摘要：对新能源汽车进行车辆实时数据的实时监控（Real-TimeMonitoring，RTM）不仅是国家标准（GB/T32960-2016）的要求，也是不断提高新能源汽车安全运行水平，推进新能源汽车普及的最要手段。为了准确完整地实现国标相关要求，文章提出了新能源汽车实时监控系统车载终端的设计基本要素及要求。在某品牌的RTM车载终端系统设计应用的实例表明所提出的设计要求可以确保RTM数据上报的完全符合国标要求。
关键词：RTM；新能源汽车；实时监控；数据采集；GB/T32960
前言
近年来，由于我国政府相关政策的刺激，消费者对新能源汽车NEV（NewEnergyVehicle）的需求和使用呈明显的上升趋势。为提高新能源汽车的运营安全性，新能源汽车实时监控系统RTM（RealTimeMonitoring）应运而生，经过几年的发展，目前RTM已经发展成为了基于国标GB/T32960-2016的新能源汽车数据实时监控服务。国标GB/T32960-2016主要分为三个部分，如表1所示。第1部分[1]为总则，阐明对车载终端及企业后台的总体要求，第2部分[2]为对车载终端的硬件设计要求，包括终端上报频率，数据存储，工作电压等要求。其中第3部分[3]规定车载终端与后台的通讯协议及数据格式。车企的所使用的车载终端及后台需要经过相关检测部门的认证才可以投入量产，企业后台收到数据后需转发至政府平台，同时政府平台会对企业平台进行定期监管，如图1所示。根据规定RTM在国产新能源汽车上为强制安装，在进口新能源汽车上为选装。由于安装RTM是车企享受国家和地方新能源汽车补贴，及购置税减免的前提条件，RTM普遍受到国内及国际各大整车厂的重视并投入大量的开发资源。由于国标的描述粒度较粗，部分数据项目没有较为明确的定义，本文根据国标过检[4]及地方数据平台数据质量检测[5]的要求，给出了系统设计的相关具体要求。
1车辆RTM终端网络拓扑设计
目前RTM的车载终端解决方案主要分为独立式和集合式两种，独立式是指RTM车载最终成为一个独立的控制器，甚至自带GPS天线和数据天线；集合式是指RTM作为一项控制器服务或功能集成在整车原有车联网控制器中，这两种方案各有优缺点，如表1所示。在详细设计过程中应针对车企的不同特点，综合评估后确定车载终端网络拓扑。例如，某品牌的控制器开发设计及更新周期较长，软件开发释放需要较长时间，在引入RTM初期，使用独立式终端设计是较为理想的方案，一旦产品不能满足国标要求可以进行快速迭代而不影响到整车的开发进度。在RTM方案较为完善后，可以逐渐过渡到集合式方案以优化成本。在过渡到集合式方案前，需仔细确认宿主控制器的计算能力，存储能力和控制器硬件规格是否可以符合国标GB/T32960.2的要求。
2RTM车辆总线报文设计
国标中对RTM终端采集数据的分辨率要求为1Hz。为生产RTM数据，RTM终端需要从车辆总线上获得相关RTM数据项的原始报文，在系统设计之初需要确保所有RTM相关报文在总线通讯矩阵上已经路由到RTM终端设备所在的总线，相关车辆实时数据要求及控制器名称如表2所示。除了保证RTM终端可以收到所有必需的原始信号外，还应充分考虑到在一个采集周期内，信号之间的一致性与同步性。如图2所示，在一个RTM信号采集周期内，电池单体电压是不断变化的。若RTM终端在t+300ms时刻采集到所有单体电压测量值，在t+700ms时刻采集极值数据中的最大单体电压值，则会造成上报数据的不一致性，即在0x06极值数据中显示的最大单体电压为单体n，在0x08可充电储能装置电压数据中上报极值数据中上报最大单体电压为单体m。在设计RTM相关总线报文过程中，可以从以下几个方面提高RTM数据的一致性：（1）提高报文发送频率，但是需要注意对报文优先级和发送周期的合理设置，不能干扰正常的总线通讯；（2）引入RTM数据校验检查机制，在发送RTM数据前对数据一致性进行检查，并使用相应判断逻辑修正；（3）相同控制器的相关RTM信号，尽量在同一帧总线报文内发送。
3RTM报文生成逻辑设计
由于国标要求车辆上报行驶和充电过程中的所有数据，因此车辆RTM终端必须为一个KL30供电的控制器，在系统设计过程中需要设置合理的唤醒和休眠条件，以免对整车低压电池造车不需要的消耗。同时，准确的时钟输入是RTM准确工作的前提，时钟源可以为GPS，4G网络授时或NTP授时的组合方案，考虑到车辆在地下室等场既没有GPS后没有网络的情况下，建议为车载终端安装硬件时钟。另一方面由于车身网络（CAN网络）固有的非实时性[6]，报文需要在仲裁机制下发送和接收，以对总线信号进行缓存。典型的RTM报文生成逻辑如图3所示。其中，“RTM报文生成”是指通过相关算法，将车辆总线上的特定信号转换为符合国标要求的数据格式，需注意上报数据需要在国标要求的值域内；“RTM报文校验”是指检查RTM报文的内部一致性，相关的重点检查项目有：（1）电池包总电压等于一个单体电压之和；（2）0x08电池单体电压值需要与0x06极值数据及0x07报警数据报文相一致；（3）0x09电池温度测量值需要与0x06极值数据及0x07报警数据报文相一致；（4）在纯电模式下行驶，电机总输入功率应小于等于动力电池输出功率；（5）电机电流需要与电机状态保持一致；（6）发动机状态需要与发动机转速和燃油消耗保持一致；（7）车辆位置数据应在合理的变化范围内（前后两次定位点直线距离在车速积分的2倍距离范围内）；（8）SOC不应发生大于2%的跳变；（9）累计里程应递增；（10）档位数据块中的驱动力状态需要和电机转矩，发动机转速，加速踏板位置等保持一致；档位数据块中的制动力状态需要和制动状态保持一致。
4车载终端计算及存储能力设计
国标规定车载RTM终端每秒进行一次数据的采集和存储，并以不超过30秒一次的频率向后台上报。因此车辆终端的最小存储能力为：（1）式中：M为车载终端最少需要的存储空间；L为单条实时报文长度；s为保险系数。平台同时对RTM数据上报有延时率要求，即对于实时报文，若后台收到RTM报文的时间明显大于RTM报文自带的时间戳（>30s），则后台会判定此报文延时。一段时间内产生的延时报文越多，总体报文延时率越高，延时率也是国标过检的重点检测项目。产生延时的原因除了受网络影响外，RTM车载终端的计算能力也十分重要。RTM车载终端需要保证在t时刻的报文产生后可以立即将报文发送出去。需要对RTM车载终端的操作系统和中断优先级进行设计合理。
5结论
为提高新能源汽车运行的安全性，不断推广新能源汽车在我国的普及率，国家有关部分制定了车辆数据实时监控的国家标准（GB/T32960-2016）。整车企业需要根据此标准设计RTM车载终端，在设计过程中需要对车载网络拓扑结构，总线报文，RTM报文生成逻辑，车载终端计算及存储能力进行具体设计，以完全实现国标的要求，同时保证车辆上报数据的真实性和可靠性，为后续的数据处理和数据分析提供有力支撑。应用上述设计要求的车载终端已顺利通过了国标对于车载终端性能和数据传输协议的检测并获得准入。
作者:胡舟宇 李媛媛 单位:保时捷工程技术研发
