豐　盛，許　勇

(桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西 桂林　541004)

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商用車維修服務(wù)鏈關(guān)鍵技術(shù)研究

豐盛，許勇

(桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院，廣西 桂林541004)

摘要：作為構(gòu)建商用車維修服務(wù)鏈的關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)計(jì)了一種基于J1939協(xié)議的車載商用車故障診斷系統(tǒng);該系統(tǒng)擴(kuò)展了傳統(tǒng)車載故障診斷系統(tǒng)，利用無(wú)線通訊技術(shù)將采集到的J1939車輛故障信息和GPS定位信息實(shí)時(shí)上傳至車輛監(jiān)控中心;目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)商用車車輛動(dòng)態(tài)監(jiān)控、故障診斷和預(yù)警以及車輛維修保養(yǎng)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同管理;系統(tǒng)以Cortex-A8為主控制器和嵌入式Linux為平臺(tái)，包括故障采集與分析模塊，利用Qt設(shè)計(jì)用戶界面;經(jīng)多次測(cè)試實(shí)驗(yàn)，故障診斷快速準(zhǔn)確，無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，丟包率低。

關(guān)鍵詞：商用車；汽車維修服務(wù)鏈；車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控；商用車故障診斷；J1939協(xié)議

0引言

就我國(guó)車輛運(yùn)行情況而言，由于發(fā)展過(guò)快，道路建設(shè)和車輛的管理規(guī)范執(zhí)行不夠，實(shí)際上很多車輛運(yùn)行在“亞健康”狀態(tài)，特別是商用車，其中又以卡車情況最為嚴(yán)重。此外，路況復(fù)雜，超載普遍，廠家質(zhì)量服務(wù)體系不健全，社會(huì)維修配件市場(chǎng)不規(guī)范，造成我國(guó)汽車使用成本高，效率低，安全性普遍較低。其中，商用車多用于長(zhǎng)運(yùn)輸，故障發(fā)生率高且危害極其嚴(yán)重。所以高效，高質(zhì)量的商用車維修服務(wù)鏈開(kāi)發(fā)迫在眉睫。

作為商用車故障診斷和維修服務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備，目前市面上已開(kāi)發(fā)了多種基于OBD-II的車輛故障診斷系統(tǒng)[1-4]。但是大部分局限性比較明顯：1)這些系統(tǒng)價(jià)格昂貴，專業(yè)技術(shù)要求高，功能單一，且標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不利于推廣；2)大部分系統(tǒng)都是獨(dú)立工作，沒(méi)有利用互聯(lián)網(wǎng)將各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系起來(lái)，無(wú)法提高維修效率；3)大多采用WINCE系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)的封閉性不利于現(xiàn)代終端設(shè)備應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于Cortex-A8和Linux系統(tǒng)的商用車故障診斷系統(tǒng)，利用無(wú)線通訊技術(shù)將系統(tǒng)采集到的故障報(bào)文和GPS位置信息通過(guò)TCP/IP協(xié)議發(fā)送至4S店或整車廠[5-6]。據(jù)此分析駕駛員的行車習(xí)慣并快速指導(dǎo)維修，以此構(gòu)成一條維修服務(wù)鏈 。

1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

商用車維修服務(wù)鏈集合了車輛、商用車企業(yè)、4S店、維修服務(wù)人員等元素，以車載終端為核心。本文設(shè)計(jì)的車載終端系統(tǒng)與車輛OBD-II接口相連，實(shí)時(shí)的診斷和儲(chǔ)存車輛的故障信息，并將解析后的故障進(jìn)行顯示方便維修人員查看。此外車輛的故障信息和GPS信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送至售后服務(wù)端以便實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)是基于J1939協(xié)議診斷，其通訊速率為250 kb/s，為了滿足其實(shí)時(shí)的解析速率，本系統(tǒng)選擇主頻為1 GHz處理器和上行速率能達(dá)到384 kb/s的3G網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示，有以下6個(gè)模塊：觸摸屏模塊及服務(wù)器端、CAN節(jié)點(diǎn)模塊、3G模塊、GPS模塊及SD卡模塊。其中ARM板以Cortex-A8微處理器為平臺(tái)，搭載GPS模塊實(shí)現(xiàn)定位功能；CAN模塊用于連接掛載在CAN網(wǎng)絡(luò)上的各節(jié)點(diǎn)，用于模擬車輛ECU的報(bào)文發(fā)送；觸摸屏模塊實(shí)現(xiàn)觸控功能以及顯示從節(jié)點(diǎn)處發(fā)送過(guò)來(lái)的報(bào)文及診斷信息；SD卡用于記錄行車狀況的相關(guān)數(shù)據(jù)，并最終完成汽車資料數(shù)據(jù)庫(kù)；3G模塊為WCDMA模式，用于系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和報(bào)文發(fā)送。

