基于Wi-Fi的新能源客车无线诊断系统的研究

陈祥威，王文扬，王　　旭，陈　　正（中国汽车技术研究中心汽车工程院，天津　300300）



基于Wi-Fi的新能源客车无线诊断系统的研究

陈祥威，王文扬，王旭，陈正
（中国汽车技术研究中心汽车工程院，天津300300）

摘要：Wi-Fi技术的应用使得中远距离数据诊断得以实现，解决了大多数诊断仪都是基于硬线或者短距离无限数据通信的问题。本文首先简要介绍新能源客车无线诊断系统功能和系统组成，然后重点描述车载终端和显示终端的系统组成及功能分析，并介绍其软件和硬件设计。

关键词：新能源客车；无线诊断；监控系统；Wi-Fi通信

随着网络和通信技术的发展，用户对无线通信的需求与日俱增，Wi-Fi凭借其独特的优势得到了普遍认可，显示出极大的应用前景，Wi-Fi已成为无线网络接入的主流标准。国内外许多地区都提供了Wi-Fi信号覆盖域，只要随身携带的电子产品上有Wi-Fi终端，便可接入互联网［1］。

当前汽车诊断系统主要采用有线的形式，维修工程师需要打开车身，找到行车记录仪接线后进行行车数据的分析。这样的分析方式效率低，对工程师的技术要求高。Wi-Fi技术的发展推动了其在汽车运行数据监控领域的发展。汽车用无线诊断系统模块便于安装、使用、管理和重组。

Wi-Fi无须布线、覆盖范围广，目前大功率设备传输距离可达6.5km。Wi-Fi技术传输速度快6～22MB／s，应用广泛，笔记本、iPad和手机等都有无线支持。汽车用无线诊断系统的应用使工程师不必打开车身，利用笔记本、手机等就能检测汽车的运行记录等数据。在停车厂中维修工程师可以从上位机查看多个车辆的数据，使其工作效率大大提高。可以实现数据的自动备份，方便查询和跟踪管理［2］。

1　新能源客车无线诊断系统功能介绍

研发、售后维修等相关人员使用笔记本电脑、手机、Pad等移动终端，通过Wi-Fi网络实时采集新能源客车的诊断数据、蓄电池、电机电压、电流、温度等相关状态参数，以及整车的运行数据。相关人员可以方便地查看诊断数据以及整车的其他重要数据，给技术改进和售后维修提供数据分析，极大地方便了研发和售后环节。

售后工程师、销售工程师、研发工程师、管理者等不同角色可以根据各自不同需求选择不同的移动终端，如Android系统手机、iphone、iPad、PC机，直观地了解到对各自有用的数据。使用者可以根据需要，利用移动终端的软件对新能源客车诊断系统进行操作，例如清除故障码。

2　新能源客车无线诊断系统组成

图1为新能源客车无线诊断系统功能示意图。新能源客车无线诊断系统由车载无线诊断终端和移动显示终端组成。

车载无线诊断终端是新能源客车无线诊断系统的关键部分，通过CAN总线采集电机控制器故障信息、发动机故障信息、CMS故障信息、BMS故障信息等数据，通过Wi-Fi网络实时把采集的信息发送到Wi-Fi移动终端，其中PC可以把数据存储到数据库中。车载终端在通过Wi-Fi发送数据的同时，把采集的数据以txt文件形式存储到SD卡中；SD卡中的数据可以直接导入PC的无线诊断数据库里。

移动显示终端包括笔记本、手机、Pad等移动设备，不同的移动设备适合不同的人员使用。笔记本配置高、屏幕大、可安装数据库，因此显示的数据多，能够进行数据存储、查询历史数据、导出历史数据，有图表功能和曲线比较功能，适合开发人员监控车辆运行状态，完善车辆设计工作。Pad屏幕较大、配置较高，因此可以显示详细故障信息和基础数据，便于售后维修人员迅速判定车辆故障，确定维修策略。手机屏幕较小、配置较低，不能显示过多数据和运行过多功能，只能显示重要故障和重要数据，如发现故障只能提醒使用者车辆有故障，使用者 （如驾驶员）可采取应急措施尽量保证车辆安全，然后报告给相关部门。

本系统的定位芯片选择芯星通的UM220BD2／GPS双系统导航／授时模块，GPRS模块选择GL868，主芯片选择LPC2388，根据设想功能主芯片通过RS232接口和定位芯片UM220BD2／GPS以及GPRS芯片GL868进行通信。

