新能源車載終端藍(lán)牙模塊適用性分析

郭來(lái)喜，莊濟(jì)寧，黃建鵬，唐 燕

（上汽通用五菱汽車股份有限公司廣西汽車新四化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 柳州 545007）

1 研究背景

近年來(lái)，車聯(lián)網(wǎng)區(qū)域大量地使用藍(lán)牙技術(shù)，有著很不錯(cuò)的效果。傳統(tǒng)的汽車造車領(lǐng)域正在向智能化、網(wǎng)聯(lián)化、科技化發(fā)展，汽車已經(jīng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的代步工具，而是一個(gè)智能座艙，一切都在向方便化、快捷化發(fā)展，汽車市場(chǎng)為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)做出了重要的貢獻(xiàn)。而汽車領(lǐng)域向著智能、快捷、方便的方向發(fā)展，勢(shì)必離不開(kāi)無(wú)線通信技術(shù)的支持。但全新的無(wú)線通信技術(shù)不可能在這么短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，而現(xiàn)有的藍(lán)牙技術(shù)可以滿足很多方便快捷的功能設(shè)計(jì)，為藍(lán)牙技術(shù)在車端的應(yīng)用提供了肥沃的土壤。現(xiàn)在生活中常用的功能像遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)車門、遠(yuǎn)程啟動(dòng)車輛等功能，可以通過(guò)客戶端APP 遠(yuǎn)程下發(fā)指令，通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，與整車數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。高集成度以及方便快捷的特點(diǎn)，為汽車以后走向智能化、網(wǎng)聯(lián)化、科技化奠定了根基。傳統(tǒng)汽車使用機(jī)械鑰匙進(jìn)行開(kāi)關(guān)車門、打火等操作，為用戶實(shí)現(xiàn)最基礎(chǔ)的用車，隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，傳統(tǒng)的鑰匙已經(jīng)開(kāi)始落后于時(shí)代，不能滿足人們對(duì)方便快捷的追求，不能使用戶深層次與整車交互。目前廣泛應(yīng)用于汽車的藍(lán)牙鑰匙，已經(jīng)成為光大用戶與整車交互的首選方式。為了保證手機(jī)藍(lán)牙鑰匙的安全性，需要選擇出可靠的、低功耗的，符合車輛功能設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊。

2 藍(lán)牙BR/EDR 與BLE 區(qū)別

2.1 信道

藍(lán)牙BR/EDR 和BLE 都在2.4GHzISM 頻段內(nèi)通信，但它們劃分頻段的信道數(shù)不同。藍(lán)牙BR/EDR將頻段劃分為間隔1 MHz 的79 個(gè)頻道。采用更簡(jiǎn)單的發(fā)射器和接收器的BLE，因此它將頻帶劃分為間隔2 MHz 的40 個(gè)通道。

2.2 功率

功耗是藍(lán)牙BR/EDR 和BLE 之間的關(guān)鍵區(qū)別因素，BLE 最大的優(yōu)點(diǎn)就是低功耗。藍(lán)牙BR/EDR，可以使用100 mW 的最大輸出功率來(lái)傳輸大約10～100 m 的數(shù)據(jù)。對(duì)于這種功耗來(lái)講，如果設(shè)備可以隨時(shí)隨地方便的充電，這是一個(gè)很好的選擇。但是這針對(duì)汽車整車來(lái)講，卻并不是一個(gè)較好的選擇。目前普遍使用的這些車輛控制功能，都是在整車下電休眠的情況下進(jìn)行的，整車下電后是由車載電源進(jìn)行供電的，而B(niǎo)R/EDR 較大的功率對(duì)車載電源是一個(gè)不小的消耗，如果用戶一段時(shí)間不用車，很可能導(dǎo)致整車虧電給用戶帶來(lái)不便，而較多的充放電也會(huì)給車載電源壽命帶來(lái)不小的影響。

相較之下，BLE 則是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇。BLE在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)打開(kāi)發(fā)射器，接收數(shù)據(jù)時(shí)打開(kāi)接收器，可以將最大功率降到10 mW，很好地降低了功率消耗，同時(shí)保持和BR/EDR 相同的傳輸范圍。當(dāng)BLE不發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)將接收機(jī)置于空閑狀態(tài)，這種狀態(tài)下BLE 幾乎沒(méi)有說(shuō)明能量消耗。

