基于无线移动网络的纯电动公交车远程监控与故障诊断装置研究及应用

基于无线移动网络的纯电动公交车远程监控与故障诊断装置研究及应用

罗安 许剑

湖州交通集团公共交通有限公司 浙江湖州 313000

摘要：纯电动公交车大量投放到城市客运体系，监控纯电动公交车的运行状态、及时处理该类车辆故障成为公共交通部门的重要课题。本文论述了一种远程监控装置的研究应用过程，充分发挥无线移动网络的优势并达到快速判断处理车辆故障的效果。

关键词：移动网络；远程监控；故障诊断

引言：纯电动公交车的大规模使用为交通运输部门监控车辆状态、诊断车辆故障带来了客观难题，结合无线移动网络环境开发一种远程监控装置，显然满足交通运输部门该方面的需求，因此有必要分析装置的研究应用过程。

一、装置可行性研究

纯电动公交车在城市客运体系中大量应用，意味着处理纯电动公交车故障的场景也会不断增多。司机确定纯电动公交车发生故障后主要采取就地等候救援或者将车开回、由专业检修人员处理车辆故障的方式，整体耗时偏长。无线移动网络的普及以及定位技术的快速发展为提升纯电动公交车故障处理效率提供了有效手段；驾驶员接收指令后将纯电动公交车驶向安全位置，通过远程监控与现场排查结合的方式处理纯电动公交车故障，通过对故障的快速诊断显著提升故障处理效率，使纯电动公交车发挥更大的营运价值。另一方面纯电动公交车会消耗大量电能，通过远程监控方式实现对纯电动公交车电能消耗状况的实时监控和分析，帮助公交车司机合理调整驾驶习惯，达到节能最大化效果。应用4G无线网络开发专业化装置自然很有必要。

二、装置设计

1．装置设计原则。在设计装置时要秉承节省成本的原则，同时考虑纯电动公交车的结构，保证装置能够快速安装在纯电动公交车结构中。远程监控装置的数据传输在4G无线网络环境中进行，对传输数据的接收与分析处理则通过CAN总线方式实现，数据分析后的结果则通过计算机界面显示；CAN总线报文中包含纯电动公交车故障信息，通过对报文的解析达到诊断纯电动公交车故障的目的。

2．装置设计思路。远程监控装置设计理想化成果类似于一块电路板，电路板内的零部件连接严密，电路板结构装置稳定。装置应当预留较多接口，接口的设计要与纯电动公交车插接件型号相吻合，司机将装置插接到纯电动公交车指定部位后，装置开始正常工作。装置工作电能来自于外置电源，不会消耗纯电动公交车的电能。4G网络数据传输成本较低，适用于常见的无线传输场景。针对获取的CAN报文则需要进行易解析处理，方便后续步骤中对CAN报文的解析，并与纯电动公交车中的CAN总线系统相匹配。

3．装置结构。远程监控装置应当考虑后台计算机以及纯电动公交车两种应用场景，因此装置结构包括车辆端以及后台管理端；车辆端连接在纯电动公交车的CAN通讯接口位置，后台管理端则与计算机设备连接。

在车辆端中包括发射数据并支持4G网络传输的DTU设备、生成CAN报文的转接板以及连接纯电动公交车的插件；在后台管理端中则包括接收无线传输数据的DTU设备、转接板以及具有智能数据分析功能的分析仪，后台管理端有USB接口与计算机连接。

4．装置工作原理。将车辆端连接在纯电动公交车的指定位置，转接板将数据输出到DTU设备接口，并通过4G网络将公交车数据上传到云端服务器。后台管理端访问云端服务器获取纯电动公交车上传数据，并通过CAN转接板实现数据格式的转换；经过转换后的数据通过分析仪传输后由计算机设备接收，操作计算机设备中的CAN数据分析软件实现数据分析效果。CAN转接板以及DTU设备的电能来源为装置中的电源模块，装置电源模块中内置4节规格相同的锂电池。

三、装置应用

1．应用价值分析。在研究远程监控装置时应当考虑纯电动公交车的供应商因素，原则上开发的远程监控装置应当与纯电动公交车的性能参数相吻合，因此在开发前需要掌握纯电动公交车的全部数据信息。需要指出的是部分纯电动公交车已经预装有支持无线网络传输的模块以及CAN模块，通过CAN模块实现纯电动公交车数据的获取和保存效果，但是数据保存存在有效期，与行车记录仪的功能接近。不同类型纯电动公交车对应不同的CAN协议，因此预装CAN模块并不具备数据解析功能，后台管理体系只能接收到通过GPRS模块传输的车辆定位信息，因此只能达到监控车辆行踪、绘制路径的效果。