硬件系统主要由主处理器、电源管理、通信、定位模块、CAN接口、存储6部分组成。

1）主处理器部分主要由主处理器LPC2388、RTC时钟电路、硬件看门狗组成。

2）电源管理部分主要对芯片用电进行管理，对24／12 V、5 V、3.3 V、3.0 V等用电进行合理化配置，降低功耗。

3）通信部分主要是配置GL868外围电路，车载终端通过通信部分与监控平台进行远程通信。

4）CAN接口部分主要是设计了两路CAN接收电路，可以通过CAN网络对整车控制器、电机控制器、电池管理系统等数据进行采集。

5）本系统数据种类繁多，数据量大，而且要求掉电时采集的数据能及时保存。系统下位机需要设计一种高效的数据结构和储存方法。SD卡的存储容量为2GB，用于存储新能源数据，系统还有4MB的数据存储器，用于存储系统基本数据和GPS定位数据。

3　新能源客车无线诊断车载终端

3.1无线诊断车载终端功能描述

无线诊断车载终端功能包括数据采集、数据通信、数据存储、参数设置、USB导出数据、RTC时钟、休眠唤醒、Wi-Fi通信模式切换等功能，其框图如图2所示。

图2　　新能源客车无线诊断功能框图

数据采集功能：主要通过CAN通信模块采集CAN总线上的诊断信息、车辆运行状态等数据，数据是无线诊断的基础。

数据通信功能：通过Wi-Fi无线模块把采集的数据发送到移动终端，Wi-Fi的通信速度快，能够把大量数据快速传递。

数据存储功能：在没有接入移动终端的情况下，CAN模块采集的数据要存储在SD里，在需要的情况下可以导入PC机的数据库里。

参数设置功能：通过IC卡模块给车载终端设置Wi-Fi通信需要的车工号和终端标识等信息，这些信息是安装车辆和车载终端的惟一标识。

USB导出数据功能：是导出数据的一种手段，可以通过U盘导出SD卡里的存储数据到PC机数据库。

时钟功能：无线车载终端实时给出时钟，和诊断数据一起发送到移动终端或存储到SD卡。

休眠唤醒：在新能源客车钥匙信号关闭情况下模块会进入休眠状态。

Wi-Fi通信模式切换功能：可以任意切换无线诊断模块的通信模式，无线路由器模式或无线接入点模式，无线诊断模块默认是无线路由器模式，这时笔记本、Pad、手机等移动终端可以连接到无线诊断模块；当进入总站时，需要把无线车载终端切换到无线接入点模式，主动连接总站机房服务器传送数据。

3.1.1实时跟踪管理

实时跟踪管理是查看所有车辆的实时记录、车辆状态信息及车辆参数信息的展现管理。主要功能如下：①车辆状态信息查询：对车速 （终端上传的车速、GPS上传的车速）、车门、制动、左转、右转等状态信息进行查询；②车辆蓄电池信息查询：对蓄电池的数量、电流、电压、容量和其它属性进行查询；③车辆电机信息查询：对电机的电压、电流、功率和其它属性进行查询；④终端监控：对终端的状态检查、远程开关、车辆外围设备控制、电机控制器、蓄电池充电信息进行查询。

3.1.2车辆报警监控

车辆报警信息会以推送或通知的形式，提示给监控端用户，用户可以根基报警提示看到车辆的各种异常情况。主要功能如下：①区域驶入报警：驶入指定区域报警；②区域驶出报警：驶出指定区域报警；③超速驾驶报警：车速超出设置的最高限速时报警；④疲劳驾驶报警：单次连续驾驶时间超出最大设置时长将报警；⑤异常车况报警：车辆的蓄电池容量、散热器水温、制动片厚度等车况信息超出设定值时报警。

3.1.3监控车辆管理

监控端可以点名车辆，查看车辆坐在位置，跟踪车辆的全部形式参数等信息。主要功能如下：①车辆点名：单次呼叫车辆立即上传一次车辆需要监控的信息；②车辆定时跟踪：接收由车载终端按指定时间间隔上传需要监控信息；③车辆定长跟踪：接收由车载终端按车辆行驶指定距离上传监控信息。