圖1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1處理器

根據(jù)功能需要，本系統(tǒng)采用的處理器為三星S5PV210,它是一款適用于智能手機(jī)和平板電腦等多媒體設(shè)備的應(yīng)用處理器，S5PV210采用了ARM Cortex-A8內(nèi)核，主頻為600 MHz~1 GHz。A8可以滿足各種移動(dòng)設(shè)備的需求，符合本系統(tǒng)大數(shù)據(jù)量的計(jì)算。嵌入了S5PV210的核心板E210COREV3各外圍資源如圖2所示。

圖2　核心板框圖

2.2GPS模塊

在商用車領(lǐng)域車聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容非常豐富，導(dǎo)航功能不再是重點(diǎn)，核心功能是采集數(shù)據(jù)的處理分析，可以為商用車企業(yè)提供管理、調(diào)度和故障診斷服務(wù)。實(shí)現(xiàn)車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也有多種商業(yè)系統(tǒng)出現(xiàn)。以客車信息聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)海格G-BOS系統(tǒng)為例，通過(guò)車輛定位信息采集和傳輸，通過(guò)后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)客車的全程監(jiān)控管理。

本文設(shè)計(jì)的車載終端開(kāi)發(fā)了GPS模塊，實(shí)現(xiàn)定位信息的顯示和上傳。同時(shí)為了滿足“兩客一?！毙l(wèi)星定位裝置要求和以后雙模定位開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)中還留有北斗接口。GPS模塊選用高性價(jià)比的GTS-4E系列的GTS-4E-00，具有48通道，高靈敏度，更快的GPS信號(hào)捕獲能力，更低的功耗和更寬的工作電壓范圍。GTS-4E-00專為UART應(yīng)用而設(shè)計(jì)，本系利用開(kāi)發(fā)板中的UART3來(lái)讀取GPS信息，程序中波特率設(shè)置為4800bps。GPS數(shù)據(jù)協(xié)議是指NMEA-0183協(xié)議，本系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)板讀取并且分析GPGGA語(yǔ)句，獲取的GPS信息顯示如圖3所示。

圖3　GPS顯示界面

2.3無(wú)線模塊

由于現(xiàn)在4G網(wǎng)絡(luò)普及和覆蓋都有限，不符合商用車長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。而3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相對(duì)成熟，普及人數(shù)和覆蓋地區(qū)都比4G網(wǎng)絡(luò)更廣。本文就選用了龍尚的3G模塊U6300V,它是一款適用于HSPA/UMTS/EDGE/GPRS/GSM多種網(wǎng)絡(luò)制式的無(wú)線終端產(chǎn)品。有如下優(yōu)勢(shì)：1)支持7.2 Mbps(DL)/5.76 Mbps(UL);2) Mini PCI-E標(biāo)準(zhǔn)連接器，方便調(diào)試和售后維修;3)嵌入TCP/IP協(xié)議棧，支持多個(gè)Socket和IP地址。這些優(yōu)勢(shì)很好地保證了車輛的信息的及時(shí)上傳。

2.4CAN 控制器

SPV5210內(nèi)部沒(méi)有集成CAN控制器，為了能與CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通訊，選用了控制器MCP2515。SN65HVD230作為CAN收發(fā)器。MCP2515是一款獨(dú)立CAN協(xié)議控制器，完全支持CAN V2.0B技術(shù)規(guī)范，通信速率達(dá) 1 MB/s，具有高速 SPI 接口，能夠滿足車輛上 CAN 網(wǎng)絡(luò)通信的要求。MCP2515與處理器的連接是通過(guò)SPI來(lái)完成的。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1應(yīng)用程序流程

