錢曉華

車輛被盜追蹤系統(tǒng)是由車載端控制器（TBOX）、后臺(tái)呼叫中心、手機(jī)端應(yīng)用程序組成?；谡麄€(gè)系統(tǒng)功能，簡(jiǎn)要介紹了TBOX的系統(tǒng)架構(gòu)。將TBOX安裝在車內(nèi)，通過連接到整車的控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線，監(jiān)測(cè)車輛上的各個(gè)電器模塊發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信號(hào)，甄別潛在的車輛被盜動(dòng)作，將車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)與定位數(shù)據(jù)打包上傳至后臺(tái)服務(wù)中心，后臺(tái)服務(wù)中心通過手機(jī)應(yīng)用、電話、短信等方式通知到車主。

車輛被盜;追蹤系統(tǒng);模塊架構(gòu)

0?前言

為了獲得實(shí)時(shí)車輛狀態(tài)，研究人員提出了車內(nèi)電話的構(gòu)想，即利用移動(dòng)電話來構(gòu)建1個(gè)低成本的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。使用車載充電器固定在車身后，移動(dòng)電話可以自適應(yīng)地接入全球定位系統(tǒng)（GPS）、蜂窩移動(dòng)通訊信號(hào)，在行駛過程中將車輛狀態(tài)實(shí)時(shí)向控制后臺(tái)發(fā)送。得益于GPS技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，車輛數(shù)據(jù)收集與實(shí)時(shí)通訊功能的開發(fā)和研制也不斷得到優(yōu)化，車載通訊模塊（TBOX）應(yīng)運(yùn)而生。通過系統(tǒng)內(nèi)置的無線通訊連接，控制器可以在車輛狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)，第一時(shí)間通過短信通知車主。一旦車主反饋獲取詳細(xì)信息，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)定位該車輛的位置，查看車輛的有關(guān)信息，并通過公網(wǎng)將信息上傳到后臺(tái)，幫助車主更好地了解車輛當(dāng)前狀態(tài)。

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具備由車輛本身觸發(fā)防盜報(bào)警的功能，可使車主在第一時(shí)間了解車輛狀態(tài)。該觸發(fā)模式不會(huì)過于頻繁，從而打擾到車主正常的車輛使用。整個(gè)系統(tǒng)的原理如圖1所示。本文主要介紹了TBOX的系統(tǒng)架構(gòu)。

1?防盜系統(tǒng)需求分析

得益于車上總線技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)今階段開發(fā)的車輛主要運(yùn)用在整車廠中應(yīng)用最成熟的控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）通訊，包含連接車身控制器、儀表、娛樂系統(tǒng)的低速CAN總線和連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、變速箱等動(dòng)力系統(tǒng)之間的高速CAN總線[1]。目前主流車型上所配備的控制器都通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)具備了接入整車通訊總線網(wǎng)絡(luò)體系的能力。根據(jù)CAN協(xié)議，當(dāng)車輛運(yùn)行時(shí)，處于全雙工運(yùn)作，每個(gè)控制器同時(shí)在線收發(fā)報(bào)文。當(dāng)車輛熄火后，各控制器進(jìn)入休眠低功耗狀態(tài)，僅在特定觸發(fā)條件下才被喚醒。這1模式使得整車在鎖車后的靜態(tài)電流處于最低水平，有效保護(hù)蓄電池的冷起動(dòng)能力[2]。應(yīng)用到本系統(tǒng)后，休眠中的電控單元一旦被定義為車輛處于潛在偷盜風(fēng)險(xiǎn)的異常動(dòng)作觸發(fā)，該控制器隨即退出休眠模式，將異常的動(dòng)作轉(zhuǎn)化為CAN信號(hào)后廣播至整車的CAN網(wǎng)絡(luò)上，并喚醒連接在整車網(wǎng)絡(luò)上的其他電器[3]。此時(shí)，同樣連接在CAN上的TBOX隨著整車電器網(wǎng)絡(luò)的喚醒而起動(dòng)，通過系統(tǒng)內(nèi)置的移動(dòng)通信模塊，將相關(guān)信號(hào)打包發(fā)送至車聯(lián)網(wǎng)后臺(tái)。

依據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)景，本系統(tǒng)定義了幾種可能為偷盜車輛的類型：車身裝置被外力破壞，車內(nèi)電器線束被剪斷/接插件被拔出導(dǎo)致電路連接斷開，點(diǎn)火信號(hào)被異常觸發(fā)，車輛位置離開指定區(qū)域等。此外，車主也可以根據(jù)實(shí)際情況，通過手機(jī)端主動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，后臺(tái)呼叫中心可以與車輛進(jìn)行多種應(yīng)急通話。系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景如圖2所示。

