車輛道路試驗數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)研究

劉遵勇，黨瑞寧

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

車輛道路試驗數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)研究

劉遵勇，黨瑞寧

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

本文介紹了一種基于CAN總線通信技術(shù)、GPS全球定位技術(shù)、GPRS移動通信技術(shù)等為一體的試驗數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)在重型電控柴油商用車上的應(yīng)用，解決了汽車道路試驗中環(huán)境極端、工況復(fù)雜、里程長，數(shù)據(jù)繁雜、試驗數(shù)據(jù)無法及時、準確獲取等問題，重點講述了車輛道路試驗數(shù)據(jù)實時采集方法的實現(xiàn)。

道路試驗；CAN總線；數(shù)據(jù)采集；GPRS

CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)10-52-03

前言

整車試驗是車輛性能的最終檢驗，起著至關(guān)重要的作用。整車道路試驗一般少則數(shù)千公里，多則數(shù)萬公里，而且多會選擇在汽車試驗場、寒冷地區(qū)、高原地區(qū)、炎熱地區(qū)進行，要想獲取這些不同地區(qū)、不同環(huán)境、不同工況下車輛試驗的數(shù)據(jù)，按照傳統(tǒng)的方式必須在車輛上安裝數(shù)采設(shè)備，記錄各種試驗數(shù)據(jù)。試驗完成后再進行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)分析結(jié)果對車輛性能進行評估和改進。而這種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取方式有數(shù)據(jù)獲取周期長、試驗投入大、獲取數(shù)據(jù)量有限、受試驗設(shè)備影響數(shù)據(jù)時效性無法保證等缺點。所以在整車道路試驗中非常有必要建立車輛信息的實時采集系統(tǒng)，用來對道路試驗車輛數(shù)據(jù)進行遠程獲取、遠程監(jiān)控。

通過遠程傳輸系統(tǒng)將采集的試驗數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心可以使產(chǎn)品開發(fā)工程師及時了解汽車動力系統(tǒng)各部件的運行狀況，同時也為多個車輛進行道路試驗提供有效的管理手段。針對這種情況本文結(jié)合目前先進的車輛CAN總線通信技術(shù)、GPS全球定位技術(shù)，GPRS移動通信技術(shù)，Internet WEB服務(wù)技術(shù)解決了汽車試驗中數(shù)據(jù)不能實時采集傳輸?shù)膯栴}，并在重型電控柴油商用車試驗中得到了初步的應(yīng)用。

1、數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 采集系統(tǒng)功能描述

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分成車輛監(jiān)控、車輛服務(wù)、試驗路線管理、研發(fā)應(yīng)用、系統(tǒng)管理五個主功能模塊，主模塊下又有若干個子模塊，其具體結(jié)構(gòu)見圖1。

車輛道路試驗數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)，是Telematics技術(shù)的具體應(yīng)用。Telematics 將無線通信技術(shù)引用到汽車行業(yè)，通過無線網(wǎng)絡(luò)為用戶提供導(dǎo)航、定位、交通信息、娛樂信息等內(nèi)容的服務(wù)，實現(xiàn)真正的人-車-路的通信中樞。它集汽車CAN

總線通信技術(shù)、GPS全球定位技術(shù)，GPRS移動通信技術(shù)，Internet WEB服務(wù)技術(shù)等綜合應(yīng)用于一體。

1.2 數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)的硬件組成與架構(gòu)

1.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

道路車輛數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)主要由車載終端、數(shù)據(jù)庫及WEB服務(wù)器、服務(wù)平臺軟件、數(shù)據(jù)分析軟件等組成。系統(tǒng)架構(gòu)如下圖2所示：

安裝在車輛上的終端模塊和傳感器，采集車輛定位信息、CAN總線中的ECU數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實時發(fā)送到遠程管理服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，然后由WEB服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，為用戶提供24小時不間斷的WEB服務(wù)。用戶在任何地點，通過internet網(wǎng)絡(luò)訪問遠程管理服務(wù)平臺，獲取車輛的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油耗等車輛工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，隨時分析車輛的運行狀況。

1.2.2 車載終端

車載終端主要由CPU單元、CAN總線控制器、CAN收發(fā)器、GPRS通信模塊、GPS模塊五部分組成。

電源管理負責車載終端所有部件的電源供電；CAN接口和通信單元一方面負責把整車CAN總線上的車輛狀態(tài)信息、故障信息讀取到車載終端，另一方面把數(shù)據(jù)采集器采集的信息收集到車載終端；CPU單元負責把綜合的CAN信息和接收到的GPS信息以GPRS的方式發(fā)送到遠程管理服務(wù)平臺。

1.3 數(shù)據(jù)采集方式的實現(xiàn)

① 多種類型模擬量信號進行采集傳輸流程的實現(xiàn)

將CAN總線數(shù)據(jù)采集器或傳感器連接到車載終端，終端根據(jù)預(yù)先定義好的協(xié)議獲取傳感器的參數(shù)，這些參數(shù)可以是溫度、壓力、電流、轉(zhuǎn)速、位移等。如果將ECU CAN總線并聯(lián)接至車載終端，就可以同時獲取這兩部分的數(shù)據(jù)。通電后，終端會將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程的管理服務(wù)平臺，用戶可以在能連接到Internet網(wǎng)絡(luò)的任意一臺電腦上，通過權(quán)限認證登錄管理服務(wù)平臺，瀏覽或下載這些數(shù)據(jù)。

