基于總線可配的新能源車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)

張瑜 車曉波 王勇 于良杰

關鍵詞： 新能源車輛; 靈活可配置總線; 數(shù)據(jù)通信服務系統(tǒng); 數(shù)據(jù)庫服務系統(tǒng); 遠程監(jiān)控系統(tǒng); 應用服務系統(tǒng)

中圖分類號： TN915.1?34; U469.72 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）01?0042?04

Abstract： The vehicles with different types of bus protocols have to repeatedly go to the site to update the procedure in the vehicle?mounted terminal， so a new energy vehicle remote monitoring system with flexible configurable bus is designed. The method of data pass?through is adopted in vehicle?mounted terminal to read the CAN bus information， and the data communication is executed through the CDMA 1X EVDO wireless communication network. The data communication service system automatically generates the numbered protocol parsing script according to the interface configuration results of the application service system， and the script is parsed on the basis of protocol version number in the CAN bus data packet. The data is decoded， and stored in the database service system. The application service system is accessed by means of Web interface to choose the protocol version and content， and realize the accurate monitoring of the vehicle information， which can greatly improve the production and development efficiency. The test results show that the system can improve the scalability and software portability， and lays a foundation for the comprehensive promotion and resource integration of new energy vehicles in the future.

Keywords： new energy vehicle; flexible configurable bus; data communication service system; database service system; remote monitoring system; application service system

0 ?引 ?言

新能源車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)[1?2]方便運營中心對車輛運行狀況的分析，從而安全可靠地開展新能源車輛的示范運行考核，對新能源汽車的順利推廣、安全管理以及深入地優(yōu)化改進具有重要的指導意義。汽車工業(yè)發(fā)達的美國、日本、德國等先后推出了遠程監(jiān)控的產(chǎn)品或服務。2010年美國福特公司研發(fā)了一套新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)[3]，該系統(tǒng)可以對電動電池組的工作狀況進行實時監(jiān)控和采集，隨后被應用于福特公司生產(chǎn)的Transit Connect和Focus純電動汽車上。國內(nèi)高校、企業(yè)等對電動汽車的遠程監(jiān)控方法進行了研究，并取得了很大的進展。2004年北京交通大學等單位開發(fā)且試運行了公交電動汽車智能管理系統(tǒng)[4];天津大學設計完成了用于電動汽車遠程監(jiān)控的管理系統(tǒng)并成功試運營;2010年江蘇電力公司設計研發(fā)遠程監(jiān)控系統(tǒng)[5]，實現(xiàn)對電動汽車、充（換）電站的遠程監(jiān)控;安凱汽車公司開發(fā)完成遠程監(jiān)控系統(tǒng)的終端，將采集到的大客車各項參數(shù)無線傳輸至遠程數(shù)據(jù)庫。

目前，我國已經(jīng)推向市場的新能源車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)應用是采用車載終端接收車輛CAN總線信息，對協(xié)議信息加以解析，然后上傳存儲到服務器。這種方法將車輛CAN總線協(xié)議解析的部分放置在無線網(wǎng)關中[6?8]，對于車輛研發(fā)過程中不斷變更的協(xié)議信息及不同總線協(xié)議的車型管理，需要反復去現(xiàn)場更新車載終端中的軟件，才能實現(xiàn)新能源車輛數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控?；谝陨戏治觯疚脑O計并開發(fā)一種基于總線可配的新能源車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將CAN總線的協(xié)議解析組件放于通信服務系統(tǒng)中，通信服務系統(tǒng)根據(jù)不同廠商的子應用層協(xié)議進行解析，解析過程以腳本調(diào)用的方式實現(xiàn)，同時腳本可隨時由應用服務系統(tǒng)Web界面配置生成，實現(xiàn)對協(xié)議版本及內(nèi)容進行操作，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可配置性和靈活性。

1 ?基于總線可配的遠程車輛監(jiān)控系統(tǒng)

基于總線可配的新能源車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括車載終端、數(shù)據(jù)通信服務系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務系統(tǒng)和應用服務系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)通過應用服務系統(tǒng)的Web管理功能，利用在線IE進行車輛CAN總線的協(xié)議配置，同時將生成后的配置傳遞至數(shù)據(jù)通信服務系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)通信服務系統(tǒng)對車輛協(xié)議進行解碼和解析，并將解析后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫服務系統(tǒng)，供應用服務系統(tǒng)的Web相關應用調(diào)用。

2 ?車載終端

車載終端的通信速率滿足車載監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)議要求[9?11]，網(wǎng)絡層基于TCP協(xié)議，應用層數(shù)據(jù)打包在TCP協(xié)議上，使車載終端和通信服務系統(tǒng)可以直接通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換。終端硬件框圖如圖2所示。

