胡舟宇，李媛媛，Naikai Du

新能源汽車實時監(jiān)控終端設(shè)計要點

胡舟宇，李媛媛，Naikai Du

（保時捷工程技術(shù)研發(fā)（上海）有限公司，上海 210000）

對新能源汽車進行車輛實時數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控（Real-Time Monitoring，RTM）不僅是國家標準（GB/T32960- 2016）的要求，也是不斷提高新能源汽車安全運行水平，推進新能源汽車普及的最要手段。為了準確完整地實現(xiàn)國標相關(guān)要求，文章提出了新能源汽車實時監(jiān)控系統(tǒng)車載終端的設(shè)計基本要素及要求。在某品牌的RTM車載終端系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用的實例表明所提出的設(shè)計要求可以確保RTM數(shù)據(jù)上報的完全符合國標要求。

RTM；新能源汽車；實時監(jiān)控；數(shù)據(jù)采集；GB/T32960

前言

近年來，由于我國政府相關(guān)政策的刺激，消費者對新能源汽車NEV（New Energy Vehicle）的需求和使用呈明顯的上升趨勢。為提高新能源汽車的運營安全性，新能源汽車實時監(jiān)控系統(tǒng)RTM（Real Time Monitoring）應(yīng)運而生，經(jīng)過幾年的發(fā)展，目前RTM已經(jīng)發(fā)展成為了基于國標GB/T32960- 2016的新能源汽車數(shù)據(jù)實時監(jiān)控服務(wù)。

國標GB/T32960-2016主要分為三個部分，如表1所示。第1部分[1]為總則，闡明對車載終端及企業(yè)后臺的總體要求，第2部分[2]為對車載終端的硬件設(shè)計要求，包括終端上報頻率，數(shù)據(jù)存儲，工作電壓等要求。其中第3部分[3]規(guī)定車載終端與后臺的通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)格式。

車企的所使用的車載終端及后臺需要經(jīng)過相關(guān)檢測部門的認證才可以投入量產(chǎn)，企業(yè)后臺收到數(shù)據(jù)后需轉(zhuǎn)發(fā)至政府平臺，同時政府平臺會對企業(yè)平臺進行定期監(jiān)管，如圖1所示。

根據(jù)規(guī)定RTM在國產(chǎn)新能源汽車上為強制安裝，在進口新能源汽車上為選裝。由于安裝RTM是車企享受國家和地方新能源汽車補貼，及購置稅減免的前提條件，RTM普遍受到國內(nèi)及國際各大整車廠的重視并投入大量的開發(fā)資源。由于國標的描述粒度較粗，部分數(shù)據(jù)項目沒有較為明確的定義，本文根據(jù)國標過檢[4]及地方數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測[5]的要求，給出了系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)具體要求。

圖1 RTM數(shù)據(jù)上報過程

1 車輛RTM終端網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計

目前RTM的車載終端解決方案主要分為獨立式和集合式兩種，獨立式是指RTM車載最終成為一個獨立的控制器，甚至自帶GPS天線和數(shù)據(jù)天線；集合式是指RTM作為一項控制器服務(wù)或功能集成在整車原有車聯(lián)網(wǎng)控制器中，這兩種方案各有優(yōu)缺點，如表1所示。

表1 RTM車載終端方案對比

在詳細設(shè)計過程中應(yīng)針對車企的不同特點，綜合評估后確定車載終端網(wǎng)絡(luò)拓撲。例如，某品牌的控制器開發(fā)設(shè)計及更新周期較長，軟件開發(fā)釋放需要較長時間，在引入RTM初期，使用獨立式終端設(shè)計是較為理想的方案，一旦產(chǎn)品不能滿足國標要求可以進行快速迭代而不影響到整車的開發(fā)進度。

在RTM方案較為完善后，可以逐漸過渡到集合式方案以優(yōu)化成本。在過渡到集合式方案前，需仔細確認宿主控制器的計算能力，存儲能力和控制器硬件規(guī)格是否可以符合國標GB/T32960.2的要求。