② 故障遠程診斷的實現(xiàn)

當車輛在試驗過程中發(fā)生故障時，ECU會第一時間將故障碼發(fā)送到CAN總線上，通過J1939協(xié)議解析故障報文，獲取各個故障代碼，然后與其它數(shù)據(jù)一起進行數(shù)據(jù)編碼，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠程服務(wù)器，遠程服務(wù)器將這些數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，以備WEB服務(wù)器實時的訪問。用戶通過管理服務(wù)平臺查看車輛是否發(fā)生故障，如果車輛的故障指示燈變成紅色（有故障），就可以點擊解析按鈕，服務(wù)平臺軟件會自動訪問故障碼解析數(shù)據(jù)庫，獲得這些故障的發(fā)生位置、原因和解決建議等信息，并顯示給用戶。

③ DBC文件

DBC文件是CAN報文與車載終端溝通的橋梁，將標準CAN報文轉(zhuǎn)化為終端能夠識別的代碼。為了使車載終端能夠準確的解析發(fā)動機、ABS等總成發(fā)出的CAN報文信息，我們使用CAN總線協(xié)議文件編輯器軟件，對汽車總成發(fā)出的CAN報文進行編輯，形成了針對該車型的DBC文件，然后嵌入終端的SD卡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及解析。

2、應(yīng)用驗證

該系統(tǒng)在某公司生產(chǎn)的六個重型電控柴油商用車的試驗中得到了初步的應(yīng)用，其開展的試驗有汽車試驗場的道路可靠性試驗、不同地區(qū)的道路適應(yīng)性試驗、油耗對比試驗等。解決了試驗中數(shù)據(jù)不能實時傳輸?shù)膯栴}，實現(xiàn)了對試驗車輛的管理，部分試驗結(jié)果見圖3、圖4。在應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)的GPS監(jiān)控系統(tǒng)，車輛遠程通信系統(tǒng)具有如下多個方面的優(yōu)勢：

可以通過CAN總線連接車輛ECU，獲取車輛轉(zhuǎn)速、油耗等參數(shù)，可以監(jiān)控車輛的燃油消耗量，還可以通過CAN總線擴展傳感器實現(xiàn)模擬信號的采集，具有更完整的數(shù)據(jù)采集能力；

具有車輛軌跡回放、按照路況進行統(tǒng)計的功能；

具有遠程診斷功能，隨時發(fā)現(xiàn)車輛存在的故障，解除安全隱患；

本系統(tǒng)是實時監(jiān)控系統(tǒng)，相比很多采用短信等方式傳輸

的GPS系統(tǒng)，傳輸速率更快，可以更快更準確的了解每臺車的具體位置。

3、總結(jié)

（1）本系統(tǒng)完成行駛數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、記錄（包括：瞬時油耗、車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、總油耗、發(fā)動機工作時間、巡航時間、百分比負荷、油溫、油壓等）每輛車的歷史記錄、行駛軌跡等信息。所有的數(shù)據(jù)都實時進行存儲。為研發(fā)人員提供充足的分析數(shù)據(jù)。

（2）實時獲取ECU故障代碼，監(jiān)控中心軟件完成故障解析，給用戶提供故障產(chǎn)生位置、原因及排查方法。這些數(shù)據(jù)都會記錄在數(shù)據(jù)庫中，研發(fā)人員可以實時查看車輛的故障信息，為維護人員提供更多的維修建議，而且也可以為車輛設(shè)計改進提供參考依據(jù)。

（3）監(jiān)控中心存儲的數(shù)據(jù)庫，為研發(fā)人員提供了海量數(shù)據(jù)，可以在該基礎(chǔ)上進行諸如車輛速度統(tǒng)計、車輛行駛里程統(tǒng)計、車輛油耗統(tǒng)計、車輛作業(yè)統(tǒng)計、車輛故障統(tǒng)計、多車輛對比等分析，也可以進行設(shè)計模型的驗證。

[1]周建政：GPS定位原理與技術(shù). 黃河水利出版社 2005.

[2]李艷晴 等：基于GPRS/GPS的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 微計算機信息 2004年 第20卷第4期.

[3]謝振東：智能交通系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中的通 中山大學學報 2000年6期.

[4]于國光、劉錦高：基于車載系統(tǒng)CAN總線技術(shù)的應(yīng)用 計算機科學 第36卷 第4A期.

[5]趙亦林：車輛定位導(dǎo)航系統(tǒng)．電子工業(yè)出版社 1999.

Real-time data acquisition vehicle road tests Research Systems

Liu Zunyong, Dang Ruining
（Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

This paper introduces a kind of test data acquisition and transmission system, which integrates CAN bus communication technology, GPS global positioning technology with GPRS mobile communication technology. The problems in road test are solved after applying the system to heavy-duty commercial diesel vehicle, such as: extreme environment, complex operating condition, long mileage, multifarious data and unable to acquire the test data timely and accurately. The article focuses on the method of real-time data collection in road test.

road test；CAN bus；data acquisition；GPRS

U467.4

A

1671-7988(2014)10-52-03

劉遵勇，就職于陜西重型汽車有限公司。