王文揚(yáng)，陳 正，陳祥威

（中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程院，天津 300300）

新能源汽車是指使用非常規(guī)車用燃料 （或使用常規(guī)車用燃料但裝載新型動力裝置），具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)和先進(jìn)技術(shù)原理的汽車。其中純電動汽車（BEV）、混合動力電動汽車 （HEV）和燃料電池電動汽車 （FCEV）發(fā)展前景最為良好，也是目前國家大力推廣的主要新能源車型。

中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程研究院依托工信部和天津市科委項(xiàng)目 “天津市電動汽車規(guī)模示范信息化管理平臺建設(shè)及動力總成控制系統(tǒng)的優(yōu)化與應(yīng)用”，開發(fā)了新能源汽車監(jiān)控管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)參考國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：JT／T 794—2011道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端技術(shù)要求；JT／T 796—2011道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)平臺技術(shù)要求；JT／T 808—2011道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端通信協(xié)議及數(shù)據(jù)格式；GB／T 19056汽車行駛記錄儀。中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程研究院根據(jù)以上國家標(biāo)準(zhǔn)制訂了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：新能源實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范；新能源車輛GPRS通信內(nèi)容規(guī)范；新能源實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)車載終端設(shè)計(jì)規(guī)范；新能源實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控管理平臺軟件設(shè)計(jì)規(guī)范［1］。本文將主要介紹遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1 國外汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

在美國，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時為行車提供各種所需信息，被定義為Telematics，它的大部分應(yīng)用系統(tǒng)位于網(wǎng)絡(luò)上，而非汽車內(nèi)，如通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星與廣播等。駕駛者可運(yùn)用無線傳輸?shù)姆绞剑B接網(wǎng)絡(luò)傳輸與接收資訊和服務(wù)，也可以下載應(yīng)用系統(tǒng)或更新軟體等，所耗的成本較低，主要功能仍以行車安全與車輛保全為主，其特點(diǎn)如下［2］。

1）GPS導(dǎo)航：透過 GPS配合路線資訊，作路況報(bào)導(dǎo)與路線指引。

2）汽車防盜：透過衛(wèi)星定位提供失竊車輛的搜尋與追蹤。

3）自動防撞：透過傳感器或雷達(dá)，感應(yīng)車與車間安全行駛距離。

4）車況掌握：車輛性能與車況的自動偵測、維修診斷等。

5）個人資訊：收發(fā)電子郵件與個人化資訊等。

6）拖車追蹤：通過車聯(lián)網(wǎng)和移動網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系地面拖車單位。

7）道路援救：行車過程中，假使發(fā)生車禍或車輛故障意外，通過按鍵，自動聯(lián)系救援。

8）多媒體娛樂：高畫質(zhì)與高音質(zhì)的視聽設(shè)備、游戲機(jī)、上網(wǎng)機(jī)、個人行動資訊中心、隨選視訊等。

9）車輛應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)：信息通信技術(shù)為智能汽車應(yīng)用開發(fā)提供根據(jù)，并提供車輛附近周圍的車輛信息和基礎(chǔ)設(shè)施目標(biāo)的規(guī)定。

在所有的汽車企業(yè)中，美國通用公司首先把OnStar-Telematics技術(shù)應(yīng)用于高檔轎車領(lǐng)域，它通過無線網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)中心，同時服務(wù)中心利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定車輛位置，以最快的速度響應(yīng)車輛的實(shí)時要求。同時，隨著混合動力汽車的深入研究，國外出現(xiàn)了一些具有故障診斷記錄功能的分析系統(tǒng)，例如德國Vector公司開發(fā)的工具軟件CANoe和CANalyzer等數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，但系統(tǒng)的價格昂貴，一套CANoe系統(tǒng)27萬元人民幣，同時需要專人隨車操作，在混合動力產(chǎn)業(yè)化的背景下，系統(tǒng)的通用性受到限制。

1.2 國內(nèi)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，早期的車輛監(jiān)控系統(tǒng)一直停留在GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的層面上，沒有出現(xiàn)對車輛狀態(tài)信息進(jìn)行分析處理的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。由于工信部在2009年6月17日發(fā)布的 《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》中對于車輛監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)定，現(xiàn)在國內(nèi)運(yùn)營的多數(shù)電動汽車都安裝了相應(yīng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并且取得了一定的成效。中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程研究院自主研發(fā)的新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，目前多個整車廠家和運(yùn)營公司的新能源汽車已經(jīng)安裝了本產(chǎn)品，包括純電動汽車、混合動力公交車等車型。監(jiān)控管理平臺運(yùn)行狀況良好，能夠?qū)崟r顯示新能源汽車的位置、故障、狀態(tài)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等信息，而且實(shí)現(xiàn)了短信報(bào)警、數(shù)據(jù)分析等功能，對新能源車輛的安全運(yùn)行起到了保障作用，并通過數(shù)據(jù)分析為新能源汽車的改進(jìn)提供了依據(jù)。