2 RTM車輛總線報文設(shè)計

國標中對RTM終端采集數(shù)據(jù)的分辨率要求為1Hz。為生產(chǎn)RTM數(shù)據(jù)，RTM終端需要從車輛總線上獲得相關(guān)RTM數(shù)據(jù)項的原始報文，在系統(tǒng)設(shè)計之初需要確保所有RTM相關(guān)報文在總線通訊矩陣上已經(jīng)路由到RTM終端設(shè)備所在的總線，相關(guān)車輛實時數(shù)據(jù)要求及控制器名稱如表2所示。

除了保證RTM終端可以收到所有必需的原始信號外，還應(yīng)充分考慮到在一個采集周期內(nèi)，信號之間的一致性與同步性。如圖2所示，在一個RTM信號采集周期內(nèi)，電池單體電壓是不斷變化的。若RTM終端在t+300ms時刻采集到所有單體電壓測量值，在t+700ms時刻采集極值數(shù)據(jù)中的最大單體電壓值，則會造成上報數(shù)據(jù)的不一致性，即在0x06極值數(shù)據(jù)中顯示的最大單體電壓為單體n，在0x08可充電儲能裝置電壓數(shù)據(jù)中上報極值數(shù)據(jù)中上報最大單體電壓為單體m。

表2 RTM實時數(shù)據(jù)對應(yīng)信號源控制器

在設(shè)計RTM相關(guān)總線報文過程中，可以從以下幾個方面提高RTM數(shù)據(jù)的一致性：

（1）提高報文發(fā)送頻率，但是需要注意對報文優(yōu)先級和發(fā)送周期的合理設(shè)置，不能干擾正常的總線通訊；

（2）引入RTM數(shù)據(jù)校驗檢查機制，在發(fā)送RTM數(shù)據(jù)前對數(shù)據(jù)一致性進行檢查，并使用相應(yīng)判斷邏輯修正；

（3）相同控制器的相關(guān)RTM信號，盡量在同一幀總線報文內(nèi)發(fā)送。

3 RTM報文生成邏輯設(shè)計

由于國標要求車輛上報行駛和充電過程中的所有數(shù)據(jù)，因此車輛RTM終端必須為一個KL30供電的控制器，在系統(tǒng)設(shè)計過程中需要設(shè)置合理的喚醒和休眠條件，以免對整車低壓電池造車不需要的消耗。同時，準確的時鐘輸入是RTM準確工作的前提，時鐘源可以為GPS，4G網(wǎng)絡(luò)授時或NTP授時的組合方案，考慮到車輛在地下室等場既沒有GPS后沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，建議為車載終端安裝硬件時鐘。另一方面由于車身網(wǎng)絡(luò)（CAN網(wǎng)絡(luò)）固有的非實時性[6]，報文需要在仲裁機制下發(fā)送和接收，以對總線信號進行緩存。典型的RTM報文生成邏輯如圖3所示。

圖3 RTM報文生成邏輯

其中，“RTM報文生成”是指通過相關(guān)算法，將車輛總線上的特定信號轉(zhuǎn)換為符合國標要求的數(shù)據(jù)格式，需注意上報數(shù)據(jù)需要在國標要求的值域內(nèi)；“RTM報文校驗”是指檢查RTM報文的內(nèi)部一致性，相關(guān)的重點檢查項目有：

（1）電池包總電壓等于一個單體電壓之和；

（2）0x08電池單體電壓值需要與0x06極值數(shù)據(jù)及0x07報警數(shù)據(jù)報文相一致；

（3）0x09電池溫度測量值需要與0x06極值數(shù)據(jù)及0x07報警數(shù)據(jù)報文相一致；

（4）在純電模式下行駛，電機總輸入功率應(yīng)小于等于動力電池輸出功率；

（5）電機電流需要與電機狀態(tài)保持一致；

（6）發(fā)動機狀態(tài)需要與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和燃油消耗保持一致；

