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智能网联汽车设计探究

2020-12-08 10:04 来源:汽车设计论文 人参与在线咨询

摘要:随着远程诊断技术的发展,OBD接口与手机APP相结合的模式得到了广泛应用,但该技术应用于智能网联汽车上还相对较少。文章介绍了智能网联汽车OBD接口技术,该技术能够实现基于OBD接口技术的智能网联汽车设计。通过手机终端读取汽车运行参数,实现汽车运行状态故障云诊断,利用手机摄像头等硬件实现汽车后方障碍物监测,替代传统倒车雷达的功能,以较小的成本实现传统智能网联汽车的功能,降低智能网联汽车的开发成本。为智能网联汽车设计领域提供了思路。

关键词:网联汽车;车载终端;OBD

随着近几年手机厂商在互联网领域的迅速发展,OBD(车载诊断系统)接口与手机APP相结合的模式得到了广泛的应用。在车联网领域,由于OBD接口可以读取丰富的汽车信息数据,各大从事移动互联网的企业也逐渐以OBD为载体,通过手机APP方式向车联网行业渗透。由OBD设备服务商获取数据,挖掘分析潜在的商业价值。例如,车载导航的升级迭代及时性受限,往往不能及时满足驾驶员的使用需求,可以使用深受年轻用户欢迎且已普及的手机导航系统代替智能网联汽车车载导航系统,增加手机与汽车有关的服务。这种模式相比于传统DVD导航汽车,产品价格便宜,并且可迅速形成用户规模。目前此模式较有代表性的手机APP有乐车助手等[1]。基于此,研究设计基于OBD接口技术的智能网联汽车具有重要意义。文章将OBD接口技术与手机APP技术相结合,应用于智能网联汽车的设计,可降低智能网联汽车的投资成本以及缩短智能网联汽车的研发周期。

1智能网联汽车概述

智能网联汽车是智能汽车与互联网结合的产物,是跨产业的新兴体系,是国际汽车技术的发展方向。智能网联汽车产业是新科技革命下的新兴产业,可实现节能减排,提升通行效率,拉动汽车、通信等行业协同发展,对促进国际汽车工业发展具有重大战略意义。对智能网联汽车的定义学界有不同的理解,通常是指装载有不同种类传感器、控制器等高效设备,能够实现车与人等车内外的数据交换处理,满足安全、舒适、节能行驶的汽车[2]。物联网、人工智能技术的快速发展推动传统汽车向智能网联汽车演变,广泛应用于智能交通等领域。现代汽车通过集成传感器、布线系统,形成庞大复杂的车联网络。物联网是信息技术发展的重点,车联网是实现智能交通的重要方法。用户对汽车智能化要求提高,车内设备需要接入互联网,与手机等智能终端设备连接。车联网与智能汽车结合,智能网联汽车能够应用于各个领域[3]。智能联网汽车配备多种先进车载传感器,智能网联汽车采用通信技术实现辅助驾驶,对人、道路及交通环境进行感知决策,汽车是复杂网络的节点,组成完整的复杂车联网络。智能网联汽车车内集成先进的智能设备[4],通过协议将传感器数据传入中控设备;车外通过专用协议连接其他汽车,通过蓝牙与智能电话设备连接。智能网联汽车可通过4G蜂窝网络访问互联网,获得远程信息处理服务(如电子地图等),用户可使用应用程序APP连接到云端远程控制。

