CAN總線網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧開發(fā)測試.

1、CAN總線網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧開發(fā)測試韓鑫1,2,鮑可進(jìn)1(1.江蘇大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013;2.上海華普汽車有限公司，上海201501摘要:對ISO15765協(xié)議進(jìn)行分析，依據(jù)協(xié)議在基于MC9S12DP512芯片的整車控制器上完成CAN網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧的開發(fā)，給出開發(fā)過程。在VC環(huán)境下開發(fā)測試程 序，對協(xié)議棧進(jìn)行測試。結(jié)果表明，實現(xiàn)的CAN網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧符合ISO15765協(xié)議的 規(guī)定，可滿足車輛故障診斷系統(tǒng)等具體應(yīng)用中系統(tǒng)對 CAN網(wǎng)絡(luò)層通信的需求。 關(guān) 鍵詞:控制局域網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)層；協(xié)議棧；整車控制器Develo pment and Test of CAN Bus Network

2、 Layer P rotocol StackHAN Xin 1,2, BAO Ke-ji n 1(1. School of Compu ter Science and Telecom muni cati on Engin eeri ng, Jia ngsuUn iversity, Zhenjia ng 212013, Chi na;2. Sha nghai Maple Automobile Co., Ltd., Sha nghai 201501, ChinaAbstract 】The ISO15765 protocol is analyzed, the development of CAN n

3、etwork layer p rotocol stack is achieved by the pl atform of vehicle con trol unit which is based onMC9S12D P512, mea nwhile, the develo pment p rocess is give n in detail. U nder the VC en vir onment, test p rocedures are devel oped for the test of the p rotocol stack. The results show that the p r

4、otocol stack is in accord with ISO15765, and meets CAN n etwork layer com muni cati ons n eeds in variety app licati ons, such as vehicle fault diag no sis system.【Key words 】Control Area Network(CAN; network layer; protocol stack; VehicleControl Unit (VCU DOI: 10.3969/j.iss n.1000-3428.2011.15.075計

5、算機(jī)工程Computer Engineering第37卷第15期V 01.37 No.15 2011 年 8 月August 2011工程應(yīng)用技術(shù)與實現(xiàn) 文章編號：1000 3428(201115-0232 03文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A中圖分類號：TP3111概述CAN總線具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于車輛通信與控制系統(tǒng)中，在其他工業(yè)領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用1 0 ISO15765是一種 基于CAN總線的車輛故障診斷協(xié)議，在其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議中規(guī)定了 CAN總線上不同節(jié)點間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)層通信需求，為保證數(shù)據(jù)在CAN總線上的可靠傳輸提供了 完善的網(wǎng)絡(luò)層管理機(jī)制。除車輛故障診斷系

6、統(tǒng)外 ，ISO15765的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議可應(yīng)用到其他采用CAN總線進(jìn)行通信的工業(yè)系統(tǒng)中，滿足系統(tǒng)對CAN網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的需求2 0弔奩Vol 57弔2朗No 15IT 貝Computer Ei工程應(yīng)用技術(shù)與實現(xiàn)丈章*號i Ili0428(201CAN總線網(wǎng)絡(luò)左«*入'本文介紹分析。在基于ISO15765協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，對協(xié)議中的CAN網(wǎng)絡(luò)層通信機(jī)制進(jìn)行深入MC9S12DP512芯片的整車控制器上開發(fā)符合 ISO15765協(xié)議的CAN網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧。在PC機(jī)的VC環(huán)境下開發(fā)協(xié)議棧測試程序與控制器進(jìn)行通信，通過 分析測試程序記錄的數(shù)據(jù)對協(xié)議棧功能進(jìn)行驗證。所實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧已應(yīng)用到 新型電

7、容混合動力轎車故障診斷系統(tǒng)中，可用于實現(xiàn)診斷系統(tǒng)上位機(jī)與控制器之間 的診斷通信。2 ISO15765協(xié)議分析CAN2.0規(guī)范在開放系統(tǒng)互連模型 OSI上定義了 CAN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO通過對CAN2.0規(guī)范的進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化制訂了 ISO11898協(xié)議。在實際應(yīng)用中,CAN通信的實現(xiàn)通常需要更高層協(xié)議的支持3。比如ASAM 組織制定的CAN標(biāo)定協(xié)議CCP ,SAE組織制定的J1939協(xié)議等。ISO15765協(xié)議是ISO針對車輛故障診斷系統(tǒng)制定的 CAN高層協(xié)議。ISO15765協(xié)議的目標(biāo)是為基于CAN總線實現(xiàn)的車輛故障診斷系統(tǒng)定義一組統(tǒng)一的需求。如圖1所示,ISO157

