车用发动机远程监控技术研究

周庆平 李捷辉

摘 要：为实现车用发动机远程监控，根据数据传输流程，结合网络传输特性，设计一套车用发动机远程高速数据传输与监控系统。通过ECU下位机数据采集程序、车载控制终端数据传输程序和远程服务器控制程序，将车载控制终端接入互联网并远程高速传输数据。系统采用网络模块实现移动接入互联网，车载监控终端完成发动机数据采集和处理。测试结果表明系统运行稳定，远程监控信息传输准确。

关键词：发动机;远程监控;CAN通讯;网络

中图分类号：U464  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）05-99-03

Abstract： In order to realize the remote monitoring of vehicle engine， a set of remote high-speed data transmission and monitoring system of vehicle engine is designed according to the data transmission process and the characteristics of network transmission. Through the data acquisition program of ECU， the data transmission program of vehicle control terminal and the remote server control program， the vehicle control terminal will be connected to the Internet and transmit data at a high speed. The system uses the network module to realize the mobile access to the Internet， and the vehicle monitoring terminal completes the engine data acquisition and processing. The test results show that the system runs stably and the remote monitoring information transmission is accurate.

Keywords： Engine; Remote monitoring; CAN communication; Network

前言

随着车联网技术的发展，汽车电控技术逐渐向分布式开放性的远程、联网化监控方向发展。由于网络技术的广泛运用，远程监控技术应运而生，早期运用于工业设备的远程控制和监测，使用有线网络对位置固定的工业设备进行远程监控[1]。而汽车作为移动设备，对其发动机进行远程监控，则必须采用无线网络技术通过远程服务器与车辆建立点对点的通讯[2]。

在工程机械领域，由于工作环境和任务的特殊性，多使用GSM甚至GPS技术进行通讯，不仅价格昂贵而且数据传输速率低、延时高，所以不适用于普通车辆[3]。

目前，网络技术发展已成熟，具有传输速率高、覆盖范围广、服务价格低等特点。因此，采用网络技术实现车载控制器和远程服务器的通讯是性价比最高的方式[4]，同时对传输数据采取AES加密，提高了系统的安全性。

1 系统总体架构及工作原理

车用发动机远程监控系统，不仅可为用户提供不受距离限制的车辆控制，以便随时掌握车辆运行状态，而且可为企业提供經济实惠的产品信息监测方式，进行发动机故障预警和诊断服务。系统分三部分，分别为远程服务器模块、车载控制终端模块和车载CAN网络模块。

远程服务器模块是一台具有公网IP的PC机，配有以太网卡，实现与车载控制终端间的通讯;车载控制终端模块基于Cotex-A8微处理器，配置有网络模块，通过网络连接远程服务器;车载CAN网络节点为高低速CAN节点，高速CAN节点为发动机;低速CAN节点包括车门锁、电动车窗、车灯等。

系统工作原理是使用远程服务器和车载控制终端，应用CAN总线和网络，实现车用发动机数据采集和远程传输。车载控制终端通过网络与远程服务器连接，在查询控制过程中，不仅将远程服务器的查询控制指令以CAN报文格式发送至CAN网络，还将收到CAN节点的指令执行结果/当前状态信息由网络发送至远程服务器。远程服务器通过车载控制终端收集发动机运行信息，并储存于数据库中;在远程控制过程中，远程服务器将接收到的控制命令解析，向各个节点发送。

系统采用网络通讯，降低通讯延时，满足系统扩展，节约成本;使用TCP/IP协议，实现车载控制终端与远程服务器的数据传输，保证通讯可靠性;系统采用AES加密算法对传输数据加密，保证了安全性。

2 远程监控系统硬件设计

车载发动机远程监控系统硬件包括三部分：远程服务器、车载控制终端和车载CAN网络节点。

2.1 远程服务器模块

远程服务器为一台具有公网IP的PC机，是软件的运行平台及数据储存平台。其CPU为Intel四核处理器，内存8G（DDR3），具有RJ45、RS232、和USB等接口，性能满足系统运行需求。

