，加入故障原因数组；\n[0045] 7）在故障诊断数据库中的结论表中找到故障的维修建议；\n[0046] 8）继续判断故障原因数组是否为空，为空进入下一步，否则返回第6步；\n[0047] 9）判断节点是否为空，是进往下步，否则返回第3步；\n[0048] 10）显示故障结论，并结束；\n[0049] 11）判断规则组是否为空，是进入下一步，否则返回第4步；\n[0050] 12）判断节点组是否为空，是进入下一步，否则返回第3步；\n[0051] 13）诊断无结论，并结束。\n[0052] 本发明的用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统，是一种集定位导航功能，娱乐设施、蓝牙免提、车辆运行状态信息显示、故障显示、基于GPRS的远程故障报警以及在行车过程中采集车况信息进行状态诊断、汽车性能评估等功能为一体的装置，同时还可以为车主提供汽车保养维护建议。\n[0053] 本发明的优越性在于：①基于ARM的集成定位导航功能、车辆运行状态信息显示、故障显示与诊断、多媒体娱乐、蓝牙免提、车身实时信息显示、以及根据车况信息进行汽车故障报警和汽车性能评估的高集成度ARM多媒体娱乐与数据处理单元设计方案；②设计了基于GPRS的车载无线语音远程报警、申请服务功能；③采用专用多功能液晶显示驱动芯片的视频处理单元设计，可以根据切换信号自动切换实现倒车后视AV视频采集显示与ARM多媒体娱乐与数据处理单元的界面显示。④在行车过程中采集车况信息进行汽车状态诊断,输出报警信息及维修建议，为用户提供直观汽车故障信息。⑤在行车过程中采集车况信息进行汽车性能评估等功能的装置，为用户提供汽车保养维护建议。\n附图说明\n[0054] 图1是本发明所涉及的车载信息系统的总体结构示意图；\n[0055] 图2是本发明的车载主控制器电路结构图；\n[0056] 图3是本发明的车载主控制器电路结构图；\n[0057] 图4是本发明的CAN接口电路的电路结构图；\n[0058] 图5是本发明的GPS电路的电路结构图；\n[0059] 图6是本发明的音频电路的电路结构图；\n[0060] 图7是本发明的蓝牙免提电路的电路结构图；\n[0061] 图8是本发明的故障与车况数据库的结构图；\n[0062] 图9是本发明的汽车状态诊断与车况数据管理模块的主流程图；\n[0063] 图10是本发明的汽车性能评估流程图；\n[0064] 图11是本发明的汽车故障诊断流程图；\n[0065] 图12是本发明的故障诊断推理流程图。\n[0066] 其中：\n[0067] \n具体实施方式\n[0068] 下面结合实施例和附图对本发明的用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统做出详细说明。\n[0069] 如图1所示，本发明的用于车载信息系统的车载主控制器，是用在具有ST10电控单元2和GPRS报警单元3的车载信息系统中的车载主控制器1，所述的车载主控制器1包括有：主控制单元4和设置于主控制单元4外围的CAN接口电路5、音频电路6、GPS电路7、蓝牙免提电路8、液晶屏接口9、USB接口电路10、SD卡接口11、JTAG接口12和复位电路\n13。从而提高了系统部件的集成度，很大程度上降低了系统的成本。\n[0070] 如图3所示，所述的主控制单元4是由集成了扩展的SDRAM16、17和FLASH20的型号为S3C2440的控制芯片18构成。\n[0071] 如图2所示，所述的控制芯片18是分别对应的通过本身的SPI接口连接CAN接口电路5，通过本身的IIS接口连与音频电路6，通过本身的串口UART连接GPS电路7，通过本身的串口UART连接蓝牙免提电路8。其中，所述的SD卡接口11，采用S3C2440内部集成的SD/MMC控制器，扩展大容量SD卡，实现GPS地图等数据存储；所述的USB接口电路10采用S3C2440内部集成的USB_Host，用于移动存储，以及车况信息保存；所述的液晶屏接口9和JTAG接口12集成在控制芯片18内部，控制芯片18通过将液晶屏接口9、和JTAG接口12的接口信号线引出来连接对应的电路。\n[0072] 如图4所示，所述的CAN接口电路5包括有：与控制芯片18内部集成的SPI控制器连接并进行通信的CAN控制器19，与CAN控制器19连接的进行接收和发送的光电耦合器\n20，与光电耦合器20相连的CAN收发器21以及与CAN收发器21相连的CAN总线22。