集成式車(chē)載終端檢測(cè)方案研究

伍 權(quán), 熊 剛, 文健峰, 康祖超

(中車(chē)時(shí)代電動(dòng)汽車(chē)股份有限公司, 湖南 株洲 412007)

通信技術(shù)的升級(jí)促進(jìn)了車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,使得車(chē)輛在行駛過(guò)程中不再是信息孤島[1]。車(chē)載T-BOX、車(chē)載視頻終端、主動(dòng)安全智能防控終端等車(chē)載終端設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。這些設(shè)備的安裝使用,不僅為整車(chē)功能賦能,也為政府監(jiān)管提供便利。這些設(shè)備共有的特點(diǎn)是具有SIM卡、定位模塊以及4/5G通信模塊等,但各個(gè)設(shè)備功能單一,冗余度高,且相互之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息共享。隨著車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,汽車(chē)電子電氣設(shè)備也由分散式向集成式發(fā)展[2-4]。

目前,針對(duì)單功能的車(chē)載終端檢測(cè)已有相應(yīng)的要求和方法,但對(duì)于集成式車(chē)載終端的檢測(cè),整體的要求和方法尚未完善。因此,本文針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行研究。

1 集成式車(chē)載終端的構(gòu)成

1.1 集成式車(chē)載終端的組成

本文所述集成式車(chē)載終端通過(guò)提高硬件性能、融合外部接口等方式將電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載T-BOX、車(chē)載視頻終端、主動(dòng)安全智能防控終端3種單功能式終端的功能融合在一起。其硬件組成與單功能車(chē)載終端類(lèi)似,具有微處理器、外部數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)模塊、位置信息獲取模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊等,系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1) 微處理器。微處理器為主控模塊,具有多核處理器并配置有DSP和GPU處理單元,計(jì)算能力和圖形加速能力一應(yīng)俱全,能夠同時(shí)兼容數(shù)據(jù)處理和視覺(jué)識(shí)別等應(yīng)用。

2) 外部數(shù)據(jù)采集模塊。外部數(shù)據(jù)采集模塊包含了CAN數(shù)據(jù)采集單元和音/視頻數(shù)據(jù)采集單元兩部分,CAN數(shù)據(jù)采集單元主要對(duì)車(chē)輛CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,能夠滿足車(chē)載T-BOX和車(chē)載視頻終端對(duì)車(chē)輛CAN數(shù)據(jù)的采集要求;音/視頻數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)接口與外部攝像頭連接,實(shí)時(shí)獲取攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù),可滿足車(chē)載視頻終端和主動(dòng)安全智能防控終端對(duì)視頻數(shù)據(jù)的采集要求。

3) 存儲(chǔ)模塊。考慮到電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載T-BOX和車(chē)載視頻終端對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)條件的差異,存儲(chǔ)模塊采用EMMC和HHD 2種介質(zhì),能夠滿足不同數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求,且HHD容量可達(dá)4 TB,可實(shí)現(xiàn)大容量視頻數(shù)據(jù)的常態(tài)化存儲(chǔ)。

4) 位置信息獲取模塊。位置信息獲取模塊選用GPS/北斗雙模,定位精度小于10 m,符合各單功能式終端的車(chē)載應(yīng)用要求。

5) 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊采用4G模塊,集成式車(chē)載終端以4G通信方式與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)建立連接,并將采集、處理后的車(chē)輛CAN數(shù)據(jù)、音/視頻數(shù)據(jù)等傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái),同時(shí)支持響應(yīng)平臺(tái)下發(fā)的指令,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載T-BOX的遠(yuǎn)程參數(shù)查詢(xún)、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程升級(jí)等功能;支持響應(yīng)遠(yuǎn)程平臺(tái)點(diǎn)播實(shí)時(shí)視頻指令,實(shí)現(xiàn)車(chē)載視頻終端視頻傳輸功能。

