基于ETC開啟汽車跑偏測試系統(tǒng)測點的研究

魏樂文 ，何耀華 ，2，李 奎 ，庫亞斌

（1.武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，武漢430070；2.現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室，武漢 430070）

基于ETC開啟汽車跑偏測試系統(tǒng)測點的研究

魏樂文1，何耀華1，2，李 奎1，庫亞斌1

（1.武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，武漢430070；2.現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室，武漢 430070）

為避免在汽車跑偏測試過程中，測試員開啟測點時由于系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)信號波動而導(dǎo)致測試批量無效、下線測試車輛擁堵，需要保證測試車輛在駛?cè)霚y試區(qū)前測點能正常開啟。提出基于ETC的測試車輛自動開啟測點的方法，深入研究了其測試原理和結(jié)構(gòu)方案，基于下線測試車輛自動開啟測點的實際需要進行了相關(guān)軟件的設(shè)計。實際測試表明，利用ETC技術(shù)實現(xiàn)測試車輛自動開啟測點能夠很好地滿足測試過程中測點正常開啟的實際需要。

不停車收費系統(tǒng)；跑偏測試；無線網(wǎng)絡(luò)；開啟測點

為避免存在行駛跑偏質(zhì)量問題的汽車進入市場，需要對從總裝線下來的汽車進行跑偏量的在線檢測。為了建立測試結(jié)果與被試車輛間的對應(yīng)關(guān)系，汽車生產(chǎn)廠家大多采用車輛識別碼即VIN碼來標(biāo)志車輛身份[1]。目前，國內(nèi)部分汽車廠商使用的基于數(shù)字圖像或激光測距的車輛行駛跑偏在線測量系統(tǒng)中測試點開啟的方案是一致的，即利用手持終端通過系統(tǒng)搭建的無線網(wǎng)絡(luò)向測試主機發(fā)送測試請求來開啟相應(yīng)測點[2-5]。然而，由于無線網(wǎng)絡(luò)信號波動可能會導(dǎo)致測點無法正常開啟或延遲開啟，從而使得測試結(jié)果無效甚至造成下線車輛擁堵。對此提出了基于ETC實現(xiàn)測試車輛自動開啟測點的方案。該方案使用以太網(wǎng)有線通信，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，能夠保證下線測試車輛自動正常開啟測點。

1 手持終端開啟測點的方案介紹

測試系統(tǒng)采取無線接入點AP（access point）方式搭建了無線局域網(wǎng)。AP相當(dāng)于一個連接有線網(wǎng)和無線網(wǎng)的橋梁，正好滿足測試要求，即測試人員使用手持終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與測試主機進行數(shù)據(jù)通信[6]。手持終端與測試主機在開啟測試點過程中的通信流程如圖1所示。測試員上車前利用手持終端錄入VIN等條碼信息，然后駕駛測試車輛進行測試。當(dāng)駛過測試信號發(fā)射點時，按下手持終端的測試啟動按鍵（該按鍵可在程序中自行設(shè)定），手持終端便向測試主機請求連接，并在成功建立連接后將其存儲的條碼信息及測試指令發(fā)送給主機，主機接收到相應(yīng)信息后便在程序中開啟測試點并進行測試[7]。該方案操作簡便、可靠性高。

圖1 手持終端開啟測點通信流程Fig.1 Hand terminal opens test point communication flow chart

然而，在實際的測試過程中，利用手持終端開啟測點的方案仍然存在以下問題：

（1）測點靠手持終端與測試主機的通訊開啟，而車輛測試過程中無線網(wǎng)絡(luò)信號強度不穩(wěn)定（測試過程中測試員將手持終端放置在測試車輛副駕駛座上），受天氣因素影響較大（無線AP放置在室外測試道外側(cè)），如遇霧天、雨天檢測無效頻次增加；

（2）測試員存在提前或延遲按下測試啟動鍵的問題，導(dǎo)致跑偏測試數(shù)據(jù)混亂、測試無效；

（3）工藝要求測試車輛車速在50 km/h檢測跑偏量，在檢測過程中需要手動按鍵開啟測試點，存在著一定的駕駛安全隱患。針對以上問題，考慮使用ETC中多車道自由流的形式來開啟測試點。

