張瑜 車曉波 王勇 于良杰

關(guān)鍵詞： 新能源車輛; 靈活可配置總線; 數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng); 數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng); 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng); 應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TN915.1?34; U469.72 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2019）01?0042?04

Abstract： The vehicles with different types of bus protocols have to repeatedly go to the site to update the procedure in the vehicle?mounted terminal， so a new energy vehicle remote monitoring system with flexible configurable bus is designed. The method of data pass?through is adopted in vehicle?mounted terminal to read the CAN bus information， and the data communication is executed through the CDMA 1X EVDO wireless communication network. The data communication service system automatically generates the numbered protocol parsing script according to the interface configuration results of the application service system， and the script is parsed on the basis of protocol version number in the CAN bus data packet. The data is decoded， and stored in the database service system. The application service system is accessed by means of Web interface to choose the protocol version and content， and realize the accurate monitoring of the vehicle information， which can greatly improve the production and development efficiency. The test results show that the system can improve the scalability and software portability， and lays a foundation for the comprehensive promotion and resource integration of new energy vehicles in the future.

Keywords： new energy vehicle; flexible configurable bus; data communication service system; database service system; remote monitoring system; application service system

0 ?引 ?言

新能源車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[1?2]方便運(yùn)營中心對(duì)車輛運(yùn)行狀況的分析，從而安全可靠地開展新能源車輛的示范運(yùn)行考核，對(duì)新能源汽車的順利推廣、安全管理以及深入地優(yōu)化改進(jìn)具有重要的指導(dǎo)意義。汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的美國、日本、德國等先后推出了遠(yuǎn)程監(jiān)控的產(chǎn)品或服務(wù)。2010年美國福特公司研發(fā)了一套新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[3]，該系統(tǒng)可以對(duì)電動(dòng)電池組的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集，隨后被應(yīng)用于福特公司生產(chǎn)的Transit Connect和Focus純電動(dòng)汽車上。國內(nèi)高校、企業(yè)等對(duì)電動(dòng)汽車的遠(yuǎn)程監(jiān)控方法進(jìn)行了研究，并取得了很大的進(jìn)展。2004年北京交通大學(xué)等單位開發(fā)且試運(yùn)行了公交電動(dòng)汽車智能管理系統(tǒng)[4];天津大學(xué)設(shè)計(jì)完成了用于電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控的管理系統(tǒng)并成功試運(yùn)營;2010年江蘇電力公司設(shè)計(jì)研發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[5]，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車、充（換）電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控;安凱汽車公司開發(fā)完成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的終端，將采集到的大客車各項(xiàng)參數(shù)無線傳輸至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫。

目前，我國已經(jīng)推向市場的新能源車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用是采用車載終端接收車輛CAN總線信息，對(duì)協(xié)議信息加以解析，然后上傳存儲(chǔ)到服務(wù)器。這種方法將車輛CAN總線協(xié)議解析的部分放置在無線網(wǎng)關(guān)中[6?8]，對(duì)于車輛研發(fā)過程中不斷變更的協(xié)議信息及不同總線協(xié)議的車型管理，需要反復(fù)去現(xiàn)場更新車載終端中的軟件，才能實(shí)現(xiàn)新能源車輛數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控?；谝陨戏治觯疚脑O(shè)計(jì)并開發(fā)一種基于總線可配的新能源車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將CAN總線的協(xié)議解析組件放于通信服務(wù)系統(tǒng)中，通信服務(wù)系統(tǒng)根據(jù)不同廠商的子應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行解析，解析過程以腳本調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)，同時(shí)腳本可隨時(shí)由應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)Web界面配置生成，實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)議版本及內(nèi)容進(jìn)行操作，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可配置性和靈活性。

1 ?基于總線可配的遠(yuǎn)程車輛監(jiān)控系統(tǒng)

基于總線可配的新能源車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括車載終端、數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)通過應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的Web管理功能，利用在線IE進(jìn)行車輛CAN總線的協(xié)議配置，同時(shí)將生成后的配置傳遞至數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)對(duì)車輛協(xié)議進(jìn)行解碼和解析，并將解析后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)，供應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的Web相關(guān)應(yīng)用調(diào)用。

