CN112188436B - 一种基于v2x通信的车载单元监测系统和方法 - Google Patents

一种基于v2x通信的车载单元监测系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能网联汽车的通信领域，目的是提供一种基于V2X通信的车载单元监测系统和方法，其中，系统中车载单元按照重要性划分为电源模块、天线模块、接口模块、控制模块和HSM硬件安全模块，各个模块的运行状态划分为正常、恶化和故障，根据各个模块的运行状态得到整个车载单元的运行状态健康程度，将单个模块中的各个参数按照重要性进行分类，通过单个模块的单个参数状态判断模型得到单个模块的单个参数的状态值；发送至单个模块运行状态健康程度的评估模型，输出为单个模块的运行状态健康程度；将单个模块的运行状态健康程度作为输入发送至整个车载单元运行状态健康程度的评估模型，输出整个车载单元的运行健康程度。

Description

一种基于V2X通信的车载单元监测系统和方法
技术领域
本发明涉及智能网联汽车的通信领域，具体涉及一种基于V2X通信的车载单元监测系统和方法。
背景技术
VX技术是目前智能交通领域内除自动驾驶之外的另一个研究热点，通过V2X技术实现车与车、车与基础设施、车与行人、车与网络之间的通信，获得其它车辆状态、实时路况信息、天气、行人等系列交通信息，完成驾驶安全性能提升、减少拥堵、提高交通效率、提供车载娱乐信息等功能。
现有的V2X车载单元只有1个电源指示灯、1个工作状态指示灯。每个指示灯只有2个颜色：绿色表示正常，红色表示异常。电源指示灯表示供应给车载单元的直流电源是否正常。工作状态指示灯表示车载单元硬件和软件是否按照预定流程正常工作。该方法存在多个缺点：不能掌握车载单元内部硬件各个模块的运行状态；亮红灯时不能指示哪个具体模块出现异常；整个车载单元的健康程度不能实时监测评估。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于V2X通信的车载单元监测方法和系统，汇总处理各个模块运行状态，对不同模块进行分类，按照其对整个车载单元的影响程度进行重要性排序，建立了整个车载单元运行状态健康程度的评估模型。
具体内容为，一种基于V2X通信的车载单元监测方法，包括下列步骤，步骤1：根据车载单元上的模块对车载单元的影响程度进行分类，执行步骤2；步骤2：获取各个模块中与所述车载单元相关联的参数，根据各个参数对车载单元的影响程度进行重要性分类，执行步骤3；
步骤3：将单个模块的运行状态进行分类，根据单个模块的当前运行状态数据并结合单个模块的历史状态数据得到单个模块的单个参数状态值，执行步骤4；
步骤4：建立单个模块运行状态健康程度的评估模型，通过计算单个模块中分类后的参数状态值得到单个模块的运行状态健康程度，执行步骤5；
步骤5：建立整个车载单元运行状态健康程度的评估模型，通过计算单个模块的运行状态健康程度得到整个车载单元的运行健康程度。
优选的，所述步骤1中，分类后的单个模块中至少包含有一个子模块，每个子模块对应有若干个参数，每个参数均与车载单元上对应的电信号相关联，所述步骤2中，分类后的参数中至少包含有一个参数状态值，分类后的参数根据重要性分为关键参数、重要参数和一般参数。
优选的，所述步骤5中，车辆上还设置有显示单元，通过显示单元获取车载单元的运行健康程度。
优选的，所述步骤3中，所述单个参数状态值的计算过程包括下列步骤：步骤31：定义分类后的单个模块为单个模块M，所述单个模块M中的一个参数X的当前状态值为Xa，其历史状态值为Xb；
步骤32：参数X在正常运行时的状态值的范围为[Xmin，Xmax]，参数X在最优运行时的状态值的范围为[Xp，Xq]；
步骤33：单个模块M的单个参数X的状态判断模型为，