2 基于ETC開啟測點的方案研究

不停車收費系統(tǒng)ETC，是利用微波（或紅外或射頻）技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、圖像識別技術(shù)等高新技術(shù)的設(shè)備和軟件（包括管理）所組成的先進系統(tǒng)，以實現(xiàn)車輛無需停車即可自動收取道路通行費用[8]。目前大多數(shù)ETC系統(tǒng)均采用微波技術(shù)。

不停車收費系統(tǒng)通過路邊車道設(shè)備控制系統(tǒng)的信號發(fā)射與接收裝置——路邊讀寫設(shè)備RSU，識別車輛上設(shè)備——車載器OBU——內(nèi)特有的編碼，判別車型，計算通行費用，并自動從車輛用戶的專用賬戶中扣除通行費[9]。在此，結(jié)合測試系統(tǒng)的實際需要，對基于ETC開啟測點的方案進行分析研究。

2.1 測試方案通信流程的研究

由于測試過程中不需要進行交易流程，只需要讀取電子標(biāo)簽的信息進行測試車輛身份認(rèn)證并開啟測點即可。因此，本方案中硬件部分由路側(cè)單元RSU（包括發(fā)射單元、接收單元等），RSU控制器和車載電子標(biāo)簽OBU組成，其交互流程見表1。

表1 ETC設(shè)備通信流程Tab.1 ETC equipment communication process

由于 UDP（user datagram protocol）協(xié)議即用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議是一個無連接協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)之前傳輸雙方并不建立連接。因此，對服務(wù)器的資源占用較小，處理速度較快[10]；缺點是不能保證測試信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實時性。由于ETC設(shè)備與測試主機采用穩(wěn)定的以太網(wǎng)有線通信且其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，經(jīng)過試驗證實其滿足測試系統(tǒng)要求。因此在該通信過程中采用UDP通信協(xié)議。

為了建立測試結(jié)果與被試車輛間的對應(yīng)關(guān)系，汽車生產(chǎn)廠家大多采用VIN碼標(biāo)識車輛身份。需要利用手持終端與主機的通信來區(qū)分測試車輛，所以利用ETC開啟測點時需要將電子標(biāo)簽與相應(yīng)的手持終端綁定，才能識別出對應(yīng)的測試車輛。

每臺手持終端在通信程序中對應(yīng)于一個獨立的IP地址 （手持終端與主機的通信是基于TCP通信協(xié)議實現(xiàn)的，因為考慮到系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)信號波動的影響且要保證測試信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性），故將每個電子標(biāo)簽的信息在程序中分別與各手持終端IP地址相對應(yīng)做綁定。方案中將無線AP放置在總裝車間廠房內(nèi)，可使無線網(wǎng)絡(luò)信號免受外界環(huán)境因素的干擾，保持穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

該方案開啟測點的流程如圖2和圖3所示。首先，測試員上車前利用手持終端錄入VIN等條碼信息，手持終端即自動向主機請求連接并在成功建立連接后將存儲的條碼信息發(fā)送給測試主機，而后斷開連接；測試員駕駛測試車輛（帶上相應(yīng)的電子標(biāo)簽）駛過路側(cè)單元RSU時，RSU控制器讀取到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給測試主機，測試主機接收到該標(biāo)簽數(shù)據(jù)后將其與對應(yīng)手持終端上傳的條碼信息相匹配然后開啟測試點。