8、65依據(jù)OSI模型的分層結(jié)構(gòu)在ISO11898協(xié)議規(guī)定的CAN物理層與數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)之上，定義了故障診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層通信和應(yīng)用層服務(wù)相關(guān)的內(nèi)容。ISO15765-3診斷服務(wù)層映射到OSI模型的應(yīng)用層，規(guī)定了應(yīng)用層定時參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)層接口、診斷服 務(wù)格式等信息；ISO15765-2網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)映射到OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層4,規(guī)定了 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元N PDU與底層CAN數(shù)據(jù)幀、應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 A PDU之間的映射關(guān)系，通過網(wǎng)絡(luò)層可對長報文進(jìn)行分段傳輸，網(wǎng)絡(luò)層為分段傳輸過程提供 了時間管理、流控制和錯誤處理機(jī)制。圖1 ISO15765體系結(jié)構(gòu)在OSI模型中的映射關(guān)系IS015765采用分層結(jié)構(gòu)，

9、各層之間通過約定的服務(wù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，各層對其內(nèi)部的操作機(jī)制進(jìn)行完全的封裝。這使得在進(jìn)行協(xié)議棧開發(fā)時只需要按協(xié)議規(guī)定為 相鄰層設(shè)計服務(wù)接口，各層內(nèi)部操作的實現(xiàn)完全不受其他層的制約，可基金項目：國家“863”劃基金資助項目 新型電容混合動力轎車整車產(chǎn)品研 發(fā)” (2006AA11A128作者簡介：韓鑫（1984-,男，碩士，主研方向:嵌入式系統(tǒng)；鮑可進(jìn)，教授收稿日期:2011-03-17 E-mail :crazyxiaoxin第37卷第15期233韓鑫,鮑可進(jìn):CAN總線網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧開發(fā)測試單獨進(jìn)行各層協(xié)議棧的開發(fā)和 測試。3 ISO15765網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分析3.1網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)接口網(wǎng)絡(luò)層向下層傳

10、輸?shù)氖蔷W(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元N_PDU ,向應(yīng)用層提供應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元A PDU , 一個A PDU可映射為一個或多個N_PDU 5 。 N_PDU對應(yīng)于CAN幀，兩者之間的對應(yīng)關(guān)系由尋址方式確定。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)完成 N_PDU與A_PDU之間轉(zhuǎn)換的組織和管理，應(yīng)用層不必關(guān)心分段信息重組和分段的過程，只需訪問網(wǎng)絡(luò)層提供的接口即可請求網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)、獲取請求服務(wù)的執(zhí)行情況。如表1所示,網(wǎng)絡(luò)層為應(yīng)用層提供4類服務(wù)接口。穿bl一 &臺BSSTelti服務(wù)名稱功能表1網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)接口及功能右 ffl控制tfstLP即中的韋節(jié)ttiBv ?-+B±i J O*K!C3F>心如日牌DLi

11、tiAN/Aif mm1I；AN_PCrtypt=2SWN小meiwuTfvcjN-PCftypgFSBSSTiimiN_USData.reques1應(yīng)用層請求網(wǎng)絡(luò)層傳輸數(shù)據(jù) N_USData.co nfirm網(wǎng)絡(luò)層通知應(yīng)用層所請求的服務(wù)已執(zhí)行完成/失敗N_USData_FF.indication網(wǎng)絡(luò)層通知應(yīng)用層 開始接收分段信息N_USData. in dication網(wǎng)絡(luò)層通知應(yīng)用層單幀（分段信息接收完成/失敗3.2網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸方式由于CAN數(shù)據(jù)幀最多只能傳送8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，為適應(yīng)不同長度數(shù)據(jù)的傳輸需 求,ISO15765網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供了非確信不分段傳輸（UUDT和非確信分段傳輸（USD

