一种基于云计算平台的车用发动机远程监测、标定及大数据收集系统及其工作方法与流程

本发明属于汽车发动机控制及大数据收集系统的技术领域，具体地说，本发明涉及一种基于云计算平台的车用发动机远程监测、标定及大数据收集系统及其工作方法。

背景技术：

目前欧美发达国家以及国内大多厂商的中高档车型都配置了车载的远程监测系统，形成了覆盖用户、反应及时、经济有效的网络服务，为客户提供道路紧急救援和人身意外救助，同时辅助以一系列增值服务，设有行车通讯系统。包括导航、免提电话、紧急呼叫、远程操控、车辆防盗等功能的远程信息服务系统。上述技术逐渐普及，但是未涉及汽车发动机性能的远程控制。

随着近年来计算机技术、互联网技术、无线通讯技术的迅猛发展融合，控制系统逐渐有原来的封闭式往开放式发展。以及随着车联网技术的深入发展，大数据时代来临，车辆行业厂商采集产品大数据用于后续产品开发是汽车行业未来的发展那趋势。目前发动机ECU脉谱图数据读取依旧采取插值算法，而出厂车辆要考虑到用户在任何情况下驾驶的需求，所以脉谱图(MAP)包含了广阔而不十分精细的数据。而在现实使用中，大部分客户都有自己的固定驾驶范围，针对客户的使用习惯，在保证广阔条件范围内可用的前提下，提供更精细的数据脉谱图，不仅可以提升发动机性能，又可以节能减排。而发动机运行信息大数据的收集不仅可以用于产品研发优化而且可以进一步开展商业开发服务。而国内有些厂商目前在推广此类技术，但是只局限于车辆定位、车辆调度、车辆防盗、车辆参数监视等等简单的监测功能，为车主和汽车厂商提供一款可更新、可跟踪服务的大数据采集系统是汽车行业的发展趋势。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是为车主和汽车厂商提供一款可更新、可跟踪服务的大数据采集系统，提供了一种基于云计算平台的车用发动机远程监测、标定及大数据收集系统及其工作方法，其主要目的是实现车主可根据自身需要更新发动机ECU运行RAM中的MAP数据，以及发动机厂商实时收集产品使用的大数据以便于后续的研发、优化及商业化开发，同时为用户提供车辆状态监测等功能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于云计算平台的车用发动机远程监测、标定及大数据收集系统，包括服务器端数据库、信息管理系统、云计算平台、远程控制服务器、远程控制客户端、车载控制终端、发动机ECU、CAN总线和组合仪表；

所述车载控制终端通过网络与远程控制服务器连接，所述远程控制服务器用于接收远程控制客户端的相关操作指令，所述远程控制客户端用于接收用户申请以及查看车辆状态参数；所述远程控制服务器与服务器端数据库连接，用来储存车载控制终端上传的发动机运行参数数据；所述远程控制服务器与信息管理系统连接，用于存储用户及对应产品信息；所述远程控制服务器还与云计算平台连接，将数据传输至云计算平台进行处理计算；

所述车载控制终端通过CAN总线与发动机ECU、组合仪表连接，所述发动机ECU用来控制发动机运行，所述组合仪表用于显示车辆及发动机的状态信息。

上述方案中，所述远程控制客户端的平台为手机，用户需要下载远程控制客户端注册账号密码。

上述方案中，所述车载控制终端由汽车电瓶经过电压转换后为其供电。

上述方案中，所述CAN总线符合ISO 11898国际标准，采用CAN技术规范2.0B。

上述方案中，所述车载控制终端包括CAN控制器、CAN收发器、RISC微控制器、GPS模块及无线通信模块，所述RISC微控制器分别与CAN控制器、GPS模块及无线通信模块连接。

