隨著現(xiàn)代電控技術(shù)對(duì)汽車組成的滲透，汽車架構(gòu)的復(fù)雜性、集成度和信息化程度日益增強(qiáng)，由此給汽車安全運(yùn)行帶來了更多隱患，僅靠傳統(tǒng)車內(nèi)資源已很難滿足其安全性需求。

     針對(duì)傳統(tǒng)車載診斷系統(tǒng)標(biāo)識(shí)繁雜、實(shí)時(shí)性差、電磁干擾強(qiáng)等問題，先后有汽車電子研究者提出Telematics設(shè)計(jì)理念[1]，并將逐漸形成未來汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)發(fā)展的新型模式。2009年，曾銳利、肖云魁等在“汽車遠(yuǎn)程故障診斷與維修系統(tǒng)研究”中[2]，提出了車輛遠(yuǎn)程故障自診斷系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程服務(wù)器與車載終端的互聯(lián)，完成車輛的自診斷。2011年，上海交通大學(xué)汽車電子研究所張旭、冒曉建等發(fā)表的“汽車遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)車載模塊的研究和開發(fā)”中[3]，系統(tǒng)闡述了整個(gè)車載模塊遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的架構(gòu)模式和軟件處理流程，為該方向的研究提供了較全面的參考模型。同年，上汽集團(tuán)技術(shù)中心的彭劍、葉楓等，對(duì)車載終端和遠(yuǎn)程服務(wù)器的相關(guān)功能模塊接口作了進(jìn)一步研究[4]。但以上對(duì)車載遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的探索和研究中涉及的相關(guān)核心功能及性能評(píng)估不夠深入完善，離真正的實(shí)踐應(yīng)用尚存一定距離。
    為此，本文以Telematics為設(shè)計(jì)理念，提出一種新型的基于QNX車載終端的智能遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)方案。引入強(qiáng)實(shí)時(shí)性的QNX系統(tǒng)為軟件運(yùn)行平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上采用CAN總線和GPS模塊實(shí)時(shí)采集和處理車輛狀態(tài)信息，通過3G無線網(wǎng)絡(luò)完成與遠(yuǎn)程服務(wù)器的互聯(lián)通信，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)監(jiān)控中心對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控，進(jìn)而保障車輛更快、更安全地運(yùn)行。
1 系統(tǒng)整體架構(gòu)
    智能遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)主要由診斷終端、通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程服務(wù)中心組成。診斷終端作為整套系統(tǒng)的核心處理單元，主要包括CAN收發(fā)器、3G模塊、GPS模塊及SD卡存儲(chǔ)模塊，并且采用微秒級(jí)實(shí)時(shí)性的QNX系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)。整套系統(tǒng)的指令數(shù)據(jù)和采樣數(shù)據(jù)按一定協(xié)議規(guī)范組包，其核心處理流程如下：
    (1)報(bào)文采集：終端通過CAN總線和GPS模塊實(shí)時(shí)采集、過濾和處理車輛各ECU狀態(tài)信息；
    (2)報(bào)文存儲(chǔ):采集的所有報(bào)文信息通過SD卡模塊和緩沖的形式存儲(chǔ)，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程診斷；
    (3)報(bào)文收發(fā)：診斷終端通過3G網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程服務(wù)器實(shí)現(xiàn)互聯(lián),并實(shí)時(shí)收發(fā)本地和遠(yuǎn)程服務(wù)器的相關(guān)報(bào)文，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛狀態(tài)的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控。
其中，診斷終端作為核心處理單元，分別采用CAN總線網(wǎng)絡(luò)和3G無線網(wǎng)絡(luò)與車輛和遠(yuǎn)程服務(wù)器互聯(lián)通信。遠(yuǎn)程服務(wù)中心將關(guān)切信息通過配置形式下發(fā)到相關(guān)車輛，車輛終端即按照配置信息采集關(guān)切信息。同時(shí)，遠(yuǎn)程服務(wù)中心可以實(shí)時(shí)查看相關(guān)車輛的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，并自動(dòng)分析處理相關(guān)信息，將異常情況實(shí)時(shí)反饋到相關(guān)車輛，通過中控臺(tái)、語音識(shí)別器等模式通知駕駛員。診斷系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

