黃建祥

(龍巖市海德馨汽車有限公司,福建 龍巖 364000)

電力應(yīng)急車出廠交付、運(yùn)行狀態(tài)和售后服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)均需進(jìn)行精準(zhǔn)、有效的跟蹤，以便查詢和管理。由車載終端、云計(jì)算處理平臺和數(shù)據(jù)分析平臺組成的管理系統(tǒng)，根據(jù)不同行業(yè)對車輛功能的不同需求實(shí)現(xiàn)對車輛的有效監(jiān)控與管理[1]。同時(shí)，基于云計(jì)算的技術(shù)應(yīng)用，平臺基于無線5G/4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)化集成整車系統(tǒng)，遠(yuǎn)程智能監(jiān)測和控制，成為電力應(yīng)急車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

1 總體布局

1.1 設(shè)計(jì)原則

網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)運(yùn)行處理數(shù)據(jù)需效率高、安全可靠、開放和擴(kuò)展性強(qiáng)，因此管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則應(yīng)具有可靠性、高效性、安全性、可擴(kuò)展性和標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2 總體架構(gòu)

硬件設(shè)備采集各種數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至平臺的機(jī)房服務(wù)器。由前置機(jī)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)通過TCP接收來自前置機(jī)的各種數(shù)據(jù)，對協(xié)議進(jìn)行解析轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)送至數(shù)據(jù)保存程序，由數(shù)據(jù)保存程序進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫，存儲至數(shù)據(jù)庫。另外，網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)各客戶端的信息轉(zhuǎn)發(fā)交互。音視頻通過第三方的控制實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的數(shù)據(jù)傳輸和交互。控制臺直接對接硬件實(shí)現(xiàn)各種控制指令的下發(fā)以及警報(bào)服務(wù)，如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

基于網(wǎng)絡(luò)化和云平臺的裝備車輛狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要由實(shí)體端、用戶端和云端組成。功能主要包括車輛狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集上報(bào)，云平臺數(shù)據(jù)存儲、融合、預(yù)測及數(shù)據(jù)請求服務(wù)，決策端歷史數(shù)據(jù)回溯，狀態(tài)趨勢預(yù)判及用戶決策執(zhí)行[2]。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件部分主要包括主機(jī)設(shè)備、觸摸屏設(shè)備和音視頻設(shè)備。主機(jī)設(shè)備與外部的音視頻設(shè)備、安防設(shè)備、車輛上的各種儀器設(shè)備相互連接通信。主機(jī)能通過4G/5G等無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器通信，從而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制和警報(bào)的目的。而本地用戶通過觸摸屏與主機(jī)交互，從而達(dá)到本地直接操作外部設(shè)備的目的，詳見圖2。

圖2 主機(jī)通信圖

2.2 數(shù)據(jù)連接

管理系統(tǒng)交互接口主要實(shí)現(xiàn)故障診斷與健康管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示、交換、傳輸、處理及管理等功能，主要包含人機(jī)交互接口和數(shù)據(jù)交互接口[3]，如圖3所示。數(shù)據(jù)交互采用自識別抓取技術(shù)，云服務(wù)器不與發(fā)電機(jī)組等設(shè)備直接交互數(shù)據(jù)，而是先傳指令到云服務(wù)器，云服務(wù)器通過數(shù)據(jù)接口再對發(fā)電機(jī)組等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)訪問，當(dāng)監(jiān)測到發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)中有符合云服務(wù)器命令所需的數(shù)據(jù)時(shí)，將其抓取并返回到云服務(wù)器。抓取數(shù)據(jù)包括為計(jì)算電池性能所抓取的馬達(dá)起動前后蓄電池電壓、為計(jì)算轉(zhuǎn)速和電壓波動率所抓取的空載10秒鐘的電壓和轉(zhuǎn)速等，通過自識別數(shù)據(jù)抓取技術(shù)，可快速收集有效數(shù)據(jù)，大幅降低數(shù)據(jù)傳輸量，提高管理系統(tǒng)效率。