上述方案中，所述车载控制终端通过网络与远程控制服务器连接，具体为：无线通信模块通过网络与远程控制服务器连接。

上述方案中，所述车载控制终端通过CAN总线与发动机ECU、组合仪表连接，具体为：CAN收发器通过CAN总线与发动机ECU、组合仪表连接。

上述方案中，所述无线通信模块为一个可以接入网络的3G通信模块。

一种基于云计算平台的车用发动机远程监测、标定及大数据收集系统的工作方法，当车辆启动，发动机ECU和车载控制终端上电后，车载控制终端的socket程序运行，以设定的远程控制服务器ip地址和端口号连接远程控制服务器socket，远程控制服务器socket接收到车载控制终端socket的连接请求，建立一个新的线程，把远程控制服务器端socket的描述发给车载控制终端socket，车载控制终端socket确认描述，双方正式建立连接，双方可以进行数据通信；而远程控制服务器套接字继续处于监听状态，继续接收其他车载控制终端socket的连接请求；发动机MAP标定使用CAN标定协议，本系统设计ECU侧CAN报文的接收是在ECU中断函数中处理，为了避免占用过多中断时间而影响其他中断级别较低的程序运行，在CAN接收中断处理函数中只对ID标识符进行判断，并不直接在中断处理函数中调用执行CCP驱动的命令模块，命令模块的调用在主函数中执行；发动机ECU主函数通过判断标志位的状态，调用CCP驱动的ccpcommond()子函数解释并执行收到的CRO命令，调用CCP驱动程序中的其他函数进行发动机MAP标定，并组织需要反馈的DTO数据；车辆启动后，发动机工作，车载控制终端收集车辆参数信息数据，通过无线通信模块将数据上传至指定服务器，完成数据收集。

本发明的有益效果为：

通过汽车CAN总线技术、3G网络技术和互联网技术建立可靠、稳定的系统，不仅可以替代目前其他远程监控系统的功能需求，而且满足车主与发动机厂商的需求，实现制造企业的全方位车辆服务与保障，满足发动机厂商产品开发的大数据需求，为厂商提供一套收集产品大数据的系统以及为用户提供订制化的发动机MAP更新服务。此外，车主还可通过远程控制客户端账户密码登录接入远程控制服务器，查看车辆状态参数信息，供使用者方便了解到车辆的状况。

附图说明

图1为本发明基于云计算平台的车用发动机远程监控、标定及大数据收集系统的结构示意图；

图2为车载控制终端总线硬件接口电路图；

图3为用户申请一次脉谱图数据更新的逻辑框图；

图4为用户查看车辆状态参数信息的流程示意图；

图5为发动机运行参数大数据收集的流程示意图；

图6为远程控制服务器和车载控制终端之间数据传输程序基本流程图；

图7为发动机ECU侧CCP与CAN接口程序基本流程图。

其中：100-服务器端数据库，200-信息管理系统，300-云计算平台，400-远程控制服务器，500-远程控制客户端，600-车载控制终端，700-发动机ECU，800-CAN总线，900-组合仪表，610-CAN控制器，620-CAN收发器，630-RISC微控制器，640-GPS模块，650-无线通信模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及效果更加清楚、明确，通过以下实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

图1所示是本发明的基于云计算平台的车用发动机远程监控、标定及大数据收集系统的结构示意图，包括：服务器端数据库100(本发明优选mySQL数据库)、信息管理系统200、云计算平台300(本发明优选阿里云计算平台)、远程控制服务器400、远程控制客户端500、车载控制终端600、发动机ECU700、CAN总线800和组合仪表900；远程控制客户端500的平台为手机，用户需要下载远程控制客户端500注册账号密码；车载控制终端600由汽车电瓶经过电压转换后为其供电；CAN总线800符合ISO 11898国际标准，采用CAN技术规范2.0B；组合仪表900是作为携带CAN网络终端电阻的设备，在CAN网络中需要有终端电阻(一般为120欧姆)，以保证CAN报文信息的稳定性和准确性。

