構(gòu)架在OBD系統(tǒng)的遠程汽車監(jiān)測新方案

摘要 借助車聯(lián)網(wǎng)概念，推出了一種新的汽車維護管理概念及其實現(xiàn)方案。方案利用OBD及C／S網(wǎng)絡架構(gòu)，實現(xiàn)車輛信息遠程搜集并形成后臺數(shù)據(jù)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)汽車信息的集中化管理應用，通過提高汽車廠商的利益最終為車主提供更周到的服務體驗。文中圍繞方案的實現(xiàn)框架、合理性、可行性及其應用價值進行了一系列討論，并給出了具體的實現(xiàn)技術要點及仿真，包括OBD系統(tǒng)在汽車信息搜集中的應用。
關鍵詞 車輛信息搜集；遠程監(jiān)控；后臺數(shù)據(jù)系統(tǒng)；OBD系統(tǒng)

    車聯(lián)網(wǎng)，是指裝載在車輛上的電子標簽通過無線射頻等識別技術，實現(xiàn)在信息網(wǎng)絡平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態(tài)信息進行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)管和提供綜合服務。
    車聯(lián)網(wǎng)的概念在20世紀60年代已經(jīng)先后出現(xiàn)在美國、歐洲與日本等發(fā)達國家和地區(qū)，并先后發(fā)展起ITS、IVHS、RTI、VICS等車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在國內(nèi)，全國第四屆GPS運營商大會，車聯(lián)網(wǎng)的概念被首次提出，得到廣大專業(yè)人士的認同；在無錫舉行的中國國際物聯(lián)網(wǎng)大會上，國家將車聯(lián)網(wǎng)列為我國重大專項第三專項中的重要項目，中國的車聯(lián)網(wǎng)由此起步。到現(xiàn)今，一些供應商所提供的車載系統(tǒng)中，已經(jīng)基本實現(xiàn)智能導航、保養(yǎng)預約、咨詢查詢等功能，更方便車輛出行，在一定程度上提高了駕駛體驗。
    車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展除了能提供用戶更好的駕駛體驗，同時也應可以為汽車廠商或4S店等機構(gòu)提供強大的后臺數(shù)據(jù)反饋服務。這對他們的業(yè)務拓展以及服務延伸也是有意義的。有力的數(shù)據(jù)反饋能對車輛的突發(fā)異常狀況有及時的響應，對分析車輛的維修質(zhì)量提供依據(jù)；歷史性的數(shù)據(jù)可以為特定的車種提供有針對性和個性化的維修保養(yǎng)服務。
    論文提供了一個具備實時車況信息監(jiān)聽，車況異常報警以及行車數(shù)據(jù)記錄等強大后臺數(shù)據(jù)反饋功能的解決方案，即車載系統(tǒng)采集到車輛狀況信息后將其上傳至服務器，管理員可以登錄本方案系統(tǒng)的信息中心，使用車況遠程監(jiān)聽，異常情況遠程抓獲及車輛行車日志等功能廣泛收集行車數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)的主動分析，汽車廠商不但能為車主提供更高質(zhì)量、更主動的車輛維護服務，并且可以明確掌握某款、某系列汽車的運行狀況，這對車種的改進及優(yōu)化都有明顯的貢獻，同時可以提高汽車廠商的生產(chǎn)效率，減少車輛的維護成本。

1 方案的框架分析
    方案實現(xiàn)框架圖，如圖1所示。整個系統(tǒng)是由兩個服務器／客戶端(C／S)架構(gòu)子網(wǎng)構(gòu)成，車載系統(tǒng)與服務器構(gòu)成通過GPRS網(wǎng)絡構(gòu)成車／服信息交互網(wǎng)；信息中心與服務器通過包括符合TCP／IP協(xié)議的多元網(wǎng)絡組成信息交互網(wǎng)。鑒于開放網(wǎng)絡欠缺安全性，兩個子網(wǎng)絡的信息交互使用加密的通信方案，保證通信數(shù)據(jù)的基本安全。