Figure BDA0002706678220000021
Figure BDA0002706678220000031
h＝Sa-Sb
其中，h为所述单个参数状态值，通过单个参数状态值得到单个参数的运行状态。
优选的，所述步骤4中的单个模块的运行状态健康程度的评估模型为
H(Mi)＝p*H1+q*H2+r*H3
其中，H(Mi)为车载单元中单个模块的健康程度评估值，p为关键参数权重，q为重要参数权重，r为一般参数权重，H1为单个模块所有的关键参数状态值，H2为单个模块所有的重要参数状态值，H3为单个模块所有的一般参数状态值。优选的，所述步骤5中的整个车载单元运行状态健康程度的评估模型为
Figure BDA0002706678220000032
其中，H(M)为整个车载单元对应的健康程度评估值，i为车载单元中单个模块序号，j为车载单元中单个模块的总数，H(Mi)为车载单元中单个模块对应的健康程度评估值，其中，当j＝1、2、3、…、Ω(i≤Ω，Ω为整数)，min函数为取单个模块健康程度评估值所得结果的最小值。
另一方面，一种基于V2X通信的车载单元监测系统，车载单元按照重要性划分为电源模块、天线模块、接口模块、控制模块和HSM硬件安全模块，各个模块的运行状态划分为正常、恶化和故障，根据各个模块的运行状态得到整个车载单元的运行状态健康程度，具体包括下列步骤：
步骤1：上述单个模块对应有若干参数，将单个模块中的各个参数按照重要性进行分类，得到关键参数、重要参数和一般参数，通过单个模块的单个参数状态判断模型得到单个模块的单个参数的状态值h，执行步骤2；
步骤2：将单个参数的状态值h作为输入发送至单个模块运行状态健康程度的评估模型，输出为单个模块的运行状态健康程度，执行步骤3；
步骤3：将单个模块的运行状态健康程度作为输入发送至整个车载单元运行状态健康程度的评估模型，输出整个车载单元的运行健康程度。
优选的，所述步骤1中，定义分类后的单个模块为单个模块M，所述单个模块M中的一个参数X的当前状态值为Xa，其历史状态值为Xb，参数X在正常运行时的状态值的范围为[Xmin，Xmax]，参数X在最优运行时的状态值的范围为[Xp，Xq]，单个参数状态判断模型为
Figure BDA0002706678220000041
Figure BDA0002706678220000042
h＝Sa-Sb
其中，h为所述单个参数状态值。
优选的，所述步骤2中，单个模块运行状态健康程度的评估模型为
H(Mi)＝p*H1+q*H2+r*H3
其中，H(Mi)为车载单元中单个模块对应的健康程度评估值，p为关键参数权重，q为重要参数权重，r为一般参数权重，H1为单个模块所有的关键参数状态值，H2为单个模块所有的重要参数状态值，H3为单个模块所有的一般参数状态值。
优选的，所述步骤3中，整个车载单元运行状态健康程度的评估模型为
Figure BDA0002706678220000051
其中，H(M)为整个车载单元对应的健康程度评估值，i为车载单元中单个模块序号，j为车载单元中单个模块的总数，H(Mi)为车载单元中单个模块对应的健康程度评估值，其中，当j＝1、2、3、…、Ω(i≤Ω，Ω为整数)，min函数为取单个模块健康程度评估值所得结果的最小值。
本发明的有益效果是：
(1)细分各个模块的运行状态，根据历史状态、当前状态数据判断状态趋势；将运行状态及其转换过程用指示灯颜色表示出来；
(2)汇总处理各个模块运行状态，对不同模块进行分类，按照其对整个车载单元的影响程度进行重要性排序；
(3)建立了整个车载单元运行状态健康程度的评估模型。
附图说明
图1为本发明一种基于V2X通信的车载单元监测方法的工作原理图；
图2为本发明的实施例中单个模块状态健康度评估的原理图；
图3为本发明的实施例中单个模块的各个参数评估图；