车载控制终端600包括CAN控制器610、CAN收发器620、RISC微控制器630、GPS模块640及无线通信模块650，RISC微控制器630分别与CAN控制器610、GPS模块640及无线通信模块650连接；无线通信模块650用于和所述的远程控制服务器建立连接；GPS模块640用于定位车辆，为用户提供定位服务；CAN控制器610用于实现CAN总线800的协议底层以及数据链路层，控制CAN报文发送，生成和解析CAN帧；CAN收发器620用于将二进制码流转换为差分信号发送，将差分信号转换为二进制码流接收；RISC微控制器630用于解析所述远程服务器的控制命令并执行以及处理发动机运行信息数据。本发明CAN控制器610、CAN收发器620、RISC微控制器630、GPS模块640及无线通信模块650具体为：CAN控制器MCP2515、CAN收发器SN65HVD230、ARM9处理器、GTS-4EGPS模块和中兴MC2716 3G通信模块。图2所示为车载控制终端600总线硬件接口电路图，SN65HVD230使用额定3.3V电源供电，VREF是基准输出引脚，输出电压值为VCC的1/2；收发器与CAN总线并不直接相连，在CAN_H和CAN_L与地之间设计一个RC滤波电路，除去CAN总线上高频干扰；二极管D1、D2组成钳位效应，当出现瞬变干扰时，通过钳位保护，确保电压稳定。

无线通信模块650通过网络(3G网络/internet)与远程控制服务器400连接，远程控制服务器400用于接收远程控制客户端500的相关操作指令，远程控制客户端500用于接收用户申请以及查看车辆状态参数；远程控制服务器400与服务器端数据库100连接，用来储存车载控制终端600上传的发动机运行参数数据；远程控制服务器400与信息管理系统200连接，用于存储用户及对应产品信息；远程控制服务器400还与云计算平台300连接，将数据传输至云计算平台300进行处理计算；CAN收发器620通过CAN总线800与发动机ECU700、组合仪表900连接，发动机ECU700用来控制发动机运行，组合仪表900用于显示车辆及发动机的状态信息。

一种基于云计算平台的车用发动机远程监测、标定及大数据收集系统设在用户汽车终端与发动机企业生产企业的用户服务平台之间，该系统在用户车辆上设远程控制服务器400，车载控制终端600通过节点接入车辆CAN总线800，信息管理系统200用以存储用户及车辆匹配信息，用户必须经过注册才能登入系统的信息管理子系统，注册时用户必须提供自己的身份信息、车辆牌照信息以及车载控制终端600编号信息，之后用户只需要登录便可以查看自己车辆的状态信息，以及进行服务申请。

一种基于云计算平台的车用发动机远程监测、标定及大数据收集系统的工作过程为：当车辆启动后，各种传感器(发动机转速传感器、油门踏板位置传感器(节气门位置传感器)、冷却液温度传感器、进气温度传感器、进气歧管绝对压力传感器、空气流量计、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器等)将所采集的信号输入到发动机ECU 700，经过信号处理电路转换成微控制器可以识别的信号，发动机ECU 700通过对这些信号的分析和判断，了解发动机当前所处工况，并且根据储存在发动机ECU 700中的喷油脉宽和点火提前角MAP以及各修正参数计算当前喷油脉宽和点火提前角，控制发动机的运行。与此同时发动机参数信息(发动机转速、进气流量、循环喷油量、节气门位置、进气温度、进气歧管绝对压力)以CCP协议格式发送至CAN总线800，接入CAN总线800的车载控制终端600，接收带有发动机参数信息的特定ID的CAN报文，经过解析报文得到协议数据信息，然后封装成符合TCP/IP协议的数据包，车载控制终端600与远程控制服务器400建立socket连接，最后将数据包通过无线通信模块650上传至互联网，远程控制服务器400接收到数据解析后显示在监控界面上，同时储存到服务器端数据库100。

如图3所示，客户通过手机APP(远程控制客户端500)请求MAP标定，远程控制服务器400接收到客户的标定请求，若客户车辆车载控制终端600已经连接，则依据客户的要求架构对应MAP数据发送至客户车辆的车载控制终端600，否则提示：车辆未连接。车载控制终端600接收远程控制服务器400发送的MAP数据后，进行校验，校验成功后即开始进行标定。在标定过程中，首先获取标定数据地址，然后下载标定数据到指定地址，重复该过程直至设定MAP完全标定完成，返回执行成功标志。远程控制服务器400接收到成功标志信息后，返回客户标定成功信息。该标定过程修改的只是发动机ECU700运行内存中的MAP数据，当发动机ECU700掉电后，标定数据将会消失，不会影响发动机ECU700原始数据。