    可見，該設(shè)計(jì)方案不僅從軟件上保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，而且采用CAN總線通信、GPS定位系統(tǒng)、3G無線網(wǎng)絡(luò)等新型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無縫的本地-遠(yuǎn)程互連參考系統(tǒng)，有效增強(qiáng)了輔助駕駛平臺(tái)的安全系數(shù)。
2 系統(tǒng)診斷終端
    針對(duì)當(dāng)前車載診斷系統(tǒng)在通信速率和可靠性方面存在的問題，診斷終端采用目前較先進(jìn)的CAN總線網(wǎng)絡(luò)與車輛ECU系統(tǒng)相連，引入3G無線通信模塊與遠(yuǎn)程服務(wù)器互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛各控制單元運(yùn)行狀態(tài)的全天候遠(yuǎn)程無線實(shí)時(shí)監(jiān)控。
2.1 CAN總線通信邏輯
　　診斷終端與車輛通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連，完成遠(yuǎn)程指令下發(fā)和各ECU工作狀態(tài)的采集。由于車輛各ECU對(duì)CAN總線的性能要求不同，CAN總線根據(jù)傳輸速率劃分為高速CAN和低速CAN，不同速率CAN總線區(qū)域間信號(hào)通過網(wǎng)關(guān)從一個(gè)總線區(qū)域進(jìn)入到另一個(gè)總線區(qū)域，同時(shí)以當(dāng)前CAN網(wǎng)絡(luò)區(qū)域?yàn)閰⒖?，改變信?hào)發(fā)送的優(yōu)先級(jí)。
    本系統(tǒng)診斷終端作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)接入CAN總線診斷系統(tǒng)網(wǎng)關(guān),其信號(hào)核心處理流程為:診斷節(jié)點(diǎn)向整個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)起服務(wù)請(qǐng)求，CAN網(wǎng)關(guān)經(jīng)識(shí)別后向所有CAN網(wǎng)絡(luò)的ECU節(jié)點(diǎn)發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求信息；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的控制器接收到服務(wù)請(qǐng)求信息后，立刻返回服務(wù)響應(yīng)，同時(shí)與診斷終端建立通信連接。診斷終端與CAN網(wǎng)絡(luò)某控制器節(jié)點(diǎn)建立服務(wù)請(qǐng)求/響應(yīng)的示意圖如圖2所示。

