數(shù)字化、自動(dòng)化的OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置和企業(yè)車輛管理平臺(tái)

陶鶴鳴，高李明

（南京依維柯汽車有限公司，江蘇 南京 211806）

1 前言

在全球變暖的大趨勢下，各地對(duì)于汽車排放的標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，到2020年已經(jīng)實(shí)施重型柴油車國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在北京、上海等16個(gè)省市已經(jīng)提前執(zhí)行了國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)，而重型柴油車上配備OBD遠(yuǎn)程在線監(jiān)控裝置是執(zhí)行重型柴油車國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的必要條件。隨著5G時(shí)代的到來，汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化和電動(dòng)化的程度不斷提高，遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置作為車輛與云端的信息交互點(diǎn)，扮演著重要的角色［1］；遠(yuǎn)程在線監(jiān)控裝置是一種與汽車總線通信，并實(shí)現(xiàn)指令與信息傳遞的裝置，遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)UDP／IP／PPP協(xié)議棧，通過GPRS模塊無線上網(wǎng)，把車輛的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)及GPS定位信息傳到因特網(wǎng)上的監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控［2］；GB17691中規(guī)定，在國Ⅵ車輛數(shù)據(jù)傳輸至國家環(huán)保平臺(tái)前，需要向國家平臺(tái)靜態(tài)信息備案，靜態(tài)信息備案包括OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的信息和車輛信息，且OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置需直連國家平臺(tái)進(jìn)行防篡改信息備案。

各家車企在大量生產(chǎn)國Ⅵ車輛時(shí)，無法及時(shí)將車輛與國家平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)，手動(dòng)輸入備案信息使得生產(chǎn)效率下降，并耗費(fèi)大量人工，最終延誤車輛生產(chǎn)和上牌，而在汽車生產(chǎn)過程中，安裝一種數(shù)字化、自動(dòng)化的OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，與搭建的數(shù)字化企業(yè)車輛管理平臺(tái)配合，實(shí)現(xiàn)了備案、聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化，可以提升車輛聯(lián)網(wǎng)效率和備案數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。車輛在聯(lián)網(wǎng)過程中，靜態(tài)備案信息和車輛數(shù)據(jù)采集后，需要通過企業(yè)車輛管理平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)至國家平臺(tái)，該數(shù)字化平臺(tái)還可以實(shí)現(xiàn)車輛定位、故障監(jiān)控、行駛?cè)請(qǐng)?bào)等功能，企業(yè)平臺(tái)的建設(shè)也為車企將來的車聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃打下基礎(chǔ)。

2 智能OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的智能化介紹

2.1 智能化實(shí)施流程

智能OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的數(shù)字化、自動(dòng)化體現(xiàn)在：①該裝置通過GPRS模塊無線上網(wǎng)，在平臺(tái)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；②該裝置在整個(gè)備案過程中無需人工操作，裝車后即可在2min內(nèi)完成靜態(tài)信息和防篡改信息備案，完成車輛聯(lián)網(wǎng)工作；③裝置配備RFID條碼包含裝置的靜態(tài)備案信息，該裝置在生產(chǎn)下線時(shí)的RFD射頻設(shè)備會(huì)自動(dòng)識(shí)別并讀取OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的靜態(tài)備案信息，上傳備案信息至企業(yè)車輛管理平臺(tái)；④該裝置裝車后，會(huì)自動(dòng)識(shí)別車輛總線的速率與診斷協(xié)議，在車輛總線上發(fā)送OBD診斷命令獲取車輛VIN碼，在企業(yè)平臺(tái)上自動(dòng)綁定該車輛；⑤企業(yè)平臺(tái)通過汽車生產(chǎn)系統(tǒng)查詢到對(duì)應(yīng)VIN碼的車輛信息，將這些信息存儲(chǔ)至遠(yuǎn)程監(jiān)控OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置檢測備案信息完整后，自動(dòng)將車輛與遠(yuǎn)程監(jiān)控的靜態(tài)備案信息轉(zhuǎn)發(fā)至國家平臺(tái)完成備案；⑥OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置接收到國家平臺(tái)的靜態(tài)備案成功反饋命令后，自動(dòng)直連國家環(huán)保平臺(tái)發(fā)送防篡改備案請(qǐng)求，收到防篡改信息備案成功反饋后即可開始上傳車輛數(shù)據(jù)；⑦該裝置與汽車總線通信，通過診斷命令與監(jiān)聽報(bào)文的方式獲取GB17691所規(guī)定的車輛數(shù)據(jù)，通過企業(yè)平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至國家環(huán)保平臺(tái)。部分地區(qū)如北京、上海等地方法規(guī)要求上傳的數(shù)據(jù)項(xiàng)與國家平臺(tái)不一致，EOL（汽車下線診斷刷寫系統(tǒng)）可以根據(jù)地區(qū)選裝件代碼給OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置寫入不同的地區(qū)CODE，裝置可以根據(jù)CODE自動(dòng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)地區(qū)的軟件使數(shù)據(jù)上傳至地方平臺(tái)，并改變PORT IP地址以適應(yīng)地方法規(guī)要求。具體的實(shí)施流程見圖1。

