基于OBD—Ⅱ數據的轎車運行狀態數據采集系統與道路試驗

羅明 黃珊珊 狄振華 段飛

摘 要：在機動車保有量不斷增長的背景下，為實現緩堵保暢和節能減排的目標，對運行汽車狀態數據的研究分析就顯得尤為重要。文章采用自編軟件，利用車載診斷系統（OBD-Ⅱ）采集汽車運行數據，并進行大樣本對比分析，為汽車排污預測、防污措施建議等研究工作提供了數據保證。

關鍵詞：OBD-Ⅱ；運行狀態；數據采集

中圖分類號：U473.4 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）17-124-03

Abstract： In the context of increasing vehicle ownership， it is particularly important to study and analyze the vehicle status data in order to achieve the goals of slow plugging， smooth maintenance， energy conservation and emission reduction. This article includes software， using the on-board diagnostic system （OBD-Ⅱ） car running data， and carry on comparative analysis of the large sample for car pollution forecast， anti-fouling measures suggested that provides data to ensure such as research work.

Keywords： OBD-Ⅱ； Running state； The data collection

CLC NO.： U473.4 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-124-03

前言

OBD-Ⅱ（On-Board Diagnostic Ⅱ） 車載診斷系統是現代汽車廣泛使用的一種故障自診斷技術，它可以檢測汽車運行狀態和控制參數等數據[1]。這些數據標準目前被世界各大汽車制造廠商廣泛支持。支持該標準的汽車的 ECU 具有監測發動機控制系統和排放系統的能力，當汽車的某個系統發生故障，便會產生相應的故障代碼。通過一定的程序可以從 ECU 中獲取故障碼，這樣就可以準確的確定故障的性質和部位。此外，還增加了范圍廣泛的監測系統，使得對汽車實時工況的監測成為可能[2]。

1 基于運行車輛狀態數據采集和編譯系統

本文使用的后臺數據采集分析軟件采用C++語言編寫，編譯調試環境為Visual Studio 2017，如圖1。采集車輛運行狀態數據的OBD設備采用GPRS發送模塊將數據打包發送至后臺處理，采集車輛運行狀態數據的OBD設備與車輛ECU進行通訊，GPRS接收模塊通過串口和后臺電腦相連[3]，如圖2。在初始化階段軟件對串口OBD設備進行參數配置，以保證軟件與ECU能正常通訊；在數據采集階段軟件通過發送OBDII診斷請求，同步獲取各PID實時數據，當所有PID數據獲取完畢，按一定格式寫入文件，如此反復，直到用戶停止數據采集。

2 車輛狀態數據采集道路試驗設計

本文采用道路試驗采集的實車數據，是建立行駛工況和運行參數模型的原始資料。為了體現城市交通環境中汽車的行駛特征，設計了行駛速度—時間曲線、車速—耗油率等曲線。理論上，試驗采集數據的時間越長，樣本容量越大，分析結果就越具有代表性。然而測試費用就越高。一般來說，汽車道路試驗主要包括試驗規劃、數據采集、數據分析與建模和模型驗證4個過程。

試驗線路的選擇直接關系到所構建的行駛工況的真實性。為保證試驗的真實性，本試驗按照道路在城市中的地位、作用、交通性質、交通速度以及交通流量等指標，道路可以劃分為快速路、主干路、次干路和支路四種類型。汽車行駛狀況主要受道路等級、交通強度（汽車流量、周轉量和飽和度）、交叉口密度（路段內交叉口型式和數量）和時間四大因素的影響。在城市中，同一道路等級不同的交通強度必然對應著不同的行駛工況；一定的交通強度范圍內，同樣等級的道路，行駛工況受交叉口密度影響較大。道路交通狀況調查，是汽車行駛選擇最基礎的前期階段。道路調查的目的是從路網中篩選出代表性試驗線路，以少量實驗數據獲得全局特征的統計結果。據此，選取的試驗線路全長52.7 公里，其中快速路16.23 公里，占全長30.9%；主干路26.98 公里，占全長51.3%；次干路9.49 公里，占全長17.98%。

