隨著無線通信和Telematics技術(shù)的飛速發(fā)展，車載電子系統(tǒng)的智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化程度日益提高，而依靠大量物理和數(shù)字按鈕的傳統(tǒng)車載終端，不僅過程繁雜，而且嚴重影響操控效率和駕駛安全，很難滿足未來消費者的苛刻需求。為此，提出基于QNX的車機藍牙無線監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計CAN-USB軟件信號處理模塊，采用藍牙短距離無線傳輸技術(shù)，完成藍牙手機與車載終端的交互。該方案不僅增強用戶操控的便捷性，對于提升汽車品牌人性化方面也具有極其重要的意義。
    針對傳統(tǒng)車輛操控方面的問題，先后出現(xiàn)了許多改進方案和新型技術(shù)。2007年，湖南大學的胡賽純在基于藍牙的車輛智能管控系統(tǒng)設(shè)計中[1],論述了智能車載卡、基于Web的車輛電子檔案管理軟件和車場監(jiān)控軟件的實現(xiàn)過程以及關(guān)鍵的編程細節(jié)，為藍牙技術(shù)在車載領(lǐng)域的互連應(yīng)用提供了較好的參考方案。2010年，陳凱等在基于藍牙的礦山車輛胎壓監(jiān)控系統(tǒng)一文中[2]，設(shè)計了款帶有藍牙傳感器的胎壓監(jiān)測裝置,并通過CAN總線接收藍牙信號，對超出胎壓閾值的狀態(tài)進行報警。2011年，丁龍剛在基于藍牙的汽車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與開發(fā)中[3]以藍牙搖控為切入點，進一步研究和開發(fā)藍牙潛在的拓展運用，深刻揭示了基于藍牙的汽車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和技術(shù)解決方案。但以上幾種藍牙技術(shù)的研究應(yīng)用尚處于探索階段，存在環(huán)境、安全、效率等方面的局限性。近幾年，以Telematics互連技術(shù)為代表的車聯(lián)網(wǎng)得到了迅猛的發(fā)展，能夠?qū)⒈銛y設(shè)備(手機、pad等)和車載終端通過各種無線通信協(xié)議有機地聯(lián)系在一起，極大豐富了車輛的功能和互動體驗[4]。
    為此,本文設(shè)計了一套以Telematics技術(shù)為核心理念的車機藍牙無線監(jiān)控系統(tǒng)，借助藍牙無線通信技術(shù)，將便攜設(shè)備與車載終端連為一體進行監(jiān)控，不僅簡化了車輛操控的復(fù)雜度，而且有效節(jié)約了車載終端有限的系統(tǒng)資源開銷。
1 車機整體架構(gòu)
    本方案通過藍牙無線通信技術(shù)，實現(xiàn)便攜設(shè)備和車載終端的對等互連,以便實時監(jiān)測和控制車輛的運行狀態(tài)。整個車機藍牙互連系統(tǒng)包括以下核心模塊：
    (1) HMI人機交互模塊：向車載終端發(fā)送請求命令，或主動接收推送信息，以實時監(jiān)測和顯示車輛的運行狀態(tài)參數(shù)。
    (2) 無線對等收發(fā)模塊：通過MCU指定管腳實時收發(fā)相關(guān)數(shù)字信號，并在終端解析相關(guān)參數(shù)。
    (3) CAN-USB信號收發(fā)模塊：以藍牙協(xié)議幀格式采集、轉(zhuǎn)換和和收發(fā)指定的CAN信號。
    手機端主要包括HMI人機交互模塊和無線應(yīng)用收發(fā)模塊,車載端主要包括CAN-USB信號收發(fā)模塊和無線應(yīng)用收發(fā)模塊。整個系統(tǒng)的核心處理流程為：首先用戶從手機端啟動車機監(jiān)控應(yīng)用程序，開啟藍牙搜索功能來搜尋周圍的藍牙設(shè)備；然后與選定的車載藍牙設(shè)備進行配對，并建立SPP連接；最后以藍牙協(xié)議棧為基礎(chǔ)，手機端和車載端通過無線應(yīng)用對等收發(fā)模塊完成數(shù)據(jù)交互。其核心架構(gòu)如圖1所示。

    圖1可見，整個車機架構(gòu)包含2個終端——手機端和車載端。采用藍牙SPP協(xié)議進行無線對等通信，車載端通過CAN-USB模塊收發(fā)車輛狀態(tài)參數(shù)，手機端通過HMI實現(xiàn)與用戶的直接交互。因此，用戶不僅可以通過手機短距離無線控制車輛，而且還能實時監(jiān)測車輛的運行狀態(tài)，有效提升了車輛操控的便捷性。
2 車機藍牙監(jiān)控
    由于車輛內(nèi)部ECU與終端的信息交互主要靠CAN總線實現(xiàn)，而藍牙與ECU通信的硬件接口主要是USB，因此，CAN-USB模塊是完成車機互連系統(tǒng)的核心部分。
2.1藍牙互連技術(shù)
　藍牙是一種開放的短距離無線數(shù)據(jù)和語音傳輸通信技術(shù),工作在全球通用的2.4 GHz頻段，其系統(tǒng)架構(gòu)包括：芯片模塊、協(xié)議棧模塊和應(yīng)用模塊。各模塊主要特性如下：
