集成式車載終端檢測方案研究

伍 權, 熊 剛, 文健峰, 康祖超

(中車時代電動汽車股份有限公司, 湖南 株洲 412007)

通信技術的升級促進了車聯網技術的發展,使得車輛在行駛過程中不再是信息孤島[1]。車載T-BOX、車載視頻終端、主動安全智能防控終端等車載終端設備應運而生。這些設備的安裝使用,不僅為整車功能賦能,也為政府監管提供便利。這些設備共有的特點是具有SIM卡、定位模塊以及4/5G通信模塊等,但各個設備功能單一,冗余度高,且相互之間無法實現信息共享。隨著車聯網技術的進一步發展,汽車電子電氣設備也由分散式向集成式發展[2-4]。

目前,針對單功能的車載終端檢測已有相應的要求和方法,但對于集成式車載終端的檢測,整體的要求和方法尚未完善。因此,本文針對該問題進行研究。

1 集成式車載終端的構成

1.1 集成式車載終端的組成

本文所述集成式車載終端通過提高硬件性能、融合外部接口等方式將電動汽車車載T-BOX、車載視頻終端、主動安全智能防控終端3種單功能式終端的功能融合在一起。其硬件組成與單功能車載終端類似,具有微處理器、外部數據采集模塊、存儲模塊、位置信息獲取模塊、網絡傳輸模塊等,系統架構如圖1所示。

1) 微處理器。微處理器為主控模塊,具有多核處理器并配置有DSP和GPU處理單元,計算能力和圖形加速能力一應俱全,能夠同時兼容數據處理和視覺識別等應用。

2) 外部數據采集模塊。外部數據采集模塊包含了CAN數據采集單元和音/視頻數據采集單元兩部分,CAN數據采集單元主要對車輛CAN數據進行實時采集,能夠滿足車載T-BOX和車載視頻終端對車輛CAN數據的采集要求;音/視頻數據采集單元通過接口與外部攝像頭連接,實時獲取攝像頭采集的視頻數據,可滿足車載視頻終端和主動安全智能防控終端對視頻數據的采集要求。

3) 存儲模塊。考慮到電動汽車車載T-BOX和車載視頻終端對數據存儲條件的差異,存儲模塊采用EMMC和HHD 2種介質,能夠滿足不同數據的存儲要求,且HHD容量可達4 TB,可實現大容量視頻數據的常態化存儲。

4) 位置信息獲取模塊。位置信息獲取模塊選用GPS/北斗雙模,定位精度小于10 m,符合各單功能式終端的車載應用要求。

5) 網絡傳輸模塊。網絡傳輸模塊采用4G模塊,集成式車載終端以4G通信方式與遠程監控平臺建立連接,并將采集、處理后的車輛CAN數據、音/視頻數據等傳到遠程監控平臺,同時支持響應平臺下發的指令,實現電動汽車車載T-BOX的遠程參數查詢、遠程參數設置、遠程升級等功能;支持響應遠程平臺點播實時視頻指令,實現車載視頻終端視頻傳輸功能。

圖1 集成式車載終端系統架構

1.2 集成式車載終端的工作原理

集成式車載終端安裝到車輛上,使用CAN總線接口與車輛CAN通信線連接、音/視頻輸入接口與車輛安裝的攝像頭連接,供電系統采用車載電源。啟動電源,集成式車載終端運行后,可深度讀取車輛CAN總線數據,實時獲取攝像頭采集的場景視頻數據,實時獲取車輛位置信息,并將采集到的數據及信息按照JT/T 808、JT/T 1078和GB/T 32960協議組包,通過網絡傳輸模塊將數據傳輸到后臺服務器,為政府及相關機構提供監管依據;同時微處理器對駕駛員狀態監測攝像機和高級駕駛輔助攝像機采集的視頻進行計算、分析、處理,實現駕駛員狀態監測預警(DSM)和高級駕駛預警(ADAS)功能。