2.2 车载控制终端模块

车载控制终端负责与CAN网络各节点进行数据交互，承担通讯任务，故对主控制器性能要求较高。系统采用微处理器S5PV210为主控制器，使用ARM CortexTM-A8内核，主频为1GHz。系统配置华为MU509型网络模块，通过USB接口连接，提供最高上行速率384kbps、下行速率3.6Mbps的分组数据业务，内嵌TCP/IP协议，实现与网络互联。

2.3 车载CAN网络节点模块

依据通讯速率的不同，分为高速CAN和低速CAN。高速CAN与实时性较高的发动机节点相连，通过USB-CAN协议转换器与车载控制终端连接。低速CAN与车门窗、车灯等节点连接，实现通讯。

3 系统软件设计

系统软件包括远程服务器软件、车载控制终端软件和下位机软件。

3.1 远程服务器软件

遠程服务器采用Linux 3.13内核操作系统，运行服务器端控制程序，流程图如图1。

程序启动后，首先创建套接字并开始监听指定端口，等待车载控制终端连接请求;当接收到连接请求后返回一个套接字，与车载控制终端进行通讯，然后创建两个独立线程分别负责通讯数据的接收和发送，接收到的数据将以文档格式保存在本地;当接收到车载控制终端的身份验证消息后，即进行校验，如果校验失败则发送验证失败消息，断开连接结束本次通讯。

3.2 车载控制终端软件

车载控制终端使用Linux2.6内核操作系统，流程图如图2。

程序启动后，首先初始化，打开网络，创建套接字，请求接入指定服务器，并发送身份验证信息;若验证失败，则重新连接，否则创建数据发送和接收线程;当收到服务器的控制指令，经过数据解析判断节点ID，若是发动机节点，则通过USB-CAN协议转化器转发至高速CAN总线，若是其他节点ID则转发至低速CAN总线。节点收到指令执行控制动作，并将执行后的结果信息反馈，发送至远程服务器;信息采集过程中，车载控制终端对数据信息进行AES加密后经网络转发给远程服务器。若接收到远程服务器关闭连接指令，则断开与服务器的连接结束本次通讯。

4 通讯测试与结果分析

表1  CANMonitor数据

由表1可得，帧ID为0x00000007为发动机转速报文，帧ID为0x00000008为负荷报文，均为标准数据帧。下位机程序设定CAN报文发送任务为100ms，由时间标识可知，相邻两帧CAN报文的时间间隔即为100ms，与下位机程序设计一致。

由表2可知，不同网络负载率下，网络的平均延时和系统总延时。随着网络负载率的升高，网络延时增大，在75%网络负载率下，时延最大值为398.3ms，完全满足发动机监测系统需求。

5 结论

采用网络通讯、TCP/IP协议、CAN总线以及多线程等技术，针对车用发动机远程数据传输，结合网络传输特性，设计并完成车用发动机远程监控系统。测试表明：系统下位机程序成功采集发动机运行信息，并稳定可靠地发送至车载CAN网络;系统通过网络，进行与远程服务器间的据传输，有效地进行车载控制终端与远程服务器间的通讯，满足车用发动机远程监测系统需求;基于车联网的车用发动机远程监控系统实时性高、数据传输准确。

参考文献

[1] 王聪.基于Android的嵌入式测控系统设计[D].东北大学，2013.

[2] 安恒亮.基于车联网的车载终端中GPS导航系统的研究和设计[D].长安大学，2016.

[3] 潘军威.基于嵌入式Linux的工程机械远程监控车载系统研究[D]. 浙江大学，2014.

[4] 肖德琴，黄顺彬，殷建军，等.基于3G和Wi-Fi的高分辨率视觉传感器传输控制方案（英文）[J].农业工程学报，2015， 31（9）：167-172.