陳祥威，王文揚(yáng)，王　　旭，陳　　正（中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程院，天津　300300）

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基于Wi-Fi的新能源客車無線診斷系統(tǒng)的研究

陳祥威，王文揚(yáng)，王旭，陳正
（中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程院，天津300300）

摘要：Wi-Fi技術(shù)的應(yīng)用使得中遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)診斷得以實(shí)現(xiàn)，解決了大多數(shù)診斷儀都是基于硬線或者短距離無限數(shù)據(jù)通信的問題。本文首先簡要介紹新能源客車無線診斷系統(tǒng)功能和系統(tǒng)組成，然后重點(diǎn)描述車載終端和顯示終端的系統(tǒng)組成及功能分析，并介紹其軟件和硬件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：新能源客車；無線診斷；監(jiān)控系統(tǒng)；Wi-Fi通信

隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，用戶對無線通信的需求與日俱增，Wi-Fi憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢得到了普遍認(rèn)可，顯示出極大的應(yīng)用前景，Wi-Fi已成為無線網(wǎng)絡(luò)接入的主流標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外許多地區(qū)都提供了Wi-Fi信號覆蓋域，只要隨身攜帶的電子產(chǎn)品上有Wi-Fi終端，便可接入互聯(lián)網(wǎng)［1］。

當(dāng)前汽車診斷系統(tǒng)主要采用有線的形式，維修工程師需要打開車身，找到行車記錄儀接線后進(jìn)行行車數(shù)據(jù)的分析。這樣的分析方式效率低，對工程師的技術(shù)要求高。Wi-Fi技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了其在汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展。汽車用無線診斷系統(tǒng)模塊便于安裝、使用、管理和重組。

Wi-Fi無須布線、覆蓋范圍廣，目前大功率設(shè)備傳輸距離可達(dá)6.5km。Wi-Fi技術(shù)傳輸速度快6～22MB／s，應(yīng)用廣泛，筆記本、iPad和手機(jī)等都有無線支持。汽車用無線診斷系統(tǒng)的應(yīng)用使工程師不必打開車身，利用筆記本、手機(jī)等就能檢測汽車的運(yùn)行記錄等數(shù)據(jù)。在停車廠中維修工程師可以從上位機(jī)查看多個(gè)車輛的數(shù)據(jù)，使其工作效率大大提高。可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)備份，方便查詢和跟蹤管理［2］。

1　新能源客車無線診斷系統(tǒng)功能介紹

研發(fā)、售后維修等相關(guān)人員使用筆記本電腦、手機(jī)、Pad等移動(dòng)終端，通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集新能源客車的診斷數(shù)據(jù)、蓄電池、電機(jī)電壓、電流、溫度等相關(guān)狀態(tài)參數(shù)，以及整車的運(yùn)行數(shù)據(jù)。相關(guān)人員可以方便地查看診斷數(shù)據(jù)以及整車的其他重要數(shù)據(jù)，給技術(shù)改進(jìn)和售后維修提供數(shù)據(jù)分析，極大地方便了研發(fā)和售后環(huán)節(jié)。

售后工程師、銷售工程師、研發(fā)工程師、管理者等不同角色可以根據(jù)各自不同需求選擇不同的移動(dòng)終端，如Android系統(tǒng)手機(jī)、iphone、iPad、PC機(jī)，直觀地了解到對各自有用的數(shù)據(jù)。使用者可以根據(jù)需要，利用移動(dòng)終端的軟件對新能源客車診斷系統(tǒng)進(jìn)行操作，例如清除故障碼。

2　新能源客車無線診斷系統(tǒng)組成

圖1為新能源客車無線診斷系統(tǒng)功能示意圖。新能源客車無線診斷系統(tǒng)由車載無線診斷終端和移動(dòng)顯示終端組成。

車載無線診斷終端是新能源客車無線診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，通過CAN總線采集電機(jī)控制器故障信息、發(fā)動(dòng)機(jī)故障信息、CMS故障信息、BMS故障信息等數(shù)據(jù)，通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)把采集的信息發(fā)送到Wi-Fi移動(dòng)終端，其中PC可以把數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。車載終端在通過Wi-Fi發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，把采集的數(shù)據(jù)以txt文件形式存儲到SD卡中；SD卡中的數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入PC的無線診斷數(shù)據(jù)庫里。