    (1) 芯片模塊：由無線跳頻(RF)、基帶(BB)和鏈路管理(LM)組成,主要負責建立連接、數(shù)據(jù)幀傳輸和安全控制。
    (2) 協(xié)議棧模塊：包括邏輯鏈路控制和適應(yīng)協(xié)議、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、串口仿真協(xié)議和電話通信協(xié)議。主要作用是適配、解析芯片模塊收發(fā)的信號，并為上層應(yīng)用提供功能接口。
    (3) 應(yīng)用模塊：根據(jù)功能需求，利用協(xié)議棧接口實現(xiàn)藍牙數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)母呒墤?yīng)用。
    整個藍牙架構(gòu)簡單，不僅具有低成本、低功耗、體積小等優(yōu)勢，而且采用重傳機制來確保鏈路的可靠性。同時，在整個藍牙架構(gòu)體系中，可實現(xiàn)多種安全機制分級保護措施，并通過跳頻技術(shù)消減網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中其他無線設(shè)備的干擾。
    可見，藍牙互連技術(shù)不僅高效解決了短距離無線數(shù)據(jù)和語音通信的難題，而且實現(xiàn)了短距離多個終端設(shè)備的互連、互控，為車輛無線操控的便捷性和安全性提供了有力的技術(shù)保障。
2.2車機CAN-USB模塊
    整個模塊主要完成車輛和手機間的信息交互。手機端作為人機交互的窗口，一方面可監(jiān)測車輛的各項運行參數(shù)，并以圖形模式形象地展現(xiàn)給用戶；另一方面可設(shè)置車輛內(nèi)部ECU參數(shù)，操控車輛的各項屬性。
    方案設(shè)計中CAN-USB模塊作為車機通信樞紐，完成互連終端間數(shù)據(jù)的相互傳遞。該模塊處理的信號主要包括CAN總線、K線和數(shù)字信號，負責車內(nèi)ECU數(shù)據(jù)的采集和配置,并通過CAN-USB模塊與藍牙終端建立數(shù)據(jù)連接，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的無線通信控制，整個模塊的數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖2所示。

    CAN-USB模塊主要功能包括：
    (1) 主動推送特定的車內(nèi)數(shù)據(jù)到手機;
    (2) 在手機的請求下返回車內(nèi)指定的數(shù)據(jù);
    (3) 在手機的控制下完成車內(nèi)參數(shù)的配置。
    監(jiān)測功能核心處理流程如下：首先CAN-USB模塊接收車內(nèi)特定CAN報文或數(shù)字信號，并對其內(nèi)容進行解析、過濾、封裝，發(fā)送到綁定的手機端；其次手機端主動接收相應(yīng)的CAN報文幀信息，進行對等解析、過濾和運算；最后，數(shù)字化的信息通過圖形抽象處理，展示給用戶。
    同理，對于車輛ECU的操控，先通過手機端發(fā)送指令到車載端，車載端再轉(zhuǎn)發(fā)給CAN-USB模塊，進而實現(xiàn)對車輛的短距離無線遙控。整個車機數(shù)據(jù)交互的實現(xiàn)流程如圖3所示。

    設(shè)計CAN-USB模塊,建立藍牙與車輛各ECU模塊的通信樞紐，經(jīng)車機高級應(yīng)用程序處理，完成整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互，最終實現(xiàn)短距離無線監(jiān)測和控制車輛各項運行參數(shù)，有效提升了車輛駕駛的便捷性和安全性。
3 車機藍牙監(jiān)控軟件實現(xiàn)
    軟件實現(xiàn)的核心流程為：手機端HMI主動發(fā)送請求報文或直接獲取推送的報文信息，經(jīng)收發(fā)管理模塊解析和封裝后，指令顯示在手機端或發(fā)送到車載終端，車載端通過對等收發(fā)管理模塊處理后，把指令信息發(fā)送給CAN-USB模塊，經(jīng)轉(zhuǎn)化、解析和過濾處理后，CAN總線對車輛相應(yīng)ECU報文信息進行采集或配置。
    整個軟件處理的偽代碼如下：
    Void  VehicleDetect ( )
     {  
    btPair(ip);               //藍牙配對
    link=createLink(port,ip);           //藍牙互聯(lián)
    multiThreadRev();   //多線程接收報文數(shù)據(jù)
           //判斷共享緩沖中是否有未處理的數(shù)據(jù)
    while(1)
     {
     if(hasData)
     {