实现与车况信息数据采集与基于GPRS技术的汽车故障报警单元的CAN通讯。\n[0073] 所述的车况信息数据采集与基于GPRS技术的汽车故障报警单元，包括车况信息数据采集电路和基于GPRS技术的汽车故障报警电路构成，二者可通过CAN总线接口或串行通讯接口联结。车况信息数据采集电路设计采用16位微控制器扩展设置K线接口、CAN总线接口等采集车况数据以及来自ECU的故障报警信息，通过CAN总线接口将上述信息传输给车载主控制器，并根据车载主控制器的命令通过GPRS故障报警电路进行远程语音/短信报警。\n[0074] 所述的基于GPRS技术的汽车故障报警电路，包括单片机、GPRS无线通信模块、语音功能模块、故障信号接收模块电路组成，由单片机实现各模块的控制。\n[0075] 如图5所示，所述的GPS电路7设计采用S3C2440的UART1口与型号为SDT11的GPS芯片23进行连接，所述的GPS芯片23还连接控制芯片18的IO接口，用于状态检测。\n[0076] 如图6所示，所述的音频电路6，采用控制芯片18内部集成的IIS总线，作为编解码器接口连接外置的8/16位立体声音频编解码芯片25，实现所需的音响效果。所述音频编解码芯片25的型号为UDA1341TS。\n[0077] 如图7所示，所述的蓝牙免提电路8设计采用控制芯片18S3C2440的UART1口与蓝牙模块28进行连接，实现接听/拨打/私密通话（可以切换到手机通话模式）/拒听/双频转换（仅支持双频手机使用）/挂断等功能，以及上电自动连接等功能。\n[0078] 本发明的车载主控制器的控制系统，包括有车况信息数据采集控制单元，基于GPRS技术的汽车故障报警控制单元，视频处理控制单元、车载主控制器单元，所述的车况信息数据采集控制单元，完成车况信息数据采集、传送，基于GPRS技术的汽车故障报警控制单元，根据车载主控制器发送来的远程报警信息进行远程报警。\n[0079] 所述的视频处理单元，根据显示选择切换命令可显示车载主控制器的显示画面，也可显示倒车状态下的车后视画面。\n[0080] 所述的车载主控制器单元包括有：含有GPS导航、播放电影、浏览图片、播放音乐、车载蓝牙免提的多媒体娱乐功能模块，以及汽车状态诊断与车况数据管理功能模块。\n[0081] 所述的GPS导航，提供的功能主要有：自车定位、地名搜索、路径规划、模拟导航、语音提示、地址/路径存储等。\n[0082] 所述的播放电影、音乐播放器，占用内存小，支持多种格式、语言。\n[0083] 所述的图片浏览器用Wince自带的Image Viewer。\n[0084] 所述的车载蓝牙免提功能模块，主要是基于蓝牙无线传输技术，并采用主动搜索的方式实现车内的车载电话免提，功能包括：主动搜索车主的蓝牙手机并建立连接；通过触摸屏界面实现拨打/接听/拒接电话；模块上电自动搜索蓝牙手机等。\n[0085] 所述的汽车状态诊断与车况数据管理功能模块包括有：数据传输方法、实时显示车身状态方法、故障与车况数据库、汽车状态诊断方法、汽车故障报警方法和汽车性能评估方法。\n[0086] 所说的数据传输方法完成车载主控制器单元、车况信息数据采集与基于GPRS技术的汽车故障报警单元之间的车况信息数据传输,包括CAN驱动程序及通信协议包。\n[0087] 所述的实时显示车身状态方法，根据数据传输功能程序传输来的车身实时信息显示发动机转速、速度、总里程、温度的实时车身状态，并根据汽车故障报警和汽车性能评估功能程序传输来的报警信息和汽车性能数据显示故障内容、车况状态。\n[0088] 所述的汽车故障报警方法根据汽车状态诊断程序的诊断结果进行本地显示、声音报警。\n[0089] 如图8所示，所述的故障与车况数据库包括有：故障样本数据、特征参数历史数据和车况数据的保存和管理，以及故障诊断模型参数、评估模型参数、故障诊断数据库（包括三个表：故障树表，规则表，结论表，这三个表是根据维修手册，建立故障树，再根据故障树总结整理出来，以数据库的形式存在）。其中故障诊断模型参数、评估模型参数由汽车相关台架实验确定。\n[0090] 所述的汽车状态诊断方法，是本装置提供的允许外加故障诊断算法的功能，由接口驱动程序和诊断算法程序构成。接口驱动程序实现状态诊断算法的更新、加载。诊断算法由故障树法等多模型诊断算法库构成，根据车况信息数据采集与基于GPRS技术的汽车故障报警单元采集到的车况状态数据采用故障树法进行显式故障诊断；同时汽车状态诊断模块根据采集到的车况信息完成状态故障诊断后，输出报警信息及维修建议。