12、T2種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。為實現(xiàn)這兩種傳輸方式，協(xié)議中通過網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議控制信息 N_PCI定義了 4種類型的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元N_ PDU。3.2.1網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元N PDUN_PDU包含網(wǎng)絡(luò)層地址信息 N_AI、N_PCI和網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)N_Data三部分。N_AI存放于CAN標(biāo)識符中（不需要擴(kuò)展地址時,N_PCI和N_Data存放于CAN幀的 數(shù)據(jù)域中。如 圖2所示，不同類型N_PDU通過N_PCI第1個字節(jié)中的前4位進(jìn)行 區(qū)分，表中單幀數(shù)據(jù)長度SF_DL記錄單幀傳輸數(shù)據(jù)的長度；首幀數(shù)據(jù)長度FF_DL在 多幀傳輸中記錄分段數(shù)據(jù)的總長度；連續(xù)幀序號SN保存數(shù)據(jù)分段的順序；流控制狀 態(tài)FS，在分段傳輸

13、中用來控制發(fā)送方數(shù)據(jù)發(fā)送的過程;N_Data存放于CAN幀數(shù)據(jù) 域除N_PCI之外的其他字節(jié)中。協(xié)議控制信息N_PCI中的字節(jié)字節(jié)#1N_PDU名稱Bits 7-4Bits 3-0#2 #3單幀（SF N_P CIt ype =0 SF_DL N/A N/A 首幀（FF N_PCItype =1 FF_DL N/A 連續(xù)幀（CF N_PCItype =2 SN N/A N/A流控制幀（FCN_P CIt ype =3 FS BS STmin圖2 N_PCI在不同類型N_PDU中的描述3.2.2非確信不分段數(shù)據(jù)傳輸非確信不分段數(shù)據(jù)傳輸即單幀傳輸，該方式下網(wǎng)絡(luò)層使用單幀N_PDU傳送數(shù) 據(jù)。由于單

14、幀N_PCI占用CAN幀數(shù)據(jù)域中的一個字節(jié)，單幀傳送方式可傳輸?shù)淖?大數(shù)據(jù)長度為7個字節(jié)，如果采用遠(yuǎn)程診斷方式，由于擴(kuò)展地址AE需要占用數(shù)據(jù)域 中的一個字節(jié)，可傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)長度變?yōu)?個字節(jié)。3.2.3非確信分段數(shù)據(jù)傳輸非確信分段傳輸是指多幀傳輸，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層傳送數(shù)據(jù)中的字節(jié)個數(shù)超出單幀傳輸 方式的傳送能力時，網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)分段為多個 N_PDU進(jìn)行發(fā)送；接收時，網(wǎng)絡(luò)層將接 收到的多個N_PDU進(jìn)行重組。分段數(shù)據(jù)包括一個首幀 N_PDU、一個或多個連續(xù)幀 N_PDU。為解決通信雙方的數(shù)據(jù)同步問題,分段傳輸過程應(yīng)當(dāng)按照協(xié)議規(guī)定流控制 管理機(jī)制執(zhí)行。分段傳輸?shù)倪^程如圖3所示,發(fā)送方網(wǎng)絡(luò)層檢查發(fā)送數(shù)據(jù)的長

15、度，如果數(shù)據(jù)不能 通過單幀傳輸方式發(fā)送，發(fā)送方向接收方發(fā)送首幀N_PDU。接收方網(wǎng)絡(luò)層在接收到 首幀N_PDU后，將其包含的FF_DL與自身網(wǎng)絡(luò)層緩沖區(qū)大小進(jìn)行比較,如果FF_DL大于接收方網(wǎng)絡(luò)層緩沖區(qū)的容量，接收方中止接收過程并向發(fā)送方發(fā)送 FS=OVFLW的流控制幀。圖3分段傳輸示意圖1如果接收方暫時無法接收數(shù)據(jù)，接收方暫停數(shù)據(jù)接收向發(fā)送方發(fā)送 FS=WAIT的流控制幀。若接收方可接收數(shù)據(jù)，向發(fā)送方發(fā)送FS=CTS的流控制幀，其中包含發(fā) 送方可連續(xù)發(fā)送CF N_PDU的最大個數(shù)BS(Block Size和發(fā)送間隔時間STmin。發(fā)送方接收到FC N_PDU后，根據(jù)N_PCI中的BS和STm