图4为本发明的实施例中整个车载单元的状态健康程度评估模型原理图；
图5为本发明的实施例中单个参数的健康状态值的评估原理图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1～5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。
实施例1：
请参照图4，一种基于V2X通信的车载单元监测方法，包括下列步骤，
步骤1：根据车载单元上的模块对车载单元的影响程度进行分类，执行步骤2；
步骤2：获取各个模块中与所述车载单元相关联的参数，根据各个参数对车载单元的影响程度进行重要性分类，执行步骤3；
步骤3：将单个模块的运行状态进行分类，根据单个模块的当前运行状态数据并结合单个模块的历史状态数据得到单个模块的单个参数状态值，执行步骤4；
步骤4：建立单个模块运行状态健康程度的评估模型，通过计算单个模块中分类后的参数状态值得到单个模块的运行状态健康程度，执行步骤5；
步骤5：建立整个车载单元运行状态健康程度的评估模型，通过计算单个模块的运行状态健康程度得到整个车载单元的运行健康程度。
请参照图3，所述步骤1中，分类后的单个模块中至少包含有一个子模块，每个子模块对应有若干个参数，每个参数均与车载单元上对应的电信号相关联，所述步骤2中，分类后的参数中至少包含有一个参数状态值，分类后的参数根据重要性分为关键参数、重要参数和一般参数。所述步骤5中，车辆上还设置有显示单元，通过显示单元获取车载单元的运行健康程度。述步骤3中，所述单个参数状态值的计算过程包括下列步骤：
步骤31：定义分类后的单个模块为单个模块M，所述单个模块M中的一个参数X的当前状态值为Xa，其历史状态值为Xb；
步骤32：参数X在正常运行时的状态值的范围为[Xmin，Xmax]，参数X在最优运行时的状态值的范围为[Xp，Xq]；
步骤33：单个模块M的单个参数X的状态判断模型为。
Figure BDA0002706678220000071
Figure BDA0002706678220000072
h＝Sa-Sb
其中，h为所述单个参数状态值，通过单个参数状态值得到单个参数的运行状态。
所述步骤4中的单个模块的运行状态健康程度的评估模型为
H(Mi)＝p*H1+q*H2+r*H3
其中，H(Mi)为车载单元中单个模块的健康程度评估值，p为关键参数权重，q为重要参数权重，r为一般参数权重，H1为单个模块所有的关键参数状态值，H2为单个模块所有的重要参数状态值，H3为单个模块所有的一般参效状态值。
值得说明的是，单个模块的关键参数不单单是一个参数，而是所有对车载单元重要联系的参数被分类为关键参数，H1是通过若干个重要参数累加所得，H2和H3类比H1。
所述步骤5中的整个车载单元运行状态健康程度的评估模型为
Figure BDA0002706678220000081
其中，H(M)为整个车载单元对应的健康程度评估值，i为车载单元中单个模块序号，j为车载单元中单个模块的总数，H(Mi)为车载单元中单个模块对应的健康程度评估值，其中，当j＝1、2、3、…、Ω(i≤Ω，Ω为整数)，min函数为取单个模块健康程度评估值所得结果的最小值。
值得说明的是，请参照图1，车载单元按照重要性划分为电源模块、天线模块、接口模块、控制模块和HSM硬件安全模块，各个模块的运行状态划分为正常、恶化和故障，本实施例中按照重要性划分是基于车载单元中的常见参数和功能优选的分类，本发明包括并不限于上述的分类方法。
实施例2：
一种基于V2X通信的车载单元监测系统，车载单元按照重要性划分为电源模块、天线模块、接口模块、控制模块和HSM硬件安全模块，各个模块的运行状态划分为正常、恶化和故障，根据各个模块的运行状态得到整个车载单元的运行状态健康程度，具体包括下列步骤：