（7）車輛位置數(shù)據(jù)應(yīng)在合理的變化范圍內(nèi)（前后兩次定位點直線距離在車速積分的2倍距離范圍內(nèi)）；

（8）SOC不應(yīng)發(fā)生大于2%的跳變；

（9）累計里程應(yīng)遞增；

（10）檔位數(shù)據(jù)塊中的驅(qū)動力狀態(tài)需要和電機轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機轉(zhuǎn)速，加速踏板位置等保持一致；檔位數(shù)據(jù)塊中的制動力狀態(tài)需要和制動狀態(tài)保持一致。

4 車載終端計算及存儲能力設(shè)計

國標規(guī)定車載RTM終端每秒進行一次數(shù)據(jù)的采集和存儲，并以不超過30秒一次的頻率向后臺上報。因此車輛終端的最小存儲能力為：

式中：M為車載終端最少需要的存儲空間； L為單條實時報文長度；s為保險系數(shù)。

平臺同時對RTM數(shù)據(jù)上報有延時率要求，即對于實時報文，若后臺收到RTM報文的時間明顯大于RTM報文自帶的時間戳（>30s），則后臺會判定此報文延時。一段時間內(nèi)產(chǎn)生的延時報文越多，總體報文延時率越高，延時率也是國標過檢的重點檢測項目。

產(chǎn)生延時的原因除了受網(wǎng)絡(luò)影響外，RTM車載終端的計算能力也十分重要。RTM車載終端需要保證在t時刻的報文產(chǎn)生后可以立即將報文發(fā)送出去。需要對RTM車載終端的操作系統(tǒng)和中斷優(yōu)先級進行設(shè)計合理。

5 結(jié)論

為提高新能源汽車運行的安全性，不斷推廣新能源汽車在我國的普及率，國家有關(guān)部分制定了車輛數(shù)據(jù)實時監(jiān)控的國家標準（GB/T32960-2016）。整車企業(yè)需要根據(jù)此標準設(shè)計RTM車載終端，在設(shè)計過程中需要對車載網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，總線報文，RTM報文生成邏輯，車載終端計算及存儲能力進行具體設(shè)計，以完全實現(xiàn)國標的要求，同時保證車輛上報數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析提供有力支撐。

應(yīng)用上述設(shè)計要求的車載終端已順利通過了國標對于車載終端性能和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的檢測并獲得準入。

[1] GB/T 32960.1-2016,電動汽車遠程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范--第1部分:總則[S].北京:中國標準出版社,2016.

[2] GB/T 32960.2-2016,電動汽車遠程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范--第2部分:車載終端[S].北京:中國標準出版社,2016.

[3] GB/T 32960.3-2016,電動汽車遠程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范--第3部分:通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)格式[S].北京:中國標準出版社,2016.

[4] 中國汽車技術(shù)研究中心,新能源汽車監(jiān)測平臺及車輛符合性檢測系統(tǒng)企業(yè)使用說明書[EB],2017.

[5] 李婷,上海市新能源汽車數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測標準[EB],2020.

[6] 鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1996.

Real-Time Monitoring Terminal Design for New Energy Vehicle

Hu Zhouyu, Li Yuanyuan, Naikai Du

( Porsche Engineering (Shanghai) Co. Ltd., Shanghai 210000 )

Real-time monitoring (RTM) for new energy vehicles (NEV) is not only a requirement of Chinese national standard (GB/T32960-2016), but also the most important means to continuously improve the safe operation and promote the popularization of NEV. In order to fulfill the relevant requirements of the national standard, key requirements of RTM vehicle terminal are proposed. An implementation of a RTM vehicle terminal design and development indicates that the proposed design requirements could ensure the RTM terminal works stably under complex working conditions and RTM data report fully meets the national standard.

RTM; New energy vehicle; Real time monitoring; Data collecting; GB/T32960

A

1671-7988(2020)24-01-03

U469.7

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1671-7988(2020)24-01-03

胡舟宇，碩士研究生，工程師，就職于保時捷工程技術(shù)研發(fā)（上海）有限公司，研究方向：車聯(lián)網(wǎng)、智能汽車。

CLC NO.: U469.7

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.001