基于北斗導(dǎo)航新能源汽車信息交互系統(tǒng)的研發(fā)

沙乃金，何青林，張凱方

（河南藍海新能電動汽車有限公司研究院，河南 新鄉(xiāng)　453000）

基于北斗導(dǎo)航新能源汽車信息交互系統(tǒng)的研發(fā)

沙乃金，何青林，張凱方

（河南藍海新能電動汽車有限公司研究院，河南 新鄉(xiāng)453000）

簡要闡述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)項目研究的主要特點和車載智能信息模塊I型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，介紹其硬件特點，并分析其市場投入使用情況。

北斗導(dǎo)航；新能源汽車；CAN通信模塊；信息交互

眾所周知，交通能源與環(huán)境問題是21世紀(jì)全球面臨的重大挑戰(zhàn)，發(fā)展新能源汽車是未來汽車發(fā)展的趨勢。伴隨著汽車保有量的上升，車聯(lián)網(wǎng)的重要性愈發(fā)顯得重要。傳統(tǒng)汽車內(nèi)部信息高度數(shù)字化以后，汽車不再是孤獨的個體，車載信息通過移動通信技術(shù)把汽車內(nèi)綜合信息遠程上傳，使遠程診斷技術(shù)、遠程輔助系統(tǒng)成為了一項有價值的增值服務(wù)體系；對智能交通管理的大課題有著直接的幫助。

基于這種需求，通過北斗導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)的車載智能信息模塊應(yīng)運而生，其中汽車CAN總線技術(shù)進行數(shù)據(jù)交換是車載電子設(shè)備的主流方向，性能穩(wěn)定高效，根據(jù)此協(xié)議所開發(fā)出來的汽車電子產(chǎn)品通用性高，可根據(jù)具體要求做個性化定制和功能延伸。

研發(fā)智能車載信息終端產(chǎn)品，與車身CAN/LIN總線連接，實現(xiàn)實時車況信息采集、信息發(fā)送、遠程診斷等，實現(xiàn)定位與導(dǎo)航、娛樂、通信、信息、診斷、輔助駕駛、行駛記錄等功能。

1　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)項目研究主要技術(shù)點

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) （BeiDou〈COMPASS〉Navigation Satellite System）是由中國自行研發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng) （CNSS），是繼美國的全球定位系統(tǒng) （GPS）、俄羅斯的格洛納斯 （GLONASS）定位系統(tǒng)之后世界第3個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)介紹如下。

1）具有明顯的優(yōu)越性：網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強；縮短了開發(fā)周期；已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線；結(jié)構(gòu)簡單，只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯誤探測和管理模塊。

2）優(yōu)先支持具有國內(nèi)自主產(chǎn)權(quán)的TD-LTE技術(shù)。

3）詳細參數(shù)如下：峰值速率，上行50Mbit/s，下行100 Mbit/s；頻譜效率為3G（WCDMA，TDSCDMA，CDMA2000）系統(tǒng)的2～4倍；用戶數(shù)據(jù)環(huán)回時延低于10 ms；支持高速移動用戶，當(dāng)用戶時速為120km/h時，上行速率20Mbit/s，下行速率50Mbit/s；可變帶寬，支持1.25，2.5，5，10，15，20 MHz等系統(tǒng)帶寬；全IP骨干網(wǎng)絡(luò)［1］。

1) 本文引入熵權(quán)法與模糊物元評價方法，建立基于熵權(quán)模糊物元的智慧城市建設(shè)公眾參與水平評價模型，并且以青島市智慧城市建設(shè)公眾參與現(xiàn)狀為例對該模型進行驗證，證明該評價方法能有效提高權(quán)重的可信度，科學(xué)合理地衡量出現(xiàn)階段青島市智慧城市建設(shè)公眾參與水平.