2 實(shí)時監(jiān)控管理系統(tǒng)簡介

如圖1所示，遠(yuǎn)程車載終端采集GPS定位信息和新能源汽車數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中心監(jiān)控管理平臺、協(xié)同管理平臺、個人消費(fèi)者管理平臺。

遠(yuǎn)程車載終端：車載終端是新能源汽車監(jiān)控管理系統(tǒng)關(guān)鍵部分，車載終端采集新能源汽車信息并轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控管理平臺。傳感器采集電路以及CAN網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)對車輛本身運(yùn)行狀態(tài)、整車控制器、電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器、新能源其它相關(guān)附件信息進(jìn)行采集，利用鐵電和Flash等數(shù)據(jù)存儲技術(shù)儲存相關(guān)信息。利用USB通信、USB HOST結(jié)構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車載電子裝置和駕駛員之間的信息交換。利用GPS定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車載GPS的應(yīng)用，為車輛的定位和保障提供有效手段。利用GPRS通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車載電子裝置和實(shí)時監(jiān)控平臺中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換［3］。

監(jiān)控管理平臺包括中心監(jiān)控管理平臺、協(xié)同監(jiān)控管理平臺、個人消費(fèi)者管理平臺，下面對3種管理平臺進(jìn)行介紹。

中心監(jiān)控管理平臺：簡稱中心系統(tǒng)，所有被監(jiān)控的新能源車輛信息都會錄入到中心系統(tǒng)，同時所有車輛的數(shù)據(jù)也會發(fā)送到中心系統(tǒng)。中心系統(tǒng)只有一個，可以監(jiān)控所有的安裝遠(yuǎn)程終端的新能源車輛。被授以權(quán)限的用戶可以通過遠(yuǎn)程訪問中心系統(tǒng)，實(shí)時察看車輛信息。

協(xié)同監(jiān)控管理平臺：簡稱協(xié)同系統(tǒng)，協(xié)同系統(tǒng)指客戶專用的監(jiān)控管理平臺，可以滿足客戶自己搭建服務(wù)器并在客戶本地保留數(shù)據(jù)的要求。協(xié)同系統(tǒng)只能錄入本公司或本車廠的車輛信息，不能監(jiān)控本車廠以外的車輛?？梢越⒍鄠€協(xié)同系統(tǒng)，組成協(xié)同系統(tǒng)群，通過網(wǎng)絡(luò)和中心系統(tǒng)連接。

個人消費(fèi)者管理平臺：又稱為個人消費(fèi)者服務(wù)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)主要為移動終端客戶提供服務(wù)，客戶可以隨時通過移動終端登陸系統(tǒng)察看相關(guān)車輛信息。移動終端客戶包括手機(jī)用戶和PAD用戶。個人消費(fèi)者服務(wù)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)和中心系統(tǒng)連接。

3 車載終端設(shè)計(jì)

3.1 車載終端硬件設(shè)計(jì)

如圖2所示，遠(yuǎn)程終端采用基于ARM7TDMI-S處理器的單片機(jī)作為主芯片，運(yùn)行頻率為72 MHz。遠(yuǎn)程終端硬件組成主要包括：CAN通信模塊、GPS定位接收模塊、GPRS通信模塊、IC卡模塊、Flash存儲模塊、SD卡模塊、USB讀取模塊、時鐘電路、低功耗喚醒、硬件看門狗。

1）CAN通信模塊：遠(yuǎn)程終端采用汽車級的高速CAN收發(fā)器，完全符合ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)低功耗模式，可通過總線喚醒預(yù)留兩路CAN接口，波特率分別為250KB和500KB。

2）GPS定位接收模塊：采用國際領(lǐng)先的GPS定位芯片，48通道并行接收，NMEA 0183協(xié)議。

3）GPRS通信模塊：采用國際主流產(chǎn)品，雙頻EGSM 900／1800MHz， 符合GSM／GPRS協(xié)議棧3GPP版本4。

4）SD卡存儲：LPC自帶SD／MMC存儲卡接口，采用4G SD卡進(jìn)行數(shù)據(jù)大容量存儲。

5）Flash存儲：采用Flash存儲器，壽命為10萬次擦寫。

6）USB讀取模塊：LPC2388自帶USB 2.0設(shè)備／主機(jī)／OTG，帶片上PHY和相關(guān)的DMA控制器。

7）時鐘電路：LPC2388自帶實(shí)時時鐘 （RTC），帶獨(dú)立電源管腳，時鐘源可設(shè)置為RTC振蕩器或者APB時鐘。

8）低功耗喚醒：利用LPC2388的外部中斷輸入進(jìn)行低功耗喚醒。

9）硬件看門狗：設(shè)計(jì)了硬件看門狗電路，及時復(fù)位防止程序跑飛。

3.2 車載終端功能設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程終端的功能框圖如圖3所示，主要分為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、GPS子系統(tǒng)、GPRS子系統(tǒng)、參數(shù)存儲子系統(tǒng)、IC卡管理子系統(tǒng)、低功耗喚醒子系統(tǒng)。