16、in向接收方發(fā)送分段數(shù)據(jù)，并 記錄當(dāng)前已發(fā)送CF N_PDU的個數(shù)。當(dāng)發(fā)送方發(fā)送連續(xù)幀個數(shù)等于 BS后暫停數(shù)據(jù)發(fā)送，等待接收方發(fā)送新的流控制信息，重復(fù)以上的操作，直到所有數(shù)據(jù)傳輸完成或者 傳輸過程出錯進(jìn)行錯誤處理。接收方的數(shù)據(jù)接收能力受到網(wǎng)絡(luò)層緩沖區(qū)容量和數(shù)據(jù) 幀處理速度的限制，可通過BS與STmin進(jìn)行衡量。3.3網(wǎng)絡(luò)層時間管理及錯誤處理機(jī)制網(wǎng)絡(luò)層時間管理機(jī)制是為防止 CAN網(wǎng)絡(luò)上的通信節(jié)點因持續(xù)等待而被永久掛起,從而造成整個CAN網(wǎng)絡(luò)通信能力的癱瘓。CAN網(wǎng)絡(luò)上不同節(jié)點間進(jìn)行通信時， 需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議設(shè)置超時參數(shù)，在超時時間內(nèi)未完成規(guī)定的操作時觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)層超時錯誤。除超時錯誤外與網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)

17、的錯誤還包括N_PCI錯誤、非預(yù)期N_PDU、流控制等待錯誤。錯誤處理機(jī)制在網(wǎng)絡(luò)層發(fā)生錯誤時進(jìn)行錯誤處理，保證CAN網(wǎng)絡(luò)的正常通信。4 ISO15765網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的實現(xiàn)F面介紹在CodeWarrior 4.7下使用C語言進(jìn)行協(xié)議棧開發(fā)的詳細(xì)過程。以新型電容混合動力轎車整車控制器為開發(fā)平臺，控制器采用Freescale公司的16位控制 芯片MC9S12DP512,擁有五路MSCAN控制器,14 KB的RAM和512 KB的Flash等硬件資源。外接晶振頻率為16 MHz ,控制器中的主程序采用前后臺系統(tǒng) 。通過以上對ISO15765網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的分析，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議234計算機(jī)工程2011年8月5日棧

18、的功能可通過網(wǎng)絡(luò)層接口、數(shù)據(jù)分段與重組、時間管理、 錯誤處理4個模塊實現(xiàn)，協(xié)議棧實現(xiàn)的原理如圖4所示。其 中網(wǎng)絡(luò)層接口的實現(xiàn)比較簡單，首先根據(jù)協(xié)議定義四類網(wǎng)絡(luò) 層服務(wù)接口的結(jié)構(gòu)體類型，然后定義相應(yīng)服務(wù)接口的結(jié)構(gòu)體 變量即可,重點講述其他3個模塊的實現(xiàn)過程。圖4網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧實現(xiàn)原理4.1數(shù)據(jù)分段與重組在多幀傳輸時，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分段和重 組,分段和重組的過程中需要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層緩沖區(qū)來暫時存放 數(shù)據(jù)。緩沖區(qū)的設(shè)置可以考慮 2種方案，一種是設(shè)置雙緩沖區(qū),分別用作接收緩沖區(qū)和發(fā)送緩沖區(qū)。該方案優(yōu)點是數(shù)據(jù) 的傳輸過程可實現(xiàn)全雙工通信，通信速率、總線負(fù)載率較高， 不需要單獨的緩沖區(qū)管理程序；缺點

