基于北斗導航新能源汽車信息交互系統(tǒng)的研發(fā)

沙乃金，何青林，張凱方

（河南藍海新能電動汽車有限公司研究院，河南 新鄉(xiāng)　453000）

基于北斗導航新能源汽車信息交互系統(tǒng)的研發(fā)

沙乃金，何青林，張凱方

（河南藍海新能電動汽車有限公司研究院，河南 新鄉(xiāng)453000）

簡要闡述北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)項目研究的主要特點和車載智能信息模塊I型產(chǎn)品結構，介紹其硬件特點，并分析其市場投入使用情況。

北斗導航；新能源汽車；CAN通信模塊；信息交互

眾所周知，交通能源與環(huán)境問題是21世紀全球面臨的重大挑戰(zhàn)，發(fā)展新能源汽車是未來汽車發(fā)展的趨勢。伴隨著汽車保有量的上升，車聯(lián)網(wǎng)的重要性愈發(fā)顯得重要。傳統(tǒng)汽車內(nèi)部信息高度數(shù)字化以后，汽車不再是孤獨的個體，車載信息通過移動通信技術把汽車內(nèi)綜合信息遠程上傳，使遠程診斷技術、遠程輔助系統(tǒng)成為了一項有價值的增值服務體系；對智能交通管理的大課題有著直接的幫助。

基于這種需求，通過北斗導航技術研發(fā)的車載智能信息模塊應運而生，其中汽車CAN總線技術進行數(shù)據(jù)交換是車載電子設備的主流方向，性能穩(wěn)定高效，根據(jù)此協(xié)議所開發(fā)出來的汽車電子產(chǎn)品通用性高，可根據(jù)具體要求做個性化定制和功能延伸。

研發(fā)智能車載信息終端產(chǎn)品，與車身CAN/LIN總線連接，實現(xiàn)實時車況信息采集、信息發(fā)送、遠程診斷等，實現(xiàn)定位與導航、娛樂、通信、信息、診斷、輔助駕駛、行駛記錄等功能。

1　北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)項目研究主要技術點

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) （BeiDou〈COMPASS〉Navigation Satellite System）是由中國自行研發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng) （CNSS），是繼美國的全球定位系統(tǒng) （GPS）、俄羅斯的格洛納斯 （GLONASS）定位系統(tǒng)之后世界第3個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡。較RS-485基于R線構建的分布式控制系統(tǒng)而言，基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)介紹如下。

1）具有明顯的優(yōu)越性：網(wǎng)絡各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強；縮短了開發(fā)周期；已形成國際標準的現(xiàn)場總線；結構簡單，只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯誤探測和管理模塊。

2）優(yōu)先支持具有國內(nèi)自主產(chǎn)權的TD-LTE技術。

3）詳細參數(shù)如下：峰值速率，上行50Mbit/s，下行100 Mbit/s；頻譜效率為3G（WCDMA，TDSCDMA，CDMA2000）系統(tǒng)的2～4倍；用戶數(shù)據(jù)環(huán)回時延低于10 ms；支持高速移動用戶，當用戶時速為120km/h時，上行速率20Mbit/s，下行速率50Mbit/s；可變帶寬，支持1.25，2.5，5，10，15，20 MHz等系統(tǒng)帶寬；全IP骨干網(wǎng)絡［1］。

1) 本文引入熵權法與模糊物元評價方法，建立基于熵權模糊物元的智慧城市建設公眾參與水平評價模型，并且以青島市智慧城市建設公眾參與現(xiàn)狀為例對該模型進行驗證，證明該評價方法能有效提高權重的可信度，科學合理地衡量出現(xiàn)階段青島市智慧城市建設公眾參與水平.

2　車載智能信息模塊Ⅰ型產(chǎn)品結構

車載智能信息模塊I型產(chǎn)品采用北斗系統(tǒng)進行車輛定位，通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術的數(shù)據(jù)信息進行車輛與監(jiān)管中心之間的雙向數(shù)據(jù)通信。

車載終端通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)運算出定位數(shù)據(jù) （經(jīng)度、緯度、時間、速度、方向）、狀態(tài)數(shù)據(jù) （ACC開關），通過汽車專用CAN總線和相關部件進行通信。以電動汽車為例，動力電池、電池管理系統(tǒng) （BMS）以及協(xié)作部件 （行駛記錄儀、計價器、廣告管理模塊等）相關數(shù)字信號等，經(jīng)過計算打包處理，將數(shù)據(jù)信息通過無線通信模塊發(fā)回到中心信息網(wǎng)關。中心信息網(wǎng)關接收來自車載單元回傳中心的定位及狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)類型，將其中的北斗定位數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、服務請求等根據(jù)中心服務系統(tǒng)的車輛所屬單位 （通過車臺信息進行識別）派發(fā)給相應的監(jiān)控客戶端。監(jiān)控客戶端即可實時地將車輛的經(jīng)度、緯度、速度、狀態(tài)等信息顯示在監(jiān)控終端的電子地圖上。北斗終端的應用示意見圖1。

圖1　北斗終端的應用

各監(jiān)控客戶端可以對所屬的電動汽車進行數(shù)據(jù)檢測和相關控制，也可以通過客戶端的歸總分類為：電池包信息，電機信息，智能儀表信息，故障信息，電動汽車故障預警報警信息。

也可將命令發(fā)往相應的中心監(jiān)控服務器，再由中心信息網(wǎng)關通過通信網(wǎng)關服務中心發(fā)往目標車臺。車載臺根據(jù)系統(tǒng)命令，會自動回傳定位數(shù)據(jù)、報警信號。平臺數(shù)據(jù)處理原理見圖2。

