基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的控制器遠(yuǎn)程診斷與刷寫(xiě)

喻尚，楊艷

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的控制器遠(yuǎn)程診斷與刷寫(xiě)

喻尚，楊艷

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

∶為了獲得駕駛車(chē)輛的數(shù)據(jù)分析，避免或解決車(chē)輛控制單元在駕駛中失去功能的狀態(tài)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)分析以及遠(yuǎn)程控制器刷寫(xiě)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括整車(chē)控制模塊、車(chē)載終端、3G/4G無(wú)線通訊以及服務(wù)平臺(tái)。車(chē)載終端采集整車(chē)行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；整車(chē)控制器模塊需要刷寫(xiě)時(shí)，服務(wù)平臺(tái)通過(guò)3G/4G無(wú)線通訊下發(fā)刷寫(xiě)數(shù)據(jù)給車(chē)載終端，再由車(chē)載終端下發(fā)給整車(chē)控制器進(jìn)行刷寫(xiě)。通過(guò)車(chē)型的功能應(yīng)用表明該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)診斷以及刷寫(xiě)可靠、準(zhǔn)確可以整車(chē)對(duì)各種控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)診斷刷寫(xiě)。

∶服務(wù)平臺(tái)；車(chē)載終端；控制器；數(shù)據(jù)刷寫(xiě)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.061

CLC NO.: U463.67Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-183-03

引言

隨著車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，車(chē)聯(lián)網(wǎng)已在整車(chē)使用過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用，如：車(chē)輛監(jiān)管、車(chē)輛控制、駕駛行為優(yōu)化、故障處理、升級(jí)優(yōu)化等。本文主要闡述一種以車(chē)聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的車(chē)輛控制器遠(yuǎn)程診斷與軟件刷寫(xiě)的實(shí)現(xiàn)原理與方法，旨在為車(chē)輛在使用過(guò)程中，對(duì)車(chē)輛控制器軟件版本升級(jí)、故障處理等提供一種解決方案。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等多種智能化技術(shù)[1]。作為引領(lǐng)行業(yè)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)新興方向，目前主要是利用裝載在車(chē)輛上的終端設(shè)備獲取車(chē)輛行駛特性和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，通過(guò)衛(wèi)星定位、3G/4G等無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸與共享，再通過(guò)各類(lèi)傳感器獲取車(chē)輛內(nèi)、車(chē)輛間以及車(chē)輛與道路交通基礎(chǔ)設(shè)施間的狀態(tài)信息從而達(dá)到互聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行的監(jiān)控以及意外情況的數(shù)據(jù)刷寫(xiě)。通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)必然可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)上各個(gè)控制器的故障診斷、數(shù)據(jù)刷寫(xiě)以及信息監(jiān)測(cè)等功能，即為基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的控制器遠(yuǎn)程診斷與刷寫(xiě)。

1、系統(tǒng)原理

車(chē)聯(lián)網(wǎng)中控制器遠(yuǎn)程診斷與刷寫(xiě)系統(tǒng)架構(gòu)主要可以分為車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用部分、車(chē)聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)傳輸部分以及控制本地控制器刷寫(xiě)部分。其中車(chē)聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)傳輸又可分為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和本地總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。如圖1。