移動(dòng)顯示終端包括筆記本、手機(jī)、Pad等移動(dòng)設(shè)備，不同的移動(dòng)設(shè)備適合不同的人員使用。筆記本配置高、屏幕大、可安裝數(shù)據(jù)庫，因此顯示的數(shù)據(jù)多，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、查詢歷史數(shù)據(jù)、導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)，有圖表功能和曲線比較功能，適合開發(fā)人員監(jiān)控車輛運(yùn)行狀態(tài)，完善車輛設(shè)計(jì)工作。Pad屏幕較大、配置較高，因此可以顯示詳細(xì)故障信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，便于售后維修人員迅速判定車輛故障，確定維修策略。手機(jī)屏幕較小、配置較低，不能顯示過多數(shù)據(jù)和運(yùn)行過多功能，只能顯示重要故障和重要數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)故障只能提醒使用者車輛有故障，使用者 （如駕駛員）可采取應(yīng)急措施盡量保證車輛安全，然后報(bào)告給相關(guān)部門。

本系統(tǒng)的定位芯片選擇芯星通的UM220BD2／GPS雙系統(tǒng)導(dǎo)航／授時(shí)模塊，GPRS模塊選擇GL868，主芯片選擇LPC2388，根據(jù)設(shè)想功能主芯片通過RS232接口和定位芯片UM220BD2／GPS以及GPRS芯片GL868進(jìn)行通信。

硬件系統(tǒng)主要由主處理器、電源管理、通信、定位模塊、CAN接口、存儲6部分組成。

1）主處理器部分主要由主處理器LPC2388、RTC時(shí)鐘電路、硬件看門狗組成。

2）電源管理部分主要對芯片用電進(jìn)行管理，對24／12 V、5 V、3.3 V、3.0 V等用電進(jìn)行合理化配置，降低功耗。

3）通信部分主要是配置GL868外圍電路，車載終端通過通信部分與監(jiān)控平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。

4）CAN接口部分主要是設(shè)計(jì)了兩路CAN接收電路，可以通過CAN網(wǎng)絡(luò)對整車控制器、電機(jī)控制器、電池管理系統(tǒng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

5）本系統(tǒng)數(shù)據(jù)種類繁多，數(shù)據(jù)量大，而且要求掉電時(shí)采集的數(shù)據(jù)能及時(shí)保存。系統(tǒng)下位機(jī)需要設(shè)計(jì)一種高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和儲存方法。SD卡的存儲容量為2GB，用于存儲新能源數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還有4MB的數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)和GPS定位數(shù)據(jù)。

3　新能源客車無線診斷車載終端

3.1無線診斷車載終端功能描述

無線診斷車載終端功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設(shè)置、USB導(dǎo)出數(shù)據(jù)、RTC時(shí)鐘、休眠喚醒、Wi-Fi通信模式切換等功能，其框圖如圖2所示。

圖2　　新能源客車無線診斷功能框圖

數(shù)據(jù)采集功能：主要通過CAN通信模塊采集CAN總線上的診斷信息、車輛運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是無線診斷的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)通信功能：通過Wi-Fi無線模塊把采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)終端，Wi-Fi的通信速度快，能夠把大量數(shù)據(jù)快速傳遞。

數(shù)據(jù)存儲功能：在沒有接入移動(dòng)終端的情況下，CAN模塊采集的數(shù)據(jù)要存儲在SD里，在需要的情況下可以導(dǎo)入PC機(jī)的數(shù)據(jù)庫里。

參數(shù)設(shè)置功能：通過IC卡模塊給車載終端設(shè)置Wi-Fi通信需要的車工號和終端標(biāo)識等信息，這些信息是安裝車輛和車載終端的惟一標(biāo)識。

USB導(dǎo)出數(shù)據(jù)功能：是導(dǎo)出數(shù)據(jù)的一種手段，可以通過U盤導(dǎo)出SD卡里的存儲數(shù)據(jù)到PC機(jī)數(shù)據(jù)庫。

時(shí)鐘功能：無線車載終端實(shí)時(shí)給出時(shí)鐘，和診斷數(shù)據(jù)一起發(fā)送到移動(dòng)終端或存儲到SD卡。

休眠喚醒：在新能源客車鑰匙信號關(guān)閉情況下模塊會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

Wi-Fi通信模式切換功能：可以任意切換無線診斷模塊的通信模式，無線路由器模式或無線接入點(diǎn)模式，無線診斷模塊默認(rèn)是無線路由器模式，這時(shí)筆記本、Pad、手機(jī)等移動(dòng)終端可以連接到無線診斷模塊；當(dāng)進(jìn)入總站時(shí)，需要把無線車載終端切換到無線接入點(diǎn)模式，主動(dòng)連接總站機(jī)房服務(wù)器傳送數(shù)據(jù)。