2.2 硬件模塊

在該裝置的硬件框架中，主要有以下幾種模塊。

1）4G LTE天線和GPS天線：①4G LTE天線實(shí)現(xiàn)了GPRS模塊的無線上網(wǎng)功能，使得OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置可以使用運(yùn)營商的流量與平臺(tái)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；②GPS天線實(shí)現(xiàn)了OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的定位功能，實(shí)時(shí)傳輸車輛所在的經(jīng)緯度，滿足GB17691中對(duì)于車輛定位要求。

2）加密芯片：GB17691要求國Ⅵ遠(yuǎn)程監(jiān)控OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置配備加密芯片，加密芯片通過隨機(jī)生成的公鑰對(duì)數(shù)據(jù)加密與解密，并可以對(duì)數(shù)據(jù)附加簽名，防止數(shù)據(jù)篡改。

3）高速CAN收發(fā)器：CAN收發(fā)器是CAN控制器和車輛總線之間的接口，收發(fā)器將控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為車輛總線的差分電平，使得控制器可以在車輛總線上收發(fā)報(bào)文。

4）RFID條碼：RFID條碼是一種電子射頻條碼，該條碼可以通過專用的RFD閱讀器遠(yuǎn)距離讀取數(shù)據(jù)。

5）ARM Cortex-M3處理器：該處理器是OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的運(yùn)算與控制核心，執(zhí)行了OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置中的自動(dòng)備案、自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)等算法。

圖1 具體實(shí)施流程

6）PORT：PORT是該裝置的協(xié)議端口，通過修改PORT的IP地址來進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇，將指令和數(shù)據(jù)與相應(yīng)IP的平臺(tái)交互。

本裝置的硬件框架見圖2，外形如圖3所示。

圖2 OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置硬件框架

圖3 裝置外形

本文中的企業(yè)平臺(tái)是通過車輛數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、云端存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)建模、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算等手段，同步實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行監(jiān)控、安全監(jiān)管，是企業(yè)對(duì)車輛有效管理的云端平臺(tái)；安裝在車輛中的遠(yuǎn)程監(jiān)控OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池等設(shè)備的傳感器相連，基于CAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞，并以無線方式上傳至企業(yè)平臺(tái)；平臺(tái)的云服務(wù)器接收數(shù)據(jù)后，將存在的無效值、缺失值的數(shù)據(jù)進(jìn)行清理，并將留存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來；大數(shù)據(jù)引擎通過算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，將結(jié)果以應(yīng)用方式輸出至平臺(tái)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化平臺(tái)管理；目前已建設(shè)的企業(yè)車輛管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)車輛定位、故障監(jiān)控、行駛?cè)請(qǐng)?bào)、報(bào)文明細(xì)查詢等功能。企業(yè)車輛管理平臺(tái)如圖4所示。

圖4 企業(yè)車輛管理平臺(tái)

2.3 功能介紹

本文中，企業(yè)平臺(tái)為配合OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置數(shù)字化、自動(dòng)化的要求，主要實(shí)現(xiàn)如下的3個(gè)功能。

1）OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置下線時(shí)讀取的電子標(biāo)簽信息將被存儲(chǔ)在企業(yè)平臺(tái)中。

2）企業(yè)平臺(tái)與汽車生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)通，根據(jù)車輛VIN碼自動(dòng)讀取生產(chǎn)系統(tǒng)中的車輛型號(hào)等車輛信息，將車輛和OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置信息綁定，下發(fā)存儲(chǔ)至OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置中。