本次研究的远程监控装置则在多方面突破现有车辆搭载系统的不足；首先远程监控装置的使用无需考虑纯电动公交车的型号、供应商、品牌之间的差异，在适配多种整车的前提下降低使用成本；公交车司机直接将远程监控装置的车辆端插接到车辆指定部位即可使用，操作非常方便；通过CAN协议的编写实现远程监控装置与多种车辆的兼容匹配效果，CAN报文解析任务自动完成，对监控人员的专业素养有一定要求。当然远程监控装置只能获取所在纯电动公交车的数据信息，管理端获取的数据信息与整车高度对应。由此可见远程监控装置在数据获取分析、使用成本方面的优势非常明显，在纯电动公交车场景中应用性能更佳。

2．应用注意事项。远程监控装置的应用要注意各个硬件模块的连接与使用要求，本处从外置电源、DTU模块等方面说明注意事项。

（1）电源模块应用事项。电源模块的应用要满足外置供电电源的要求，具体包括供电的时间长度以及电压的稳定性，避免电源模块出现损坏；电源模块要在合理的供电方案下进行，满足远程监控对供电时间的要求。电源模块中内置调压电路，能够调节电压大小并保证电压稳定。

（2）CAN模块应用事项。CAN在网络特性、错误监测以及电气性能方面优势相对突出，能够充分利用总线资源并适应高速率条件下的车载通讯网络环境。应用远程监控装置时要注意CAN模块的模式状态，进入CAN模块的命令模式后开展应用，在应用过程中要注意修改CAN的通讯速率以及RS485的波特率，并将设备工作模式调整到合理状态。

（3）DTU模块应用事项。DTU模块的使用关系到数据在4G网络中的传输，应用DTU透传技术实现整车原始数据的发送和传输，从而保证CAN报文的完整性。采用点对点方式完成整车数据从传输，因此要准备两块完全相同的DTU模块。确定DTU模块的工作模式后设置DTU模块参数，包括协议模式、在线模式、串口波特率以及服务器地址。

（4）硬件连接。按照要求连接上述三种模块时，要及时发现模块连接中的问题；获取CAN报文结果后应当进行报文比对，如果与未经过无线网络传输的报文信息吻合说明连接成功。

3．具体应用分析。远程监控装置在故障诊断以及降低能耗方面都有典型应用，在此分析远程监控装置的应用场景。

（1）电机故障诊断。电机故障是纯电动公交车的常见故障，车辆遭遇电机故障时会发生抖动、速度明显减缓等现象，重启车辆则直接导致车辆锁死。应用远程监控装置时将CAN来接入到纯电动公交车并安置在后仓门。此后获取并分析CAN报文，筛除不符合编制要求以及明显错误的报文，根据筛除后的报文掌握整车的工作状态，包括电机温度、控制器温度、电池总压等；此后解析报文并进行反复测试模拟，判断电机故障部位。

（2）降低能耗。降低纯电动公交车能耗的关键部位在于制动踏板和油门踏板，降低能耗应用明确CAN数据的实时处理方案，并确定CAN数据分析处理流程；此后设置CAN软件以及Excel软件，采用Matlab编程方式分析能耗数据并获取反映能耗变化的曲线图，通过曲线图确定车辆速度与能耗变化情况，进而判断司机驾驶行为的影响。

结束语：本文研究的远程监控装置充分发挥无线移动网络、报文解析等技术的优势，在纯电动公交车故障诊断以及节能减排场景中体现应用价值。在今后应用中还要注意收集应用数据，找出远程监控装置的不足并加以改进。

参考文献：

[1]王晓慧,李宏峰. 基于互联网+的新能源公交车远程监控平台研究[J]. 汽车实用技术,2021,46(03):15-17+30.

[2]葛青. 基于远程监控的纯电动公交里程估算专家系统[D].大连理工大学,2017.

[3]李桢. 纯电动公交车远程监控系统设计与实现[J]. 科技经济导刊,2017,(14):32.

[4]曾宏. 基于CAN的公交车车况信息采集及GPRS/3G的远程监控调度系统[D].华南理工大学,2012.