圖2　平臺數(shù)據(jù)處理原理

總控制中心通過光纖連接信息服務器，分中心可通過專線、寬帶連接互聯(lián)網(wǎng)，并連至總中心。總中心、分中心及各中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心、監(jiān)管終端均基于IP互聯(lián)技術，從而實現(xiàn)所有功能組件均可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接而放置在不同的地理位置，無論是無線上網(wǎng)還是專線都可以及時、準確地監(jiān)控車輛和數(shù)字化信息。

系統(tǒng)基于C語言開發(fā)，采用B/S和C/S結構相結合的工作方式，并可根據(jù)企業(yè)規(guī)模大小選用不同類型的數(shù)據(jù)庫 （SQLServer，Oracle），能夠建立車輛數(shù)量高達百萬的龐大管理系統(tǒng)。整個系統(tǒng)設計充分保證系統(tǒng)的可伸縮性和擴展性，具備相當?shù)耐ㄐ拧⒂嬎銠C和網(wǎng)絡設備的信息容量及處理能力，并有一定的超前性，軟硬件預留接口，便于維護、升級和擴展，以適應將來發(fā)展的要求。

I型產(chǎn)品的優(yōu)勢在于價格低廉，產(chǎn)品技術成熟，可迅速普及以租賃、出租、客運、企業(yè)車輛等為需求的客戶。定位于現(xiàn)有客戶并可迅速根據(jù)需要提供定制型運營方案。

3　硬件設計說明

1）電源部分：9～40 V設計，可短時間支持100 V輸入，高可靠電源，支持鋰電池，有外電時終端由外電供電，無外電時由鋰電供電。

2）CPU采用ARM芯片，集成度高，功能強，可擴展性好。

3）語音模塊采用軟件TTS方案，降低成本。

4）北斗采用高靈敏度模塊，外置天線。

5）內(nèi)置碰撞模塊。

6）采用大容量SPI FALSH存儲芯片，體積小。

7）終端狀態(tài)LED指示，工作狀態(tài)一目了然。

8）支持電話功能，內(nèi)置功放，可免提通話。

9）CAN總線接口，可以對接汽車CAN總線。

10）兩路RS232接口設計，靈活接入各種串口外設。

11）USB可以支持U盤的讀寫。

12）支持多個開關量模擬量輸入輸出。

13）選用工業(yè)級通信模塊。

4　投放車輛使用情況總結 （圖3）

1）車載信息終端與汽車CAN總線相連，并入汽車信息體系，對體系內(nèi)的信息進行采集并通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術上傳。支持在線OBD車載自動診斷技術［2］。

2）針對電動汽車實現(xiàn)動力電池組、驅動部分DC/ DC、控制器、智能組合儀表、BMS電池管理系統(tǒng)實時通信。

圖3　投放使用情況

3）信息通過移動互聯(lián)網(wǎng)實時上傳并儲存在云端，通過云計算可診斷故障，并通知中心和駕駛員。

4）駕駛習慣分析：通過智能數(shù)據(jù)分析，可對駕駛人員的駕駛習慣進行分析，對電動汽車制造商的技術提升和舒適系統(tǒng)開發(fā)提供了重要資料，可以改善駕駛員不良駕駛習慣。為虛擬駕駛教學類輔助程序提供了豐富的數(shù)據(jù)。

5　結束語

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)以車載智能信息終端系統(tǒng)為核心，以車載CAN總線為信息點，為汽車提供定位、實時信息采集并上傳，實現(xiàn)遠程OBD診斷、警告，能夠向用戶直觀便捷地顯示行車信息、故障信息等，方便用戶了解車況和處理故障，提供便捷的汽車維修服務，同時也是汽車對外通信的平臺和接口［3］。

產(chǎn)品達到國內(nèi)先進水平，實現(xiàn)基于車載信息模塊的智能化功能，解決了當前的人車網(wǎng)絡信息單一、操控繁瑣的常見問題。

目前河南藍海新能電動汽車有限公司憑借電動汽車及充換電設施信息交互系統(tǒng)研發(fā)與示范推廣項目，于2015年獲得河南省新鄉(xiāng)市科技重大項目獎，公司研究院獲得新鄉(xiāng)市工程技術研究中心稱號。

目前該系統(tǒng)應用于福汽集團旗下東南汽車和福建新龍馬汽車，并有其他車型在廣泛試用中，至今安裝該系統(tǒng)車輛已售出兩千余臺，取得了良好的客戶反映。

［1］楊元喜.北斗區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)基本導航定位性能初步評估［J］.中國科學，2014，44（1）：72-81.

［2］劉應吉.基于CAN總線與GPRS的營運客車運行狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.交通信息與安全，2013，174（1）：90-93.

［3］張新豐.面向規(guī)模示范運營的新能源汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］.汽車工程，2012，34（5）：470-474.

（編輯心翔）

Development of New Energy Vehicles Information Interaction System Based on Beidou Navigation

SHA Nai-jin，HE Qing-lin，ZHANG Kai-fang
（Research institute of Henan Landhigh Xinneng Electric Vehicle Co.，Ltd.，Xinxiang 453000，China）

Beidou navigation；new energy vehicles；CAN communication module；information interaction

U463.675

A

1003-8639（2016）09-0050-03Abstract：This paper introduces features of Beidou navigation project，demonstrates structure and hardware features of type I vehicle intelligent information module，and analyzes its commercialization situation.

2016-01-25；

2016-04-26

沙乃金 （1989-），男，軟件工程師，主要從事BS或CS結構的軟件開發(fā)。