2智能网联汽车OBD接口技术研究

能源合理使用是建设资源节约型社会的重要方面。石油能源合理开发对环境友好型社会建设具有重要影响。我国石油生产未有效满足消费需求,石油对外依赖日益严重,石油资源目前依然缺乏,对资源进行节约、高效使用是当前的重要任务。交通运输是石油消费的主体,汽车燃油消耗是交通运输的重要部分,国际能源机构预测我国道路机动车总量在2030年将达到2.7亿辆,汽车保有量的增加使得交通运输用油需求增大。车联网技术可实现全方位汽车管理功能(汽车数字化、具有维保等),是汽车的电子标签。通过无线射频等技术,对汽车属性信息、动态信息提取利用,根据功能需求对汽车实行监控。车联网的关键是信息的获取利用,使用的技术手段是无线通信技术。基于网联汽车为汽车检测等服务是汽车交通领域的重要应用。车联网中的信息重构是人车环境相关的复杂系统工程,需对汽车动静态特性全面分析,车联网获得信息由单元传输到网络端,不同于台架试验的可控稳态特性[5]。基于OBD接口技术的智能网联汽车设计方案,如图1所示。移动互联网逐步发展中,汽车行业进入信息化时代,车联网是利用车载电子传感装置,通过汽车导航系统、远程服务器,使车与人及车与基础设施实时联网,对车、人、位置等进行综合有效监控管理的网络系统。车联网会推动汽车节能减排的需求提高,将技术与驾车环境要素互联,实现信息共享,提升交通便利性。互联网平台中汽车运行数据基于OBD系统获得,自50年代开始,由于汽车技术的逐步渗入,电子控制系统快速发展,汽车厂商开始生产针对排放控制的系列新装置,制造有检测能力的车载电脑。汽车维修需求导致电子自诊断技术出现,OBD将故障码存储于电控单元存储器,直接获取所需监控量测量值,可获取汽车诊断参数信息(包括诊断故障码等)。OBD的主要功能是在汽车超排时,点亮故障指示灯发出警报,借助故障诊断仪获取OBD系统存储代码辅助诊断维修。广泛应用的为OBD-II系统,系统特点是统一数据传输协议,但标准并非采用一种通信协议。OBD可用于与其他企业互通数据,为车主提供服务。OBD系统可为主机厂进行ECU更新升级提供入口,通过OBD接口改写ECU中的控制程序升级软件。例如,在发现直接换挡变速器出现问题时,某车企用电脑刷写变速器控制单元,改变DSG变速器参数控制变速器。

3基于OBD接口技术的智能网联汽车设计

移动设备通信在互联网领域迅速发展,移动互联网企业通过手机APP向车联网行业渗透,OBD设备服务商可获取数据,挖掘潜在商业价值。手机导航应用被年轻用户接受,手机增加有关的服务,可分走传统DVD导航产品的市场。项目包括行车记录仪、导航信息、监控故障云端等功能。手机应用通过摄像头实现手机行车记录仪功能。手机自带的GDP功能配合导航软件实现手机导航功能。目前大部分汽车具备统一的CAN车载总线,连接各种传感器,可采集全部的运行信息进行故障诊断,采用CAN网关方式连入车载网络,手机可采集传感器参数显示,将参数进行数据分析,实现驾驶过程记录分析等功能。OBD参数的汽车适配差异性统计情况,如表1所示。MCU(单片机)与CAN总线数据交换通过TJA1050CAN信息收发器与协议控制器实现。CAN总线是支持分布式控制的串行通信网络,广泛应用于自动控制领域,多采用TJA1050为控制器与物理总线接口。为增强抗干扰能力,在CAN控制器设置光电隔离电路。MCP2515是总线协议控制器,可发送接收标准与扩展数据帧,自带验收屏蔽寄存器,可过滤不用的报文,减少MCU的内存开销,MCP2515通过SPI接口与MCP连接。车联网系统程序,如图2所示。设计测距模块使用HC-SR04测距模块,通过发送与接收超声波的时间差计算距离。超声波测距模块提供非接触式距离感测功能,小车测距可发现前方障碍物,使小车及时转向避开。设计WiFi模块使用ESP8266模块,为移动设备与物联网应用设计,与其他专利技术使机器能耗最低[6]。手机APP端分为汽车信息、行车记录、设置模块。汽车信息模块的功能包括:查看汽车信息、对过往驾驶行为进行分析。汽车信息通过WiFi向MCU发送指令,通过OBD接口发送查询请求获得情况,依靠专家信息分析用户过往驾驶行为(如经常出现急刹车等),进而给出改进意见。设计通过隐藏摄像界面实现自动录像功能,目前行车记录仪功能可做到后台运行实时录像。出行界面通过整合高德地图API(应用程序编程接口)实现内置驾车导航功能。APP使用设置功能能够实现形成记录清晰度设置及基础设置。

4结论

通过对智能网联汽车OBD接口技术的深入研究,确定了将OBD接口技术和手机APP相结合的技术路线,提出了一种基于OBD接口技术的智能网联汽车设计方法,该技术主要有4点创新:1)研发人员可以通过手机端APP读取汽车运行参数,实时监控故障报文,并通过无线网络将这些参数传送到云端处理器进行数据分析,将智能网联汽车的运行过程记录下来,高效地进行汽车状态的云诊断。2)通过OBD接口监测到车辆启动信号,随时调用车载摄像头进行行驶状态的记录,结合智能算法可以开发出多种复杂场景的安全预警功能,并且可以后台操控。3)可以整合地图导航等第三方手机应用程序,为用户提供专业精准定制化出行建议,智能高效。本技术方案以较小的成本实现了智能网联汽车的一些功能,可降低智能网联汽车的开发成本。

作者:李振中 徐文婷 屈亚洲 李兵 单位:中汽研汽车检验中心(宁波)有限公司

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