步骤1：上述单个模块对应有若干参数，将单个模块中的各个参数按照重要性进行分类，得到关键参数、重要参数和一般参数，通过单个模块的单个参数状态判断模型得到单个模块的单个参数的状态值h，执行步骤2；
步骤2：将单个参数的状态值h作为输入发送至单个模块运行状态健康程度的评估模型，输出为单个模块的运行状态健康程度，执行步骤3；
步骤3：将单个模块的运行状态健康程度作为输入发送至整个车载单元运行状态健康程度的评估模型，输出整个车载单元的运行健康程度。
所述步骤1中，定义分类后的单个模块为单个模块M，所述单个模块M中的一个参数X的当前状态值为Xa，其历史状态值为Xb，参数X在正常运行时的状态值的范围为[Xmin，Xmax]，参数X在最优运行时的状态值的范围为[Xp，Xq]，单个参数状态判断模型为
Figure BDA0002706678220000091
Figure BDA0002706678220000092
h＝Sa-Sb
其中，h为所述单个参数状态值。
所述步骤2中，请参照图2，单个模块运行状态健康程度的评估模型为
H(Mi)＝p*H1+q*H2+r*H3
其中，H(Mi)为车载单元中单个模块对应的健康程度评估值，p为关键参数权重，q为重要参数权重，r为一般参数权重，H1为单个模块所有的关键参数状态值，H2为单个模块所有的重要参数状态值，H3为单个模块所有的一般参效状态值，所述步骤3中，整个车载单元运行状态健康程度的评估模型为
Figure BDA0002706678220000093
其中，H(M)为整个车载单元对应的健康程度评估值，i为车载单元中单个模块序号，j为车载单元中单个模块的总数，H(Mi)为车载单元中单个模块对应的健康程度评估值，其中，当j＝1、2、3、…、Ω(i≤Ω，Ω为整数)，min函数为取单个模块健康程度评估值所得结果的最小值。
将所有参数按照重要性分类，优选的，本实施例将所有参数分为3类：关键参数、重要参数、一般参数。关键参数是整个车载单元运行状态最重要的参数，只要其中一个出现异常，则整个车载单元就工作不正常。重要参数是指重要性居第二位的状态参数，该类参数必须是2个及以上同时出现异常，则整个车载单元就工作不正常。一般参数是指重要性较低的状态参数，该类参数对整个车载单元的正常工作影响较小，只是基本性能降低，不影响其基本功能的实现。
列出各个模块与运行状态相关联的所有参数，下表1只列出个别模块的主要参数：
表1部分模块的部分参数数据
Figure BDA0002706678220000101
Figure BDA0002706678220000111
细分各个模块的运行状态，可将各个模块状态划分为3类：正常、恶化、故障。正常状态利用绿色指示灯表示；恶化状态利用黄色指示灯表示；故障状态利用红色指示灯表示。也可将各个模块状态划分为2类：正常、异常。正常状态利用绿色指示灯表示；异常状态利用红色指示灯表示。优选方案是划分为3类，因为能够清楚展现参数状态的变换过程。
优选的，在本发明中优选方案是，关键参数权重为0.8，重要参数权重为0.5，一般参数权重为0.3，则有p＝0.8，q＝0.5，r＝0.3。
H(Mi)＝0.8*H1+0.5*H2+0.3*H3。
单个模块健康程度的评估结果划分为3类：良好、中等、异常。其中良好对应的健康程度评估值为8-10，中等对应的健康程度评估值为4-7，异常对应的健康程度评估值为1-3。
建立整个车载单元健康程度的评估模型，将健康程度划分为良好、中等、异常。
从上式可以看出，当车载单元中有且仅有一个模块状态存在异常时，根据整个车载单元健康程度的评估模型计算，则整个车载单元健康程度就为异常。由此可见，根据此模型评估车载单元健康程度不会出现漏报情形。