3.1.4电子地图

电子地图是GIS系统的功能基础。主要功能分为电子地图配置管理和基础功能。

1）电子地图接口配置管理：定义不同是地图服务商的接口；目前使用百度地图。

2）电子地图基础功能。地图缩放：地图的放大缩小功能；地图漫游：对地图进行移动等操作；地图图元：查询地名、建筑物等信息；地图鹰眼浏览：通过鹰眼地图定位地图；地图定位：显示定位的中心、经纬度定位、高度标注；地图测距：测量两个地图位置的路径距离。

3.1.5系统管理

系统管理是对移动端参数和权限的管理。主要功能如下：①用户管理：管理中心系统的操作用户，对用户名、密码、真实姓名、Email、在职状态等信息进行登记和修改操作；②数据管理：生成图片文件备用，从数据库中获取数据操作；③加密设置：设置私人加密密码；④版本控制：更新软件版本。

系统管理主要功能界面图如图3所示。

图3　　系统管理主要功能界面图

3.2无线诊断车载终端硬件设计

新能源客车无线诊断硬件设计主要包括CAN通信模块、Wi-Fi通信模块、SD卡读写模块、IC卡读写模块、USB读写模块、时钟电路模块、电源模块、硬件看门狗模块。如图4所示。

图4　　新能源客车无线诊断硬件设计框图

1）CAN通信模块设计：CAN通信模块采用汽车级的高速CAN收发器，完全符合ISO11898标准低功耗模式，可通过总线唤醒，预留两路CAN接口，波特率设置可选250kb／s和500kb／s。

2）Wi-Fi模块设计：采用基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置TCP／IP协议，能够实现用户串口、无线网 （Wi-Fi）2个接口之间的数据转换；符合IEEE 802.11n、IEEE 802.11g、IEEE 802.11b等无线标准；实现Wi-Fi无线接入点／无线路由器2种工作模式的自由切换。

3）SD卡读写模块设计：ARM7芯片自带SD卡接口，数据以文件形式存储；存储的数据有时间标识；SD卡内存满后，最新接收的数据填充代替接收时间最早的存储文件数据 （滚动存储）。

4）电源模块设计：满足9～36V输入，采用隔离的电源模块，解决通信、数据处理及无线发送的电源问题，确保数据的可靠传输，满足汽车电磁环境。

5）USB读写模块：ARM7芯片自带USB接口，完全符合USB2.0规范 （全速）；支持32个物理 （16个逻辑）端点；支持控制、批量处理、中断和同步端点；可在运行时对端点的实现进行升级；支持在所有非控制端点上进行DMA传输；允许在由CPU控制和DMA模式之间进行动态切换；在批量端点和同步端点上实现双缓冲［3］。

4　移动终端显示软件

移动显示终端软件设计了PC版、手机版、Pad版等不同版本，由于PC版本功能最全，本文主要介绍PC版软件。

4.1无线诊断系统PC机版软件功能介绍

新能源客车无线诊断系统PC机版本软件主要功能包括终端时间同步、故障消息清除、诊断信息显示、诊断信息存储、日志信息查询、SD卡／U盘数据导入等功能。如图5所示。

图5　　无线诊断系统PC机版软件功能框图

1）终端时间同步功能：无线车载终端自带的RTC时钟系统有累计误差，为保证时钟的准确性，每次无线车载终端和PC机或笔记本电脑通信时，新能源无线诊断软件会自动校准无线车载终端的时间。

2）故障信息清除功能：当新能源客车发生故障时，故障码会继续存在于车载诊断系统的地址中，有时为了调试需要清除故障码，这种情况下可以利用PC版软件的故障清除功能进行清除。

3）诊断信息显示功能：当无线车载终端和PC机或笔记本电脑通信时，PC版软件可以实时显示新能源客车的故障信息和重要参数，供相关人员参考。

4）诊断信息存储功能：无线车载终端通过Wi-Fi网络传送到PC机或笔记本的数据可以以预设格式存储在数据库中，相关人员可以从数据库中导出人眼可识别的数据格式。

5）SD卡／U盘数据导入功能：无线车载终端没能及时通过Wi-Fi上传的数据会连同时钟信息循环存在SD卡中，SD卡中的数据可以直接导入或通过U盘转存到PC机版本软件的数据库。