圖1　系統(tǒng)原理框圖

本地控制器的刷寫(xiě)部分主要是指控制器通過(guò)診斷功能以及總線通訊CAN/LIN等方式對(duì)整車(chē)狀態(tài)監(jiān)控以及車(chē)輛上控制器的軟件進(jìn)行更新、升級(jí)。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)傳輸部分主要由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸、本地總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸組成。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)3G/4G無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，支撐車(chē)載終端與服務(wù)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互；本地總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸是根據(jù)汽車(chē)電器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通訊方式，如LIN、CAN、MOST汽車(chē)總線系統(tǒng)[2]等，實(shí)現(xiàn)車(chē)載終端節(jié)點(diǎn)與控制器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交互。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用部分主要是指用戶(hù)通過(guò)應(yīng)用軟件或登陸車(chē)輛管理網(wǎng)站操作后臺(tái)服務(wù)平臺(tái)對(duì)車(chē)輛的信息收集監(jiān)控以及間接的控制管理，也可以稱(chēng)之為應(yīng)用分析網(wǎng)站。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)根據(jù)無(wú)線傳輸技術(shù)和車(chē)載終端實(shí)時(shí)保持有效的通訊，從而得到車(chē)載終端上實(shí)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)；服務(wù)平臺(tái)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和監(jiān)控，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析或判定決策出對(duì)某個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行診斷操作或者進(jìn)一步的數(shù)據(jù)刷寫(xiě)時(shí)，服務(wù)平臺(tái)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸對(duì)車(chē)載終端下達(dá)診斷或刷寫(xiě)命令，車(chē)載終端再通過(guò)整車(chē)的總線技術(shù)將命令傳輸給要診斷刷寫(xiě)的控制器節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)的控制器節(jié)點(diǎn)則進(jìn)入診斷刷寫(xiě)模式直至操作完畢。

2、遠(yuǎn)程刷寫(xiě)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1車(chē)載終端設(shè)計(jì)

車(chē)載終端作為整車(chē)遠(yuǎn)程刷寫(xiě)系統(tǒng)的中間關(guān)鍵關(guān)節(jié)，數(shù)據(jù)交互的可靠性、實(shí)時(shí)性和有效性均需要車(chē)載終端給予保證，因此硬件架構(gòu)一般采用雙處理器（符合汽車(chē)功能安全要求）、3G/4G通訊模塊、定位模塊和整車(chē)CAN/LIN通訊模塊組成，詳見(jiàn)圖2。

圖2　終端硬件結(jié)構(gòu)框圖

功能上車(chē)載終端應(yīng)支持和服務(wù)平臺(tái)相同的通訊方式以及通訊協(xié)議，并保證終端與平臺(tái)之間通訊的可靠性。現(xiàn)階段大多以3G/4G網(wǎng)絡(luò)為基本通訊方式，WLAN輔助。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可根據(jù)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度通過(guò)算法計(jì)算智能選擇。車(chē)載終端支持定位功能，定位系統(tǒng)應(yīng)兼容全球的四大定位系統(tǒng)。車(chē)載終端應(yīng)能接收多個(gè)定位請(qǐng)求進(jìn)行定位信息上傳，通過(guò)無(wú)線通信方式上傳至主服務(wù)平臺(tái)或其他監(jiān)控平臺(tái)，并能按主服務(wù)平臺(tái)要求終止對(duì)其他平臺(tái)的定時(shí)上報(bào)。車(chē)載終端也應(yīng)具有在通信中斷時(shí)存儲(chǔ)一定數(shù)量的定位信息以及車(chē)輛狀態(tài)，在恢復(fù)通信后將存儲(chǔ)的定位信息補(bǔ)報(bào)上傳的功能。另外，車(chē)載終端也會(huì)根據(jù)對(duì)接的主服務(wù)平臺(tái)差異性匹配的設(shè)計(jì)其他特殊的功能。

2.2本地控制器設(shè)計(jì)

控制器作為整車(chē)上最常見(jiàn)的模塊[3]，主要由MCU、通訊模塊（CAN、LIN和無(wú)線等模塊）、數(shù)字/模擬量采集、高低邊驅(qū)動(dòng)部分組成，其硬件結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖3。作為整車(chē)功能的邏輯模塊，自診斷的功能已經(jīng)成為必備功能。通過(guò)本地的OBD接口數(shù)據(jù)診斷/刷寫(xiě)是最常見(jiàn)的控制器底層診斷功能，因此可以在硬件不變化的基礎(chǔ)上明確與車(chē)載終端之間的診斷數(shù)據(jù)下發(fā)協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)車(chē)載終端對(duì)本地控制器的診斷與刷寫(xiě)。對(duì)此車(chē)輛本地控制器的設(shè)計(jì)應(yīng)該具備Bootloader、UDS/KWP2000診斷以及總線CAN/LIN通訊功能時(shí)就可以完成軟件數(shù)據(jù)的刷寫(xiě)。車(chē)輛本地控制器的其他的詳細(xì)功能則根據(jù)整車(chē)實(shí)際需求情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖3　控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.3服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