2 方案的主要功能模塊定義
2．1 車載系統(tǒng)功能定義
    (1)作為反饋數(shù)據(jù)的來源，是信息中心進行上層服務所需基本數(shù)據(jù)的主要提供者，與OBD系統(tǒng)進行信息交互，實時獲取汽車的最新狀態(tài)信息。
    (2)接受來自數(shù)據(jù)服務器的任務請求，被動進行特定汽車狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)反饋。
    (3)根據(jù)設置以及故障定義法則，當檢測出汽車系統(tǒng)發(fā)生異常時，把汽車異常信息及時主動地反饋到數(shù)據(jù)服務器。
    (4)汽車行程信息實時記錄的直接執(zhí)行者，并定時向數(shù)據(jù)服務器上傳行程記錄，與數(shù)據(jù)服務器互相結(jié)合成為汽車行程記錄的完整系統(tǒng)。汽車行程記錄暫存于車載系統(tǒng)本地Flash區(qū)，F(xiàn)lash區(qū)的儲存空間比較大，并有掉電保持功能，可以充當黑盒子作用，當汽車發(fā)生意外來不及上傳異常情報時，依然可以把意外發(fā)生時的最新情報及時保存。
    (5)支持通信加密，密鑰交換等安全的相關機制。
2．2 數(shù)據(jù)服務器功能定義
    (1)作為反饋數(shù)據(jù)共享者的核心角色。接收到的大量反饋數(shù)據(jù)提供結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲。結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)便于二次數(shù)據(jù)加工，并適合與不同意義數(shù)據(jù)的邏輯存儲隔離。實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)庫服務器的功能。
    (2)接受來自遠程信息中心的數(shù)據(jù)訪問，正確地執(zhí)行來自信息中心的任務請求以及接受來自信息中心對車載系統(tǒng)節(jié)點進行數(shù)據(jù)訪問的委托，委托機制能通過Cache機制，提高對信息中心請求的響應速度。
    (3)接受來自車載系統(tǒng)節(jié)點信息，并根據(jù)一定的法則使用接受到的信息對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行更新。并且代理完成來自信息中心委托對車載系統(tǒng)節(jié)點進行數(shù)據(jù)訪問的任務。
    (4)對信息中心以及車載系統(tǒng)節(jié)點提供認證服務，并提供數(shù)據(jù)訪問控制等安全機制。
    (5)支持通信加密，密鑰交換等安全相關的機制。
2．3 信息中心功能定義
    (1)作為對反饋數(shù)據(jù)進行深度應用的主要角色。    對數(shù)據(jù)服務器進行合法訪問，并經(jīng)過解析把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對管理員有意義的信息，包括車輛故障信息、車輛運行參數(shù)等。使用數(shù)據(jù)本地加工分析可以使通信采用濃縮了大量信息的代碼通信，從而減少網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信量，并減輕數(shù)據(jù)庫的運算負擔。
    (2)提供信息中心的管理員對數(shù)據(jù)服務器進行遠程合法操作的接口，包括獲取信息請求、記錄操作請求、登錄認證、任務委托等基本應用接口，并通過軟件抽象出遠程汽車車況監(jiān)聽，遠程車況異常及時響應等宏觀應用層的功能。
    (3)支持通信加密，密鑰交換等安全相關的機制。
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3 方案可行性分析
3．1 車載系統(tǒng)方案實現(xiàn)可行性分析
    車載診斷電路(On-Board Diagnostics，OBD)，它能夠獲取控制汽車的內(nèi)部參數(shù)狀態(tài)。OBD最初作為一種控制汽車排放的排量監(jiān)視器，通過檢測發(fā)動機狀態(tài)和尾氣中污染物的含量，提示駕駛員對車輛進行維護，后來逐步發(fā)展成一套完善的汽車綜合監(jiān)控系統(tǒng)。如果廠商實現(xiàn)了OBD標準中所有的PID功能，OBD可以提供胎壓、空氣流量、踏板位置等多方面的信息。
    由于OBD系統(tǒng)無法通知用戶錯誤的原因，需要把檢測到的OBD數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程的廠商進行分析，然后再把信息反饋給用戶。
    通過OBD系統(tǒng)可以對汽車的狀況有一個全面了解。標準的OBD提供了9種服務。

    主要通過Model獲取汽車當前的狀態(tài)參數(shù)，比如胎壓、電瓶電壓、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速等。通過Mode3獲取當前發(fā)生的故障碼，通過Mode2返回與故障碼相關的凍結(jié)幀。通過Mode7找到可能在以后會發(fā)生的錯誤碼。
    OBD協(xié)議支持多種物理，采用29 bit擴展CAN總線。OBD有4種通信楨，這4種通信幀在CAN協(xié)議上的實現(xiàn)如圖2所示，圖2(a)為點對點通信的格式，圖2(b)為廣播通信格式。