从上式可以看出，请参照图4，车载单元中任何一个模块状态存在异常时，根据整个车载单元健康程度的评估模型计算，则整个车载单元健康程度就为异常。车载单元中任何一个模块状态为中等及以上时，根据整个车载单元健康程度的评估模型计算，则整个车载单元健康程度就为中等及以上。由此可见，根据此模型评估车载单元健康程度不会出现误报情形。整个车载单元的健康程度能够直接表征各个模块的健康程度，两者状态具有同步性。
在本发明中优选方案是，将整个车载单元划分为5个模块，故j＝5,则有：
H(M)＝min{H(Ml),H(M2),H(M3),H(M4),H(M5)}
其中，H(M1)为电源模块对应的健康程度评估值，H(M2)为天线模块对应的健康程度评估值，H(M3)为接口模块对应的健康程度评估值，H(M4)为控制模块对应的健康程度评估值，H(M5)为HSM模块对应的健康程度评估值。
单个模块健康程度的评估结果划分为3类：良好、中等、异常。其中良好对应的健康程度评估值为8-10,中等对应的健康程度评估值为4-7,异常对应的健康程度评估值为1-3。
参照步骤3，当将各个模块状态划分为2类时：正常、异常。整个车载单元评估流程如图5，由于各个模块重要性不同，先后判断电源模块、控制模块、天线模块、接口模块、HSM模块状态是否异常，最后结合整个车载单元健康程度评估模型得到指示灯显示结果。
值得说明的是，本发明包括不限于上述健康程度的显示类型，例如，通过液晶显示屏进行对车载单元中的各个模块各个参数进行精准的显现，液晶显示屏的处理器中存储有每次车载单元健康评估模型的计算过程的历史记录，便于后续调取应用；通过通信单元将上述车载单元的健康情况同步到云端或者用户的手机上，将每次具有异常健康评估时，通过预警的目的发送至用户。
综上所述，本实施例的工作原理为：监测多个模块的多个参数，对不同参数进行分类，按照其对整个车载单元的影响程度进行重要性排序，增加状态指示个数，将所有关键参数的运行状态均指示出来，细分各个模块的运行状态，根据历史状态、当前状态数据判断状态趋势；将运行状态及其转换过程用指示灯颜色表示出来，汇总处理各个模块运行状态，对不同模块进行分类，按照其对整个车载单元的影响程度进行重要性排序，建立了整个车载单元运行状态健康程度的评估模型，将复杂的车载单元的监控通过条理性的展示，帮助用户针对性的去维修异常的模块或者元件。

Claims (7)

1.一种基于V2X通信的车载单元监测方法，其特征在于，包括下列步骤，
步骤1：根据车载单元上的模块对车载单元的影响程度进行分类，执行步骤2；
步骤2：获取各个模块中与所述车载单元相关联的参数，根据各个参数对车载单元的影响程度进行重要性分类，执行步骤3；
步骤3：将单个模块的运行状态进行分类，根据单个模块的当前运行状态数据并结合单个模块的历史状态数据得到单个模块的单个参数状态值，执行步骤4；
步骤4：建立单个模块运行状态健康程度的评估模型，通过计算单个模块中分类后的参数状态值得到单个模块的运行状态健康程度，执行步骤5；
步骤5：建立整个车载单元运行状态健康程度的评估模型，通过计算单个模块的运行状态健康程度得到整个车载单元的运行健康程度；
所述步骤1中，分类后的单个模块中至少包含有一个子模块，每个子模块对应有若干个参数，每个参数均与车载单元上对应的电信号相关联，所述步骤2中，分类后的参数中至少包含有一个参数状态值，分类后的参数根据重要性分为关键参数、重要参数和一般参数；
其中所述步骤3中，所述单个参数状态值的计算过程包括下列步骤：
步骤31：定义分类后的单个模块为单个模块M，所述单个模块M中的一个参数X的当前状态值为Xa，其历史状态值为Xb；
步骤32：参数X在正常运行时的状态值的范围为[Xmin，Xmax]，参数X在最优运行时的状态值的范围为[Xp，Xq]；
步骤33：单个模块M的单个参数X的状态判断模型为；
Figure FDA0003855195720000011
Figure FDA0003855195720000021
