工程机械搭载北斗卫星车载智能系统问题研究

摘要：2020年发布的《中国非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求》对于工程机械的发动机污染物排放控制的非常严格。规定要求工程机械必须安装便携式排放测试系统（PEMS） portable emissions measurement system （北斗卫星车载智能系统），同时进行污染物浓度测量、排气流量、湿度、环境温度、大气压力的测 量和柴油机转速、负荷、扭矩、经纬度及海拔等相关参数进行实时测量或采集的整套排放测试系统。北斗卫星车载智能系统在运行过程中存在数据丢失，数据统计不准确等故障。

关键词：车载智能系统，工程机械，故障诊断

主要故障类型及其解决方案

（一）部分数据丢失导致无法获得机器全部车况信息，影响故障诊断

按照技术要求整车工作的过程中每隔一段特定时间需要上传一条工况数据，数据包含发动机相关的温度、压力、液压系统相关的流量、压力等等工况信息，这些数据对于掌握车辆运行情况、维修保养提醒、改善操作习惯、提高燃油经济性、故障诊断等方面有重要意义。部分车辆发生的数据丢失问题影响了用户的使用以及故障诊断的需求。通过分析发现当车辆工作在信号较弱的区域即盲区时终端无法按照每两秒钟一次的频率发送数据，按照技术要求盲区数据需要临时存储在终端上待信号恢复较强后一次性上传盲区数据，这个功能称为盲区补偿。通过分析车辆丢失数据和正常传輸数据时的信号强度，发现数据传输准确性和车辆所在信号强度成负相关的关系。通过调查部分车辆发生丢失的数据正是属于盲区数据，究其根本原因是终端分配用于存储盲区数据的空间不足导致当盲区数据较多时不能全部存储下来，从而部分盲区数据丢失。

因为盲区数据的验证工作没有在整车上做过实际验证而是由终端供应商在实验室完成的模拟测试，导致问题没有在产品交付客户前及时发现。由于液压挖掘机的工作地点多为矿山、隧道等信号较弱的地区，车辆工况数据经常需要以盲区补偿的形式发送给服务器。为了确保任何情况下的工况数据都可以被存储下来并完整的上传到服务器，终端供应商修改硬件使得可以分配给盲区数据更多的存储空间，更改后除了供应商进行必不可少的实验室验证，同时在整车上进行完整的实际盲区数据存储测试。

（二）行走数据统计结果不准确

履带式液压挖掘机主要的工作包括挖掘、起吊、平地、装车，行走的比例不高，所以履带式液压挖掘机的履带结构及行走驱动装置不同于坦克这种将行走作为主要使用工况的装备。如果液压挖掘机的行走时间占总的工作小时数的比例高于5%，履带板及与行走相关的驱动装置磨损会比较严重，会导致履带脱轨、行走速度异常、拖链轮和支重轮失效等严重问题。所以需要通过北斗卫星车载系统终端采集行走信号并统计发生行走的工作小时数，分析行走小时数占总的工作小时数的比例并且将数据上传到平台上供相关人员用于车辆行走工况的追踪和分析。

车辆工作一段时间后工程师发现行走的统计数据有误，行走小时数与非行走小时数之和不等于总的工作小时数，通过计算发现偏差高达30%-40%，意味着有30%-40%的工况数据丢失没有被统计在内，既没有统计为液压挖掘机正在行走也没有统计为没有行走。高比例的数据缺失导致无法追踪用户的实际使用工况，当用户的车辆发生履带及相关元器件失效时缺乏分析问题的原始数据，同时导致在客户索赔后没有依据支持是否赔付的决定，代理也无法准确知晓客户的使用习惯，不能及时指导客户减少行走的工况。

通过调查发现终端供应商在算法和采样频率上的逻辑存在一些问题，首先5分钟采集一条数据会丢失掉短时间的行走信号;其次算法上只有当连续8次采集到的都是行走信号时才会计入行走的小时数，从而导致部分行走的工况和未行走的工况都没有被统计在内。同时传感器硬件故障、盲区数据丢失、通讯故障也可能会导致行走数据的不准确。

（三）远程升级程序过程中发生终端死机问题

北斗卫星车载终端系统具有远程升级的功能，当终端有新的软件发布后需要通过远程的方式对已经销售给用户的车辆进行软件升级，在远程升级过程中部分车辆终端失去了与CAN线的通讯能力，导致触发了锁车指令，发动机被限制在怠速状态无法提高转速。通过初步调查发现终端开始触发锁车指令的日期和终端远程更新程序的时间为同一天，而且发生故障的终端设备在平台上均显示为远程升级失败。

为了找到问题的根本原因通知代理商用新的终端将客户车上的终端更换下来发往供应商处进行深入的调查研究。供应商收到失效件以后首先模拟整车上的其他控制器发送CAN线信号尝试与北斗卫星终端设备进行通讯，发现终端即无法接收CAN线信息也无法发送CAN通讯信号。通过对终端各个元器件的逐一排查发现EEPROM的数据被改写，被改写的时间与远程软件升级失败的时间完全一致。最终得出结论软件远程升级过程中某些未知原因导致EEPROM的数据被改写，从而出现远程升级失败和触发锁车指令，导致发动机转速被限制在怠速状态不能提高转速。

为了解决EEPROM被改写的问题供应商对终端的软件做了优化，将EEPROM改为只读任何情况下都不会因为远程升级改写其中的数据。

参考文献

[1]张正烜，高亢，郭广阔，柴伟平.北斗卫星车载系统应用产业化发展探讨[J].卫星应用.2019（11）.

[2]张晨，王阳，闫芳君.北斗卫星车载系统应用终端检测技术分析[J].设备管理与维修.2019（11）：127-128.

[3]张盼，吕雅琴，邓来军.基于北斗定位系统的工程机械挖掘机显控终端设计[J].现代制造技术与装备，2018（2）：94-9.

作者简介：张洪波（1984.4—）女，2005年7月毕业与太原理工大学电气工程及其自动化专业，学历本科，2020年12月毕业于南开大学MBA专业。