本系統(tǒng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)是在移植了Linux3.0.8和ARM版的Qt4.7的開(kāi)發(fā)板上，運(yùn)用Qt Creator來(lái)設(shè)計(jì)界面，按功能劃分為GPS定位，3G收發(fā)界面，故障診斷界面，如圖4所示。界面的開(kāi)發(fā)利用Qt的UIC(User Interface Compiler for the Qt GUI toolkit)工具，它的主要功能是讀取由Qt Designer 制作的用戶界面(即.ui文件)生成相應(yīng)的C++頭文件，該頭文件的形式為Ui_YourFormName.h。Qt核心機(jī)制是信號(hào)與槽機(jī)制，用戶能很方便的操作一個(gè)窗口部件使其它窗口響應(yīng)或者完成其它操作。如當(dāng)用戶點(diǎn)擊一個(gè)發(fā)送按鈕，信號(hào)clicked()就由PushButton對(duì)象發(fā)射出去(emit)從而觸發(fā)SLOT槽函數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)送功能。

圖4　應(yīng)用程序設(shè)計(jì)流程圖

3.2CAN網(wǎng)絡(luò)通訊程序

Socket CAN子系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)Linux下CAN協(xié)議的一種方式[7]。Linux下最先使用 CAN 是基于字符設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而 Socket CAN 使用 Socket 接口和 Linux 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，這樣 CAN 設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口來(lái)調(diào)用。為能使用 CAN 設(shè)備,首先需要向 Linux 內(nèi)核注冊(cè) MCP2515驅(qū)動(dòng)，然后配置編譯內(nèi)核。Socket CAN核心程序如下：

1)創(chuàng)建socket

int skt = socket( PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW );

2)找到使用的接口

struct ifreq ifr;

strcpy(ifr.ifr_name, "can0");

ioctl(skt, SIOCGIFINDEX, &ifr);

3)選擇CAN接口，并套接字綁定到它

struct sockaddr_can addr;

addr.can_family = AF_CAN;

addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;

bind( skt, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr) );

4)發(fā)送報(bào)文程序?qū)嵗?/p>

struct can_frame frame;

frame.can_id = 0x123;

strcpy( frame.data, "foo" );

frame.can_dlc = strlen( frame.data );

int bytes_sent = write( skt, &frame, sizeof(frame) );

5)接受報(bào)文程序

int bytes_read = read( skt, &frame, sizeof(frame) );

3.33G網(wǎng)絡(luò)通信程序

本系統(tǒng)無(wú)線模塊使用內(nèi)嵌有TCP/IP協(xié)議棧3G模塊U6300V，通過(guò)PPP撥號(hào)接入3G網(wǎng)絡(luò)。開(kāi)發(fā)板收到的GPS數(shù)據(jù)和CAN報(bào)文由3G模塊自行封裝成符合TCP/IP格式的數(shù)據(jù)包，經(jīng)過(guò)3G基站的互通功能單元IWF(Inter Working Function)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和IP接入網(wǎng)的互通，完成數(shù)據(jù)的Internet接入。Qt自帶有網(wǎng)絡(luò)編程，其中傳輸層應(yīng)用最廣泛的是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)。Qt提供QTcp-Socked和QTcpSever兩個(gè)類，用于編寫TCP客戶端和服務(wù)器的應(yīng)用程序。本系統(tǒng)作為客戶端，服務(wù)器端采用網(wǎng)絡(luò)助手軟件?？蛻舳酥饕绦蛉缦滤綶8]：

1)構(gòu)造函數(shù)中創(chuàng)建用于開(kāi)啟3G線程

this->th = new Thread_3G();

2)與服務(wù)器連接函數(shù)

void Console::on_Establish_clicked()

{

tcpSocket->connectToHost("10.41.228.186",8089);//服務(wù)器IP地址和端口號(hào)

}

3)發(fā)送數(shù)據(jù)至服務(wù)器程序

tcpSocket->write(msg.toStdString().c_str(),strlen(msg.toStdString().c_str()));

4)接受數(shù)據(jù)程序

QString s = tcpSocket->readAll();

4系統(tǒng)的集成與測(cè)試

在完成設(shè)計(jì)與外圍電路制作后，利用開(kāi)發(fā)板資源集成各個(gè)模塊，主要有CAN模塊的連接、3G模塊的接連、CAN測(cè)試節(jié)點(diǎn)的連接和GPS模塊的連接，并對(duì)整合后的系統(tǒng)進(jìn)行了功能測(cè)試。