1）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)：遠(yuǎn)程終端預(yù)留兩路CAN接口，通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。主要對車輛信息、整車控制器信息、電機(jī)控制器信息、電池管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并解析。

2）GPS子系統(tǒng)：利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS。遠(yuǎn)程終端可以接收GPS信息并解析出經(jīng)緯度、高程等信息，用來實(shí)時確定車輛位置，追蹤車輛運(yùn)行軌跡。目前，民用導(dǎo)航精度在10m左右。

3）GPRS子系統(tǒng)：遠(yuǎn)程終端的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸主要是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。通過GPRS子系統(tǒng)把新能源數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、車輛本身數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控管理平臺通過網(wǎng)絡(luò)得到這些數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲、分析、 顯示［4］。

4）參數(shù)存儲子系統(tǒng)：遠(yuǎn)程終端主要分為兩種存儲，F(xiàn)lash存儲和SD卡存儲。模塊把車輛信息、終端參數(shù)、新能源參數(shù)、標(biāo)定閾值按特定結(jié)構(gòu)存儲在Flash中；把新能源汽車的報(bào)警、狀態(tài)、數(shù)據(jù)以文件形式存儲在SD卡中。

5）IC卡管理：遠(yuǎn)程終端可以通過GPRS傳輸數(shù)據(jù)或USB導(dǎo)出數(shù)據(jù)，利用IC卡進(jìn)行USB導(dǎo)出數(shù)據(jù)管理；需要注銷的終端，要在中心系統(tǒng)上進(jìn)行注銷，利用IC卡進(jìn)行終端注銷管理。

6）低功耗喚醒：在新能源汽車停車后，遠(yuǎn)程終端會進(jìn)入低功耗模式；通過鑰匙信號、車載充電機(jī)或外部充電樁信號對遠(yuǎn)程終端進(jìn)行喚醒，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。

3.3 監(jiān)控模塊功能介紹

1）實(shí)時準(zhǔn)確采集車輛整車控制器、電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)、車載充電機(jī)等模塊CAN總線數(shù)據(jù)。

2）通過新能源車輛監(jiān)控平臺軟件對監(jiān)控模塊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和查詢。

3）實(shí)時準(zhǔn)確測定車輛速度和經(jīng)緯度。

4）SD卡方便數(shù)據(jù)上載和存儲。

5）多種故障報(bào)警：無CAN報(bào)文報(bào)警、監(jiān)控模塊內(nèi)部故障報(bào)警等。

本監(jiān)控模塊能儲存最近7天的數(shù)據(jù)，在SD卡內(nèi)部，數(shù)據(jù)以省域+市縣代碼+車牌號 （例如 “津A00000”）為根目錄；在其下面，以TD+日期為子目錄，例如TD120218表示2012年2月18日；再下一級文件是以CAN的ID為文件名稱的數(shù)據(jù)文件，其儲存頻率都為1s。

4 車載終端監(jiān)控范圍

本監(jiān)控管理平臺可以兼容純電動汽車、混合動力汽車等多種新能源車型，本文以純電動汽車為例介紹遠(yuǎn)程終端監(jiān)控范圍。

如圖4所示，純電動汽車的數(shù)據(jù)監(jiān)控范圍主要包括整車控制器、電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器、車載充電機(jī)以及車輛的故障、狀態(tài)、基及礎(chǔ)數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程終端全面監(jiān)控了純電動汽車故障類、狀態(tài)類、數(shù)據(jù)類的相關(guān)數(shù)據(jù)，為監(jiān)控管理平臺監(jiān)控、報(bào)警、數(shù)據(jù)分析提供了基礎(chǔ)。

4.1 新能源汽車位置的顯示

新能源汽車的位置信息可通過上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行查看，用戶可通過手機(jī)、Ipad、筆記本電腦隨時進(jìn)行定位跟蹤在線車輛，可查看車輛的位置信息。

在進(jìn)入車輛監(jiān)控功能之后，菜單欄把被監(jiān)控的車輛分成了3組：①在線車輛 （），②超時車輛 （），③離線車輛 （）。3組中的車量是系統(tǒng)中所注冊的所有車輛。