3）OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置通過企業(yè)平臺(tái)向國家環(huán)保平臺(tái)傳輸車輛數(shù)據(jù)，平臺(tái)還可以支持向地方平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)車輛數(shù)據(jù)，以滿足如北京、杭州等地方環(huán)保聯(lián)網(wǎng)法規(guī)要求。

3 具體實(shí)施方案

數(shù)字化、自動(dòng)化的OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置和企業(yè)車輛管理平臺(tái)在車輛聯(lián)網(wǎng)過程中按照如下具體方案實(shí)施。

1）OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置向國家環(huán)保平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)之前，首先需要向國家環(huán)保平臺(tái)進(jìn)行靜態(tài)信息備案和防篡改信息備案；靜態(tài)信息備案又包括OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置靜態(tài)備案信息和車輛靜態(tài)備案信息；遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的備案信息包括：加密芯片型號(hào)、車載OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置型號(hào)、SIM卡ICCID、加密芯片ID、車載OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置自定義編號(hào)、OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置公鑰；而車輛靜態(tài)備案信息包括車輛型號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、車輛VIN碼、車輛型號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)ID、車輛公告信息。

圖5 條碼編碼規(guī)則

2）該裝置內(nèi)部擁有RFID條碼，條碼的編碼規(guī)則如圖5所示，其中包含OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置需要向國家環(huán)保平臺(tái)靜態(tài)備案信息，該裝置下線時(shí)流水線上方的RFD射頻識(shí)別工具即可非接觸式的批量讀取某一批次裝置的靜態(tài)備案信息，自動(dòng)上傳至企業(yè)平臺(tái)，以激活這批裝置。

3）目前該裝置安裝的車輛總線波特率為500K和250K，診斷協(xié)議有15765、27145和15031；該裝置裝車后，會(huì)自動(dòng)識(shí)別車輛的總線波特率和診斷協(xié)議，并根據(jù)相應(yīng)的速率和OBD診斷協(xié)議在車輛總線上向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU請(qǐng)求到車輛VIN碼，同時(shí)監(jiān)聽總線數(shù)據(jù)。自適應(yīng)總線波特率是在裝置上電后自動(dòng)發(fā)送250K和500K速率的周期性報(bào)文，在OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置內(nèi)部會(huì)檢測哪種速率的報(bào)文有效，并自動(dòng)切換至該速率進(jìn)行收發(fā)報(bào)文；自適應(yīng)OBD診斷協(xié)議是在速率切換后自動(dòng)發(fā)送15765、27145、15031格式的診斷ID和請(qǐng)求VIN碼DID、PID，根據(jù)ECU響應(yīng)的狀態(tài)切換至該診斷協(xié)議，后續(xù)診斷請(qǐng)求按照該診斷協(xié)議發(fā)送。

4）該裝置初始狀態(tài)下PORT協(xié)議端口是指向企業(yè)平臺(tái)的，請(qǐng)求到車輛VIN碼后，自動(dòng)將VIN碼傳輸至企業(yè)平臺(tái)，并與裝置自身靜態(tài)備案信息綁定；企業(yè)平臺(tái)根據(jù)車輛VIN碼向汽車生產(chǎn)系統(tǒng)查詢?cè)撥囕v信息并下發(fā)存儲(chǔ)至OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置中；該裝置檢測到靜態(tài)備案信息齊全后，自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)至國家環(huán)保平臺(tái)，完成車輛的靜態(tài)信息備案。

5）企業(yè)平臺(tái)收到國家環(huán)保平臺(tái)的靜態(tài)信息備案反饋如表1所示，備案成功后企業(yè)平臺(tái)會(huì)下發(fā)備案成功命令至OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，該裝置會(huì)自動(dòng)修改裝置的PORT的協(xié)議端口IP指向國家環(huán)保平臺(tái)，發(fā)送加密芯片ID、公鑰和車輛VIN碼進(jìn)行防篡改信息備案；如果備案失敗該裝置會(huì)在企業(yè)平臺(tái)上傳失敗信息并顯示錯(cuò)誤狀態(tài)，該車輛會(huì)被標(biāo)記，待主機(jī)廠核查備案信息。