4.1系統(tǒng)功能測(cè)試

4.1.1故障診斷測(cè)試

系統(tǒng)故障診斷設(shè)計(jì)是根據(jù)J1939協(xié)議和應(yīng)用層規(guī)定的故障診斷代碼進(jìn)行診斷，故障碼DTC(Diagnositic Trouble Code)主要參數(shù)有SPN(可以參數(shù)編號(hào)，值19位),FMI(故障模式標(biāo)識(shí)符，值5位)和OC。其中SPN表示發(fā)生了什么故障，F(xiàn)MI表示什么類型的故障，OC為故障的發(fā)生次數(shù)。如故障spn=108，fmi=12，oc=3，即油濾噴嘴堵塞，故障發(fā)生3次，故障spn=91，fmi=7，oc=5，即加速踏板失靈，故障發(fā)生5次。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模擬采用周立功公司的USB-CAN分析儀CANalyst-II來(lái)搭建系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)。它能很方便的設(shè)置CAN報(bào)文ID，數(shù)據(jù)域，發(fā)送周期，發(fā)送次數(shù)等重要參數(shù)，并能循環(huán)發(fā)送報(bào)文。能很好的模擬車輛報(bào)文發(fā)送。為了驗(yàn)證效果，本文測(cè)試中設(shè)置了10個(gè)故障報(bào)文，波特率設(shè)置為20 kbps，報(bào)文每次發(fā)送間隔為1 s，循環(huán)10次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5　故障診斷界面

4.1.23G測(cè)試

如圖6所示，界面左側(cè)為接收的故障報(bào)文和GPS信息，發(fā)送按鈕為發(fā)送當(dāng)前頁(yè)面信息至服務(wù)器端顯示。界面右側(cè)為服務(wù)器返回的信息，包含PING百度網(wǎng)站返回的信息，3G模塊上網(wǎng)正常，帶寬穩(wěn)定，丟包率低?！敖⑦B接”按鈕為與服務(wù)器建立連接。圖7為截取服務(wù)器端接收界面圖。

圖6　3G收發(fā)界面

圖7　服務(wù)器端接收界面

4.2測(cè)試結(jié)果分析

從多次測(cè)試結(jié)果分析可知， 3G模塊傳輸速度一般都能達(dá)到300 Kb/s以上、且?guī)缀鯚o(wú)丟包情況。對(duì)于在不同模擬條件下發(fā)送的車輛報(bào)文數(shù)據(jù)，故障診斷和報(bào)文接收模塊都可以快速解析，正確顯示。

另外， 其它的實(shí)驗(yàn)表明：數(shù)據(jù)的保存、查詢和刪除等功能都能夠正確操作。GPS定位準(zhǔn)確、室外情況誤差極小。說(shuō)明所設(shè)計(jì)的車載終端系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，工作穩(wěn)定可靠，實(shí)時(shí)性好，達(dá)到了故障診斷和上傳故障信息的要求。

5結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)商用車維修服務(wù)鏈,本文提出了基于3G的遠(yuǎn)程檢測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的故障分析處理模塊，利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得車輛參數(shù)處理故障。同時(shí)，還能將采集到的相關(guān)車輛運(yùn)行關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)傳送至4S店或整車廠，逐步充實(shí)車輛的故障模式數(shù)據(jù)。通過(guò)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的交換，可以在遠(yuǎn)程進(jìn)行更高層次的，故障分析和處理模塊，最終建立商用車故障維修知識(shí)庫(kù)和完善維修信息服務(wù)鏈。

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Research on Key Technologies of Service Chain for Commercial Vehicle Maintenance

Feng Sheng, Xu Yong

(School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Scinece and Technology, Guilin541004，China)

Abstract:As a key equipment in the construction of commercial vehicle maintenance service chain, a fault diagnosis system based on J1939 protocol is designed. The system extends the conventional on-board fault diagnosis system, and uses the wireless communication technology to upload the J1939 vehicle fault messages and GPS location information to the vehicle monitoring center in real time. The goal is to design a full vehicles service network for vehicles monitoring, fault diagnosis and prediction. The system takes Cortex-A8 as the main controller and the embedded Linux as the platform, including the fault collection and analysis module. Qt is used to design the user interface. After repeated testing, the fault diagnosis can be done fast and accurately, and the wireless transmission data is transmitted real-timely and the packet loss rate is low.

Keywords:commercial vehicle; vehicle maintenance service chain; vehicle remote monitoring; commercial vehicle fault diagnosis; J1939 protocol

文章編號(hào)：1671-4598(2016)02-0198-04

DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.02.055

中圖分類號(hào)：TP3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：豐盛(1990-)，男，湖北黃岡人，碩士研究生，主要從事汽車電子技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)等方向的研究。

收稿日期：2015-08-18；修回日期：2015-09-20。

許勇(1955-)，男，山西人，博士，教授，主要從事自動(dòng)化系統(tǒng)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和汽車電子技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方向的研究。