圖1 集成式車(chē)載終端系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 集成式車(chē)載終端的工作原理

集成式車(chē)載終端安裝到車(chē)輛上,使用CAN總線接口與車(chē)輛CAN通信線連接、音/視頻輸入接口與車(chē)輛安裝的攝像頭連接,供電系統(tǒng)采用車(chē)載電源。啟動(dòng)電源,集成式車(chē)載終端運(yùn)行后,可深度讀取車(chē)輛CAN總線數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)獲取攝像頭采集的場(chǎng)景視頻數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛位置信息,并將采集到的數(shù)據(jù)及信息按照J(rèn)T/T 808、JT/T 1078和GB/T 32960協(xié)議組包,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器,為政府及相關(guān)機(jī)構(gòu)提供監(jiān)管依據(jù);同時(shí)微處理器對(duì)駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)攝像機(jī)和高級(jí)駕駛輔助攝像機(jī)采集的視頻進(jìn)行計(jì)算、分析、處理,實(shí)現(xiàn)駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警(DSM)和高級(jí)駕駛預(yù)警(ADAS)功能。

2 集成式車(chē)載終端技術(shù)要求

集成式車(chē)載終端包含了電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載T-BOX、車(chē)載視頻終端、主動(dòng)安全智能防控終端等單功能終端的功能。依據(jù)各單功能終端應(yīng)用的合規(guī)性,集成式車(chē)載終端需要滿足被融合的各單功能式終端的標(biāo)準(zhǔn)要求,具體包括功能和性能兩方面。

2.1 功能要求

1)JT/T 794—2011《道路運(yùn)輸車(chē)輛衛(wèi)星定位系統(tǒng) 車(chē)載終端技術(shù)要求》[5]規(guī)定了普通車(chē)載定位系統(tǒng)的功能要求,包括自檢、定位、通信、信息采集、行駛記錄儀、監(jiān)聽(tīng)、通話、休眠、警示等功能。

2) JT/T 1076—2016《道路運(yùn)輸車(chē)輛衛(wèi)星定位系統(tǒng) 車(chē)載視頻終端技術(shù)要求》[6]與JT/T 794屬于同一系列標(biāo)準(zhǔn),在JT/T 794的基礎(chǔ)上增加了音頻和視頻的功能要求,為車(chē)載視頻監(jiān)控功能提供了依據(jù)。

3) GB/T 32960.2—2016《電動(dòng)汽車(chē)遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 第2部分：車(chē)載終端》[7]的功能主要將車(chē)輛CAN數(shù)據(jù)按協(xié)議轉(zhuǎn)化,并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。具體功能包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)、注冊(cè)和激活、獨(dú)立運(yùn)行和遠(yuǎn)程控制等。

4) 交運(yùn)辦[2008] 115號(hào)文件[8]主要對(duì)DSM和ADAS功能進(jìn)行了界定。DSM功能包括：疲勞駕駛報(bào)警、接打手持電話報(bào)警、長(zhǎng)期不目視前方報(bào)警、駕駛員不在駕駛位置報(bào)警、抽煙報(bào)警、設(shè)備失效報(bào)警等;ADAS功能主要包括前方車(chē)輛碰撞報(bào)警、車(chē)道偏離報(bào)警等。

2.2 性能要求

性能方面均從電氣性能、環(huán)境適應(yīng)性、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容等方面進(jìn)行闡述。JT/T 1076和交運(yùn)辦[2008]115號(hào)文件均以JT/T 794為準(zhǔn)則,只有機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性存在差別。JT/T 1076對(duì)主存儲(chǔ)器為硬盤(pán)的情況作了特殊規(guī)定(見(jiàn)表1),其他均與JT/T 794要求一致。