h＝Sa-Sb
其中，h为所述单个参数状态值，通过单个参数状态值得到单个参数的运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于V2X通信的车载单元监测方法，其特征在于，所述步骤5中，车辆上还设置有显示单元，通过显示单元获取车载单元的运行健康程度。
3.根据权利要求1所述的一种基于V2X通信的车载单元监测方法，其特征在于，所述步骤4中的单个模块的运行状态健康程度的评估模型为
H(Mi)＝p*H1+q*H2+r*H3
其中，H(Mi)为车载单元中单个模块的健康程度评估值，p为关键参数权重，q为重要参数权重，r为一般参数权重，H1为单个模块所有的关键参数状态值，H2为单个模块所有的重要参数状态值，H3为单个模块所有的一般参效状态值。
4.根据权利要求3所述的一种基于V2X通信的车载单元监测方法，其特征在于，所述步骤5中的整个车载单元运行状态健康程度的评估模型为
Figure FDA0003855195720000022
其中，H(M)为整个车载单元对应的健康程度评估值，i为车载单元中单个模块序号，j为车载单元中单个模块的总数，H(Mi)为车载单元中单个模块对应的健康程度评估值，其中，当j＝1、2、3、…、Ω，i≤Ω，Ω为整数，min函数为取单个模块健康程度评估值所得结果的最小值。
5.一种基于V2X通信的车载单元监测系统，其特征在于，车载单元按照重要性划分为电源模块、天线模块、接口模块、控制模块和HSM硬件安全模块，各个模块的运行状态划分为正常、恶化和故障，根据各个模块的运行状态得到整个车载单元的运行状态健康程度，具体包括下列步骤：
步骤1：上述各个模块对应有若干参数，将单个模块中的各个参数按照重要性进行分类，得到关键参数、重要参数和一般参数，通过单个模块的单个参数状态判断模型得到单个模块的单个参数的状态值h，执行步骤2；
步骤2：将单个参数的状态值h作为输入发送至单个模块运行状态健康程度的评估模型，输出为单个模块的运行状态健康程度，执行步骤3；
步骤3：将单个模块的运行状态健康程度作为输入发送至整个车载单元运行状态健康程度的评估模型，输出整个车载单元的运行健康程度；
所述步骤1中，定义分类后的单个模块为单个模块M，所述单个模块M中的一个参数X的当前状态值为Xa，其历史状态值为Xb，参数X在正常运行时的状态值的范围为[Xmin，Xmax]，参数X在最优运行时的状态值的范围为[Xp，Xq]，单个参数状态判断模型为
Figure FDA0003855195720000031
Figure FDA0003855195720000032
h＝Sa-Sb
其中，h为单个参数状态值。
6.根据权利要求5所述的一种基于V2X通信的车载单元监测系统，其特征在于，所述步骤2中，单个模块运行状态健康程度的评估模型为
H(Mi)＝p*H1+q*H2+r*H3
其中，H(Mi)为车载单元中单个模块对应的健康程度评估值，p为关键参数权重，q为重要参数权重，r为一般参数权重，H1为单个模块所有的关键参数状态值，H2为单个模块所有的重要参数状态值，H3为单个模块所有的一般参数状态值。
7.根据权利要求5所述的一种基于V2X通信的车载单元监测系统，其特征在于，所述步骤3中，整个车载单元运行状态健康程度的评估模型为
Figure FDA0003855195720000041
其中，H(M)为整个车载单元对应的健康程度评估值，i为车载单元中单个模块序号，j为车载单元中单个模块的总数，H(Mi)为车载单元中单个模块对应的健康程度评估值，其中，当j＝1、2、3、…、Ω，i≤Ω，Ω为整数，min函数为取单个模块健康程度评估值所得结果的最小值。
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