2?TBOX系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整車上的控制器需具備信號(hào)采集及網(wǎng)絡(luò)喚醒的能力，TBOX捕獲網(wǎng)絡(luò)報(bào)文。在被盜事件發(fā)生時(shí)，TBOX將異常信號(hào)和車輛位置實(shí)時(shí)向后臺(tái)傳輸。在得到后臺(tái)反饋的被盜事件確認(rèn)信息后，將車輛調(diào)整為被盜鎖定狀態(tài)。TBOX按預(yù)設(shè)時(shí)間間隔向后臺(tái)發(fā)送位置信息、將車上鑰匙權(quán)限設(shè)置為禁用狀態(tài)。在被盜車輛追回并解除被盜狀態(tài)后，車主可以向后臺(tái)發(fā)起解除報(bào)警請(qǐng)求，后臺(tái)將該請(qǐng)求傳遞至車輛端，車上TBOX會(huì)解除報(bào)警狀態(tài)，恢復(fù)原鑰匙的使用權(quán)限，并將恢復(fù)成功信息反饋給車主。

基于上述邏輯策略，總結(jié)可能發(fā)生的異常情況，TBOX對(duì)如下控制器提出了喚醒邏輯要求，以反饋偵測(cè)到的車輛異常情況：安全氣囊控制器（碰撞傳感器）需要能對(duì)破窗（玻璃被砸）的情況進(jìn)行信號(hào)反饋;車身控制器需要能監(jiān)測(cè)車門狀態(tài)、機(jī)艙蓋狀態(tài)和尾門狀態(tài)。如果發(fā)生信號(hào)改變標(biāo)示，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器需要能監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)是否有改變，變速箱控制器需要監(jiān)測(cè)排檔桿的位置變化，防抱死剎車控制器需要能通過轉(zhuǎn)角傳感器發(fā)出使方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)信號(hào)，車載通訊模塊需要能實(shí)時(shí)采集車輛位置數(shù)據(jù)[4]。圖3為與本功能相關(guān)的控制器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

通過上述控制器的協(xié)同配合，對(duì)被盜車輛的追蹤功能作如下功能定義：（1）當(dāng)車輛正在被盜搶時(shí)，迅速、實(shí)時(shí)地刷新車輛的位置信息和車況，并將上述信息以特定的數(shù)據(jù)編碼通過移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸給后臺(tái)管理系統(tǒng)。（2）當(dāng)車輛出現(xiàn)異常狀態(tài)，如超出電子圍欄的設(shè)定區(qū)域、被拖車拖走、非法起動(dòng)，以及其他異常操作時(shí)，TBOX通過后臺(tái)會(huì)及時(shí)將相應(yīng)的報(bào)警信息通過短信通知車主。

通過配備該系統(tǒng)，能使系統(tǒng)內(nèi)部的傳感器偵測(cè)到車輛發(fā)生的異常狀態(tài)。GPS通過捕捉衛(wèi)星數(shù)據(jù)以確定車輛位置，這些異常狀態(tài)信息和車輛位置數(shù)據(jù)會(huì)通過移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖鞠到y(tǒng)的管理后臺(tái)。當(dāng)受本系統(tǒng)保護(hù)的車輛一旦有異常狀態(tài)信號(hào)被觸發(fā)，本系統(tǒng)會(huì)立即將報(bào)警信息推送給車主，以提醒車主確認(rèn)車輛的狀態(tài)。一旦確定車輛發(fā)生了被盜搶的情況，本系統(tǒng)還可直接接通本地公安機(jī)關(guān)進(jìn)行報(bào)案（主動(dòng)提供車型、車輛識(shí)別碼、車主身份等信息），請(qǐng)求同意起動(dòng)車輛尋回程序。當(dāng)該系統(tǒng)收到公安機(jī)關(guān)的確認(rèn)答復(fù)后，即向公安機(jī)關(guān)開放車輛實(shí)時(shí)位置與車況，以助相關(guān)部門迅速找回被盜車輛。

為了支持熄火續(xù)傳功能，TBOX系統(tǒng)內(nèi)置了鋰電池，并配備了系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)：即便在被盜的車輛處于熄火的狀態(tài)，本系統(tǒng)仍能通過內(nèi)置電池繼續(xù)維持原有的工作狀態(tài)，使得車輛的位置信息得以繼續(xù)上傳，從而有效地提高了追回被盜車輛的可能性。在行竊人員故意破壞TBOX供電線路后，該模塊依然能夠依靠?jī)?nèi)置的鋰電池提供的電力，繼續(xù)維持工作狀態(tài)。