2 集成式車載終端技術要求

集成式車載終端包含了電動汽車車載T-BOX、車載視頻終端、主動安全智能防控終端等單功能終端的功能。依據各單功能終端應用的合規性,集成式車載終端需要滿足被融合的各單功能式終端的標準要求,具體包括功能和性能兩方面。

2.1 功能要求

1)JT/T 794—2011《道路運輸車輛衛星定位系統 車載終端技術要求》[5]規定了普通車載定位系統的功能要求,包括自檢、定位、通信、信息采集、行駛記錄儀、監聽、通話、休眠、警示等功能。

2) JT/T 1076—2016《道路運輸車輛衛星定位系統 車載視頻終端技術要求》[6]與JT/T 794屬于同一系列標準,在JT/T 794的基礎上增加了音頻和視頻的功能要求,為車載視頻監控功能提供了依據。

3) GB/T 32960.2—2016《電動汽車遠程服務與管理系統技術規范 第2部分：車載終端》[7]的功能主要將車輛CAN數據按協議轉化,并實現遠程傳輸。具體功能包括：數據采集、數據存儲、數據傳輸、數據補發、注冊和激活、獨立運行和遠程控制等。

4) 交運辦[2008] 115號文件[8]主要對DSM和ADAS功能進行了界定。DSM功能包括：疲勞駕駛報警、接打手持電話報警、長期不目視前方報警、駕駛員不在駕駛位置報警、抽煙報警、設備失效報警等;ADAS功能主要包括前方車輛碰撞報警、車道偏離報警等。

2.2 性能要求

性能方面均從電氣性能、環境適應性、機械環境適應性、電磁兼容等方面進行闡述。JT/T 1076和交運辦[2008]115號文件均以JT/T 794為準則,只有機械環境適應性存在差別。JT/T 1076對主存儲器為硬盤的情況作了特殊規定(見表1),其他均與JT/T 794要求一致。

表1 JT/T 1076與JT/T 794、115號文件性能差異

相比于JT/T 794,作為電動汽車“黑匣子”功能的GB/T 32960.2各項試驗要求更加嚴苛。不但增加了試驗項目,而且相同試驗項的試驗條件也更加嚴酷。現對JT/T 794和GB/T 32960.2的性能差異進行分析。

1) 電氣性能。兩者均要求滿足獨立運行功能,同時適應寬范圍的直流供電系統,能夠抵抗短時的電源反接與過電壓。考慮到供電電壓的穩定性,GB/T 32960.2增加了電壓緩升緩降性能的考核。

2) 環境適應性。要求設備在-40 ～85 ℃的溫度范圍內貯存后不影響功能。工作溫度范圍JT/T 794要求能夠支持在-20～70 ℃溫度范圍中正常運行。GB/T 32960.2運行適應環境溫度更加嚴酷,工作溫度下限降低了10 ℃,達到-30 ℃,同時為確保溫度變化時設備的穩定性,增加了溫度梯度和濕熱循環試驗。

3) 機械環境適應性。機械環境適應性包括振動和沖擊。從試驗條件來看JT/T 794與GB/T 32960.2耐沖擊條件差異性較小。振動條件GB/T 32960.2更加嚴格,GB/T 32960.2按照GB/T 28046.3—2011執行,要求進行三綜合的32 h隨機振動。試驗參數見表2[9]。

表2 GB/T 32960.2耐振動試驗條件參數

4) 電磁兼容性能。電磁兼容方面JT/T 794和GB/T 32960.2共同試驗項包括：脈沖形式為1、2a、3a、3b的沿電源線瞬態傳導脈沖抗擾度、耦合瞬態抗干擾度、靜電放電抗擾度3項要求。GB/T 32960.2增加了輻射抗擾度、輻射發射和傳導性要求,試驗項目更多,試驗要求更加嚴酷。

5) 可靠性。GB/T 32960.2要求終端的使用壽命不低于5年,采用溫度交變耐久壽命試驗方法進行試驗來評估終端的可靠性。通過該試驗可以快速地驗證終端的使用壽命,并以此作為終端性能審核的依據。

