基于總線可配的新能源車輛遠程監控系統

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; 數據通信服務系統; 數據庫服務系統; 遠程監控系統; 應用服務系統

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

新能源車輛遠程監控系統[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化改進具有重要的指導意義。汽車工業發達的美國、日本、德國等先后推出了遠程監控的產品或服務。2010年美國福特公司研發了一套新能源汽車遠程監控系統[3]，該系統可以對電動電池組的工作狀況進行實時監控和采集，隨后被應用于福特公司生產的Transit Connect和Focus純電動汽車上。國內高校、企業等對電動汽車的遠程監控方法進行了研究，并取得了很大的進展。2004年北京交通大學等單位開發且試運行了公交電動汽車智能管理系統[4];天津大學設計完成了用于電動汽車遠程監控的管理系統并成功試運營;2010年江蘇電力公司設計研發遠程監控系統[5]，實現對電動汽車、充（換）電站的遠程監控;安凱汽車公司開發完成遠程監控系統的終端，將采集到的大客車各項參數無線傳輸至遠程數據庫。

目前，我國已經推向市場的新能源車輛遠程監控系統應用是采用車載終端接收車輛CAN總線信息，對協議信息加以解析，然后上傳存儲到服務器。這種方法將車輛CAN總線協議解析的部分放置在無線網關中[6?8]，對于車輛研發過程中不斷變更的協議信息及不同總線協議的車型管理，需要反復去現場更新車載終端中的軟件，才能實現新能源車輛數據的遠程監控。基于以上分析，本文設計并開發一種基于總線可配的新能源車輛遠程監控系統。該系統將CAN總線的協議解析組件放于通信服務系統中，通信服務系統根據不同廠商的子應用層協議進行解析，解析過程以腳本調用的方式實現，同時腳本可隨時由應用服務系統Web界面配置生成，實現對協議版本及內容進行操作，提高了監控系統的可配置性和靈活性。

1 ?基于總線可配的遠程車輛監控系統

基于總線可配的新能源車輛遠程監控系統主要包括車載終端、數據通信服務系統、數據庫服務系統和應用服務系統，如圖1所示。該系統通過應用服務系統的Web管理功能，利用在線IE進行車輛CAN總線的協議配置，同時將生成后的配置傳遞至數據通信服務系統，由數據通信服務系統對車輛協議進行解碼和解析，并將解析后的數據存入數據庫服務系統，供應用服務系統的Web相關應用調用。

2 ?車載終端

車載終端的通信速率滿足車載監控系統協議要求[9?11]，網絡層基于TCP協議，應用層數據打包在TCP協議上，使車載終端和通信服務系統可以直接通過互聯網進行數據交換。終端硬件框圖如圖2所示。

2.1 ?工作模式

車輛終端采用數據透明傳輸的方式采集CAN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、電機控制器狀態、整車狀態及行車狀態等信息及狀態信息的變化。主要完成如下功能：定時采集數據并實時發送、實時數據的本地存儲、遠程查詢、遠程在線軟件升級、故障提示與報警、校驗上行和下行數據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實時內核、IAP程序、MCU及外圍器件驅動程序。

Interface Layer：為Application Layer實時任務提供運行環境，將Basic Software Layer提供的各種API封裝成統一的API。

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

3 ?監控系統的實現與分析

3.1 ?CAN總線數據透傳的實現

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

3.2 ?數據通信服務系統數據腳本解析的實現

當數據通信服務系統收到終端上傳的數據后，分析出車輛采用的CAN協議版本號，數據通信服務系統查詢當前服務是否緩存了該協議的解析腳本，如果沒有緩存則從數據庫服務系統下載該CAN協議的解析腳本。

腳本查詢中是否有該CANID的數據解析項，如果沒有，該組數據解析完成，否則繼續。査詢出該CANID的數據解析項格式，針對該CANID的數據進行每個數據項的解析。該數據項的解析格式至少包括以下內容：數據項：名稱、起始位、位長度、偏移量、單位、最大值、最小值。狀態項包含：起始位、位長度及各個狀態值對應的狀態內容[12]。

3.3 ?通過應用服務系統的Web界面生成解析腳本

要生成一個CAN協議腳本的名稱，這個名稱為唯一識別CAN協議的標識。在CAN協議腳本中添加數據項，數據項的解析格式至少包括以下內容：數據項：名稱、起始位、位長度、偏移量、單位、最大值、最小值。狀態項包含：起始位、位長度及各個狀態值對應的狀態內容。保存CAN協議腳本，啟用CAN協議腳本，當啟用該CAN協議腳本后，該腳本為禁止編輯和刪除的狀態。系統流程如圖5所示。

3.4 ?新能源汽車遠程監控平臺

目前本文系統軟件已經運行在由汽車電子技術重點實驗室自主研發的新能源汽車遠程監控系統中，多家運營公司和整車廠家的新能源汽車安裝了監控車載終端，監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議，由界面的“操作”對協議版本及內容進行選擇，實現對車輛信息的準確監控，大大提高了生產研發效率。

4 ?結 ?語

本文提出基于總線協議靈活可配置的新能源車輛遠程監控系統，解決了車輛在實時監控系統、CAN協議動態可配、車輛運營保障的問題，提高車輛監控系統設計的靈活性和可配置性。實際結果表明，該系統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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