2.1 ?工作模式

車輛終端采用數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)姆绞讲杉疌AN總線信息，同時封裝上版本號、終端號及車輛信息。車載終端工作環(huán)境與3種工作模式如圖3所示，車載終端實時采集電池狀態(tài)、電機控制器狀態(tài)、整車狀態(tài)及行車狀態(tài)等信息及狀態(tài)信息的變化。主要完成如下功能：定時采集數(shù)據(jù)并實時發(fā)送、實時數(shù)據(jù)的本地存儲、遠程查詢、遠程在線軟件升級、故障提示與報警、校驗上行和下行數(shù)據(jù)及其運行自檢等功能。

2.2 ?軟件設計

終端應用程序設計其軟件架構(gòu)如圖4所示，對車載終端軟件逐層抽象，按照抽象設計、接口與實現(xiàn)分離的理念進行建立。車載終端軟件設計分為Basic Software Layer，Interface Layer，Application Layer三層。

Basic Software Layer：提供訪問終端硬件底層的接口，包括μBoot，μC/OS?II實時內(nèi)核、IAP程序、MCU及外圍器件驅(qū)動程序。

Interface Layer：為Application Layer實時任務提供運行環(huán)境，將Basic Software Layer提供的各種API封裝成統(tǒng)一的API。

Application Layer：實現(xiàn)終端行為及功能的核心程序，劃分任務和確定優(yōu)先級，并使其任務間通信和同步代價最小。

3 ?監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)與分析

3.1 ?CAN總線數(shù)據(jù)透傳的實現(xiàn)

車輛終端通過CAN總線采集所有車輛信息，由于CAN數(shù)據(jù)幀分為標準幀和擴展幀，因此CANID都預留4個字節(jié)。如果采用標準幀，則前2個字節(jié)設置為0。車輛終端將每個CAN數(shù)據(jù)都以CANID+CAN數(shù)據(jù)的格式一次打包上傳到數(shù)據(jù)通信服務系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通信服務系統(tǒng)根據(jù)CANID解析CAN數(shù)據(jù)。

3.2 ?數(shù)據(jù)通信服務系統(tǒng)數(shù)據(jù)腳本解析的實現(xiàn)

當數(shù)據(jù)通信服務系統(tǒng)收到終端上傳的數(shù)據(jù)后，分析出車輛采用的CAN協(xié)議版本號，數(shù)據(jù)通信服務系統(tǒng)查詢當前服務是否緩存了該協(xié)議的解析腳本，如果沒有緩存則從數(shù)據(jù)庫服務系統(tǒng)下載該CAN協(xié)議的解析腳本。

腳本查詢中是否有該CANID的數(shù)據(jù)解析項，如果沒有，該組數(shù)據(jù)解析完成，否則繼續(xù)。査詢出該CANID的數(shù)據(jù)解析項格式，針對該CANID的數(shù)據(jù)進行每個數(shù)據(jù)項的解析。該數(shù)據(jù)項的解析格式至少包括以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)項：名稱、起始位、位長度、偏移量、單位、最大值、最小值。狀態(tài)項包含：起始位、位長度及各個狀態(tài)值對應的狀態(tài)內(nèi)容[12]。

3.3 ?通過應用服務系統(tǒng)的Web界面生成解析腳本

要生成一個CAN協(xié)議腳本的名稱，這個名稱為唯一識別CAN協(xié)議的標識。在CAN協(xié)議腳本中添加數(shù)據(jù)項，數(shù)據(jù)項的解析格式至少包括以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)項：名稱、起始位、位長度、偏移量、單位、最大值、最小值。狀態(tài)項包含：起始位、位長度及各個狀態(tài)值對應的狀態(tài)內(nèi)容。保存CAN協(xié)議腳本，啟用CAN協(xié)議腳本，當啟用該CAN協(xié)議腳本后，該腳本為禁止編輯和刪除的狀態(tài)。系統(tǒng)流程如圖5所示。

3.4 ?新能源汽車遠程監(jiān)控平臺

目前本文系統(tǒng)軟件已經(jīng)運行在由汽車電子技術(shù)重點實驗室自主研發(fā)的新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，多家運營公司和整車廠家的新能源汽車安裝了監(jiān)控車載終端，監(jiān)控管理平臺運行狀況良好。如圖6所示，每個車載終端對應著各自的協(xié)議，由界面的“操作”對協(xié)議版本及內(nèi)容進行選擇，實現(xiàn)對車輛信息的準確監(jiān)控，大大提高了生產(chǎn)研發(fā)效率。

4 ?結(jié) ?語

本文提出基于總線協(xié)議靈活可配置的新能源車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)，解決了車輛在實時監(jiān)控系統(tǒng)、CAN協(xié)議動態(tài)可配、車輛運營保障的問題，提高車輛監(jiān)控系統(tǒng)設計的靈活性和可配置性。實際結(jié)果表明，該系統(tǒng)能改善可擴展性及軟件可移植性，為未來新能源車輛的全面推廣和資源整合打好基礎。

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