表1 JT/T 1076與JT/T 794、115號(hào)文件性能差異

相比于JT/T 794,作為電動(dòng)汽車(chē)“黑匣子”功能的GB/T 32960.2各項(xiàng)試驗(yàn)要求更加嚴(yán)苛。不但增加了試驗(yàn)項(xiàng)目,而且相同試驗(yàn)項(xiàng)的試驗(yàn)條件也更加嚴(yán)酷。現(xiàn)對(duì)JT/T 794和GB/T 32960.2的性能差異進(jìn)行分析。

1) 電氣性能。兩者均要求滿足獨(dú)立運(yùn)行功能,同時(shí)適應(yīng)寬范圍的直流供電系統(tǒng),能夠抵抗短時(shí)的電源反接與過(guò)電壓。考慮到供電電壓的穩(wěn)定性,GB/T 32960.2增加了電壓緩升緩降性能的考核。

2) 環(huán)境適應(yīng)性。要求設(shè)備在-40 ～85 ℃的溫度范圍內(nèi)貯存后不影響功能。工作溫度范圍JT/T 794要求能夠支持在-20～70 ℃溫度范圍中正常運(yùn)行。GB/T 32960.2運(yùn)行適應(yīng)環(huán)境溫度更加嚴(yán)酷,工作溫度下限降低了10 ℃,達(dá)到-30 ℃,同時(shí)為確保溫度變化時(shí)設(shè)備的穩(wěn)定性,增加了溫度梯度和濕熱循環(huán)試驗(yàn)。

3) 機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性。機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性包括振動(dòng)和沖擊。從試驗(yàn)條件來(lái)看JT/T 794與GB/T 32960.2耐沖擊條件差異性較小。振動(dòng)條件GB/T 32960.2更加嚴(yán)格,GB/T 32960.2按照GB/T 28046.3—2011執(zhí)行,要求進(jìn)行三綜合的32 h隨機(jī)振動(dòng)。試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2[9]。

表2 GB/T 32960.2耐振動(dòng)試驗(yàn)條件參數(shù)

4) 電磁兼容性能。電磁兼容方面JT/T 794和GB/T 32960.2共同試驗(yàn)項(xiàng)包括：脈沖形式為1、2a、3a、3b的沿電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)脈沖抗擾度、耦合瞬態(tài)抗干擾度、靜電放電抗擾度3項(xiàng)要求。GB/T 32960.2增加了輻射抗擾度、輻射發(fā)射和傳導(dǎo)性要求,試驗(yàn)項(xiàng)目更多,試驗(yàn)要求更加嚴(yán)酷。

5) 可靠性。GB/T 32960.2要求終端的使用壽命不低于5年,采用溫度交變耐久壽命試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)評(píng)估終端的可靠性。通過(guò)該試驗(yàn)可以快速地驗(yàn)證終端的使用壽命,并以此作為終端性能審核的依據(jù)。

根據(jù)上述分析,各單功能終端性能要求雖存在一定的重疊,但仍存在差異。因此,集成式車(chē)載終端需要從各標(biāo)準(zhǔn)的共同點(diǎn)出發(fā),同時(shí)兼容差異性以滿足上述標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 集成式車(chē)載終端的檢測(cè)方法

3.1 集成式車(chē)載終端功能檢測(cè)

功能方面,各標(biāo)準(zhǔn)存在差異。為滿足各標(biāo)準(zhǔn)要求的功能,可利用終端外部接口豐富的特點(diǎn),通過(guò)接口連接不同的外設(shè),從而匹配終端內(nèi)部軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。如實(shí)現(xiàn)GB/T 32960.2的數(shù)據(jù)傳輸功能,需要連接CAN總線接口。如實(shí)現(xiàn)車(chē)載視頻監(jiān)控功能、DSM功能、ADAS功能,需要連接攝像頭獲取視頻數(shù)據(jù)、啟動(dòng)圖像處理模塊。

3.2 集成式車(chē)載終端性能檢測(cè)