車(chē)輛網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)是數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘的基礎(chǔ)規(guī)范接口，要能夠有效的實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的應(yīng)用匯聚以及新需求的開(kāi)展，一般是基于SQA方法的開(kāi)放式框架，大致可分為數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)管理分析和數(shù)據(jù)應(yīng)用三部分。數(shù)據(jù)接入也是數(shù)據(jù)的采集，即通過(guò)車(chē)載終端以及互聯(lián)網(wǎng)Internet獲取目標(biāo)對(duì)象的原始狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)管理分析主要是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析，得到關(guān)聯(lián)性而進(jìn)一步挖掘出潛在信息，進(jìn)而為數(shù)據(jù)的決策應(yīng)用提供可靠的理論支撐。數(shù)據(jù)應(yīng)用主要是為目標(biāo)對(duì)象的需求提供所需求的信息。其中數(shù)據(jù)管理分析以及數(shù)據(jù)的挖掘是各個(gè)服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)核心。

當(dāng)然車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)和車(chē)載終端兩者之間的數(shù)據(jù)的采集通信方式應(yīng)符合JT/T 794 中的相關(guān)規(guī)定，采用3G/4G方式進(jìn)行通信，通信協(xié)議采用TCP或UDP，可進(jìn)行協(xié)議通道選擇。車(chē)輛的定位位置應(yīng)實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)、顯示并上報(bào)時(shí)間以及整車(chē)經(jīng)度、緯度、速度、高程和方向等位置信息[4]。采集過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息的斷續(xù)補(bǔ)傳也是一個(gè)很重要的功能，保證了數(shù)據(jù)來(lái)源的可靠性。 目前國(guó)內(nèi)外車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的側(cè)重點(diǎn)雖有不同，服務(wù)平臺(tái)的框架均大同小異，符合上述的三大塊在此不做詳述。

3、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程刷寫(xiě)流程

數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程刷寫(xiě)是車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)、車(chē)載終端和控制器三者之間的數(shù)據(jù)交互過(guò)程，以車(chē)載終端為中轉(zhuǎn)接點(diǎn)。即車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)將所需要的刷寫(xiě)數(shù)據(jù)下發(fā)給車(chē)載終端，再由車(chē)載終端將刷寫(xiě)數(shù)據(jù)傳輸給刷寫(xiě)對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入。數(shù)據(jù)信息傳遞的準(zhǔn)確性依賴(lài)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)和車(chē)載終端之間數(shù)據(jù)交互機(jī)制。當(dāng)然在車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)下發(fā)控制整車(chē)命令時(shí)，應(yīng)將整車(chē)當(dāng)前的車(chē)速、轉(zhuǎn)速、鑰匙開(kāi)關(guān)、手剎等與本地控制器升級(jí)刷寫(xiě)或控制相關(guān)的車(chē)輛信息上傳至平臺(tái)，以便于判斷車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，避免對(duì)正在行駛車(chē)輛的影響。

圖5　遠(yuǎn)程刷寫(xiě)流程

車(chē)載終端和控制器都是整車(chē)網(wǎng)絡(luò)的CAN通訊節(jié)點(diǎn)，符合ISO 11898/J1939等目前汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。因此車(chē)載終端和控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸可以應(yīng)用CAN總線技術(shù)。為了進(jìn)行控制器的軟件下發(fā)下載傳輸整車(chē)本地通訊可靠性，因此進(jìn)行整車(chē)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)總線負(fù)載率應(yīng)有較大余量。另外，整車(chē)的診斷協(xié)議有KWP2000和UDS兩種，UDS目前為主流方式，其中對(duì)例程控制、請(qǐng)求下載和數(shù)據(jù)傳輸?shù)仍\斷服務(wù)的開(kāi)發(fā)有詳細(xì)定義。當(dāng)所需要的診斷和刷寫(xiě)操作執(zhí)行完成功后，重新上電檢測(cè)整車(chē)狀態(tài)是否正常。具體流程如圖5。

