沙乃金，何青林，張凱方

（河南藍(lán)海新能電動(dòng)汽車有限公司研究院，河南 新鄉(xiāng)　453000）

基于北斗導(dǎo)航新能源汽車信息交互系統(tǒng)的研發(fā)

沙乃金，何青林，張凱方

（河南藍(lán)海新能電動(dòng)汽車有限公司研究院，河南 新鄉(xiāng)453000）

簡(jiǎn)要闡述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)項(xiàng)目研究的主要特點(diǎn)和車載智能信息模塊I型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，介紹其硬件特點(diǎn)，并分析其市場(chǎng)投入使用情況。

北斗導(dǎo)航；新能源汽車；CAN通信模塊；信息交互

眾所周知，交通能源與環(huán)境問(wèn)題是21世紀(jì)全球面臨的重大挑戰(zhàn)，發(fā)展新能源汽車是未來(lái)汽車發(fā)展的趨勢(shì)。伴隨著汽車保有量的上升，車聯(lián)網(wǎng)的重要性愈發(fā)顯得重要。傳統(tǒng)汽車內(nèi)部信息高度數(shù)字化以后，汽車不再是孤獨(dú)的個(gè)體，車載信息通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)把汽車內(nèi)綜合信息遠(yuǎn)程上傳，使遠(yuǎn)程診斷技術(shù)、遠(yuǎn)程輔助系統(tǒng)成為了一項(xiàng)有價(jià)值的增值服務(wù)體系；對(duì)智能交通管理的大課題有著直接的幫助。

基于這種需求，通過(guò)北斗導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)的車載智能信息模塊應(yīng)運(yùn)而生，其中汽車CAN總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換是車載電子設(shè)備的主流方向，性能穩(wěn)定高效，根據(jù)此協(xié)議所開發(fā)出來(lái)的汽車電子產(chǎn)品通用性高，可根據(jù)具體要求做個(gè)性化定制和功能延伸。

研發(fā)智能車載信息終端產(chǎn)品，與車身CAN/LIN總線連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)車況信息采集、信息發(fā)送、遠(yuǎn)程診斷等，實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航、娛樂(lè)、通信、信息、診斷、輔助駕駛、行駛記錄等功能。

1　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)項(xiàng)目研究主要技術(shù)點(diǎn)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) （BeiDou〈COMPASS〉Navigation Satellite System）是由中國(guó)自行研發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng) （CNSS），是繼美國(guó)的全球定位系統(tǒng) （GPS）、俄羅斯的格洛納斯 （GLONASS）定位系統(tǒng)之后世界第3個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

CAN屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)介紹如下。

1）具有明顯的優(yōu)越性：網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)；縮短了開發(fā)周期；已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測(cè)和管理模塊。

2）優(yōu)先支持具有國(guó)內(nèi)自主產(chǎn)權(quán)的TD-LTE技術(shù)。

3）詳細(xì)參數(shù)如下：峰值速率，上行50Mbit/s，下行100 Mbit/s；頻譜效率為3G（WCDMA，TDSCDMA，CDMA2000）系統(tǒng)的2～4倍；用戶數(shù)據(jù)環(huán)回時(shí)延低于10 ms；支持高速移動(dòng)用戶，當(dāng)用戶時(shí)速為120km/h時(shí)，上行速率20Mbit/s，下行速率50Mbit/s；可變帶寬，支持1.25，2.5，5，10，15，20 MHz等系統(tǒng)帶寬；全I(xiàn)P骨干網(wǎng)絡(luò)［1］。

1) 本文引入熵權(quán)法與模糊物元評(píng)價(jià)方法，建立基于熵權(quán)模糊物元的智慧城市建設(shè)公眾參與水平評(píng)價(jià)模型，并且以青島市智慧城市建設(shè)公眾參與現(xiàn)狀為例對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證，證明該評(píng)價(jià)方法能有效提高權(quán)重的可信度，科學(xué)合理地衡量出現(xiàn)階段青島市智慧城市建設(shè)公眾參與水平.