\n[0091] 如图9所示，所述的汽车状态诊断与车况数据管理功能模块运行主程序包括如下步骤：\n[0092] 1）判断汽车状态是否有故障，是进入第8步骤，否则进入第2步骤；\n[0093] 2）判断是否收到从ST10电控单元2传输过来的发动机转速、速度、总里程、温度等实时车身状态的数据，是进入第3步骤，否则返回第1步骤；\n[0094] 3）显示实时车身状态；\n[0095] 4）保存车况数据，即将车况数据保存到数据库中；\n[0096] 5）判断是否进行汽车性能评估，是进入第6步骤，否则进入第7步骤；\n[0097] 6）进入汽车性能评估子程序；\n[0098] 7）判断是否退出，是结束，否则返回第1步骤开始；\n[0099] 8）进入汽车故障诊断子程序；\n[0100] 9）保存故障样本数据到数据库中后进入第7步骤。\n[0101] 所述的汽车性能评估功能程序在无故障状态下，从车况信息的原始数据中提取了缸压峰值、转速平均波动幅值、加速时间、减速时间、供油提前角、燃油消耗率、扭矩Ttq等特征量作为神经网络输入，以发动机功率、耗油率作为神经网络输出，神经网络采用3层结构，输入层7个节点，中间层15个节点，输出层1个节点，依据汽车台架实验样本数据进行神经网络训练，分别建立2个BP神经网络进行性能评估，并依据专家知识给用户提供汽车保养维护建议。如图10所示，所述的汽车性能评估子程序包括如下流程：\n[0102] 1）调用评估模型参数；\n[0103] 2）根据神经网络模型计算当前发动机功率；\n[0104] 3）根据神经网络模型计算当前耗油率；\n[0105] 4）从数据库中调用历史车况数据；\n[0106] 5）计算发动机功率变化趋势，具体是以百公里车程为单位，根据神经网络模型计算发动机功率变化趋势；\n[0107] 6）计算耗油率变化趋势，具体是以百公里车程为单位，根据神经网络模型计算发动机耗油率变化趋势；\n[0108] 7）输出保养维护建议；\n[0109] 8）返回主程序。\n[0110] 如图11所示，所述的汽车故障诊断子程序包括如下流程：\n[0111] 1）选择故障所发生的系统（发动机、底盘系统或者电器电路）；\n[0112] 2）选择故障现象；\n[0113] 3）判断故障原因是否已确定，是进入下一步，否则进行系统推理分析，然后返回上一步；\n[0114] 4）排除故障；\n[0115] 5）提出维修建议；\n[0116] 6）返回主程序。\n[0117] 如图12所示，所述的系统推理分析是通过如下流程完成：\n[0118] 1）根据当前故障诊断征兆确定故障所属模式，并找到当前故障征兆的对应节点；\n[0119] 2）判断对应节点是否为父节点，是找到子节点加入节点组后进入下一步，否则直接进入下一步；\n[0120] 3）从节点ID取出规则NO,加入规则组；（NO指具体规则的编号）\n[0121] 4）在故障诊断数据库中的规则表中找到规则的前件与后件；\n[0122] 5）判断状态正常，正常进入第11步，否则进入下一步；\n[0123] 6）规则条件即为故障原因，加入故障原因数组；\n[0124] 7）在故障诊断数据库中的结论表中找到故障的维修建议；\n[0125] 8）继续判断故障原因数组是否为空，为空进入下一步，否则返回第6步；\n[0126] 9）判断节点是否为空，是进往下步，否则返回第3步；\n[0127] 10）显示故障结论，并结束；\n[0128] 11）判断规则组是否为空，是进入下一步，否则返回第4步；\n[0129] 12）判断节点组是否为空，是进入下一步，否则返回第3步；\n[0130] 13）诊断无结论，并结束。\n[0131] 本发明的用于车载信息系统的车载主控制器的控制系统的原理为：在车况信息数据采集与基于GPRS技术的汽车故障报警单元采用16位微控制器与扩展功能电路中实现车况信息数据采集和基于GPRS技术的汽车故障报警，通过CAN总线接口将上述信息传输给车载主控制器，并根据车载主控制器的命令通过GPRS故障报警电路进行远程语音/短信报警。在车载主控制器中主要集成了ARM S3C2440A及其扩展SDRAM、FLASH等片外存储器、GPS电路、蓝牙免提电路、SD卡、USB接口、复位电路、CAN接口电路、音频电路等，实现GPS导航、播放电影、浏览图片、播放音乐、车载蓝牙免提等多媒体娱乐功能以及况信息数据管理功能模块包括数据传输、实时显示车身状态功能程序、汽车故障报警和汽车性能评估功能。在视频处理单元中实现根据显示选择切换命令可显示车载主控制器的显示窗体信息，也可显示倒车状态下的车后视频信息。