1) 電氣性能試驗(yàn)。集成式車(chē)載終端內(nèi)部供電由統(tǒng)一的電路實(shí)現(xiàn)。因此,電氣性能要求一致,達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)的最高要求。首先,過(guò)電壓性能試驗(yàn)：要求在50 ℃環(huán)境下,電源輸入端施加36 V電壓工作,持續(xù)1 h,終端功能均正常。反向電壓性能試驗(yàn)：需將終端電源輸入端接入28 V的反向電壓,持續(xù)1 min后斷開(kāi),以正常供電模式開(kāi)啟終端時(shí)功能均正常,同時(shí)符合GB/T 28046.2—2011[10]中4.5節(jié)規(guī)定的電壓緩升緩降性能。其次,需要內(nèi)置足夠容量的鋰電池,滿足設(shè)備10 min的獨(dú)立運(yùn)行功能。

2) 環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。終端正常運(yùn)行溫度范圍為-30～70 ℃,試驗(yàn)時(shí)讓終端在最低溫度-30 ℃的環(huán)境下運(yùn)行24 h,在最高溫度70 ℃的環(huán)境下運(yùn)行96 h,試驗(yàn)要求終端功能均正常。溫度梯度試驗(yàn)按照GB/T 28046.4—2011中5.2節(jié)的規(guī)定進(jìn)行,要求終端在-30～70 ℃間的每一個(gè)溫度點(diǎn)都能正常工作。濕熱循環(huán)試驗(yàn)要求滿足GB/T 28046.4—2011[11]中5.6節(jié)交變濕熱要求。

3) 機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。該集成式終端內(nèi)置硬盤(pán),用于實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。普通的硬盤(pán)難以通過(guò)2 000 Hz的3方向32 h的隨機(jī)振動(dòng),而電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載T-BOX不需要存儲(chǔ)視頻,只需滿足7天以上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ),采用內(nèi)置的EMMC存儲(chǔ)介質(zhì)即可達(dá)到存儲(chǔ)要求。為此,進(jìn)行功能設(shè)計(jì)時(shí),將車(chē)載T-BOX功能在硬件載體上與硬盤(pán)隔離,振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)不帶硬盤(pán)通過(guò)2 000 Hz的隨機(jī)振動(dòng)。視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于硬盤(pán)中,試驗(yàn)時(shí)滿足JT/T 1076附錄A帶硬盤(pán)的500 Hz隨機(jī)振動(dòng)要求;終端的打印、顯示功能通過(guò)接口連接外部設(shè)備實(shí)現(xiàn),因此,終端機(jī)體防護(hù)等級(jí)需要滿足IP53及以上要求。

4) 電磁兼容性能試驗(yàn)。電磁兼容性能,要求通過(guò)1、2a、3a、3b的沿電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)脈沖抗擾度,耦合瞬態(tài)抗干擾度,靜電放電抗干擾度、輻射抗擾度,輻射發(fā)射和傳導(dǎo)性能。其中靜電放電抗擾度需要在設(shè)備通電狀態(tài)下滿足GB/T 19951—2005[12]中表B.1中的接觸放電±7 kV和空氣放電±14 kV要求,設(shè)備不通電狀態(tài)滿足表B.3接觸放電±6 kV和空氣放電±15 kV的要求。

5) 可靠性試驗(yàn)。集成式終端可靠性要求滿足GB/T 32960.2規(guī)定的5年壽命加速性試驗(yàn),但硬盤(pán)屬于易損件,且不涉及車(chē)載T-BOX功能。因此,可不帶硬盤(pán)進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一款融合了電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載T-BOX、車(chē)載視頻終端、主動(dòng)安全智能防控終端功能的集成式車(chē)載終端,總結(jié)了被融合的各單功能終端的功能和性能要求,得出了各單功能終端技術(shù)要求差異。結(jié)合集成式終端的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了該類(lèi)集成式車(chē)載終端的檢測(cè)方案。以期為集成式車(chē)載終端功能融合、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。