基于总线可配的新能源车辆远程监控系统

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关键词： 新能源车辆; 灵活可配置总线; 数据通信服务系统; 数据库服务系统; 远程监控系统; 应用服务系统

中图分类号： TN915.1⁃34; U469.72                  文献标识码： A                  文章编号： 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

新能源車辆远程监控系统[1⁃2]方便运营中心对车辆运行状况的分析，从而安全可靠地开展新能源车辆的示范运行考核，对新能源汽车的顺利推广、安全管理以及深入地优化改进具有重要的指导意义。汽车工业发达的美国、日本、德国等先后推出了远程监控的产品或服务。2010年美国福特公司研发了一套新能源汽车远程监控系统[3]，该系统可以对电动电池组的工作状况进行实时监控和采集，随后被应用于福特公司生产的Transit Connect和Focus纯电动汽车上。国内高校、企业等对电动汽车的远程监控方法进行了研究，并取得了很大的进展。2004年北京交通大学等单位开发且试运行了公交电动汽车智能管理系统[4];天津大学设计完成了用于电动汽车远程监控的管理系统并成功试运营;2010年江苏电力公司设计研发远程监控系统[5]，实现对电动汽车、充（换）电站的远程监控;安凯汽车公司开发完成远程监控系统的终端，将采集到的大客车各项参数无线传输至远程数据库。

目前，我国已经推向市场的新能源车辆远程监控系统应用是采用车载终端接收车辆CAN总线信息，对协议信息加以解析，然后上传存储到服务器。这种方法将车辆CAN总线协议解析的部分放置在无线网关中[6⁃8]，对于车辆研发过程中不断变更的协议信息及不同总线协议的车型管理，需要反复去现场更新车载终端中的软件，才能实现新能源车辆数据的远程监控。基于以上分析，本文设计并开发一种基于总线可配的新能源车辆远程监控系统。该系统将CAN总线的协议解析组件放于通信服务系统中，通信服务系统根据不同厂商的子应用层协议进行解析，解析过程以脚本调用的方式实现，同时脚本可随时由应用服务系统Web界面配置生成，实现对协议版本及内容进行操作，提高了监控系统的可配置性和灵活性。

1  基于总线可配的远程车辆监控系统

基于总线可配的新能源车辆远程监控系统主要包括车载终端、数据通信服务系统、数据库服务系统和应用服务系统，如图1所示。该系统通过应用服务系统的Web管理功能，利用在线IE进行车辆CAN总线的协议配置，同时将生成后的配置传递至数据通信服务系统，由数据通信服务系统对车辆协议进行解码和解析，并将解析后的数据存入数据库服务系统，供应用服务系统的Web相关应用调用。

2  车载终端

车载终端的通信速率满足车载监控系统协议要求[9⁃11]，网络层基于TCP协议，应用层数据打包在TCP协议上，使车载终端和通信服务系统可以直接通过互联网进行数据交换。终端硬件框图如图2所示。

2.1  工作模式

车辆终端采用数据透明传输的方式采集CAN总线信息，同时封装上版本号、终端号及车辆信息。车载终端工作环境与3种工作模式如图3所示，车载终端实时采集电池状态、电机控制器状态、整车状态及行车状态等信息及状态信息的变化。主要完成如下功能：定时采集数据并实时发送、实时数据的本地存储、远程查询、远程在线软件升级、故障提示与报警、校验上行和下行数据及其运行自检等功能。

2.2  软件设计

终端应用程序设计其软件架构如图4所示，对车载终端软件逐层抽象，按照抽象设计、接口与实现分离的理念进行建立。车载终端软件设计分为Basic Software Layer，Interface Layer，Application Layer三层。

Basic Software Layer：提供访问终端硬件底层的接口，包括μBoot，μC/OS⁃II实时内核、IAP程序、MCU及外围器件驱动程序。

Interface Layer：为Application Layer实时任务提供运行环境，将Basic Software Layer提供的各种API封装成统一的API。

Application Layer：实现终端行为及功能的核心程序，划分任务和确定优先级，并使其任务间通信和同步代價最小。

3  监控系统的实现与分析

3.1  CAN总线数据透传的实现

车辆终端通过CAN总线采集所有车辆信息，由于CAN数据帧分为标准帧和扩展帧，因此CANID都预留4个字节。如果采用标准帧，则前2个字节设置为0。车辆终端将每个CAN数据都以CANID+CAN数据的格式一次打包上传到数据通信服务系统，数据通信服务系统根据CANID解析CAN数据。

3.2  数据通信服务系统数据脚本解析的实现

当数据通信服务系统收到终端上传的数据后，分析出车辆采用的CAN协议版本号，数据通信服务系统查询当前服务是否缓存了该协议的解析脚本，如果没有缓存则从数据库服务系统下载该CAN协议的解析脚本。

脚本查询中是否有该CANID的数据解析项，如果没有，该组数据解析完成，否则继续。査询出该CANID的数据解析项格式，针对该CANID的数据进行每个数据项的解析。该数据项的解析格式至少包括以下内容：数据项：名称、起始位、位长度、偏移量、单位、最大值、最小值。状态项包含：起始位、位长度及各个状态值对应的状态内容[12]。

3.3  通过应用服务系统的Web界面生成解析脚本

要生成一个CAN协议脚本的名称，这个名称为唯一识别CAN协议的标识。在CAN协议脚本中添加数据项，数据项的解析格式至少包括以下内容：数据项：名称、起始位、位长度、偏移量、单位、最大值、最小值。状态项包含：起始位、位长度及各个状态值对应的状态内容。保存CAN协议脚本，启用CAN协议脚本，当启用该CAN协议脚本后，该脚本为禁止编辑和删除的状态。系统流程如图5所示。

3.4  新能源汽车远程监控平台

目前本文系统软件已经运行在由汽车电子技术重点实验室自主研发的新能源汽车远程监控系统中，多家运营公司和整车厂家的新能源汽车安装了监控车载终端，监控管理平台运行状况良好。如图6所示，每个车载终端对应着各自的协议，由界面的“操作”对协议版本及内容进行选择，实现对车辆信息的准确监控，大大提高了生产研发效率。

4  结  语

本文提出基于总线协议灵活可配置的新能源车辆远程监控系统，解决了车辆在实时监控系统、CAN协议动态可配、车辆运营保障的问题，提高车辆监控系统设计的灵活性和可配置性。实际结果表明，该系统能改善可扩展性及软件可移植性，为未来新能源车辆的全面推广和资源整合打好基础。

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