新能源汽車故障遠程監(jiān)測裝置

摘 要：為了有效解決新能源汽車在行駛中硬件與軟件突發(fā)故障所帶來的安全隱憂，以及防止車輛由于進行常規(guī)檢修時未能及時發(fā)現(xiàn)部件受損，文章設(shè)計并開發(fā)了一款先進的車輛遠程報警裝置。該裝置通過便攜主機作為核心控制單元，通過與車輛總控MCU（Microcontroller Unit）連接，將車輛運行時的實時信息發(fā)送至云端進行監(jiān)測，再由云端將處理過后的信息發(fā)送至客戶端，從而使車輛運營工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)車輛故障信息開展救援與故障診斷。經(jīng)過測試表明，該裝置傳輸效率高和延時性低，具備高度的應(yīng)用性和實時響應(yīng)能力。因此，該裝置不僅能夠為車輛相關(guān)從業(yè)人員提供數(shù)據(jù)上的支持，也為新能源汽車的智能網(wǎng)聯(lián)提供了可行性方案。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 汽車智能網(wǎng)聯(lián) 遠程監(jiān)測

1 緒論

隨著社會進步與技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)驅(qū)動，新能源汽車技術(shù)已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈全域整合，正在逐步取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機車型成為市場主導。然而，這一技術(shù)轉(zhuǎn)型過程也伴隨著顯著的風險，新能源汽車的運營效率、安全性和智能化管理等項目成為行業(yè)關(guān)注的重點。

電池系統(tǒng)故障包括電池包漏液、電池溫度異常、電池充電問題、電池管理系統(tǒng)（BMS）故障等。當車輛電池系統(tǒng)故障時，車輛會出現(xiàn)續(xù)航里程下降、無法啟動或熱管理失控等現(xiàn)象[1]。并且，新能源汽車電池內(nèi)部電路電壓可高達上百伏，因此需要專業(yè)人員進行嚴苛的手段進行監(jiān)測，使得電池系統(tǒng)的診斷流程較為復雜。新能源汽車電機系統(tǒng)承擔動力輸出的責任，其常見故障包括電機控制器故障、冷卻系統(tǒng)故障、驅(qū)動電機本身故障等。電機系統(tǒng)的故障診斷需要在硬件和軟件層面進行檢查與監(jiān)測：硬件層面主要針對各個控制器的相應(yīng)情況和工作狀態(tài)檢查；軟件層面則是對運行數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，甄別信息是否錯誤[2]。電控系統(tǒng)包括電源管理模塊、高壓配電箱、充電接口等結(jié)構(gòu)，以上結(jié)構(gòu)在發(fā)生輕微故障時影響車輛的正常使用，但在發(fā)生重大故障，如：電源管理系統(tǒng)失效時，能夠引起其他系統(tǒng)的故障，從而造成嚴重事故[3]。輔助系統(tǒng)涉及空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等。輔助系統(tǒng)產(chǎn)生的故障雖然不會直接影響車輛的安全性，但會影響司機駕駛時的舒適性和可靠性[3]。

由于新能源汽車內(nèi)部系統(tǒng)由多個模塊集成，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障警告碼時，其成因可能來自集成的多個模塊中的任意一個或多個，而系統(tǒng)間的交互作用更進一步導致故障成因的復雜化，最終導致新能源汽車的故障診斷困難程度加深[4]。新能源汽車內(nèi)部各系統(tǒng)間存在著緊密而微妙的關(guān)聯(lián)，這意味著，系統(tǒng)的故障不僅局限于自身，還可能連鎖反應(yīng)至其他相關(guān)系統(tǒng)，引發(fā)更廣泛的問題。新能源汽車中部分故障在初期不易察覺，只有當故障積累到一定程度，才會對正常駕駛產(chǎn)生明顯的影響。這種具有隱匿特性的故障嚴重影響力檢測和預防，所以在新能源汽車監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中實時進行診斷是必要的[5]。因此，在新能源汽車進行故障診斷時，監(jiān)測系統(tǒng)必須引入全局監(jiān)測，綜合各系統(tǒng)狀態(tài)與數(shù)據(jù)，確保診斷的準確性[6]。