3.1.1實(shí)時(shí)跟蹤管理

實(shí)時(shí)跟蹤管理是查看所有車輛的實(shí)時(shí)記錄、車輛狀態(tài)信息及車輛參數(shù)信息的展現(xiàn)管理。主要功能如下：①車輛狀態(tài)信息查詢：對車速 （終端上傳的車速、GPS上傳的車速）、車門、制動(dòng)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)信息進(jìn)行查詢；②車輛蓄電池信息查詢：對蓄電池的數(shù)量、電流、電壓、容量和其它屬性進(jìn)行查詢；③車輛電機(jī)信息查詢：對電機(jī)的電壓、電流、功率和其它屬性進(jìn)行查詢；④終端監(jiān)控：對終端的狀態(tài)檢查、遠(yuǎn)程開關(guān)、車輛外圍設(shè)備控制、電機(jī)控制器、蓄電池充電信息進(jìn)行查詢。

3.1.2車輛報(bào)警監(jiān)控

車輛報(bào)警信息會(huì)以推送或通知的形式，提示給監(jiān)控端用戶，用戶可以根基報(bào)警提示看到車輛的各種異常情況。主要功能如下：①區(qū)域駛?cè)雸?bào)警：駛?cè)胫付▍^(qū)域報(bào)警；②區(qū)域駛出報(bào)警：駛出指定區(qū)域報(bào)警；③超速駕駛報(bào)警：車速超出設(shè)置的最高限速時(shí)報(bào)警；④疲勞駕駛報(bào)警：單次連續(xù)駕駛時(shí)間超出最大設(shè)置時(shí)長將報(bào)警；⑤異常車況報(bào)警：車輛的蓄電池容量、散熱器水溫、制動(dòng)片厚度等車況信息超出設(shè)定值時(shí)報(bào)警。

3.1.3監(jiān)控車輛管理

監(jiān)控端可以點(diǎn)名車輛，查看車輛坐在位置，跟蹤車輛的全部形式參數(shù)等信息。主要功能如下：①車輛點(diǎn)名：單次呼叫車輛立即上傳一次車輛需要監(jiān)控的信息；②車輛定時(shí)跟蹤：接收由車載終端按指定時(shí)間間隔上傳需要監(jiān)控信息；③車輛定長跟蹤：接收由車載終端按車輛行駛指定距離上傳監(jiān)控信息。

3.1.4電子地圖

電子地圖是GIS系統(tǒng)的功能基礎(chǔ)。主要功能分為電子地圖配置管理和基礎(chǔ)功能。

1）電子地圖接口配置管理：定義不同是地圖服務(wù)商的接口；目前使用百度地圖。

2）電子地圖基礎(chǔ)功能。地圖縮放：地圖的放大縮小功能；地圖漫游：對地圖進(jìn)行移動(dòng)等操作；地圖圖元：查詢地名、建筑物等信息；地圖鷹眼瀏覽：通過鷹眼地圖定位地圖；地圖定位：顯示定位的中心、經(jīng)緯度定位、高度標(biāo)注；地圖測距：測量兩個(gè)地圖位置的路徑距離。

3.1.5系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理是對移動(dòng)端參數(shù)和權(quán)限的管理。主要功能如下：①用戶管理：管理中心系統(tǒng)的操作用戶，對用戶名、密碼、真實(shí)姓名、Email、在職狀態(tài)等信息進(jìn)行登記和修改操作；②數(shù)據(jù)管理：生成圖片文件備用，從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)操作；③加密設(shè)置：設(shè)置私人加密密碼；④版本控制：更新軟件版本。

系統(tǒng)管理主要功能界面圖如圖3所示。

圖3　　系統(tǒng)管理主要功能界面圖

3.2無線診斷車載終端硬件設(shè)計(jì)

新能源客車無線診斷硬件設(shè)計(jì)主要包括CAN通信模塊、Wi-Fi通信模塊、SD卡讀寫模塊、IC卡讀寫模塊、USB讀寫模塊、時(shí)鐘電路模塊、電源模塊、硬件看門狗模塊。如圖4所示。

圖4　　新能源客車無線診斷硬件設(shè)計(jì)框圖

1）CAN通信模塊設(shè)計(jì)：CAN通信模塊采用汽車級的高速CAN收發(fā)器，完全符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)低功耗模式，可通過總線喚醒，預(yù)留兩路CAN接口，波特率設(shè)置可選250kb／s和500kb／s。