    針對(duì)終端CAN節(jié)點(diǎn)與車輛CAN網(wǎng)絡(luò)的互連條件，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)3種采集觸發(fā)方式：
    (1)系統(tǒng)上電:系統(tǒng)上電后,采集通道開始接收總線  上的所有報(bào)文。
    (2) 遠(yuǎn)程指令：車輛CAN總線系統(tǒng)接收到遠(yuǎn)程服務(wù)器下發(fā)的特定指令后,將指定報(bào)文送入采集通道，收到相應(yīng)禁止指令后停止采集指定報(bào)文；
    (3) 條件觸發(fā)：若總線信號(hào)按一定公式計(jì)算后為真，則將該信號(hào)送入采集通道。
　 診斷終端根據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)器下發(fā)的配置條件，指定其通信的觸發(fā)方式、采集方式和存儲(chǔ)方式，并將相關(guān)報(bào)文按指定方式存儲(chǔ)到本地SD卡,或上傳至遠(yuǎn)程通信服務(wù)器。
    可見,本系統(tǒng)診斷終端采用客戶指定的采集模式，真正做到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性，并在設(shè)計(jì)早期即可通過CANoe等CAN總線模擬器充分論證方案的可行性，為快速開發(fā)高性能車載診斷終端提供先進(jìn)的開發(fā)理念和有力的技術(shù)保障。
2.2 3G無線通信驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
    智能遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)選用新型的3G無線通信模塊UC864，在成本不變的基礎(chǔ)上，內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧，幾乎封裝了無線通信的所有復(fù)雜處理流程，以此作為整個(gè)模塊的硬件驅(qū)動(dòng)層，對(duì)外僅提供簡單API接口，給上層應(yīng)用開發(fā)提供了更為人性化的底層驅(qū)動(dòng)環(huán)境，進(jìn)而有效縮短了3G無線模塊的開發(fā)周期。
    UC864通過串口（UART）與MCU連接通信，其驅(qū)動(dòng)核心處理流程為:首先初始化MCU與UC864相連的物理I/O管腳和相關(guān)寄存器，并使能3G模塊；然后通過AD采樣模擬輸出進(jìn)行開機(jī)檢查；最后利用串口連接建立內(nèi)部通信機(jī)制。其處理流程主要包括：
    (1)串口初始化：主要對(duì)UART相關(guān)寄存器和I/O進(jìn)行初始化，并設(shè)置串口通信波特率，開啟串口中斷等；
    (2)串口中斷處理：主要對(duì)串口緩存進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)收到數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行中斷接收處理，并給出響應(yīng)；
    (3)串口收發(fā)：根據(jù)串口通信協(xié)議，把終端相關(guān)報(bào)文或消息通過串口發(fā)送UC864，同時(shí)接受UC864收到的無線信號(hào)。
    整個(gè)通信邏輯的核心偽代碼如下所示：
    int 3GComProcess（）
     {
　        regInit();                    //相關(guān)寄存器初始化
　        uartInit();                          //串口初始化
　        Lock（mutex）；               //獲取串口訪問信號(hào)量
　        uartIntEnable();                            //串口中斷使能
　        while(flag)                           //循環(huán)收發(fā)消息
　        {
           If(flag==ERROR)
           break;
           Swtich(cmdType)
           {
　　        case: SENDTYPE
　　        send(info);
　　        break;
　　        case:REVTYPE
　　        receive(info);
           break;
           case:default
           break;
　        }
　        }
　        uartIntDis();                           //串口中斷禁能
　        Unlock(mutex);                                //釋放信號(hào)量
　        Return ERROR;
　        }
    從驅(qū)動(dòng)軟件邏輯執(zhí)行流程可見，該設(shè)計(jì)理念把整個(gè)驅(qū)動(dòng)分為軟件驅(qū)動(dòng)和硬件驅(qū)動(dòng)。軟件驅(qū)動(dòng)主要負(fù)責(zé)與上層應(yīng)用的接口通信，硬件驅(qū)動(dòng)主要負(fù)責(zé)底層的信號(hào)傳輸，其核心處理過程已被封裝到芯片內(nèi)部。因此，整個(gè)邏輯模型以“下層為上層服務(wù)”為設(shè)計(jì)理念，以降低模塊間耦合度，提高應(yīng)用開發(fā)效率為目標(biāo)，有效保障了接口的安全性。
    綜上所述，3G無線通信模塊在成本不變的基礎(chǔ)上，將較復(fù)雜的協(xié)議棧處理過程集成到芯片內(nèi)部，顯著提高了模塊的獨(dú)立性和實(shí)用性。另外，本驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)以高效率和低耦合為目標(biāo)，分層設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)單元，盡量為開發(fā)者提供簡捷實(shí)用的接口,進(jìn)而縮短3G模塊應(yīng)用功能的開發(fā)周期。
3 系統(tǒng)遠(yuǎn)程服務(wù)器端

    系統(tǒng)遠(yuǎn)程服務(wù)器端主要由通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和Web服務(wù)器組成，各服務(wù)器的主要功能如下：
    (1)通信服務(wù)器主要負(fù)責(zé)接收車載診斷終端發(fā)送的所有報(bào)文信息，并將其轉(zhuǎn)存到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。同時(shí)將來自Web服務(wù)器的所有指令轉(zhuǎn)發(fā)到診斷終端；
    (2)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用來保存診斷終端所有的采集信息，以及整套系統(tǒng)的用戶管理信息；
    (3)Web服務(wù)器可以從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器或通信服務(wù)器獲取特定車輛的各ECU狀態(tài)信息和GPS定位信息，并用Web瀏覽器展示給遠(yuǎn)程診斷服務(wù)中心客服。
    通信服務(wù)器與多個(gè)3G終端模塊建立遠(yuǎn)程無線連接，并實(shí)時(shí)接收和解析所有的診斷報(bào)文和GPS定位報(bào)文，當(dāng)通信服務(wù)器超負(fù)載運(yùn)行時(shí)，負(fù)載均衡服務(wù)器將超出負(fù)載的請(qǐng)求轉(zhuǎn)移給其他通信服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器包括兩個(gè)功能模塊,一個(gè)用來保存終端采樣信號(hào)數(shù)據(jù)，另一個(gè)保存所有車輛的基本配置信息(包括車輛ID、診斷ID、終端DBC)。Web服務(wù)器主要通過訪問ASP網(wǎng)頁來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫或遠(yuǎn)程通信服務(wù)器的訪問，并將所有關(guān)切信息分類展示給客服。
    遠(yuǎn)程診斷服務(wù)器數(shù)據(jù)核心處理流程為：車載診斷終端與通信服務(wù)器之間通過TCP/IP方式進(jìn)行無線通信，通信服務(wù)器與Web服務(wù)器之間通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。用戶可以通過Web瀏覽器與Web服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)用戶與診斷車輛ECU的交互，完成數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、診斷和控制等功能,服務(wù)器架構(gòu)模式如圖3所示。