19、是占用RAM空間大。另一種方案是設(shè)置單緩沖區(qū)，接收和發(fā)送過程中網(wǎng)絡(luò)層互斥 使用該緩沖區(qū)。該方案只能進(jìn)行半雙工通信，通信速率較低, 實現(xiàn)過程中需要專門的程序?qū)彌_區(qū)進(jìn)行管理；優(yōu)點是系統(tǒng)RAM的占用率低?？紤]到開發(fā)環(huán)境中硬件條件的限制，本研究采用單緩沖區(qū)方案。如圖5所示，為充分利用緩沖區(qū)空間，克服假溢出”現(xiàn)象，將緩沖區(qū)設(shè)計為單向循環(huán)隊列。在多幀傳輸過程中接 收到首幀時，將首幀中的FF_DL與緩沖區(qū)大小進(jìn)行比較，如 果緩沖區(qū)的容量大于FF_DL,允許向緩沖區(qū)中寫入數(shù)據(jù)。在 數(shù)據(jù)重組完成后只需要將數(shù)據(jù)在循環(huán)隊列中的開始位置和數(shù) 據(jù)的總長度提供給應(yīng)用層，應(yīng)用層便可從緩沖區(qū)中讀取重組 后的數(shù)據(jù)。在分段發(fā)送

20、數(shù)據(jù)時，先比較發(fā)送數(shù)據(jù)的長度與緩 沖區(qū)容量,如果數(shù)據(jù)的長度小于緩沖區(qū)容量將發(fā)送數(shù)據(jù)拷入 緩沖區(qū)中，同時保存數(shù)據(jù)的開始位置與長度。啟動數(shù)據(jù)分段 將數(shù)據(jù)依次從緩沖區(qū)中取出填入相應(yīng)的 N_PDU中,數(shù)據(jù)鏈路層根據(jù)接收到的N_PDU填充CAN幀，調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送 數(shù)據(jù)。圖5分段傳輸示意圖2 分段和重組的過程中互斥使用緩沖區(qū)，只有循環(huán)隊列為 空時才允許新的緩沖區(qū)使用請求。為適應(yīng)不同應(yīng)用中的數(shù)據(jù) 對網(wǎng)絡(luò)層緩沖區(qū)容量的要求，緩沖區(qū)長度采用宏定義，最大 可達(dá) 4 095 Byte。4.2時間管理時間管理包括延時發(fā)送和超時處理兩部分功能。同一塊 中的連續(xù)幀發(fā)送或流控制等待幀連續(xù)發(fā)送時，連續(xù)發(fā)送的兩幀之間需要一定

21、的間隔時間，來保證接收方有足夠的時間處 理接收到的數(shù)據(jù)，即發(fā)送方前一幀發(fā)送結(jié)束后需要延時固定 時間后再調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送新的幀。此外，在通信過程中通 信雙方每發(fā)送完一幀或接收到一幀后，都需要記錄時間進(jìn)行 超時判斷。網(wǎng)絡(luò)層通信過程中使用系統(tǒng)時鐘進(jìn)行計時。通過配置寄 存器，利用系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生一個長度為1 ms的實時中斷基準(zhǔn)時間（RTICTL = Ox1f。在實時時鐘中斷函數(shù)中定義一個 16位的無符號計數(shù)器進(jìn)行加一操作，當(dāng)需要進(jìn)行延時操作時采集計 數(shù)器的當(dāng)前值作為計時開始時間，當(dāng)計時器達(dá)到設(shè)定的時間 條件后進(jìn)行下一步操作。需要進(jìn)行超時判斷時將計時器值、 超時參數(shù)與需要觸發(fā)的事件是否發(fā)生一起作為發(fā)生超時錯

22、誤 的判斷條件。4.3錯誤處理如圖3所示,在網(wǎng)絡(luò)層通信過程中，發(fā)生任何類型錯誤 時通信過程都會被中斷，并轉(zhuǎn)入錯誤處理模塊進(jìn)行錯誤處理。錯誤處理模塊將接收到的錯誤指示信息與自身case語句中的錯誤類型進(jìn)行匹配，匹配成功后執(zhí)行相應(yīng)的錯誤處理操作， 并將錯誤告知應(yīng)用層。錯誤處理完成后應(yīng)當(dāng)及時清空網(wǎng)絡(luò)層緩沖區(qū)，已備網(wǎng)絡(luò)層接收新的數(shù)據(jù)。5協(xié)議棧測試為驗證協(xié)議棧功能的可靠性與正確性，在PC機(jī)的VC6.0環(huán)境下開發(fā)測試程序?qū)崿F(xiàn)的協(xié)議棧進(jìn)行測試。測試程序通過周立功公司的USBCANI接口卡與控制器進(jìn)行 CAN通信。測試程序的運(yùn)行界面如圖6所示，通信的整個過程可在測試程序中實時顯示，通過讀取顯示數(shù)據(jù)分析協(xié)議棧