2　車載智能信息模塊Ⅰ型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

車載智能信息模塊I型產(chǎn)品采用北斗系統(tǒng)進(jìn)行車輛定位，通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行車輛與監(jiān)管中心之間的雙向數(shù)據(jù)通信。

車載終端通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)運(yùn)算出定位數(shù)據(jù) （經(jīng)度、緯度、時(shí)間、速度、方向）、狀態(tài)數(shù)據(jù) （ACC開關(guān)），通過(guò)汽車專用CAN總線和相關(guān)部件進(jìn)行通信。以電動(dòng)汽車為例，動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng) （BMS）以及協(xié)作部件 （行駛記錄儀、計(jì)價(jià)器、廣告管理模塊等）相關(guān)數(shù)字信號(hào)等，經(jīng)過(guò)計(jì)算打包處理，將數(shù)據(jù)信息通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)回到中心信息網(wǎng)關(guān)。中心信息網(wǎng)關(guān)接收來(lái)自車載單元回傳中心的定位及狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)類型，將其中的北斗定位數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、服務(wù)請(qǐng)求等根據(jù)中心服務(wù)系統(tǒng)的車輛所屬單位 （通過(guò)車臺(tái)信息進(jìn)行識(shí)別）派發(fā)給相應(yīng)的監(jiān)控客戶端。監(jiān)控客戶端即可實(shí)時(shí)地將車輛的經(jīng)度、緯度、速度、狀態(tài)等信息顯示在監(jiān)控終端的電子地圖上。北斗終端的應(yīng)用示意見(jiàn)圖1。

圖1　北斗終端的應(yīng)用

各監(jiān)控客戶端可以對(duì)所屬的電動(dòng)汽車進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)和相關(guān)控制，也可以通過(guò)客戶端的歸總分類為：電池包信息，電機(jī)信息，智能儀表信息，故障信息，電動(dòng)汽車故障預(yù)警報(bào)警信息。

也可將命令發(fā)往相應(yīng)的中心監(jiān)控服務(wù)器，再由中心信息網(wǎng)關(guān)通過(guò)通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)中心發(fā)往目標(biāo)車臺(tái)。車載臺(tái)根據(jù)系統(tǒng)命令，會(huì)自動(dòng)回傳定位數(shù)據(jù)、報(bào)警信號(hào)。平臺(tái)數(shù)據(jù)處理原理見(jiàn)圖2。

圖2　平臺(tái)數(shù)據(jù)處理原理

總控制中心通過(guò)光纖連接信息服務(wù)器，分中心可通過(guò)專線、寬帶連接互聯(lián)網(wǎng)，并連至總中心?？傊行?、分中心及各中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心、監(jiān)管終端均基于IP互聯(lián)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)所有功能組件均可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接而放置在不同的地理位置，無(wú)論是無(wú)線上網(wǎng)還是專線都可以及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)控車輛和數(shù)字化信息。

系統(tǒng)基于C語(yǔ)言開發(fā)，采用B/S和C/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的工作方式，并可根據(jù)企業(yè)規(guī)模大小選用不同類型的數(shù)據(jù)庫(kù) （SQLServer，Oracle），能夠建立車輛數(shù)量高達(dá)百萬(wàn)的龐大管理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分保證系統(tǒng)的可伸縮性和擴(kuò)展性，具備相當(dāng)?shù)耐ㄐ?、?jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息容量及處理能力，并有一定的超前性，軟硬件預(yù)留接口，便于維護(hù)、升級(jí)和擴(kuò)展，以適應(yīng)將來(lái)發(fā)展的要求。

I型產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格低廉，產(chǎn)品技術(shù)成熟，可迅速普及以租賃、出租、客運(yùn)、企業(yè)車輛等為需求的客戶。定位于現(xiàn)有客戶并可迅速根據(jù)需要提供定制型運(yùn)營(yíng)方案。

3　硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明

1）電源部分：9～40 V設(shè)計(jì)，可短時(shí)間支持100 V輸入，高可靠電源，支持鋰電池，有外電時(shí)終端由外電供電，無(wú)外電時(shí)由鋰電供電。