                                   //實時處理報文數(shù)據(jù)
     processData(Data);
     if(state==mobile)
     {
                //手機端渲染顯示報文數(shù)據(jù)
     renderData(Data);
     diplayDetectInfo();
     }
     else if(state==vehicle)
     {
        //車載端轉(zhuǎn)換usb數(shù)據(jù)格式為CAN報文格式
     UsbToCan(Data);
                                   //傳輸數(shù)據(jù)到指定的ECU控制器
     CanTransport(Data);
     }
     }
                                 //判斷兩端藍牙是否處于連接狀態(tài)
     if(haslink==0)
     {
     break;
     }
           //釋放空間
     free（Data）；
     }
其中，藍牙手機主動發(fā)起配對請求，車載端輸入約定的配對碼后，建立SPP連接模式。經(jīng)以上邏輯代碼處理后，完成手機端和車載端的實時通信。
4 實驗結(jié)果及評價
    本研究采用Freescale最新的i.MX6Q系列處理器，作為車載終端藍牙互連系統(tǒng)的主處理芯片，主要技術(shù)參數(shù)如下：1 GHz CPU主頻，1 GB×32 DDR3(400 MHz),32 MB 16 bit 并行NOR Flash，2路LVDS數(shù)字圖形輸出接口，支持OpenGL ES2.0和OpenVG1.1，顯卡集成了GPU圖形硬加速處理單元。軟件平臺選用可靠性和安全性極高的QNX實時系統(tǒng)，并通過其自帶的IDE6.0對車載終端藍牙監(jiān)控代碼進行邏輯設(shè)計和仿真測試。
    實驗采用上汽集團車載Telematic研發(fā)中心提供的一款概念車為測試車輛，測試的車控ECU單元主要包括車門、車窗、空調(diào)、雨刷和大燈控制單元。針對藍牙互連和車載終端兩種監(jiān)控模式的各項參數(shù)進行對比分析。實驗選用車門ECU操控單元為測試用例，分別采用車輛模式和車機模式進行對比測試，結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示。對于完全相同的監(jiān)測單元，由于操控功能完全轉(zhuǎn)移到了熟悉的手機界面，手感和操作效率確定的便捷指數(shù)增加了17%,極大地體現(xiàn)了車輛設(shè)計的人性化。另外，手機端分流了車載端的某些功能，不僅使得可監(jiān)控節(jié)點數(shù)大大增加，而且有效緩解了車載端的資源壓力，使得車載端CPU資源負載降低了近1/3，實時性也有了明顯提高。對于手機端，只要有藍牙功能，均可通過手機端的車機監(jiān)控軟件對相關(guān)車輛進行實時監(jiān)控，真正做到了遠程監(jiān)控平臺無關(guān)性。

    本項研究突破了傳統(tǒng)理念，從物聯(lián)網(wǎng)的高度設(shè)計車輛短距離無線監(jiān)控應(yīng)用，將便攜設(shè)備與車輛進行無縫連接，有效提升了車輛監(jiān)控的便捷性和智能性。
    以現(xiàn)代車載設(shè)備快速向智能性、便捷性及互連性發(fā)展為背景，以探索車機藍牙短距離無線通信的可控性、安全性和人性化為研究目標，提出一套以QNX為車載軟件平臺的車機藍牙無線監(jiān)控系統(tǒng)方案。以手機端和車載端的藍牙SPP協(xié)議為基礎(chǔ)，設(shè)計CAN-USB模塊作為車機通信樞紐，對兩端藍牙無線指令數(shù)據(jù)進行收發(fā)和處理;采用CAN總線實時采集和配置車輛ECU的各項性能參數(shù)。研究方案已被一汽某型概念車采納，現(xiàn)處于集成試驗階段，下一步工作是加入藍牙語音監(jiān)控功能。
參考文獻
[1] 胡賽純 基于藍牙的車輛智能管控系統(tǒng)設(shè)計[D]. 長沙：湖南大學, 2007.
[2] 陳凱，倪繼勇，李波. 基于藍牙的礦山車輛胎壓監(jiān)控系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2010,19(8):159-161.
[3] 丁龍剛.基于藍牙的汽車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與開發(fā)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用,2011,17(2):45-46.
[4] 張瑞. 基于QNX的智能車載3G遠程診斷系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2013,1(5):121-124.