具體形式路線為：陜西交通職業技術學院→未央路→北大街→鐘樓→南大街→環城南路西段→太白北路→太白立交→南二環西段→灃惠南路→科技六路→西三環南段→西三環北段→北三環西段→文景路→鳳城四路→陜西交通職業技術學院。此路線的設計充分考慮到了西安市區的道路狀況，采用環狀道路測試，道路類型和路面擁堵情況涵蓋了城市交通狀況的主要類型，既有城市中軸線的擁堵路面，也有環線和快速干道。

本文采用平均車流統計法，分別選取低峰、平峰和高峰三個時段進行道路試驗，同時觀測記錄天氣、溫度、風速、能見度等信息。為了獲得精度較高的模型，試驗數據量需達到一定值。根據試驗數據量與結果準確性的關系，結合國內外文獻，本次道路試驗連續進行7天。未考慮到城市道路的實際用車情況，為了盡可能的模擬城市交通的狀況，本次試驗選取一周7天為試驗周期，涵蓋五個工作日和兩個公休日。采用的環狀試驗道路也能盡可能大的擬合城市交通運行狀況。

3 試驗車輛選擇

為保證試驗的準確性，為了更大限度的模擬城市車輛運行狀況的測試，本次文選取了市面上最常見的車型為例，測試的車型均選取非常有代表性和保有量較大的車型。其中德系車包括一汽大眾高爾夫，一汽大眾邁騰，上汽大眾朗逸，斯柯達速派，昊銳，北京奔馳GLC；美系車包括別克君威，福特翼虎，福特銳界；日系車包括豐田漢蘭達，本田CRV；韓系車包括東風起亞智跑；法系車包括標致3008，4008，雪鐵龍C5；國產汽車包括比亞迪L5，吉利帝豪；進口車包括奧迪Q5，共計18輛車。車型的排量，發動機類型，變速箱類型和車齡都進行了嚴格的分類。此次試驗的車輛選擇了2011年到2016年出廠的七年間的汽車。排量從1.5L到3.2L，也是城市用車絕大多是的排量范圍。發動機類型選擇了自然吸氣和渦輪增壓兩種模式，變速箱也選擇了手動變速箱，自動變速箱，雙離合變速箱。此次試驗的車輛選擇非常豐富，部分車型及銘牌如圖3。

4 試驗結果及分析

本軟件的采集數據是以TXT文件生成，可以以EXCEL文件保存，本軟件可以從OBD中讀取車輛速度，發動機轉速，節氣門位置等24組數據，數據的采集方式以時間軸為坐標，每秒鐘抓取兩組數據，每分鐘可抓取120組數據，本文采用的環線測試道路為52.7KM，每次測試時間平均為2小時34分鐘，可采集有效數據約18480組。以未央路北段為例，本文利用OBD數據采集數據測試系統對測試車輛采集的數據進行處理，并與相同時刻不同車輛的狀態采集數據結合，部分原始數據記錄如圖4，經過整理后截取的部分數據如圖5。取其中一些參數生成運動曲線，如圖6、7、8所示。

5 結束語

汽車狀態遠程監測與故障診斷不僅適應了計算機技術、信息技術和大交通系統相接軌的趨勢，而且能夠提高汽車檢修和維修的可靠性，消除不必要的浪費，提高汽車行駛的安全系數，具有巨大的經濟和社會效益，因此開展這方面的研究意義重大[4]。基于OBD-Ⅱ數據的轎車運行狀態數據采集系統以現有移動通信網為載體，充分考慮汽車自身移動性、小價值和分散的特點，為汽車狀態監測與故障診斷工作的開展做出了重要的前期基礎工作，對于道路管控、環境監測等具有一定的現實意義和較大的推廣價值。

參考文獻

[1] 郭振.基于車聯網的車輛信息采集系統的設計與研究[D].長安大學，2015.

[2] 牛曉曉，劉強.OBD 車載診斷系統綜述[J].汽車零部件，2010，（04）： 73-76.

[3] 屠雨，張鳳登，單冰華.基于汽車OBD車聯網的設計與實現[J].電子測量技術，2016，（08）：32-36+47..

[4] 何軍，劉代宏，張雨.基于無線網-因特網的汽車狀態遠程監測與故障診斷系統研究[J].交通世界，2005：58-61.