23、運(yùn)行的正確性與可靠性。設(shè)定上位機(jī)地址為 0x00,控制器地址為0x10,CAN總線的通信速率為500 Kb/s。圖6測試程序界面測試過程分為2個部分:正常通信功能測試和錯誤處理功能測試。正常通信功能測試通過單幀發(fā)送（測試程序單幀響應(yīng)（控制器、單幀發(fā)送分段響應(yīng)、分段發(fā)送分段響應(yīng)、分段發(fā)送單幀響應(yīng)4類測試實例來測試協(xié)議棧在正常通信情況下的數(shù)據(jù)分段與重組等功能是否正常。錯誤處理功能測試根據(jù)故障類型編寫錯誤實例，驗證網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議棧是否能夠?qū)﹀e誤進(jìn)行識別，并通過錯誤處理模塊對出現(xiàn)的錯誤進(jìn)行容錯處理，保證通信正常。（下轉(zhuǎn)第237頁第37卷第15期237I illl. Jliil iiLl ii Jiilll

24、S.S5£OJ03OJ0DD fOD imo ion JSOD3000 iixyj 40t»原菊梅，潘宏俠:基于遞推參數(shù)辨識的齒輪箱故障在線檢測有發(fā)生變化，而當(dāng)該統(tǒng)計量超過一定范圍時則認(rèn)為齒輪箱發(fā)生故障。對3.2節(jié)中所得的正常工況、正常運(yùn)行一段時間后出現(xiàn)齒輪磨損2種情況的遞推模型參數(shù)進(jìn)行參數(shù)變化量的 2-范數(shù)統(tǒng)計,得到圖3。0500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 0003 500 4 000 4 5000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50采樣點(a正常工況時參數(shù)變化量的2-范數(shù)(b齒面磨損時參數(shù)變化量

25、的2-范數(shù)圖3 2種情況下參數(shù)變化量的2-范數(shù)從圖3可以看出，齒輪箱保持正常工作狀態(tài)時，其參數(shù)變化量的2-范數(shù)波動不大,基本保持在小于0.43的范圍內(nèi),而當(dāng)突然出現(xiàn)齒面磨損時，參數(shù)變化量的2-范數(shù)將超過正常時的范圍，出現(xiàn)大于0.5的變化量。同樣可以得到正常運(yùn)行一段時間后突然出現(xiàn)軸承外圈剝落時的參數(shù)變化量2-范數(shù)圖如圖4所示，其參數(shù)變化量的2-范數(shù)突變性表現(xiàn)得更突出。若取遞推參數(shù)變化量的閾值為0.5,則2種情況下均能快速檢測出齒輪箱發(fā)生故障。說明用此方法可以進(jìn)行齒輪箱故障的在線檢測。圖4正常運(yùn)行后軸承外圈剝落參數(shù)變化量范數(shù)5結(jié)束語本文在對齒輪箱振動信號進(jìn)行時序模型建立的基礎(chǔ)上 研究了遞推AR模型

26、參數(shù)辨識技術(shù)，然后基于Kalman濾波技 術(shù)進(jìn)行齒輪箱振動信號遞推參數(shù)模型辨識。同時，對遞推參 數(shù)變化量的2-范數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析，說明其可以作為齒輪箱 故障在線檢測的判定依據(jù)。通過實例分析，證明了所提方法 的可行性和有效性。進(jìn)一步的研究工作是對所構(gòu)造的統(tǒng)計量 用于齒輪箱在線故障檢測時的閾值的確定。閾值的大小可以 根據(jù)先驗知識和故障的檢測率要求來確定，其值越大，則虛 警的可能性越小，而漏警的可能性越大；反之，其值越小, 則虛警的可能性越大，而漏警的可能性越小。參考文獻(xiàn)1 姚竹亭,潘宏俠.裝甲車輛齒輪主傳動系統(tǒng)的建模與辨識J.振動、測試與診斷,2005, 25(3: 196-199.2 黃國龍.基于階比跟蹤和AR模