表1 靜態(tài)信息備案反饋

6）該裝置收到國家環(huán)保平臺(tái)的防篡改信息備案反饋如表2所示，收到狀態(tài)碼0x01備案成功反饋后將PORT協(xié)議端口改回指向企業(yè)平臺(tái)，自動(dòng)開始在車輛總線上監(jiān)聽GB17691規(guī)定的數(shù)據(jù)報(bào)文，并同時(shí)在車輛啟動(dòng)時(shí)發(fā)送相應(yīng)協(xié)議格式的診斷命令來獲取OBD診斷信息，數(shù)據(jù)流每隔1s采集一次車輛信息，每隔10s鐘將車輛數(shù)據(jù)封裝為10包上傳至企業(yè)平臺(tái)，由企業(yè)平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)至國家環(huán)保平臺(tái)。如果備案失敗該裝置會(huì)在企業(yè)平臺(tái)上傳失敗信息，該車輛會(huì)被標(biāo)記，待主機(jī)廠核查備案信息。

表2 防篡改信息備案反饋

7）部分地區(qū)如北京、上海等地方法規(guī)要求上傳的數(shù)據(jù)項(xiàng)與國家平臺(tái)不一致，EOL（汽車下線診斷刷寫系統(tǒng)）可以根據(jù)地區(qū)選裝件代碼給OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置寫入不同的地區(qū)CODE，裝置可以根據(jù)CODE自動(dòng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)地區(qū)的軟件，并改變PORT IP地址以適應(yīng)地方法規(guī)要求。

本文的數(shù)字化、自動(dòng)化OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的突出效果有以下幾點(diǎn)。

1）裝置內(nèi)部的RFID條碼中存儲(chǔ)了OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的靜態(tài)備案信息，該條碼可以被OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置生產(chǎn)下線時(shí)的RFD射頻設(shè)備讀取，遠(yuǎn)距離自動(dòng)激活OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置并將OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置靜態(tài)備案數(shù)據(jù)上傳至企業(yè)平臺(tái)。

2）裝置可以自適應(yīng)車輛的總線通信速率及OBD診斷協(xié)議，車輛通電后自動(dòng)發(fā)送診斷請(qǐng)求獲取車輛VIN碼，并在企業(yè)平臺(tái)上與該車輛綁定。

3）裝置可以檢測內(nèi)存中存儲(chǔ)的信息，檢測到靜態(tài)備案信息齊全后會(huì)自動(dòng)向國家環(huán)保平臺(tái)進(jìn)行靜態(tài)信息備案。

4）裝置在收到國家環(huán)保平臺(tái)備案成功反饋后，會(huì)自動(dòng)修改PORT協(xié)議端口至國家環(huán)保平臺(tái)，并發(fā)送防篡改備案信息。

5）裝置在收到國家環(huán)保平臺(tái)防篡改信息備案成功反饋后，會(huì)自動(dòng)開始監(jiān)聽和請(qǐng)求車輛總線數(shù)據(jù)，并傳輸給國家環(huán)保平臺(tái)。

6）該裝置在整個(gè)備案過程中無需人工操作，裝車后即可在兩分鐘內(nèi)完成備案，完成車輛聯(lián)網(wǎng)工作。

7）裝置可以根據(jù)EOL（汽車下線診斷刷寫系統(tǒng)）寫入的地區(qū)CODE自動(dòng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)地區(qū)的軟件，并改變PORT IP使數(shù)據(jù)上傳至地方平臺(tái)，以適應(yīng)地方法規(guī)要求。

4 結(jié)論

文中介紹的數(shù)字化、自動(dòng)化OBD遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置與企業(yè)自建的車輛管理平臺(tái)配合，在車輛下線后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)并通過企業(yè)平臺(tái)對(duì)車輛數(shù)字化管理，同時(shí)滿足了GB17691中規(guī)定的國Ⅵ車輛聯(lián)網(wǎng)要求，節(jié)省了人工錄入信息的時(shí)間，也加強(qiáng)了錄入信息的準(zhǔn)確性；同時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置的可拓展性很強(qiáng)，整車廠能夠通過遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置獲取非常有價(jià)值的用戶信息，比如用戶的駕駛習(xí)慣等；獲取這些用戶信息有助于整車廠提升服務(wù)品質(zhì)，了解客戶需求，改進(jìn)產(chǎn)品性能，以便更好地服務(wù)目標(biāo)市場［3］。這種數(shù)字化、自動(dòng)化的裝置與平臺(tái)，為車企的車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。