2 ?車載終端

車載終端的通信速率滿足車載監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)議要求[9?11]，網(wǎng)絡(luò)層基于TCP協(xié)議，應(yīng)用層數(shù)據(jù)打包在TCP協(xié)議上，使車載終端和通信服務(wù)系統(tǒng)可以直接通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。終端硬件框圖如圖2所示。

2.1 ?工作模式

車輛終端采用數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)姆绞讲杉疌AN總線信息，同時(shí)封裝上版本號(hào)、終端號(hào)及車輛信息。車載終端工作環(huán)境與3種工作模式如圖3所示，車載終端實(shí)時(shí)采集電池狀態(tài)、電機(jī)控制器狀態(tài)、整車狀態(tài)及行車狀態(tài)等信息及狀態(tài)信息的變化。主要完成如下功能：定時(shí)采集數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)發(fā)送、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程查詢、遠(yuǎn)程在線軟件升級(jí)、故障提示與報(bào)警、校驗(yàn)上行和下行數(shù)據(jù)及其運(yùn)行自檢等功能。

2.2 ?軟件設(shè)計(jì)

終端應(yīng)用程序設(shè)計(jì)其軟件架構(gòu)如圖4所示，對(duì)車載終端軟件逐層抽象，按照抽象設(shè)計(jì)、接口與實(shí)現(xiàn)分離的理念進(jìn)行建立。車載終端軟件設(shè)計(jì)分為Basic Software Layer，Interface Layer，Application Layer三層。

Basic Software Layer：提供訪問終端硬件底層的接口，包括μBoot，μC/OS?II實(shí)時(shí)內(nèi)核、IAP程序、MCU及外圍器件驅(qū)動(dòng)程序。

Interface Layer：為Application Layer實(shí)時(shí)任務(wù)提供運(yùn)行環(huán)境，將Basic Software Layer提供的各種API封裝成統(tǒng)一的API。

Application Layer：實(shí)現(xiàn)終端行為及功能的核心程序，劃分任務(wù)和確定優(yōu)先級(jí)，并使其任務(wù)間通信和同步代價(jià)最小。

3 ?監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與分析

3.1 ?CAN總線數(shù)據(jù)透傳的實(shí)現(xiàn)

車輛終端通過CAN總線采集所有車輛信息，由于CAN數(shù)據(jù)幀分為標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀，因此CANID都預(yù)留4個(gè)字節(jié)。如果采用標(biāo)準(zhǔn)幀，則前2個(gè)字節(jié)設(shè)置為0。車輛終端將每個(gè)CAN數(shù)據(jù)都以CANID+CAN數(shù)據(jù)的格式一次打包上傳到數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)根據(jù)CANID解析CAN數(shù)據(jù)。

3.2 ?數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)腳本解析的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)收到終端上傳的數(shù)據(jù)后，分析出車輛采用的CAN協(xié)議版本號(hào)，數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)查詢當(dāng)前服務(wù)是否緩存了該協(xié)議的解析腳本，如果沒有緩存則從數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)下載該CAN協(xié)議的解析腳本。

腳本查詢中是否有該CANID的數(shù)據(jù)解析項(xiàng)，如果沒有，該組數(shù)據(jù)解析完成，否則繼續(xù)。査詢出該CANID的數(shù)據(jù)解析項(xiàng)格式，針對(duì)該CANID的數(shù)據(jù)進(jìn)行每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的解析。該數(shù)據(jù)項(xiàng)的解析格式至少包括以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)項(xiàng)：名稱、起始位、位長度、偏移量、單位、最大值、最小值。狀態(tài)項(xiàng)包含：起始位、位長度及各個(gè)狀態(tài)值對(duì)應(yīng)的狀態(tài)內(nèi)容[12]。

3.3 ?通過應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的Web界面生成解析腳本

要生成一個(gè)CAN協(xié)議腳本的名稱，這個(gè)名稱為唯一識(shí)別CAN協(xié)議的標(biāo)識(shí)。在CAN協(xié)議腳本中添加數(shù)據(jù)項(xiàng)，數(shù)據(jù)項(xiàng)的解析格式至少包括以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)項(xiàng)：名稱、起始位、位長度、偏移量、單位、最大值、最小值。狀態(tài)項(xiàng)包含：起始位、位長度及各個(gè)狀態(tài)值對(duì)應(yīng)的狀態(tài)內(nèi)容。保存CAN協(xié)議腳本，啟用CAN協(xié)議腳本，當(dāng)啟用該CAN協(xié)議腳本后，該腳本為禁止編輯和刪除的狀態(tài)。系統(tǒng)流程如圖5所示。

