隨著無線通信和Telematics技術的飛速發展，車載電子系統的智能化、信息化和網絡化程度日益提高，而依靠大量物理和數字按鈕的傳統車載終端，不僅過程繁雜，而且嚴重影響操控效率和駕駛安全，很難滿足未來消費者的苛刻需求。為此，提出基于QNX的車機藍牙無線監控系統，設計CAN-USB軟件信號處理模塊，采用藍牙短距離無線傳輸技術，完成藍牙手機與車載終端的交互。該方案不僅增強用戶操控的便捷性，對于提升汽車品牌人性化方面也具有極其重要的意義。
    針對傳統車輛操控方面的問題，先后出現了許多改進方案和新型技術。2007年，湖南大學的胡賽純在基于藍牙的車輛智能管控系統設計中[1],論述了智能車載卡、基于Web的車輛電子檔案管理軟件和車場監控軟件的實現過程以及關鍵的編程細節，為藍牙技術在車載領域的互連應用提供了較好的參考方案。2010年，陳凱等在基于藍牙的礦山車輛胎壓監控系統一文中[2]，設計了款帶有藍牙傳感器的胎壓監測裝置,并通過CAN總線接收藍牙信號，對超出胎壓閾值的狀態進行報警。2011年，丁龍剛在基于藍牙的汽車物聯網應用與開發中[3]以藍牙搖控為切入點，進一步研究和開發藍牙潛在的拓展運用，深刻揭示了基于藍牙的汽車物聯網應用和技術解決方案。但以上幾種藍牙技術的研究應用尚處于探索階段，存在環境、安全、效率等方面的局限性。近幾年，以Telematics互連技術為代表的車聯網得到了迅猛的發展，能夠將便攜設備(手機、pad等)和車載終端通過各種無線通信協議有機地聯系在一起，極大豐富了車輛的功能和互動體驗[4]。
    為此,本文設計了一套以Telematics技術為核心理念的車機藍牙無線監控系統，借助藍牙無線通信技術，將便攜設備與車載終端連為一體進行監控，不僅簡化了車輛操控的復雜度，而且有效節約了車載終端有限的系統資源開銷。
1 車機整體架構
    本方案通過藍牙無線通信技術，實現便攜設備和車載終端的對等互連,以便實時監測和控制車輛的運行狀態。整個車機藍牙互連系統包括以下核心模塊：
    (1) HMI人機交互模塊：向車載終端發送請求命令，或主動接收推送信息，以實時監測和顯示車輛的運行狀態參數。
    (2) 無線對等收發模塊：通過MCU指定管腳實時收發相關數字信號，并在終端解析相關參數。
    (3) CAN-USB信號收發模塊：以藍牙協議幀格式采集、轉換和和收發指定的CAN信號。
    手機端主要包括HMI人機交互模塊和無線應用收發模塊,車載端主要包括CAN-USB信號收發模塊和無線應用收發模塊。整個系統的核心處理流程為：首先用戶從手機端啟動車機監控應用程序，開啟藍牙搜索功能來搜尋周圍的藍牙設備；然后與選定的車載藍牙設備進行配對，并建立SPP連接；最后以藍牙協議棧為基礎，手機端和車載端通過無線應用對等收發模塊完成數據交互。其核心架構如圖1所示。

    圖1可見，整個車機架構包含2個終端——手機端和車載端。采用藍牙SPP協議進行無線對等通信，車載端通過CAN-USB模塊收發車輛狀態參數，手機端通過HMI實現與用戶的直接交互。因此，用戶不僅可以通過手機短距離無線控制車輛，而且還能實時監測車輛的運行狀態，有效提升了車輛操控的便捷性。
2 車機藍牙監控
    由于車輛內部ECU與終端的信息交互主要靠CAN總線實現，而藍牙與ECU通信的硬件接口主要是USB，因此，CAN-USB模塊是完成車機互連系統的核心部分。
2.1藍牙互連技術
　藍牙是一種開放的短距離無線數據和語音傳輸通信技術,工作在全球通用的2.4 GHz頻段，其系統架構包括：芯片模塊、協議棧模塊和應用模塊。各模塊主要特性如下：
    (1) 芯片模塊：由無線跳頻(RF)、基帶(BB)和鏈路管理(LM)組成,主要負責建立連接、數據幀傳輸和安全控制。
    (2) 協議棧模塊：包括邏輯鏈路控制和適應協議、服務發現協議、串口仿真協議和電話通信協議。主要作用是適配、解析芯片模塊收發的信號，并為上層應用提供功能接口。
    (3) 應用模塊：根據功能需求，利用協議棧接口實現藍牙數據和語音傳輸的高級應用。
    整個藍牙架構簡單，不僅具有低成本、低功耗、體積小等優勢，而且采用重傳機制來確保鏈路的可靠性。同時，在整個藍牙架構體系中，可實現多種安全機制分級保護措施，并通過跳頻技術消減網絡系統中其他無線設備的干擾。
    可見，藍牙互連技術不僅高效解決了短距離無線數據和語音通信的難題，而且實現了短距離多個終端設備的互連、互控，為車輛無線操控的便捷性和安全性提供了有力的技術保障。
2.2車機CAN-USB模塊
    整個模塊主要完成車輛和手機間的信息交互。手機端作為人機交互的窗口，一方面可監測車輛的各項運行參數，并以圖形模式形象地展現給用戶；另一方面可設置車輛內部ECU參數，操控車輛的各項屬性。
    方案設計中CAN-USB模塊作為車機通信樞紐，完成互連終端間數據的相互傳遞。該模塊處理的信號主要包括CAN總線、K線和數字信號，負責車內ECU數據的采集和配置,并通過CAN-USB模塊與藍牙終端建立數據連接，實現整個系統的無線通信控制，整個模塊的數據傳輸示意圖如圖2所示。

