基于ETC开启汽车跑偏测试系统测点的研究

魏乐文 ，何耀华 ，2，李 奎 ，库亚斌

（1.武汉理工大学 汽车工程学院，武汉430070；2.现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，武汉 430070）

基于ETC开启汽车跑偏测试系统测点的研究

魏乐文1，何耀华1，2，李 奎1，库亚斌1

（1.武汉理工大学 汽车工程学院，武汉430070；2.现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，武汉 430070）

为避免在汽车跑偏测试过程中，测试员开启测点时由于系统无线网络信号波动而导致测试批量无效、下线测试车辆拥堵，需要保证测试车辆在驶入测试区前测点能正常开启。提出基于ETC的测试车辆自动开启测点的方法，深入研究了其测试原理和结构方案，基于下线测试车辆自动开启测点的实际需要进行了相关软件的设计。实际测试表明，利用ETC技术实现测试车辆自动开启测点能够很好地满足测试过程中测点正常开启的实际需要。

不停车收费系统；跑偏测试；无线网络；开启测点

为避免存在行驶跑偏质量问题的汽车进入市场，需要对从总装线下来的汽车进行跑偏量的在线检测。为了建立测试结果与被试车辆间的对应关系，汽车生产厂家大多采用车辆识别码即VIN码来标志车辆身份[1]。目前，国内部分汽车厂商使用的基于数字图像或激光测距的车辆行驶跑偏在线测量系统中测试点开启的方案是一致的，即利用手持终端通过系统搭建的无线网络向测试主机发送测试请求来开启相应测点[2-5]。然而，由于无线网络信号波动可能会导致测点无法正常开启或延迟开启，从而使得测试结果无效甚至造成下线车辆拥堵。对此提出了基于ETC实现测试车辆自动开启测点的方案。该方案使用以太网有线通信，具有结构简单、响应快、稳定性好等优点，能够保证下线测试车辆自动正常开启测点。

1 手持终端开启测点的方案介绍

测试系统采取无线接入点AP（access point）方式搭建了无线局域网。AP相当于一个连接有线网和无线网的桥梁，正好满足测试要求，即测试人员使用手持终端通过无线网络与测试主机进行数据通信[6]。手持终端与测试主机在开启测试点过程中的通信流程如图1所示。测试员上车前利用手持终端录入VIN等条码信息，然后驾驶测试车辆进行测试。当驶过测试信号发射点时，按下手持终端的测试启动按键（该按键可在程序中自行设定），手持终端便向测试主机请求连接，并在成功建立连接后将其存储的条码信息及测试指令发送给主机，主机接收到相应信息后便在程序中开启测试点并进行测试[7]。该方案操作简便、可靠性高。

图1 手持终端开启测点通信流程Fig.1 Hand terminal opens test point communication flow chart

然而，在实际的测试过程中，利用手持终端开启测点的方案仍然存在以下问题：

（1）测点靠手持终端与测试主机的通讯开启，而车辆测试过程中无线网络信号强度不稳定（测试过程中测试员将手持终端放置在测试车辆副驾驶座上），受天气因素影响较大（无线AP放置在室外测试道外侧），如遇雾天、雨天检测无效频次增加；

（2）测试员存在提前或延迟按下测试启动键的问题，导致跑偏测试数据混乱、测试无效；

（3）工艺要求测试车辆车速在50 km/h检测跑偏量，在检测过程中需要手动按键开启测试点，存在着一定的驾驶安全隐患。针对以上问题，考虑使用ETC中多车道自由流的形式来开启测试点。

2 基于ETC开启测点的方案研究

不停车收费系统ETC，是利用微波（或红外或射频）技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图像识别技术等高新技术的设备和软件（包括管理）所组成的先进系统，以实现车辆无需停车即可自动收取道路通行费用[8]。目前大多数ETC系统均采用微波技术。

不停车收费系统通过路边车道设备控制系统的信号发射与接收装置——路边读写设备RSU，识别车辆上设备——车载器OBU——内特有的编码，判别车型，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用账户中扣除通行费[9]。在此，结合测试系统的实际需要，对基于ETC开启测点的方案进行分析研究。