綜合以上分析，新能源汽車故障類型多樣化且具有一定的關(guān)聯(lián)性。為了提高故障診斷與預警的準確性和及時性，有必要通過實時數(shù)據(jù)采集和智能數(shù)據(jù)分析等方式進一步深入研究各類故障的發(fā)生規(guī)律和發(fā)展趨勢[7]。因此，文章設(shè)計了一款新能源汽車故障遠程監(jiān)測裝置。該裝置利用車載終端和云服務(wù)器端的連接，對新能源汽車的實時行駛狀態(tài)、電池電量、車輛位置等信息進行遠程監(jiān)控和管理。

2 應(yīng)用場景需求分析

遠程監(jiān)測裝置的應(yīng)用廣泛，不同用戶都可以通過客戶端對車輛數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和分析。

汽車制造商通過該裝置收集車輛運行數(shù)據(jù)，用于產(chǎn)品優(yōu)化、故障分析和售后服務(wù)改進。

汽車維修廠家可以通過遠程監(jiān)測裝置獲得車輛的實時狀態(tài)信息，以便提供更快、更準確的服務(wù)，提高客戶滿意度。

個人車主可以通過遠程監(jiān)測裝置實時了解車輛的狀態(tài)，包括電量、剩余里程等信息，提高行駛的安全性，并及時掌握車輛的運行情況。

政府監(jiān)管機構(gòu)可以通過遠程監(jiān)測裝置監(jiān)督新能源汽車的運行狀況，確保交通安全和環(huán)境保護標準的遵守。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

新能源汽車遠程監(jiān)測系統(tǒng)是將車輛的三電系統(tǒng)相關(guān)車況數(shù)據(jù)，以及動力電池的電壓、溫度等電池一致參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到云端服務(wù)器，并最終可通過計算機對數(shù)據(jù)的分類比較等一系列運算頁面展示給車主和售后人員的系統(tǒng)。

整體系統(tǒng)架構(gòu)由云服務(wù)器端、客戶端（手機端/電腦WEB端）和檢測設(shè)備端三部分組成，如圖1所示。

裝置的車載檢測接入車輛，實時獲取汽車的各項運行參數(shù)，結(jié)合GPS傳感器獲取定位信息，將關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)通過移動無線網(wǎng)絡(luò)上傳至云服務(wù)端，對各項參數(shù)進行分析和統(tǒng)計，檢測各模塊是否產(chǎn)生故障。

3.1 數(shù)據(jù)采集

為達成高效的數(shù)據(jù)采集，相關(guān)裝置運用了前沿的傳感器技術(shù)與嵌入式處理技術(shù)。監(jiān)測裝置采用多種高精準度、低能耗傳感器，進行數(shù)據(jù)收集和狀態(tài)監(jiān)測，如：霍爾效應(yīng)電流傳感器、熱電偶溫度傳感器、壓力傳感器等。此外，主機采用嵌入式處理器承擔采集后數(shù)據(jù)的處理功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)預處理、濾波、異常檢測等功能，進一步優(yōu)化了數(shù)據(jù)質(zhì)量。監(jiān)測裝置的采集目標涵蓋電池的電壓、電流、溫度、SOC；電機的轉(zhuǎn)速、驅(qū)動電流；車載充電機的工作狀態(tài)等。這些參數(shù)是反應(yīng)車輛的即時運行狀況以及潛在的故障風險的直觀數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸

