基于OBD—Ⅱ数据的轿车运行状态数据采集系统与道路试验

罗明 黄珊珊 狄振华 段飞

摘 要：在机动车保有量不断增长的背景下，为实现缓堵保畅和节能减排的目标，对运行汽车状态数据的研究分析就显得尤为重要。文章采用自编软件，利用车载诊断系统（OBD-Ⅱ）采集汽车运行数据，并进行大样本对比分析，为汽车排污预测、防污措施建议等研究工作提供了数据保证。

关键词：OBD-Ⅱ；运行状态；数据采集

中图分类号：U473.4 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）17-124-03

Abstract： In the context of increasing vehicle ownership， it is particularly important to study and analyze the vehicle status data in order to achieve the goals of slow plugging， smooth maintenance， energy conservation and emission reduction. This article includes software， using the on-board diagnostic system （OBD-Ⅱ） car running data， and carry on comparative analysis of the large sample for car pollution forecast， anti-fouling measures suggested that provides data to ensure such as research work.

Keywords： OBD-Ⅱ； Running state； The data collection

CLC NO.： U473.4 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-124-03

前言

OBD-Ⅱ（On-Board Diagnostic Ⅱ） 车载诊断系统是现代汽车广泛使用的一种故障自诊断技术，它可以检测汽车运行状态和控制参数等数据[1]。这些数据标准目前被世界各大汽车制造厂商广泛支持。支持该标准的汽车的 ECU 具有监测发动机控制系统和排放系统的能力，当汽车的某个系统发生故障，便会产生相应的故障代码。通过一定的程序可以从 ECU 中获取故障码，这样就可以准确的确定故障的性质和部位。此外，还增加了范围广泛的监测系统，使得对汽车实时工况的监测成为可能[2]。

1 基于运行车辆状态数据采集和编译系统

本文使用的后台数据采集分析软件采用C++语言编写，编译调试环境为Visual Studio 2017，如图1。采集车辆运行状态数据的OBD设备采用GPRS发送模块将数据打包发送至后台处理，采集车辆运行状态数据的OBD设备与车辆ECU进行通讯，GPRS接收模块通过串口和后台电脑相连[3]，如图2。在初始化阶段软件对串口OBD设备进行参数配置，以保证软件与ECU能正常通讯；在数据采集阶段软件通过发送OBDII诊断请求，同步获取各PID实时数据，当所有PID数据获取完毕，按一定格式写入文件，如此反复，直到用户停止数据采集。

2 车辆状态数据采集道路试验设计

本文采用道路试验采集的实车数据，是建立行驶工况和运行参数模型的原始资料。为了体现城市交通环境中汽车的行驶特征，设计了行驶速度—时间曲线、车速—耗油率等曲线。理论上，试验采集数据的时间越长，样本容量越大，分析结果就越具有代表性。然而测试费用就越高。一般来说，汽车道路试验主要包括试验规划、数据采集、数据分析与建模和模型验证4个过程。

试验线路的选择直接关系到所构建的行驶工况的真实性。为保证试验的真实性，本试验按照道路在城市中的地位、作用、交通性质、交通速度以及交通流量等指标，道路可以划分为快速路、主干路、次干路和支路四种类型。汽车行驶状况主要受道路等级、交通强度（汽车流量、周转量和饱和度）、交叉口密度（路段内交叉口型式和数量）和时间四大因素的影响。在城市中，同一道路等级不同的交通强度必然对应着不同的行驶工况；一定的交通强度范围内，同样等级的道路，行驶工况受交叉口密度影响较大。道路交通状况调查，是汽车行驶选择最基础的前期阶段。道路调查的目的是从路网中筛选出代表性试验线路，以少量实验数据获得全局特征的统计结果。据此，选取的试验线路全长52.7 公里，其中快速路16.23 公里，占全长30.9%；主干路26.98 公里，占全长51.3%；次干路9.49 公里，占全长17.98%。