2.1 测试方案通信流程的研究

由于测试过程中不需要进行交易流程，只需要读取电子标签的信息进行测试车辆身份认证并开启测点即可。因此，本方案中硬件部分由路侧单元RSU（包括发射单元、接收单元等），RSU控制器和车载电子标签OBU组成，其交互流程见表1。

表1 ETC设备通信流程Tab.1 ETC equipment communication process

由于 UDP（user datagram protocol）协议即用户数据报协议是一个无连接协议，传输数据之前传输双方并不建立连接。因此，对服务器的资源占用较小，处理速度较快[10]；缺点是不能保证测试信息传输的准确性和实时性。由于ETC设备与测试主机采用稳定的以太网有线通信且其传输的数据量较小，经过试验证实其满足测试系统要求。因此在该通信过程中采用UDP通信协议。

为了建立测试结果与被试车辆间的对应关系，汽车生产厂家大多采用VIN码标识车辆身份。需要利用手持终端与主机的通信来区分测试车辆，所以利用ETC开启测点时需要将电子标签与相应的手持终端绑定，才能识别出对应的测试车辆。

每台手持终端在通信程序中对应于一个独立的IP地址 （手持终端与主机的通信是基于TCP通信协议实现的，因为考虑到系统无线网络信号波动的影响且要保证测试信息传输的准确性），故将每个电子标签的信息在程序中分别与各手持终端IP地址相对应做绑定。方案中将无线AP放置在总装车间厂房内，可使无线网络信号免受外界环境因素的干扰，保持稳定的无线网络环境。

该方案开启测点的流程如图2和图3所示。首先，测试员上车前利用手持终端录入VIN等条码信息，手持终端即自动向主机请求连接并在成功建立连接后将存储的条码信息发送给测试主机，而后断开连接；测试员驾驶测试车辆（带上相应的电子标签）驶过路侧单元RSU时，RSU控制器读取到电子标签的数据并将其发送给测试主机，测试主机接收到该标签数据后将其与对应手持终端上传的条码信息相匹配然后开启测试点。

图2 ETC开启测点方案手持终端流程Fig.2 ETC open test point scheme hand terminal flow chart

图3 ETC开启测点流程Fig.3 ETC open measuring point flow chart

2.2 ETC测试车道防干扰研究

在ETC项目工程实施过程中，存在车道跟车干扰现象问题，势必影响测试点的正常开启。因此有必要对该问题进行分析并提出可行的解决方案。对于工程实施而言，RSU安装角度不宜设置太大，否则导致通信区域变大，易造成通讯区域内同时存在2辆测试车辆；对于该ETC设备而言，RSU设备发射功率及天线通信区域的纵向长度不宜设置太大，否则容易引起跟车干扰[11-12]；对于测试车辆而言，其跟车距离不宜太近，否则易引起跟车干扰。若由于测试车辆跟车距离过小引起跟车干扰现象，则需要在测试系统通信程序中加以解决。

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

拟在通信程序中采用2条控制策略（如图 4 所示）：a.采用队列处理机制。对每一个从RSU控制器传输过来的标签信息进行排队处理，使得每个信息按照先后顺序依次进行出队列处理 （先入先出，后入后出）。 b.进行信息校核处理。针对每一个出队列的标签信息索引其对应手持终端上传的条码信息，若索引不到相应信息则程序直接跳入下一个信息处理进程，索引到相应信息则判定对应测点是否已经开启。若测点已开启则程序跳入下一个运行流程，若测点未开启则程序开启相应测点。

2.3 基于ETC开启测点的软件设计

基于ETC开启测点的方案，需要在原系统无线通信模块相应软件基础上，修改手持终端的程序（基于C#编写）以及通信程序 （基于LabVIEW编写）。手持终端程序修改的部分代码如图5所示，其与图2所示流程相对应。