基于需要實(shí)現(xiàn)的上述功能，研究人員為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下2條路徑觸發(fā)起動(dòng)被盜車輛追蹤功能：即車主主動(dòng)起動(dòng)TBOX系統(tǒng)和車輛傳感器探測(cè)到異常后TBOX系統(tǒng)被動(dòng)觸發(fā)。通過此設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能：（1）報(bào)警提醒，在車輛發(fā)生異常時(shí)及時(shí)將報(bào)警信息以短信、手機(jī)應(yīng)用消息、電話的形式告知車主;（2）定位追蹤，首先要在地圖上顯示車輛的實(shí)時(shí)位置，若未顯示實(shí)時(shí)位置，則顯示最后1次收到的位置，以及車輛的行駛/靜止?fàn)顟B(tài)、行駛方向、車門鎖定狀態(tài)、登陸賬號(hào)/鑰匙編號(hào)、剩余續(xù)航里程等車輛狀態(tài)信息;（3）安全處置，在接到報(bào)警提醒并收到車輛位置及狀態(tài)信息后，車主可通過電話向客服救助，對(duì)車輛進(jìn)行控制。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，禁止發(fā)動(dòng)機(jī)再次起動(dòng);當(dāng)車門上鎖后，對(duì)被盜的車鑰匙進(jìn)行禁用，以達(dá)到讓行竊人員失去對(duì)車輛控制權(quán)的目的。在車輛被找回并確認(rèn)安全后，可對(duì)報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行撤除，解除發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)限制，解除TBOX被盜車輛追蹤模式。該TBOX模塊系統(tǒng)的架構(gòu)框圖如圖4所示。

整套系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)建立在以通訊模組和微處理單元為核心的基礎(chǔ)上，通訊模組內(nèi)置了移動(dòng)通信所需用到的調(diào)制解調(diào)器、GPS導(dǎo)航模組、存儲(chǔ)單元（MCU），具有相當(dāng)高的集成度。該系統(tǒng)只需要在外圍配備GPS定位天線、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)天線，就能實(shí)現(xiàn)可靠的定位與通訊功能。其內(nèi)置的存儲(chǔ)單元還能將來自安全氣囊控制器、車身控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、變速箱控制器、防抱死剎車控制器等設(shè)備的信號(hào)進(jìn)行緩存，以備需要上傳時(shí)及時(shí)調(diào)用，這很大程度上提高了整套硬件電路的可靠性。

系統(tǒng)中的微處理器用于分析處理由車輛總線系統(tǒng)發(fā)來的車輛狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)有異常觸發(fā)報(bào)警時(shí)，即起動(dòng)本系統(tǒng)。除此之外，本系統(tǒng)還配備有內(nèi)置電池及外部蓄電池供電的雙電源方案，該方案保證了在外力破壞切斷外部蓄電池供電后，內(nèi)置電池可以繼續(xù)采集數(shù)據(jù)、上傳數(shù)據(jù)。

通信模組與微處理器通過高速同步串行口（SPI）和通用異步串行口（UART）接口進(jìn)行連接。通過低功耗的設(shè)計(jì)，車輛發(fā)電機(jī)在停止供電之后，通信模組與微處理都會(huì)進(jìn)入低功耗工作模式，僅保留監(jiān)聽遠(yuǎn)程配置信息和三維加速度信息的功能。

3?結(jié)論

本文介紹了被盜車輛追蹤系統(tǒng)的基本工作原理、?主要組成部分及系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。分析整車CAN總線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)所體現(xiàn)的車輛狀態(tài)信息，將特定信號(hào)作為潛在被盜觸發(fā)條件，而非頻繁發(fā)送信息，占用信息通道。在車主識(shí)別到被盜事件后，能夠主動(dòng)觸發(fā)查詢、實(shí)時(shí)追蹤車輛狀態(tài)。

未來，研究人員還需要進(jìn)行安防鎖定的研究工作。在公安機(jī)關(guān)立案受理了車輛被盜案件后，后臺(tái)將再次判別是否處于被盜車輛追蹤模式。若確認(rèn)該模式，則向車輛發(fā)送控制指令。主要場(chǎng)景有：（1）若車輛正處在運(yùn)行中，則發(fā)送指令控制發(fā)動(dòng)機(jī)限制輸出，以達(dá)到降低車速的目的，確保車輛不再遠(yuǎn)離案發(fā)地;（2）若車輛處于熄火狀態(tài)，則發(fā)送控制指令限制發(fā)動(dòng)機(jī)再次起動(dòng)，并間隔發(fā)送鎖車指令，直至車輛反饋全部落鎖成功，控制車輛并不再被非法起動(dòng)。上述這些工況更有利于追回被盜車輛，但對(duì)車輛駕駛員有著潛在的風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步深入研究。

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