    通過該處理流程，遠(yuǎn)程車輛診斷服務(wù)中心可以采集特定車輛的各種CAN總線信號(hào)以及GPS車輛定位信號(hào)，并將采集到的相關(guān)車輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。車輛運(yùn)行異常時(shí)，相應(yīng)異常報(bào)文將實(shí)時(shí)上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器，并通過遠(yuǎn)程異常診斷機(jī)制，將診斷結(jié)果實(shí)時(shí)反饋到車輛終端，供司機(jī)快速做出處理，以保障車輛的運(yùn)行安全。
    可見，車載診斷終端與遠(yuǎn)程車輛服務(wù)中心的互聯(lián)和集成，不僅提高了整套診斷系統(tǒng)的智能性、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，而且有效提高了車輛運(yùn)行的安全性。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及評(píng)價(jià)
    本研究選用飛思卡爾提供的i.MX6Q系列車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)處理器作為硬件平臺(tái)，其主要技術(shù)指標(biāo)：1 GHz CPU主頻，1 GB×32 DDR3(400 MHz)，32 M×16 bit 并行NOR Flash，可擴(kuò)充的NAND Flash接口，LVDS數(shù)字圖形輸出接口，并集成了基于OpenGL ES2.0和OpenVG1.1的GPU圖形硬加速處理單元。軟件平臺(tái)采用加拿大哈曼公司開發(fā)的QNX硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并利用Keil公司的IDE嵌入式開發(fā)套件進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)和代碼測試。
    采用北汽集團(tuán)某車型CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與本診斷終端互連。測試車輛的ECU單元主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、天窗、車燈、車門和空調(diào)控制單元，其界面顯示效果如圖4所示。

    針對(duì)SGM和UC864兩款無線通信模塊傳輸速率進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析結(jié)果如表1所示，當(dāng)其他條件完全相同時(shí)，UC864模塊的傳輸速率約為SGM的2倍，數(shù)據(jù)丟失率約為后者的1/3，報(bào)文傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性也有了一定程度的提升。另外，對(duì)傳統(tǒng)診斷模式與Telematics診斷模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)分析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。由于終端龐大報(bào)文數(shù)據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)到了遠(yuǎn)程服務(wù)中心處理，有效降低了終端CPU的負(fù)載，同時(shí)現(xiàn)代Telematics模式診斷的車輛ECU單元數(shù)約為傳統(tǒng)模式的4倍，且其操作模式已經(jīng)完全進(jìn)入了智能化時(shí)代。因此，本文所做研究和實(shí)驗(yàn)不僅大膽改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念,而且以Telematics模型為核心設(shè)計(jì)理念，為未來診斷系統(tǒng)的發(fā)展提供了重要參考依據(jù)。

    以現(xiàn)代車控系統(tǒng)快速向復(fù)雜化、信息化、智能化轉(zhuǎn)型為背景，以探索車輛診斷安全輔助系統(tǒng)的互連性、實(shí)時(shí)性和人性化為研究目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一套以Telematics為核心理念的智能車載3G遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。采用以QNX系統(tǒng)為軟件運(yùn)行平臺(tái),進(jìn)一步加強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和安全性，并通過CAN總線和GPS模塊實(shí)時(shí)采集車輛狀態(tài)信息?；赨C864模塊設(shè)計(jì)的3G遠(yuǎn)程無線互聯(lián)通信驅(qū)動(dòng)層，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的全天候跟蹤和監(jiān)控。
參考文獻(xiàn)
[1] 霍軼玥.上海通用Telematics系統(tǒng)優(yōu)化方案研究與設(shè)計(jì)[D]. 上海：上海交通大學(xué)，2011.
[2] 曾銳利,肖云魁，周建新,等.汽車遠(yuǎn)程故障診斷與維修系統(tǒng)研究[J].電子測量技術(shù), 2009,32(7):129-131.
[3] 張旭,冒曉建,王俊席，等.汽車遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)車載模塊的研究和開發(fā)[J]. 車用發(fā)動(dòng)機(jī), 2011(1):14-17.
[4] 彭劍,葉楓,辛兢澤，等.汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究[J].上海汽車, 2011，3(1):30-33.