圖2 ETC開啟測點方案手持終端流程Fig.2 ETC open test point scheme hand terminal flow chart

圖3 ETC開啟測點流程Fig.3 ETC open measuring point flow chart

2.2 ETC測試車道防干擾研究

在ETC項目工程實施過程中，存在車道跟車干擾現(xiàn)象問題，勢必影響測試點的正常開啟。因此有必要對該問題進行分析并提出可行的解決方案。對于工程實施而言，RSU安裝角度不宜設(shè)置太大，否則導(dǎo)致通信區(qū)域變大，易造成通訊區(qū)域內(nèi)同時存在2輛測試車輛；對于該ETC設(shè)備而言，RSU設(shè)備發(fā)射功率及天線通信區(qū)域的縱向長度不宜設(shè)置太大，否則容易引起跟車干擾[11-12]；對于測試車輛而言，其跟車距離不宜太近，否則易引起跟車干擾。若由于測試車輛跟車距離過小引起跟車干擾現(xiàn)象，則需要在測試系統(tǒng)通信程序中加以解決。

圖4 ETC程序控制策略流程Fig.4 ETC procedure controls policy flow chart

擬在通信程序中采用2條控制策略（如圖 4 所示）：a.采用隊列處理機制。對每一個從RSU控制器傳輸過來的標(biāo)簽信息進行排隊處理，使得每個信息按照先后順序依次進行出隊列處理 （先入先出，后入后出）。 b.進行信息校核處理。針對每一個出隊列的標(biāo)簽信息索引其對應(yīng)手持終端上傳的條碼信息，若索引不到相應(yīng)信息則程序直接跳入下一個信息處理進程，索引到相應(yīng)信息則判定對應(yīng)測點是否已經(jīng)開啟。若測點已開啟則程序跳入下一個運行流程，若測點未開啟則程序開啟相應(yīng)測點。

2.3 基于ETC開啟測點的軟件設(shè)計

基于ETC開啟測點的方案，需要在原系統(tǒng)無線通信模塊相應(yīng)軟件基礎(chǔ)上，修改手持終端的程序（基于C#編寫）以及通信程序 （基于LabVIEW編寫）。手持終端程序修改的部分代碼如圖5所示，其與圖2所示流程相對應(yīng)。

圖5 ETC開啟測點方案手持終端部分代碼Fig.5 ETC open test point scheme with terminal part of code

測試系統(tǒng)通信程序修改部分主要包括ETC與測試主機通信程序及ETC開啟測點策略程序。ETC與主機的通信程序如圖6所示，其與圖3所示流程相對應(yīng)。ETC開啟測點策略程序如圖7所示，其與圖4所示流程相對應(yīng)。

圖6 ETC與測試主機通信程序框圖Fig.6 ETC and test host communication program block diagram

圖7 ETC開啟測點策略程序框圖Fig.7 ETC open test point policy program block diagram

3 測點開啟策略及測試效率的研究

在汽車跑偏測試道路上布置有3個測試點。測試點1和2間距為5 m，測試點2和3間距為45 m。測試點1和2的測試數(shù)據(jù)用以計算汽車跑偏駛?cè)虢牵粶y試點1，2和3的測試數(shù)據(jù)共同用于計算汽車行駛跑偏量。測點開啟后，當(dāng)測試車輛駛過測點時，若測試程序提取到有效電流數(shù)據(jù)（當(dāng)程序讀取到測點的電流模擬量輸出值對應(yīng)的距離值在測點設(shè)定的測量范圍內(nèi)時，則認(rèn)為該電流數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)），則該測點被觸發(fā)且自行關(guān)閉并等待下一次開啟指令。程序中開啟測點采用隊列處理機制，即只有當(dāng)上一次測試開啟的測點被觸發(fā)，或超時自行關(guān)閉后，才能接受下一次測試啟動指令，重新開啟。

隨著汽車年產(chǎn)量的逐年遞增，汽車道路測試呈現(xiàn)出了測試量大（可達1000輛/日）、測試項目繁多的特點。因此，在保證信息傳輸準(zhǔn)確的前提下，測試效率成為衡量通信系統(tǒng)優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)[6]。