根據上述分析,各單功能終端性能要求雖存在一定的重疊,但仍存在差異。因此,集成式車載終端需要從各標準的共同點出發,同時兼容差異性以滿足上述標準要求。

3 集成式車載終端的檢測方法

3.1 集成式車載終端功能檢測

功能方面,各標準存在差異。為滿足各標準要求的功能,可利用終端外部接口豐富的特點,通過接口連接不同的外設,從而匹配終端內部軟件來實現。如實現GB/T 32960.2的數據傳輸功能,需要連接CAN總線接口。如實現車載視頻監控功能、DSM功能、ADAS功能,需要連接攝像頭獲取視頻數據、啟動圖像處理模塊。

3.2 集成式車載終端性能檢測

1) 電氣性能試驗。集成式車載終端內部供電由統一的電路實現。因此,電氣性能要求一致,達到上述標準的最高要求。首先,過電壓性能試驗：要求在50 ℃環境下,電源輸入端施加36 V電壓工作,持續1 h,終端功能均正常。反向電壓性能試驗：需將終端電源輸入端接入28 V的反向電壓,持續1 min后斷開,以正常供電模式開啟終端時功能均正常,同時符合GB/T 28046.2—2011[10]中4.5節規定的電壓緩升緩降性能。其次,需要內置足夠容量的鋰電池,滿足設備10 min的獨立運行功能。

2) 環境適應性試驗。終端正常運行溫度范圍為-30～70 ℃,試驗時讓終端在最低溫度-30 ℃的環境下運行24 h,在最高溫度70 ℃的環境下運行96 h,試驗要求終端功能均正常。溫度梯度試驗按照GB/T 28046.4—2011中5.2節的規定進行,要求終端在-30～70 ℃間的每一個溫度點都能正常工作。濕熱循環試驗要求滿足GB/T 28046.4—2011[11]中5.6節交變濕熱要求。

3) 機械環境適應性試驗。該集成式終端內置硬盤,用于實現視頻監控功能。普通的硬盤難以通過2 000 Hz的3方向32 h的隨機振動,而電動汽車車載T-BOX不需要存儲視頻,只需滿足7天以上的數據存儲,采用內置的EMMC存儲介質即可達到存儲要求。為此,進行功能設計時,將車載T-BOX功能在硬件載體上與硬盤隔離,振動試驗時不帶硬盤通過2 000 Hz的隨機振動。視頻數據存儲于硬盤中,試驗時滿足JT/T 1076附錄A帶硬盤的500 Hz隨機振動要求;終端的打印、顯示功能通過接口連接外部設備實現,因此,終端機體防護等級需要滿足IP53及以上要求。

4) 電磁兼容性能試驗。電磁兼容性能,要求通過1、2a、3a、3b的沿電源線瞬態傳導脈沖抗擾度,耦合瞬態抗干擾度,靜電放電抗干擾度、輻射抗擾度,輻射發射和傳導性能。其中靜電放電抗擾度需要在設備通電狀態下滿足GB/T 19951—2005[12]中表B.1中的接觸放電±7 kV和空氣放電±14 kV要求,設備不通電狀態滿足表B.3接觸放電±6 kV和空氣放電±15 kV的要求。

5) 可靠性試驗。集成式終端可靠性要求滿足GB/T 32960.2規定的5年壽命加速性試驗,但硬盤屬于易損件,且不涉及車載T-BOX功能。因此,可不帶硬盤進行耐久性試驗。

4 結束語

本文介紹了一款融合了電動汽車車載T-BOX、車載視頻終端、主動安全智能防控終端功能的集成式車載終端,總結了被融合的各單功能終端的功能和性能要求,得出了各單功能終端技術要求差異。結合集成式終端的結構特點,提出了該類集成式車載終端的檢測方案。以期為集成式車載終端功能融合、結構設計提供借鑒和參考。