具体形式路线为：陕西交通职业技术学院→未央路→北大街→钟楼→南大街→环城南路西段→太白北路→太白立交→南二环西段→沣惠南路→科技六路→西三环南段→西三环北段→北三环西段→文景路→凤城四路→陕西交通职业技术学院。此路线的设计充分考虑到了西安市区的道路状况，采用环状道路测试，道路类型和路面拥堵情况涵盖了城市交通状况的主要类型，既有城市中轴线的拥堵路面，也有环线和快速干道。

本文采用平均车流统计法，分别选取低峰、平峰和高峰三个时段进行道路试验，同时观测记录天气、温度、风速、能见度等信息。为了获得精度较高的模型，试验数据量需达到一定值。根据试验数据量与结果准确性的关系，结合国内外文献，本次道路试验连续进行7天。未考虑到城市道路的实际用车情况，为了尽可能的模拟城市交通的状况，本次试验选取一周7天为试验周期，涵盖五个工作日和两个公休日。采用的环状试验道路也能尽可能大的拟合城市交通运行状况。

3 试验车辆选择

为保证试验的准确性，为了更大限度的模擬城市车辆运行状况的测试，本次文选取了市面上最常见的车型为例，测试的车型均选取非常有代表性和保有量较大的车型。其中德系车包括一汽大众高尔夫，一汽大众迈腾，上汽大众朗逸，斯柯达速派，昊锐，北京奔驰GLC；美系车包括别克君威，福特翼虎，福特锐界；日系车包括丰田汉兰达，本田CRV；韩系车包括东风起亚智跑；法系车包括标致3008，4008，雪铁龙C5；国产汽车包括比亚迪L5，吉利帝豪；进口车包括奥迪Q5，共计18辆车。车型的排量，发动机类型，变速箱类型和车龄都进行了严格的分类。此次试验的车辆选择了2011年到2016年出厂的七年间的汽车。排量从1.5L到3.2L，也是城市用车绝大多是的排量范围。发动机类型选择了自然吸气和涡轮增压两种模式，变速箱也选择了手动变速箱，自动变速箱，双离合变速箱。此次试验的车辆选择非常丰富，部分车型及铭牌如图3。

4 试验结果及分析

本软件的采集数据是以TXT文件生成，可以以EXCEL文件保存，本软件可以从OBD中读取车辆速度，发动机转速，节气门位置等24组数据，数据的采集方式以时间轴为坐标，每秒钟抓取两组数据，每分钟可抓取120组数据，本文采用的环线测试道路为52.7KM，每次测试时间平均为2小时34分钟，可采集有效数据约18480组。以未央路北段为例，本文利用OBD数据采集数据测试系统对测试车辆采集的数据进行处理，并与相同时刻不同车辆的状态采集数据结合，部分原始数据记录如图4，经过整理后截取的部分数据如图5。取其中一些参数生成运动曲线，如图6、7、8所示。

5 结束语

汽车状态远程监测与故障诊断不仅适应了计算机技术、信息技术和大交通系统相接轨的趋势，而且能够提高汽车检修和维修的可靠性，消除不必要的浪费，提高汽车行驶的安全系数，具有巨大的经济和社会效益，因此开展这方面的研究意义重大[4]。基于OBD-Ⅱ数据的轿车运行状态数据采集系统以现有移动通信网为载体，充分考虑汽车自身移动性、小价值和分散的特点，为汽车状态监测与故障诊断工作的开展做出了重要的前期基础工作，对于道路管控、环境监测等具有一定的现实意义和较大的推广价值。

参考文献

[1] 郭振.基于车联网的车辆信息采集系统的设计与研究[D].长安大学，2015.

[2] 牛晓晓，刘强.OBD 车载诊断系统综述[J].汽车零部件，2010，（04）： 73-76.

[3] 屠雨，张凤登，单冰华.基于汽车OBD车联网的设计与实现[J].电子测量技术，2016，（08）：32-36+47..

[4] 何军，刘代宏，张雨.基于无线网-因特网的汽车状态远程监测与故障诊断系统研究[J].交通世界，2005：58-61.