在測試量較大的情況下，若測試準(zhǔn)備區(qū)域較短，開啟測點過程中無線網(wǎng)絡(luò)信號波動或測試員延遲按下測試啟動按鍵，便會出現(xiàn)測試無效甚至測試車輛在測試區(qū)前排隊擁堵現(xiàn)象（之前測試系統(tǒng)的測試準(zhǔn)備區(qū)域為70 m，很少出現(xiàn)排隊擁堵情況，但是測試準(zhǔn)備區(qū)較長會導(dǎo)致測試效率降低）。使用ETC開啟測點，可以免受無線網(wǎng)絡(luò)信號波動及測試員誤操作的干擾，具有響應(yīng)迅速、數(shù)據(jù)傳輸速度快等優(yōu)點。綜上，考慮將ETC設(shè)備安裝在距離第1個測試點30 m的位置，即測試準(zhǔn)備區(qū)域長度縮短為30 m，大大提高了測試效率。

4 系統(tǒng)試驗測試

在經(jīng)過對該設(shè)備硬件搭建和相關(guān)軟件設(shè)計后，需要對該設(shè)備進行測點自動開啟的試驗測試，即對該跑偏測試系統(tǒng)進行試驗測試。

ETC設(shè)備及測試道路如圖8所示。RSU設(shè)備安裝在龍門架中央下方，RSU控制器安裝在固定于龍門架右側(cè)的防水盒內(nèi)。試驗進行了數(shù)日（測試員按照新的測試流程進行測試），最后對試驗測試數(shù)據(jù)進行提取和分析，并與改造前系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)（均取雨天的連續(xù)測試數(shù)據(jù)）進行比較（測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，可以按日期查看和提取之前的測試數(shù)據(jù)），對比情況見表2。由表可知，基于ETC開啟測點的方案能提高測試有效率且滿足實際測試要求。

圖8 ETC設(shè)備及測試道路Fig.8 ETC equipment and test road

表2 連續(xù)測試數(shù)據(jù)Tab.2 Continuous test data

5 結(jié)語

利用ETC設(shè)備開啟測點，可以免受室外環(huán)境因素導(dǎo)致的系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)信號波動的影響，實現(xiàn)100%正常開啟測點，提高了測試有效率。

利用ETC設(shè)備開啟測點，使得測試員在駕駛過程中無需進行任何操作，不僅使其駕駛安全性得到了保障，而且使其在測試過程中不會出現(xiàn)誤操作。

在該測試系統(tǒng)通信程序中，對測點開啟指令采用的隊列處理機制以及信息校核處理，使得多輛被測車輛跟隨連續(xù)測試時其測試結(jié)果與其對應(yīng)關(guān)系不會出現(xiàn)混亂。

利用ETC設(shè)備開啟測點，縮短了測試準(zhǔn)備區(qū)域的長度，大大提高了系統(tǒng)的測試效率。經(jīng)過理論分析以及試驗測試，驗證了該方案具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，能保證下線測試車輛自動正常開啟測點。該方案對于目前整車生產(chǎn)商具有實用意義，在其他領(lǐng)域也具有一定的實用價值。

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Researches on Opening Measuring Points of Vehicle-wandering Testing System Based on ETC

WEI Le-wen1，HE Yao-hua1，2，LI Kui1，KU Ya-bin1
（1.School of Automotive Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2.Huibei Key Laboratory of Advanced Technology for Automotive Component，Wuhan 430070，China）

In order to avoid the offline test vehicles existing testing invalidation and congestion because of the wireless network signal fluctuation when testers opened the measuring points at the vehicle-wandering testing process，the normal open of measuring points before the test vehicles enter into the testing region is needed.The method of opening measuring points automatically of test vehicles based on ETC is presented，the testing principle and general structure scheme is further studied.Based on the actual need of opening measuring points automatically of offline vehicles，the related software of the testing system is designed.Practical test shows that using ETC technology to open measuring points can well meet the actual need of opening measuring points normally at the testing process.

electronic toll collection（ETC）；wandering testing；wireless network；opening measuring points

U467

B

1001-9944（2017）11-0032-04

10.19557/j.cnki.1001-9944.2017.11.008

2017-06-30；

2017-10-05

校企合作科研基金項目（20162h0057）

魏樂文（1994—），男，碩士研究生，研究方向為汽車試驗系統(tǒng)與試驗方法；何耀華（1962—），男，本科，副教授，研究方向為汽車試驗系統(tǒng)與試驗方法。