2）Wi-Fi模塊設(shè)計(jì)：采用基于通用串行接口的符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置TCP／IP協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口、無線網(wǎng) （Wi-Fi）2個(gè)接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；符合IEEE 802.11n、IEEE 802.11g、IEEE 802.11b等無線標(biāo)準(zhǔn)；實(shí)現(xiàn)Wi-Fi無線接入點(diǎn)／無線路由器2種工作模式的自由切換。

3）SD卡讀寫模塊設(shè)計(jì)：ARM7芯片自帶SD卡接口，數(shù)據(jù)以文件形式存儲；存儲的數(shù)據(jù)有時(shí)間標(biāo)識；SD卡內(nèi)存滿后，最新接收的數(shù)據(jù)填充代替接收時(shí)間最早的存儲文件數(shù)據(jù) （滾動(dòng)存儲）。

4）電源模塊設(shè)計(jì)：滿足9～36V輸入，采用隔離的電源模塊，解決通信、數(shù)據(jù)處理及無線發(fā)送的電源問題，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸，滿足汽車電磁環(huán)境。

5）USB讀寫模塊：ARM7芯片自帶USB接口，完全符合USB2.0規(guī)范 （全速）；支持32個(gè)物理 （16個(gè)邏輯）端點(diǎn)；支持控制、批量處理、中斷和同步端點(diǎn)；可在運(yùn)行時(shí)對端點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行升級；支持在所有非控制端點(diǎn)上進(jìn)行DMA傳輸；允許在由CPU控制和DMA模式之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換；在批量端點(diǎn)和同步端點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)雙緩沖［3］。

4　移動(dòng)終端顯示軟件

移動(dòng)顯示終端軟件設(shè)計(jì)了PC版、手機(jī)版、Pad版等不同版本，由于PC版本功能最全，本文主要介紹PC版軟件。

4.1無線診斷系統(tǒng)PC機(jī)版軟件功能介紹

新能源客車無線診斷系統(tǒng)PC機(jī)版本軟件主要功能包括終端時(shí)間同步、故障消息清除、診斷信息顯示、診斷信息存儲、日志信息查詢、SD卡／U盤數(shù)據(jù)導(dǎo)入等功能。如圖5所示。

圖5　　無線診斷系統(tǒng)PC機(jī)版軟件功能框圖

1）終端時(shí)間同步功能：無線車載終端自帶的RTC時(shí)鐘系統(tǒng)有累計(jì)誤差，為保證時(shí)鐘的準(zhǔn)確性，每次無線車載終端和PC機(jī)或筆記本電腦通信時(shí)，新能源無線診斷軟件會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)無線車載終端的時(shí)間。

2）故障信息清除功能：當(dāng)新能源客車發(fā)生故障時(shí)，故障碼會(huì)繼續(xù)存在于車載診斷系統(tǒng)的地址中，有時(shí)為了調(diào)試需要清除故障碼，這種情況下可以利用PC版軟件的故障清除功能進(jìn)行清除。

3）診斷信息顯示功能：當(dāng)無線車載終端和PC機(jī)或筆記本電腦通信時(shí)，PC版軟件可以實(shí)時(shí)顯示新能源客車的故障信息和重要參數(shù)，供相關(guān)人員參考。

4）診斷信息存儲功能：無線車載終端通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳送到PC機(jī)或筆記本的數(shù)據(jù)可以以預(yù)設(shè)格式存儲在數(shù)據(jù)庫中，相關(guān)人員可以從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出人眼可識別的數(shù)據(jù)格式。

5）SD卡／U盤數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能：無線車載終端沒能及時(shí)通過Wi-Fi上傳的數(shù)據(jù)會(huì)連同時(shí)鐘信息循環(huán)存在SD卡中，SD卡中的數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入或通過U盤轉(zhuǎn)存到PC機(jī)版本軟件的數(shù)據(jù)庫。

6）日志查詢功能：相關(guān)人員可以查看PC機(jī)版軟件的日志記錄，包括PC機(jī)版軟件連接過的無線車載終端的SSID、車輛車工號、最后連接時(shí)間等數(shù)據(jù)。

4.2無線診斷系統(tǒng)PC版軟件設(shè)計(jì)介紹

PC機(jī)版本軟件主要由通信模塊、解析模塊、存儲模塊、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)展示模塊、圖表展示模塊、日期同步模塊、日志展示模塊等構(gòu)成。其框圖如圖6所示。