    CAN-USB模塊主要功能包括：
    (1) 主動推送特定的車內數據到手機;
    (2) 在手機的請求下返回車內指定的數據;
    (3) 在手機的控制下完成車內參數的配置。
    監測功能核心處理流程如下：首先CAN-USB模塊接收車內特定CAN報文或數字信號，并對其內容進行解析、過濾、封裝，發送到綁定的手機端；其次手機端主動接收相應的CAN報文幀信息，進行對等解析、過濾和運算；最后，數字化的信息通過圖形抽象處理，展示給用戶。
    同理，對于車輛ECU的操控，先通過手機端發送指令到車載端，車載端再轉發給CAN-USB模塊，進而實現對車輛的短距離無線遙控。整個車機數據交互的實現流程如圖3所示。

    設計CAN-USB模塊,建立藍牙與車輛各ECU模塊的通信樞紐，經車機高級應用程序處理，完成整個系統數據的交互，最終實現短距離無線監測和控制車輛各項運行參數，有效提升了車輛駕駛的便捷性和安全性。
3 車機藍牙監控軟件實現
    軟件實現的核心流程為：手機端HMI主動發送請求報文或直接獲取推送的報文信息，經收發管理模塊解析和封裝后，指令顯示在手機端或發送到車載終端，車載端通過對等收發管理模塊處理后，把指令信息發送給CAN-USB模塊，經轉化、解析和過濾處理后，CAN總線對車輛相應ECU報文信息進行采集或配置。
    整個軟件處理的偽代碼如下：
    Void  VehicleDetect ( )
     {  
    btPair(ip);               //藍牙配對
    link=createLink(port,ip);           //藍牙互聯
    multiThreadRev();   //多線程接收報文數據
           //判斷共享緩沖中是否有未處理的數據
    while(1)
     {
     if(hasData)
     {
                                   //實時處理報文數據
     processData(Data);
     if(state==mobile)
     {
                //手機端渲染顯示報文數據
     renderData(Data);
     diplayDetectInfo();
     }
     else if(state==vehicle)
     {
        //車載端轉換usb數據格式為CAN報文格式
     UsbToCan(Data);
                                   //傳輸數據到指定的ECU控制器
     CanTransport(Data);
     }
     }
                                 //判斷兩端藍牙是否處于連接狀態
     if(haslink==0)
     {
     break;
     }
           //釋放空間
     free（Data）；
     }
其中，藍牙手機主動發起配對請求，車載端輸入約定的配對碼后，建立SPP連接模式。經以上邏輯代碼處理后，完成手機端和車載端的實時通信。
4 實驗結果及評價
    本研究采用Freescale最新的i.MX6Q系列處理器，作為車載終端藍牙互連系統的主處理芯片，主要技術參數如下：1 GHz CPU主頻，1 GB×32 DDR3(400 MHz),32 MB 16 bit 并行NOR Flash，2路LVDS數字圖形輸出接口，支持OpenGL ES2.0和OpenVG1.1，顯卡集成了GPU圖形硬加速處理單元。軟件平臺選用可靠性和安全性極高的QNX實時系統，并通過其自帶的IDE6.0對車載終端藍牙監控代碼進行邏輯設計和仿真測試。
    實驗采用上汽集團車載Telematic研發中心提供的一款概念車為測試車輛，測試的車控ECU單元主要包括車門、車窗、空調、雨刷和大燈控制單元。針對藍牙互連和車載終端兩種監控模式的各項參數進行對比分析。實驗選用車門ECU操控單元為測試用例，分別采用車輛模式和車機模式進行對比測試，結果數據如表1所示。對于完全相同的監測單元，由于操控功能完全轉移到了熟悉的手機界面，手感和操作效率確定的便捷指數增加了17%,極大地體現了車輛設計的人性化。另外，手機端分流了車載端的某些功能，不僅使得可監控節點數大大增加，而且有效緩解了車載端的資源壓力，使得車載端CPU資源負載降低了近1/3，實時性也有了明顯提高。對于手機端，只要有藍牙功能，均可通過手機端的車機監控軟件對相關車輛進行實時監控，真正做到了遠程監控平臺無關性。

    本項研究突破了傳統理念，從物聯網的高度設計車輛短距離無線監控應用，將便攜設備與車輛進行無縫連接，有效提升了車輛監控的便捷性和智能性。
    以現代車載設備快速向智能性、便捷性及互連性發展為背景，以探索車機藍牙短距離無線通信的可控性、安全性和人性化為研究目標，提出一套以QNX為車載軟件平臺的車機藍牙無線監控系統方案。以手機端和車載端的藍牙SPP協議為基礎，設計CAN-USB模塊作為車機通信樞紐，對兩端藍牙無線指令數據進行收發和處理;采用CAN總線實時采集和配置車輛ECU的各項性能參數。研究方案已被一汽某型概念車采納，現處于集成試驗階段，下一步工作是加入藍牙語音監控功能。
參考文獻
[1] 胡賽純 基于藍牙的車輛智能管控系統設計[D]. 長沙：湖南大學, 2007.
[2] 陳凱，倪繼勇，李波. 基于藍牙的礦山車輛胎壓監控系統[J].計算機系統應用,2010,19(8):159-161.
[3] 丁龍剛.基于藍牙的汽車物聯網應用與開發[J].現代電子技術應用,2011,17(2):45-46.
[4] 張瑞. 基于QNX的智能車載3G遠程診斷系統[J].電子技術應用,2013,1(5):121-124.