3.4 ?新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)

目前本文系統(tǒng)軟件已經(jīng)運(yùn)行在由汽車電子技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，多家運(yùn)營公司和整車廠家的新能源汽車安裝了監(jiān)控車載終端，監(jiān)控管理平臺(tái)運(yùn)行狀況良好。如圖6所示，每個(gè)車載終端對(duì)應(yīng)著各自的協(xié)議，由界面的“操作”對(duì)協(xié)議版本及內(nèi)容進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛信息的準(zhǔn)確監(jiān)控，大大提高了生產(chǎn)研發(fā)效率。

4 ?結(jié) ?語

本文提出基于總線協(xié)議靈活可配置的新能源車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，解決了車輛在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、CAN協(xié)議動(dòng)態(tài)可配、車輛運(yùn)營保障的問題，提高車輛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和可配置性。實(shí)際結(jié)果表明，該系統(tǒng)能改善可擴(kuò)展性及軟件可移植性，為未來新能源車輛的全面推廣和資源整合打好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃世祥.新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2014.

HUANG Shixiang. Design and research of remote monitoring and real?time monitoring system for new energy vehicles [D]. Shanghai： Shanghai Jiao Tong University， 2014.

[2] LI Chongxin. Transforming relational database into HBase： a case study [C]// Proceedings of 2010 IEEE International Confe?rence on Software Engineering and Service Sciences. Beijing： IEEE， 2010： 683?687.

[3] 王文揚(yáng)，陳正，陳祥威.新能源汽車監(jiān)控平臺(tái)軟件的設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù)，2014，12（3）：50?55.

WANG Wenyang， CHEN Zheng， CHEN Xiangwei. Software design of new energy vehicle monitoring platform [J]. Equipment manufacturing technology， 2014， 12（3）： 50?55.

[4] 周麗琛.用于電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

ZHOU Lichen. Research on remote monitoring system for electric vehicle battery management system [D]. Harbin： Harbin University of Technology， 2013.

[5] 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.

PENG Jian， YE Feng， XIN Jingze. Functional design and application of automobile remote monitoring and diagnosis system [J]. Shanghai automobile， 2011（3）： 24?29.

[6] 沈陽.基于GPRS網(wǎng)絡(luò)電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2013.

SHEN Yang. Research on the design of remote monitoring system for electric vehicles based on GPRS network [D]. Shanghai： Shanghai Jiao Tong University， 2013.

[7] 張新豐，沈勇，宋蜀，等.面對(duì)規(guī)模示范運(yùn)營的新能源汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].汽車工程，2012（5）：471?472.

ZHANG Xinfeng， SHEN Yong， SONG Shu， et al. Design of remote monitoring system for new energy vehicles facing large?scale demonstration operation [J]. Automobile engineering， 2012（5）： 471?472.

[8] MASJOSTHUSMANN C， KOHLER U， DECIUS N， et al. A vehicle energy management system for a battery electric vehicle [C]// 2012 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. Seoul： IEEE， 2012： 339?344.

[9] LANCTOT R C. Telematics development prospect in China [J]. Automobile & parts， 2011（1）： 12?13.

[10] 童永，陳順東.純電動(dòng)大客車遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)計(jì)[J].安徽科技，2011（6）：44?46.

TONG Yong， CHEN Shundong. Design of remote monitoring terminal for pure electric bus [J]. Anhui science and technology， 2011（6）： 44?46.

[11] 徐敏銳.充換電站及電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].江蘇電機(jī)工程，2011，30（5）：50?52.

XU Minrui. Research and application of remote monitoring system for charging and replacing power stations and electric vehicles [J]. Jiangsu electrical engineering， 2011， 30（5）： 50?52.

[12] CAO Danyang， BAI Donghui. Design and implementation for SQL parser based on ANTLR [C]// 2010 International Confe?rence on Computer Engineering and Technology. Chengdu： IEEE， 2010： 4276?4279.