2）CPU采用ARM芯片，集成度高，功能強(qiáng)，可擴(kuò)展性好。

3）語(yǔ)音模塊采用軟件TTS方案，降低成本。

4）北斗采用高靈敏度模塊，外置天線。

5）內(nèi)置碰撞模塊。

6）采用大容量SPI FALSH存儲(chǔ)芯片，體積小。

7）終端狀態(tài)LED指示，工作狀態(tài)一目了然。

8）支持電話功能，內(nèi)置功放，可免提通話。

9）CAN總線接口，可以對(duì)接汽車CAN總線。

10）兩路RS232接口設(shè)計(jì)，靈活接入各種串口外設(shè)。

11）USB可以支持U盤的讀寫。

12）支持多個(gè)開關(guān)量模擬量輸入輸出。

13）選用工業(yè)級(jí)通信模塊。

4　投放車輛使用情況總結(jié) （圖3）

1）車載信息終端與汽車CAN總線相連，并入汽車信息體系，對(duì)體系內(nèi)的信息進(jìn)行采集并通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上傳。支持在線OBD車載自動(dòng)診斷技術(shù)［2］。

2）針對(duì)電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池組、驅(qū)動(dòng)部分DC/ DC、控制器、智能組合儀表、BMS電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信。

圖3　投放使用情況

3）信息通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳并儲(chǔ)存在云端，通過(guò)云計(jì)算可診斷故障，并通知中心和駕駛員。

4）駕駛習(xí)慣分析：通過(guò)智能數(shù)據(jù)分析，可對(duì)駕駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣進(jìn)行分析，對(duì)電動(dòng)汽車制造商的技術(shù)提升和舒適系統(tǒng)開發(fā)提供了重要資料，可以改善駕駛員不良駕駛習(xí)慣。為虛擬駕駛教學(xué)類輔助程序提供了豐富的數(shù)據(jù)。

5　結(jié)束語(yǔ)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以車載智能信息終端系統(tǒng)為核心，以車載CAN總線為信息點(diǎn)，為汽車提供定位、實(shí)時(shí)信息采集并上傳，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程OBD診斷、警告，能夠向用戶直觀便捷地顯示行車信息、故障信息等，方便用戶了解車況和處理故障，提供便捷的汽車維修服務(wù)，同時(shí)也是汽車對(duì)外通信的平臺(tái)和接口［3］。

產(chǎn)品達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)基于車載信息模塊的智能化功能，解決了當(dāng)前的人車網(wǎng)絡(luò)信息單一、操控繁瑣的常見(jiàn)問(wèn)題。

目前河南藍(lán)海新能電動(dòng)汽車有限公司憑借電動(dòng)汽車及充換電設(shè)施信息交互系統(tǒng)研發(fā)與示范推廣項(xiàng)目，于2015年獲得河南省新鄉(xiāng)市科技重大項(xiàng)目獎(jiǎng)，公司研究院獲得新鄉(xiāng)市工程技術(shù)研究中心稱號(hào)。

目前該系統(tǒng)應(yīng)用于福汽集團(tuán)旗下東南汽車和福建新龍馬汽車，并有其他車型在廣泛試用中，至今安裝該系統(tǒng)車輛已售出兩千余臺(tái)，取得了良好的客戶反映。

［1］楊元喜.北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本導(dǎo)航定位性能初步評(píng)估［J］.中國(guó)科學(xué)，2014，44（1）：72-81.

［2］劉應(yīng)吉.基于CAN總線與GPRS的營(yíng)運(yùn)客車運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.交通信息與安全，2013，174（1）：90-93.

［3］張新豐.面向規(guī)模示范運(yùn)營(yíng)的新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.汽車工程，2012，34（5）：470-474.

（編輯心翔）

Development of New Energy Vehicles Information Interaction System Based on Beidou Navigation

SHA Nai-jin，HE Qing-lin，ZHANG Kai-fang
（Research institute of Henan Landhigh Xinneng Electric Vehicle Co.，Ltd.，Xinxiang 453000，China）

Beidou navigation；new energy vehicles；CAN communication module；information interaction

U463.675

A

1003-8639（2016）09-0050-03Abstract：This paper introduces features of Beidou navigation project，demonstrates structure and hardware features of type I vehicle intelligent information module，and analyzes its commercialization situation.

2016-01-25；

2016-04-26

沙乃金 （1989-），男，軟件工程師，主要從事BS或CS結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)。