6）日志查询功能：相关人员可以查看PC机版软件的日志记录，包括PC机版软件连接过的无线车载终端的SSID、车辆车工号、最后连接时间等数据。

4.2无线诊断系统PC版软件设计介绍

PC机版本软件主要由通信模块、解析模块、存储模块、数据库管理系统、数据展示模块、图表展示模块、日期同步模块、日志展示模块等构成。其框图如图6所示。

图6　　无线诊断系统PC机版本软件设计框图

1）通信模块：主要负责无线车载终端和PC版软件的连接管理和数据传输，包括Wi-Fi连接和数据传输，SD卡连接和数据传输。由于数据通信频率高、数据量大，因此我们自定义了高速缓存模块来解决这个问题。

2）解析模块：主要负责按照制定通信协议解析接收到的数据，把解析后的数据提供给存储模块、数据展示模块、图表展示模块、日期同步模块、日志展示模块。由于解析模块需要同时进行多种工作，因此采用多线程模式来解决这个问题。

3）存储模块和数据库管理系统：主要负责把解析模块解析出来的数据按照预设格式存储到数据库中，数据库管理系统采用H2数据库。H2数据库具有很多优点，是开源数据库，没有版权限制；采用java编写，因此不受平台的限制；提供了一个web控制台用于操作管理，十分方便；适合作为嵌入式数据库使用，不需要单独的服务器和客户端［4］。

4）数据展示模块：当无线诊断模块通过Wi-Fi连接到无线诊断软件时，数据展示模块负责实时显示诊断数据、重要参数等重要数据。

5）图表展示模块：一些重要参数可以进行图表显示，便于用户比对。

6）日期同步模块：当无线诊断车载模块通过Wi-Fi连接到笔记本或PC机时，如果车载模块时间出现误差，PC版软件会自动校准车载模块时间。

7）日志展示模块：日志展示模块记录了PC版软件的使用情况，包括车载终端的连接记录、出错记录、SD卡数据导入记录等。

5　结语

基于Wi-Fi的新能源客车无线诊断系统是由中国汽车技术研究中心汽车工程研究院自主研发的一项研究，此项研究能有效地对新能源车辆进行诊断，满足实际使用的要求。Wi-Fi技术的应用使得中远距离数据诊断得以实现，解决了大多数诊断仪基于硬线或者短距离无限数据通信的问题，并且较无线通信网络而言则又节省了网络成本。此套系统已在多个大型整车厂应用，比如宇通客车。研制基于Wi-Fi的新能源客车无线诊断系统有十分重要的推广意义。

参考文献：

［1]刘学刚，魏建军.基于SAE-J1939的车联网无线诊断终端产品的研究与开发［J］.汽车实用技术，2012（5）：29-33.

［2］ 杨树子，吴波，胡春华，等.网络化制造与企业集成［J］.中国机械工程，2000（1／2）：45-48.

［3]赵军，李先华.基于移动通信网络无线定位技术的原理及应用［J］.测绘科学，2002（3）：48-51.

［4]罗振璧，盛伯浩，赵晓波.快速重组制造 ［J］.中国机械工程，2000，11（3）：300-303.

（编辑心翔）

中图分类号：U463.6

文献标识码：A

文章编号：1003－8639（2016）01－0017－04

收稿日期：2014-08-30；修回日期：2015-06-18

作者简介：陈祥威 （1989-），男，硕士，研究方向为汽车电子、汽车新能源；王文扬 （1980-），男，硕士，高级工程师，研究方向为汽车电子、汽车新能源；王旭 （1980-），男，硕士，高级工程师，研究方向为汽车电子、智能交通、汽车新能源、车联网；陈正 （1987-），男，硕士，工程师，研究方向为汽车电子、汽车新能源。

On Wi-Fi Diagnostic System for New Energy Bus

CHEN Xiang-wei，WANG Wen-yang，WANG Xu，CHEN Zheng
（Automotive Engineering Research Institute，China Automotive Technology&Research Center，Tianjin 300300，China）

Abstract：The Wi-Fi technology realizes data diagnosis of long-distance，which solves the problem that most diagnostic equipments rely on hard line or short-range wireless communication.The function and composition of the Wi-Fi diagnostic system for new energy bus is briefly introduced here with its software and design，emphasizing on the systematic composition and function analysis of its vehicle terminal and display terminal.

Key words：new energy bus；wireless diagnosis；monitoring system；Wi-Fi communication