如：用户长时间驾驶在城市路况下，可以通过手机客户端申请更新更适合城市工况的发动机MAP，远程控制服务器400确认用户的申请，根据用户的请求将对应MAP通过3G网络/internet下传到车载控制终端600，然后对发动机RAM中的MAP进行替换；当用户长时间驾驶在乡村路况下，可以通过手机客户端申请更新更适合乡村工况的发动机MAP，远程控制服务器400确认用户的申请，根据用户的请求将对应MAP通过3G网络/internet下传到车载控制终端600，然后对发动机RAM中的MAP进行替换。当发动机ECU700掉电，请求MAP数据消失，不影响发动机ECU700原始MAP数据。

发动机开机运行，发动机运行参数都将会被车载控制终端600收集并发送到远程控制服务器400，然后储存到所述服务器端数据库100，以此收集发动机运行大数据以便于后续研发、优化。

用户查看车辆状态信息流程图如图4所示，具体实施时一般采用智能手机下载远程控制终端到手机上，包括步骤：

S100，远程控制终端账户密码登录，远程控制服务器400检验输入用户名与密码匹配正确，则进入远程控制终端界面；在步骤S100之前，客户要先注册账户密码，同时提交车辆信息；

S200，进入所述远程控制终端界面，请求更新车辆状态参数信息数据，远程控制服务器400收到用户请求，将最新该用户匹配车辆状态信息数据发送至远程控制终端，供客户参考。

发动机运行大数据收集流程图如图5所示，包括步骤：

E100，发动机ECU700将发动机状态信息打包成特殊的CAN帧发送至CAN总线800；

E200，与CAN总线800连接的车载控制终端600，接收特定的CAN帧，解析数据，然后将数据信息重新打包通过无线通信模块650上传至网络；

E300，远程控制服务器400通过internet网络接收车载控制终端600发来的数据包，解析之后将数据信息存储到服务器端数据库100。

一种基于云计算平台的车用发动机远程监测、标定及大数据收集系统的工作方法：

数据采集使用socket套接字连接的方式实现服务器和车载终端之间的数据传输。当车辆启动，发动机ECU700和车载控制终端600上电后，车载控制终端600的socket程序运行，以设定的服务器ip地址和端口号连接远程控制服务器400socket，远程控制服务器400socket接收到车载控制终端600socket的连接请求，建立一个新的线程，把远程控制服务器400socket的描述发给车载控制终端600socket，车载控制终端600socket确认次描述，双方正式建立连接，双方可以进行数据通信。而远程控制服务器400套接字继续处于监听状态，继续接收其他车载控制终端600socket的连接请求，具体示意图如图6所示。

MAP标定使用CAN标定协议(CAN Calibration Protocol，简称CCP)，本系统设计ECU侧CAN报文的接收是在中断函数中处理，为了避免占用过多中断时间而影响其他中断级别较低的程序运行，在CAN接收中断处理函数中只对ID标识符进行判断，并不直接在中断处理函数中调用执行CCP驱动的命令模块，命令模块的调用在主函数中执行。发动机ECU700主函数通过判断标志位的状态，调用CCP驱动的ccpcommond()子函数解释并执行收到的CRO命令，调用CCP驱动程序中的其他函数进行MAP标定，并组织需要反馈的DTO数据,如图7所示。车辆启动后，发动机工作，车载控制终端600收集车辆参数信息数据，通过无线通信模块650将数据上传至指定服务器，完成数据收集。

本发明主要从网络角度、硬件角度、软件角度、行业需求角度和用户需求角度描述了其价值性与实现方法。本发明充分利用了当前汽车总线技术、移动通讯技术和互联网计算机技术，通过软件和硬件冗余设计，构建了基于云计算平台的车用发动机远程监控、标定及大数据收集系统，保证其稳定可靠性。

上面结合附图对本发明进行了实例性描述，显然本发明并不受上述方式限制，只要采取本发明方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。