    采用ELM327作為與OBD通信的協(xié)議翻譯器，該芯片支持ISO15764協(xié)議和對應的CAN總線物理層，ISO9141、ISO14230協(xié)議和對應的K-line物理層，SAEJ1850協(xié)議和對應的PWM&VPW物理層，將其轉(zhuǎn)換為標準串口協(xié)議。使用ELM327可以提高通用性。采用SIM300作為GPRS通信模塊，采用STM32F103RB作為車載端的主控芯片，128 kB的Flash可以滿足故障信息存儲的需要。

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3．2 服務器方案可行性分析

    (1)數(shù)據(jù)服務器的網(wǎng)絡通信采用標準的TCP／IP協(xié)議，數(shù)據(jù)傳送采用面向連接的TCP模式。由于TCP／IP協(xié)議的廣泛應用，絕大部分的網(wǎng)絡設備都支持基于TCP／IP協(xié)議的網(wǎng)絡傳輸，通信媒介不限于有線和無線。在軟件層上，操作系統(tǒng)把對各種網(wǎng)絡設備的數(shù)據(jù)通信抽象成Socket類，在軟件編程上可以通過使用Socket類統(tǒng)一規(guī)范的接口操作數(shù)據(jù)服務器上的網(wǎng)絡設備進行多元網(wǎng)絡信息交互。
    (2)數(shù)據(jù)服務器采用OLEDB技術，OLEDB把對多元數(shù)據(jù)庫的操作抽象成統(tǒng)一規(guī)范的應用層接口，在軟件編程上可以通過使用OLEDB類對數(shù)據(jù)庫進行簡單而規(guī)范化的數(shù)據(jù)操作，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新等。
    (3)數(shù)據(jù)服務器采用多線程(Multithreaded)的信息處理機制，多線程的信息處理技術，提高服務器對遠程訪問的實時響應性。對用于多用戶的數(shù)據(jù)服務器系統(tǒng)，還可以通過多線程來技術來進行不同用戶的信息處理的邏輯獨立，讓單個用戶服務產(chǎn)生異常的情況下以最小的程度影響其他用戶，保證了服務器的健壯性。
3．3 信息中心方案可行性分析

    (1)信息中心同樣采用標準TCP／IP協(xié)議進行網(wǎng)絡通信，軟件編程上使用Socket類統(tǒng)一規(guī)范網(wǎng)絡設備進行與數(shù)據(jù)服務器的網(wǎng)絡通信，在TCP模式下進行的信息交互，使信息完整性有協(xié)議上的保障。
    (2)使用外掛的數(shù)據(jù)解釋庫，對獲取數(shù)據(jù)進行加工分析，便于軟件的固件升級。
    (3)事件機制來處理來自操作員的命令，提高軟件對人機交互的實時響應速度。

4 仿真驗證
4．1 車載端仿真
    車載端可通過OBD獲取車輛信息并上傳至服務器。[!--empirenews.page--]
4．2 服務器仿真
    在服務器端可保存有車輛信息和車主信息。配置好網(wǎng)絡后，服務器可與信息中心互聯(lián)，從而達到信息互傳的目的。

4．3 信息中心仿真
    管理員可通過登錄信息中心查詢車輛信息，如圖7所示；進行故障處理，如圖8所示；在線監(jiān)測，如圖9所示；設置監(jiān)聽項，如圖10所示等。

    通過多項查詢、監(jiān)聽項目，可以及時了解到車輛的狀況并對其作出處理。

5 結(jié)束語
    隨著汽車使用的普及，做好汽車服務更是當下的重點。車載系統(tǒng)在客戶服務方面將會逐步完善、人性化，但對作為車聯(lián)網(wǎng)重要角色之一的汽車廠商的服務卻仍未見起始。因此，方案的提出主要是面向汽車廠商，形成一個為汽車廠商服務的雛形，為如今國內(nèi)剛起步的車聯(lián)網(wǎng)的建設提供一個參考。在這基礎上，各大廠商可與各運營商等形成一定的合作關系，完善汽車廠商的服務工作，共同促進車聯(lián)網(wǎng)的建設。