在線車輛表示當(dāng)前正在和平臺進(jìn)行信息交互的車輛，括號中為在線車輛的數(shù)量。超時車輛表示可能由于信息不通暢或者其他問題，導(dǎo)致未主動離線的車輛在一定時間內(nèi)沒有和平臺進(jìn)行信息傳輸，此類車為超時車輛，括號中為超時車輛的數(shù)量。離線車輛表示下位機(jī)主動斷電或者其他原因離線的車輛，括號中為離線車輛數(shù)量。如圖5所示。

4.2 新能源汽車故障、狀態(tài)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的顯示

以整車控制器為例，分析車輛運(yùn)行期間的故障、狀態(tài)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的顯示。

單擊上位機(jī)系統(tǒng)界面的 “整車控制器”后，結(jié)果界面中共有三大部分，分別是：故障、狀態(tài)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

故障中包括：車牌號、VCU、通信、低壓蓄電池、油門踏板、制動踏板、擋位、EPS／EHI、 DCDC、真空泵、空調(diào)、高壓互鎮(zhèn)、接受時間。整車控制器的故障報(bào)警信息見圖6。

狀態(tài)中包括：車牌號、狀態(tài)、控制模式、空調(diào)繼電器、DC繼電器、運(yùn)行控制、高壓繼電器、擋位、接受時間。整車控制器的最新狀態(tài)信息見圖7，此狀態(tài)是動態(tài)更新的。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中包括：車牌號、車速 （km／h）、加速踏板開度 （%）、制動踏板開度 （%）、發(fā)電機(jī)溫度 （℃）、 續(xù)駛里程 （km）、 累計(jì)里程 （km）、 控制轉(zhuǎn)矩 （Nm）、 發(fā)電機(jī)電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速 （r／min）、 空調(diào)轉(zhuǎn)速 （r／min）、接受時間。整車控制器的基本數(shù)據(jù)信息見圖8。

5 遠(yuǎn)程監(jiān)控終端數(shù)據(jù)上傳方式

遠(yuǎn)程終端的數(shù)據(jù)上傳方式主要分為兩種：本地上傳和無線上傳。

5.1 本地上傳

遠(yuǎn)程終端會把最近一周內(nèi)的數(shù)據(jù)以文件形式存儲在SD卡中，用戶可以通過U盤把數(shù)據(jù)導(dǎo)出到服務(wù)器或微機(jī)，供挖掘分析使用。

5.2 無線上傳

通過GPRS網(wǎng)絡(luò)直接把數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控管理平臺，主要有3種上載方式：基本數(shù)據(jù)上載、域值觸發(fā)數(shù)據(jù)上載、監(jiān)控中心命令上載［5］。

1）基本數(shù)據(jù)上載 在車輛正常狀態(tài)下，車載終端只按較低頻率上載新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，能滿足監(jiān)控中心了解新能源汽車上關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)。

2）域值觸發(fā)數(shù)據(jù)上載 在新能源汽車上，有很多參數(shù)比較重要，當(dāng)其滿足一定的域值條件時，必須對其重點(diǎn)監(jiān)控，獲得更多的數(shù)據(jù)來了解相關(guān)部件的運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)這些域值條件滿足時，車載終端就以較高的頻率發(fā)送這些數(shù)據(jù)，以便更好更有效地觀察到相關(guān)部件的運(yùn)行狀態(tài)。

3）監(jiān)控中心命令上載 在新能源車輛運(yùn)行過程中，監(jiān)控中心如果想對某些未在基本數(shù)據(jù)中上載的參數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上載，或者想改變某些正在上傳參數(shù)的上載頻率，這時候就需要命令上載數(shù)據(jù)；監(jiān)控中心通過GPRS數(shù)據(jù)通道，發(fā)送參數(shù)上載命令給車載終端，車載終端響應(yīng)命令后，將以上載命令所要求的形式上載。

［1］彭劍，葉楓，辛兢澤.汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究［J］.上海汽車，2011（3）：24-29.

［2］ 百度百科.Telematics［DB／OL］.http：／／baike.baidu.com／view／152906.htm， 2012-04-19.

［3］陳新，胡小龍.基于GPRS的汽車故障診斷儀的遠(yuǎn)程診斷的設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2006 （4）：6-7.

［4］曾銳利，肖云魁，周建新，等.汽車遠(yuǎn)程故障診斷與維修系統(tǒng)研究［J］.電子測量技術(shù)，2009 （7）：4-5.

［5］黃大超，孫德林，寒一兵，等.現(xiàn)代汽車遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的研究［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2007（7）7-8.