2　車載智能信息模塊Ⅰ型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

車載智能信息模塊I型產(chǎn)品采用北斗系統(tǒng)進行車輛定位，通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)信息進行車輛與監(jiān)管中心之間的雙向數(shù)據(jù)通信。

車載終端通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)運算出定位數(shù)據(jù) （經(jīng)度、緯度、時間、速度、方向）、狀態(tài)數(shù)據(jù) （ACC開關(guān)），通過汽車專用CAN總線和相關(guān)部件進行通信。以電動汽車為例，動力電池、電池管理系統(tǒng) （BMS）以及協(xié)作部件 （行駛記錄儀、計價器、廣告管理模塊等）相關(guān)數(shù)字信號等，經(jīng)過計算打包處理，將數(shù)據(jù)信息通過無線通信模塊發(fā)回到中心信息網(wǎng)關(guān)。中心信息網(wǎng)關(guān)接收來自車載單元回傳中心的定位及狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)類型，將其中的北斗定位數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、服務(wù)請求等根據(jù)中心服務(wù)系統(tǒng)的車輛所屬單位 （通過車臺信息進行識別）派發(fā)給相應(yīng)的監(jiān)控客戶端。監(jiān)控客戶端即可實時地將車輛的經(jīng)度、緯度、速度、狀態(tài)等信息顯示在監(jiān)控終端的電子地圖上。北斗終端的應(yīng)用示意見圖1。

圖1　北斗終端的應(yīng)用

各監(jiān)控客戶端可以對所屬的電動汽車進行數(shù)據(jù)檢測和相關(guān)控制，也可以通過客戶端的歸總分類為：電池包信息，電機信息，智能儀表信息，故障信息，電動汽車故障預(yù)警報警信息。

也可將命令發(fā)往相應(yīng)的中心監(jiān)控服務(wù)器，再由中心信息網(wǎng)關(guān)通過通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)中心發(fā)往目標(biāo)車臺。車載臺根據(jù)系統(tǒng)命令，會自動回傳定位數(shù)據(jù)、報警信號。平臺數(shù)據(jù)處理原理見圖2。

圖2　平臺數(shù)據(jù)處理原理

總控制中心通過光纖連接信息服務(wù)器，分中心可通過專線、寬帶連接互聯(lián)網(wǎng)，并連至總中心?？傊行?、分中心及各中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心、監(jiān)管終端均基于IP互聯(lián)技術(shù)，從而實現(xiàn)所有功能組件均可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接而放置在不同的地理位置，無論是無線上網(wǎng)還是專線都可以及時、準(zhǔn)確地監(jiān)控車輛和數(shù)字化信息。

系統(tǒng)基于C語言開發(fā)，采用B/S和C/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的工作方式，并可根據(jù)企業(yè)規(guī)模大小選用不同類型的數(shù)據(jù)庫 （SQLServer，Oracle），能夠建立車輛數(shù)量高達百萬的龐大管理系統(tǒng)。整個系統(tǒng)設(shè)計充分保證系統(tǒng)的可伸縮性和擴展性，具備相當(dāng)?shù)耐ㄐ?、計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息容量及處理能力，并有一定的超前性，軟硬件預(yù)留接口，便于維護、升級和擴展，以適應(yīng)將來發(fā)展的要求。

I型產(chǎn)品的優(yōu)勢在于價格低廉，產(chǎn)品技術(shù)成熟，可迅速普及以租賃、出租、客運、企業(yè)車輛等為需求的客戶。定位于現(xiàn)有客戶并可迅速根據(jù)需要提供定制型運營方案。