監(jiān)測裝置使用了多種通信技術(shù)和協(xié)議，確保數(shù)據(jù)的安全性和傳輸效率。4G/5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸技術(shù)，用于車輛與云服務(wù)器端的實時、高速且穩(wěn)定溝通，從而達成遠程數(shù)據(jù)傳輸；而基于 CAN 總線的車內(nèi)通信技術(shù)，則承擔了車內(nèi)外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換。此外監(jiān)測裝置正在接入新型通信網(wǎng)絡(luò)新興的V2X車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。V2X技術(shù)是借助無線通信手段，達成車輛和其他車輛、路邊設(shè)施、云端服務(wù)器等之間的實時互動的通訊方式。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比能夠更有效地保障交通安全、提高交通效率、優(yōu)化能源運用。

3.3 數(shù)據(jù)安全

監(jiān)測裝置施行了多重防護舉措，傳輸期間運用加密算法，確保數(shù)據(jù)在傳輸時的安全性；同時，通過對用戶身份的認證、訪問權(quán)限的控制等方式，阻止非法訪問和對數(shù)據(jù)的篡改。

4 監(jiān)測端與客戶端系統(tǒng)組成

4.1 監(jiān)測端組成

監(jiān)測設(shè)備端由主機、主線和天線三者組成。主機通過主線接入車輛MCU，讀取車輛運行數(shù)據(jù)，運行數(shù)據(jù)再由天線發(fā)送至云服務(wù)器端。檢測設(shè)備端主機工作電壓為7～16V，工作電流為10～150mA，工作溫度為－20℃～60℃，滿足汽車內(nèi)部電氣和溫度要求。主機內(nèi)部包括總線模塊、定位模塊、移動通信模塊。

總線模塊兼容多種協(xié)議，能夠適配多種車輛網(wǎng)絡(luò)，包括ISO-15765、ISO-14230、ISO-9141、SAE-J1939、J1850。

定位模塊負責GPS 數(shù)據(jù)采集，其輸入電壓為3.3V，工作溫度為－10℃～55℃。

移動通訊模塊承擔GPRS 通訊功能，支持的運營商有移動、聯(lián)通。其輸入電壓為3.3V，工作溫度為－10℃～55℃。

檢測設(shè)備端運行邏輯如圖3所示，檢測到設(shè)備上電后，主機內(nèi)各模塊開始初始化；設(shè)備通過天線鏈接云服務(wù)器端，實時采集數(shù)據(jù)，并獲取定位信息，最后上傳信息；設(shè)備檢測到車輛熄火，進入休眠狀態(tài)。

4.2 客戶端功能展示

客戶端接收云服務(wù)器端統(tǒng)計、處理后的數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至客戶端?？蛻舳松现饕獮橛脩麸@示實時采集的電控系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和電池包單體電壓、溫度、均衡、絕緣、總電壓、電流等核心數(shù)據(jù)。并提供云服務(wù)智能分析數(shù)據(jù)后生成的檢測報告和提供維修引導以及遠程故障智能提醒、實時定位服務(wù)、遠程 OTA 等功能。

5 結(jié)論

文章研究的新能源汽車故障遠程監(jiān)測裝置在以下方面展示了優(yōu)勢。

（1）實時監(jiān)控：通過遠程診斷技術(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)控車輛電池溫度、電壓和電流狀態(tài)，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時緊急聯(lián)系相關(guān)人員，以確保安全運行。

（2）提高維修效率：維修技師通過云服務(wù)端智能分析數(shù)據(jù)生成檢測報告、檢索三電系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)和告警信息，對車輛故障進行快速排查。

（3）預防性維護：遠程診斷技術(shù)能夠?qū)囕v的三電系統(tǒng)進行長期的數(shù)據(jù)跟蹤和分析，預測可能出現(xiàn)的問題并提供建議，從而降低故障發(fā)生的風險，延長車輛使用壽命。

（4）遠程控制：遠程控制技術(shù)能夠隨時更新車載終端的軟件和固件，以修復漏洞和增加新功能，并且對車輛進行實時定位，更精準地獲取用戶位置信息。

基金項目：2025年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目“基于車聯(lián)網(wǎng)的動力電池安全監(jiān)測系統(tǒng)研究”（2025KY1612）。

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