圖6　　無線診斷系統(tǒng)PC機(jī)版本軟件設(shè)計(jì)框圖

1）通信模塊：主要負(fù)責(zé)無線車載終端和PC版軟件的連接管理和數(shù)據(jù)傳輸，包括Wi-Fi連接和數(shù)據(jù)傳輸，SD卡連接和數(shù)據(jù)傳輸。由于數(shù)據(jù)通信頻率高、數(shù)據(jù)量大，因此我們自定義了高速緩存模塊來解決這個(gè)問題。

2）解析模塊：主要負(fù)責(zé)按照制定通信協(xié)議解析接收到的數(shù)據(jù)，把解析后的數(shù)據(jù)提供給存儲模塊、數(shù)據(jù)展示模塊、圖表展示模塊、日期同步模塊、日志展示模塊。由于解析模塊需要同時(shí)進(jìn)行多種工作，因此采用多線程模式來解決這個(gè)問題。

3）存儲模塊和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)把解析模塊解析出來的數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)格式存儲到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用H2數(shù)據(jù)庫。H2數(shù)據(jù)庫具有很多優(yōu)點(diǎn)，是開源數(shù)據(jù)庫，沒有版權(quán)限制；采用java編寫，因此不受平臺的限制；提供了一個(gè)web控制臺用于操作管理，十分方便；適合作為嵌入式數(shù)據(jù)庫使用，不需要單獨(dú)的服務(wù)器和客戶端［4］。

4）數(shù)據(jù)展示模塊：當(dāng)無線診斷模塊通過Wi-Fi連接到無線診斷軟件時(shí)，數(shù)據(jù)展示模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示診斷數(shù)據(jù)、重要參數(shù)等重要數(shù)據(jù)。

5）圖表展示模塊：一些重要參數(shù)可以進(jìn)行圖表顯示，便于用戶比對。

6）日期同步模塊：當(dāng)無線診斷車載模塊通過Wi-Fi連接到筆記本或PC機(jī)時(shí)，如果車載模塊時(shí)間出現(xiàn)誤差，PC版軟件會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)車載模塊時(shí)間。

7）日志展示模塊：日志展示模塊記錄了PC版軟件的使用情況，包括車載終端的連接記錄、出錯(cuò)記錄、SD卡數(shù)據(jù)導(dǎo)入記錄等。

5　結(jié)語

基于Wi-Fi的新能源客車無線診斷系統(tǒng)是由中國汽車技術(shù)研究中心汽車工程研究院自主研發(fā)的一項(xiàng)研究，此項(xiàng)研究能有效地對新能源車輛進(jìn)行診斷，滿足實(shí)際使用的要求。Wi-Fi技術(shù)的應(yīng)用使得中遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)診斷得以實(shí)現(xiàn)，解決了大多數(shù)診斷儀基于硬線或者短距離無限數(shù)據(jù)通信的問題，并且較無線通信網(wǎng)絡(luò)而言則又節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)成本。此套系統(tǒng)已在多個(gè)大型整車廠應(yīng)用，比如宇通客車。研制基于Wi-Fi的新能源客車無線診斷系統(tǒng)有十分重要的推廣意義。

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（編輯心翔）

中圖分類號：U463.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003－8639（2016）01－0017－04

收稿日期：2014-08-30；修回日期：2015-06-18

作者簡介：陳祥威 （1989-），男，碩士，研究方向?yàn)槠囯娮?、汽車新能源；王文揚(yáng) （1980-），男，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)槠囯娮?、汽車新能源；王?（1980-），男，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)槠囯娮?、智能交通、汽車新能源、車?lián)網(wǎng)；陳正 （1987-），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槠囯娮印⑵囆履茉础?/p>

On Wi-Fi Diagnostic System for New Energy Bus

CHEN Xiang-wei，WANG Wen-yang，WANG Xu，CHEN Zheng
（Automotive Engineering Research Institute，China Automotive Technology&Research Center，Tianjin 300300，China）

Abstract：The Wi-Fi technology realizes data diagnosis of long-distance，which solves the problem that most diagnostic equipments rely on hard line or short-range wireless communication.The function and composition of the Wi-Fi diagnostic system for new energy bus is briefly introduced here with its software and design，emphasizing on the systematic composition and function analysis of its vehicle terminal and display terminal.

Key words：new energy bus；wireless diagnosis；monitoring system；Wi-Fi communication