具體如下面診斷刷寫(xiě)實(shí)例：

整車(chē)在意外/特殊情況提出對(duì)門(mén)窗控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷刷寫(xiě)需求被在車(chē)輛服務(wù)平臺(tái)獲知后，服務(wù)平臺(tái)會(huì)根據(jù)車(chē)載終端上傳的整車(chē)位置信息以及車(chē)速、轉(zhuǎn)速、鑰匙開(kāi)關(guān)、手剎等自身控制狀態(tài)信息和刷寫(xiě)節(jié)點(diǎn)門(mén)窗控制器的詳細(xì)數(shù)據(jù)狀態(tài)判斷是否可進(jìn)行診斷刷寫(xiě)。如果滿(mǎn)足刷寫(xiě)要求，服務(wù)平臺(tái)則會(huì)下發(fā)診斷刷寫(xiě)模式進(jìn)入命令通過(guò)車(chē)載終端將刷寫(xiě)的門(mén)窗控制器節(jié)點(diǎn)BT中刷寫(xiě)標(biāo)識(shí)位賦值為1狀態(tài)；當(dāng)然此時(shí)只是表明車(chē)輛本地刷寫(xiě)控制器節(jié)點(diǎn)已經(jīng)知曉要進(jìn)行刷寫(xiě)。當(dāng)整車(chē)鑰匙開(kāi)關(guān)重新上電狀態(tài)唄服務(wù)平臺(tái)檢測(cè)到后，服務(wù)平臺(tái)則傳輸需要刷寫(xiě)的數(shù)據(jù)給車(chē)載終端，再由車(chē)載終端將數(shù)據(jù)傳遞給刷寫(xiě)節(jié)點(diǎn)，刷寫(xiě)節(jié)點(diǎn)則會(huì)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)重新寫(xiě)入存儲(chǔ)器里面。當(dāng)然在數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器之前必須進(jìn)行數(shù)據(jù)正確性的校驗(yàn)驗(yàn)證，校驗(yàn)驗(yàn)證通過(guò)才是有效數(shù)據(jù)，可以被寫(xiě)入；否則控制器則任為此次下發(fā)傳遞的數(shù)據(jù)無(wú)效。

4、總結(jié)

本設(shè)計(jì)主要是基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的整車(chē)控制器數(shù)據(jù)刷寫(xiě)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的服務(wù)平臺(tái)、車(chē)載終端以及整車(chē)網(wǎng)絡(luò)控制器運(yùn)行良好可靠，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的整車(chē)多種控制器的數(shù)據(jù)更新刷寫(xiě)，保證了整車(chē)在意外狀況時(shí)的功能完善。通過(guò)在臺(tái)架以及實(shí)車(chē)上的應(yīng)用測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性，從而為汽車(chē)設(shè)計(jì)研發(fā)以及用戶(hù)提供了優(yōu)化整車(chē)功能便捷方法。

[1] 何蔚.面向物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的車(chē)聯(lián)網(wǎng)研究與實(shí)踐[M].科學(xué)出版社,2013: 4-5.

[2] W.齊默爾曼,R施密特加爾.汽車(chē)總線系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[3] 李朝青.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1994.

[4] 王立穎.基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的貨車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[J].物流技術(shù),2014,33(06):353-356.

Diagnostics and Software Updata of Vehicle Unit Based on Telematics

Yu Shang, Yang Yan
(Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200)

In order to obtain the data analysis of the driving cars and to avoid or resolve the loss of functions in the driving, the design and implementation of a data analysis diagnostics and software updata system based on the telematics.The system includes a vehicle unit, vehicle terminal,3G / 4G wireless communication and service platform. Vehicle terminal acquisition vehicle driving state data reporting service platform for data analysis; when the vehicle unit needs to software updata , service platform through 3G / 4G wireless communications transmit datas to the vehicle terminal,and then datas are distributed by the vehicle terminal to the vehicle unit which needs software updata. By application,the system is reliable,accurate and can be the way for a variety of vehicle unit diagnostics and software updata.

service platform; vehicle terminal; vehicle unit; software updata

∶U463.67

∶A

∶1671-7988 (2016)09-183-03

喻尚（1989—），男，助理工程師，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司，從事車(chē)身控制器開(kāi)發(fā)。