圖3 數(shù)據(jù)連接圖

①模擬量輸入。用于對車輛中各種設(shè)備的信息進(jìn)行采集，包括電池電壓狀態(tài)、油箱油量和車身雷達(dá)傳感器信息的采集。

②GPS/北斗。GPS、北斗采用USB模塊接入主板。

③4G/5G網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)及音視頻均通過此通道雙向傳輸。限制于帶寬問題，視頻傳輸有一定的遲滯和相對較低的分辨率(每路CIF格式)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化管理

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過各種傳感技術(shù)(RFID、傳感器)、各種通訊手段(有線、無線、短波、超短波等)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、溫馨提醒與警報(bào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能服務(wù)。電力應(yīng)急車機(jī)組數(shù)據(jù)和定位信息等監(jiān)測參數(shù)，通過5G/4G網(wǎng)絡(luò)，上傳至信息服務(wù)管理中心，再通過ADSL技術(shù)提供給電腦和手機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)實(shí)體端、用戶端和云端的有機(jī)結(jié)合。同理，通過電腦和手機(jī)終端下發(fā)命令，也可遠(yuǎn)程對電源車進(jìn)行相關(guān)的操作。當(dāng)現(xiàn)場線電壓低于所設(shè)定的警報(bào)值時(shí)，產(chǎn)生警報(bào)，可以通知工作人員到現(xiàn)場排查問題所在，也可為防止損壞機(jī)組，對機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)。

圖4 手持機(jī)操作管理

環(huán)境傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測車廂內(nèi)外溫度和風(fēng)壓等參數(shù)，通過空調(diào)和風(fēng)機(jī)等即時(shí)調(diào)整，并與云服務(wù)器進(jìn)行智能對比學(xué)習(xí)，提高車廂內(nèi)的環(huán)境舒適度。車廂內(nèi)氣體和煙霧傳感器實(shí)時(shí)檢查是否有火情，并進(jìn)行智能判定和報(bào)警，遠(yuǎn)程快速開啟自動滅火裝置。

通過批量電力應(yīng)急車的數(shù)據(jù)傳輸匯總到云服務(wù)器，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可進(jìn)行應(yīng)急車輛工作狀態(tài)下的優(yōu)化計(jì)算分析，不斷優(yōu)化車輛的燃油效能、燈光控制、機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度和行駛路線，促進(jìn)電力應(yīng)急車的協(xié)同調(diào)度作業(yè)和效能提升。

2.4 管理能力

網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)具備狀態(tài)檢測、操作控制、數(shù)據(jù)采集和安全保護(hù)等功能，通過手持終端可對應(yīng)急電源車進(jìn)行有效管理，如表1所示。

表1 系統(tǒng)管理能力

3 測試試驗(yàn)

網(wǎng)絡(luò)化電力應(yīng)急車管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需進(jìn)行以下測試：

①功能測試；

②手持端功能測試，模擬實(shí)際工況進(jìn)行使用測試；

③服務(wù)端軟件測試；

④軟件系統(tǒng)接口的數(shù)據(jù)交互測試；

⑤管理后臺軟件測試；

⑥性能、壓力與系統(tǒng)穩(wěn)定性測試，詳見圖5。

通過管理系統(tǒng)實(shí)地測試試驗(yàn)，測試數(shù)據(jù)表明，管理系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，詳見表2。

(a)車輛參數(shù)監(jiān)測

(b)發(fā)電機(jī)組有功功率曲線圖 (c)發(fā)電機(jī)組交流電流曲線圖圖5 網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)實(shí)測圖

表2 網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

本文跟蹤國外先進(jìn)技術(shù)水平，立足國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀和現(xiàn)實(shí)問題，分析和梳理了應(yīng)急電力車的使用和維修保障要求，提出了車輛故障診斷與健康管理系統(tǒng)的功能需求。 針對這些功能需求，提出了基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的車輛故障診斷與健康管理系統(tǒng)的方案構(gòu)想，并對總體架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)功能、軟硬件組成、關(guān)鍵技術(shù)和測試結(jié)果等內(nèi)容進(jìn)行了探討，為后續(xù)研究提供了有益的參考[4]。