3　硬件設(shè)計說明

1）電源部分：9～40 V設(shè)計，可短時間支持100 V輸入，高可靠電源，支持鋰電池，有外電時終端由外電供電，無外電時由鋰電供電。

2）CPU采用ARM芯片，集成度高，功能強，可擴展性好。

3）語音模塊采用軟件TTS方案，降低成本。

4）北斗采用高靈敏度模塊，外置天線。

5）內(nèi)置碰撞模塊。

6）采用大容量SPI FALSH存儲芯片，體積小。

7）終端狀態(tài)LED指示，工作狀態(tài)一目了然。

8）支持電話功能，內(nèi)置功放，可免提通話。

9）CAN總線接口，可以對接汽車CAN總線。

10）兩路RS232接口設(shè)計，靈活接入各種串口外設(shè)。

11）USB可以支持U盤的讀寫。

12）支持多個開關(guān)量模擬量輸入輸出。

13）選用工業(yè)級通信模塊。

4　投放車輛使用情況總結(jié) （圖3）

1）車載信息終端與汽車CAN總線相連，并入汽車信息體系，對體系內(nèi)的信息進行采集并通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上傳。支持在線OBD車載自動診斷技術(shù)［2］。

2）針對電動汽車實現(xiàn)動力電池組、驅(qū)動部分DC/ DC、控制器、智能組合儀表、BMS電池管理系統(tǒng)實時通信。

圖3　投放使用情況

3）信息通過移動互聯(lián)網(wǎng)實時上傳并儲存在云端，通過云計算可診斷故障，并通知中心和駕駛員。

4）駕駛習(xí)慣分析：通過智能數(shù)據(jù)分析，可對駕駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣進行分析，對電動汽車制造商的技術(shù)提升和舒適系統(tǒng)開發(fā)提供了重要資料，可以改善駕駛員不良駕駛習(xí)慣。為虛擬駕駛教學(xué)類輔助程序提供了豐富的數(shù)據(jù)。

5　結(jié)束語

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以車載智能信息終端系統(tǒng)為核心，以車載CAN總線為信息點，為汽車提供定位、實時信息采集并上傳，實現(xiàn)遠程OBD診斷、警告，能夠向用戶直觀便捷地顯示行車信息、故障信息等，方便用戶了解車況和處理故障，提供便捷的汽車維修服務(wù)，同時也是汽車對外通信的平臺和接口［3］。

產(chǎn)品達到國內(nèi)先進水平，實現(xiàn)基于車載信息模塊的智能化功能，解決了當(dāng)前的人車網(wǎng)絡(luò)信息單一、操控繁瑣的常見問題。

目前河南藍海新能電動汽車有限公司憑借電動汽車及充換電設(shè)施信息交互系統(tǒng)研發(fā)與示范推廣項目，于2015年獲得河南省新鄉(xiāng)市科技重大項目獎，公司研究院獲得新鄉(xiāng)市工程技術(shù)研究中心稱號。

目前該系統(tǒng)應(yīng)用于福汽集團旗下東南汽車和福建新龍馬汽車，并有其他車型在廣泛試用中，至今安裝該系統(tǒng)車輛已售出兩千余臺，取得了良好的客戶反映。

［1］楊元喜.北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本導(dǎo)航定位性能初步評估［J］.中國科學(xué)，2014，44（1）：72-81.

［2］劉應(yīng)吉.基于CAN總線與GPRS的營運客車運行狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.交通信息與安全，2013，174（1）：90-93.

［3］張新豐.面向規(guī)模示范運營的新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］.汽車工程，2012，34（5）：470-474.

（編輯心翔）

Development of New Energy Vehicles Information Interaction System Based on Beidou Navigation

SHA Nai-jin，HE Qing-lin，ZHANG Kai-fang
（Research institute of Henan Landhigh Xinneng Electric Vehicle Co.，Ltd.，Xinxiang 453000，China）

Beidou navigation；new energy vehicles；CAN communication module；information interaction

U463.675

A

1003-8639（2016）09-0050-03Abstract：This paper introduces features of Beidou navigation project，demonstrates structure and hardware features of type I vehicle intelligent information module，and analyzes its commercialization situation.

2016-01-25；

2016-04-26

沙乃金 （1989-），男，軟件工程師，主要從事BS或CS結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)。