图5 ETC开启测点方案手持终端部分代码Fig.5 ETC open test point scheme with terminal part of code

测试系统通信程序修改部分主要包括ETC与测试主机通信程序及ETC开启测点策略程序。ETC与主机的通信程序如图6所示，其与图3所示流程相对应。ETC开启测点策略程序如图7所示，其与图4所示流程相对应。

图6 ETC与测试主机通信程序框图Fig.6 ETC and test host communication program block diagram

图7 ETC开启测点策略程序框图Fig.7 ETC open test point policy program block diagram

3 测点开启策略及测试效率的研究

在汽车跑偏测试道路上布置有3个测试点。测试点1和2间距为5 m，测试点2和3间距为45 m。测试点1和2的测试数据用以计算汽车跑偏驶入角；测试点1，2和3的测试数据共同用于计算汽车行驶跑偏量。测点开启后，当测试车辆驶过测点时，若测试程序提取到有效电流数据（当程序读取到测点的电流模拟量输出值对应的距离值在测点设定的测量范围内时，则认为该电流数据为有效数据），则该测点被触发且自行关闭并等待下一次开启指令。程序中开启测点采用队列处理机制，即只有当上一次测试开启的测点被触发，或超时自行关闭后，才能接受下一次测试启动指令，重新开启。

随着汽车年产量的逐年递增，汽车道路测试呈现出了测试量大（可达1000辆/日）、测试项目繁多的特点。因此，在保证信息传输准确的前提下，测试效率成为衡量通信系统优劣的一个重要指标[6]。

在测试量较大的情况下，若测试准备区域较短，开启测点过程中无线网络信号波动或测试员延迟按下测试启动按键，便会出现测试无效甚至测试车辆在测试区前排队拥堵现象（之前测试系统的测试准备区域为70 m，很少出现排队拥堵情况，但是测试准备区较长会导致测试效率降低）。使用ETC开启测点，可以免受无线网络信号波动及测试员误操作的干扰，具有响应迅速、数据传输速度快等优点。综上，考虑将ETC设备安装在距离第1个测试点30 m的位置，即测试准备区域长度缩短为30 m，大大提高了测试效率。

4 系统试验测试

在经过对该设备硬件搭建和相关软件设计后，需要对该设备进行测点自动开启的试验测试，即对该跑偏测试系统进行试验测试。

ETC设备及测试道路如图8所示。RSU设备安装在龙门架中央下方，RSU控制器安装在固定于龙门架右侧的防水盒内。试验进行了数日（测试员按照新的测试流程进行测试），最后对试验测试数据进行提取和分析，并与改造前系统的测试数据（均取雨天的连续测试数据）进行比较（测试系统数据库，可以按日期查看和提取之前的测试数据），对比情况见表2。由表可知，基于ETC开启测点的方案能提高测试有效率且满足实际测试要求。

图8 ETC设备及测试道路Fig.8 ETC equipment and test road

表2 连续测试数据Tab.2 Continuous test data

5 结语

利用ETC设备开启测点，可以免受室外环境因素导致的系统无线网络信号波动的影响，实现100%正常开启测点，提高了测试有效率。

利用ETC设备开启测点，使得测试员在驾驶过程中无需进行任何操作，不仅使其驾驶安全性得到了保障，而且使其在测试过程中不会出现误操作。

在该测试系统通信程序中，对测点开启指令采用的队列处理机制以及信息校核处理，使得多辆被测车辆跟随连续测试时其测试结果与其对应关系不会出现混乱。

利用ETC设备开启测点，缩短了测试准备区域的长度，大大提高了系统的测试效率。经过理论分析以及试验测试，验证了该方案具有响应快、稳定性好等优点，能保证下线测试车辆自动正常开启测点。该方案对于目前整车生产商具有实用意义，在其他领域也具有一定的实用价值。

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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

校企合作科研基金项目（20162h0057）

魏乐文（1994—），男，硕士研究生，研究方向为汽车试验系统与试验方法；何耀华（1962—），男，本科，副教授，研究方向为汽车试验系统与试验方法。