2.3 延遲

關(guān)于延遲方面，BLE 也是明顯優(yōu)于BR/EDR 的。藍(lán)牙BR/EDR 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸首先需要做一個(gè)前期準(zhǔn)備，發(fā)射器接收數(shù)據(jù)在內(nèi)部轉(zhuǎn)化為可用的數(shù)據(jù)，第一步需要大概1 000 ms，第二步需要100 ms，這樣總的計(jì)算下來(lái)就有1 100 ms 的延遲。這對(duì)于用戶能感知到的功能來(lái)說(shuō)，已經(jīng)是相當(dāng)明顯的延遲了。延遲的期間又會(huì)導(dǎo)致更多的功耗。

BLE 只需要3 ms 左右的延遲，即可準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)。從接收數(shù)據(jù)到轉(zhuǎn)化為可用的數(shù)據(jù)總時(shí)長(zhǎng)約為6 ms，這樣又可以減少延遲期間的功率消耗。

2.4 吞吐量

關(guān)于吞吐量方面，BLE 相較于BR/EDR 就顯得稍遜一籌了。雖然都是采用的GFSK 技術(shù)，但是優(yōu)于協(xié)議、無(wú)線電、軟件等因素的限制，實(shí)際吞吐量呈現(xiàn)了不小的差異。

藍(lán)牙BR 吞吐量可以達(dá)到0.7 Mb/s，藍(lán)牙EDR吞吐量可以達(dá)到2.1 Mb/s，這個(gè)吞吐量是可以滿足視頻音頻的吞吐量。BLE 發(fā)送數(shù)據(jù)采用短脈沖的形式，這就限制了BLE 技術(shù)的吞吐量。BLE 吞吐量為0.27 Mb/s，不足以支持傳輸音視頻，但是日常使用的這些車控指令是可以滿足的。

3 藍(lán)牙與汽車技術(shù)

目前市場(chǎng)上面生產(chǎn)的汽車，大部分都搭載了GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)，藍(lán)牙功能在GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)上面也有著廣泛的應(yīng)用。一方面可以提供定位導(dǎo)航，另一方面也可以作為藍(lán)牙耳機(jī)接聽(tīng)手機(jī)電話，給車主一個(gè)方便快捷的駕駛環(huán)境。

藍(lán)牙技術(shù)在汽車領(lǐng)域中現(xiàn)在已經(jīng)十分普及，像藍(lán)牙播放器、藍(lán)牙鑰匙等已經(jīng)成為很多用戶常用的功能之一。

4 藍(lán)牙鑰匙梳理

4.1 創(chuàng)建Owner 鑰匙

用戶進(jìn)行掃碼綁車操作時(shí)，通過(guò)中臺(tái)調(diào)用云服務(wù)平臺(tái)創(chuàng)建鑰匙的接口，將車輛二維碼中的車輛VIN 信息填入系統(tǒng)中；將注冊(cè)手機(jī)APP 的號(hào)碼作為用戶ID；鑰匙類型置為owner 鑰匙類型；將unix 最大時(shí)間2038-01-19 11∶14∶08 作為結(jié)束時(shí)間。命令填充完成之后發(fā)給T-Box，T-Box 就會(huì)將創(chuàng)建好的owner 鑰匙保存在設(shè)備里。一個(gè)設(shè)備里只能有1把owner 鑰匙。見(jiàn)圖1。

圖1 掃碼綁車流程

4.2 創(chuàng)建Friends 鑰匙

車主在進(jìn)行藍(lán)牙授權(quán)操作時(shí)，手機(jī)APP 通過(guò)中臺(tái)調(diào)用云服務(wù)平臺(tái)創(chuàng)建鑰匙的接口，將他綁定的車輛VIN 錄入系統(tǒng)中，將車主輸入的手機(jī)號(hào)作為用戶ID；鑰匙類型為friends 鑰匙；將車主輸入的時(shí)間作為該鑰匙的結(jié)束時(shí)間（不能超過(guò)unix 最大時(shí)間）。命令填充完成之后發(fā)給T-Box，T-Box 就會(huì)將創(chuàng)建好的friends 鑰匙保存在設(shè)備里。見(jiàn)圖2。

圖2 藍(lán)牙授權(quán)流程

4.3 刪除Owner 鑰匙

當(dāng)用戶進(jìn)行解綁操作時(shí)，會(huì)通過(guò)中臺(tái)調(diào)用云服務(wù)平臺(tái)刪除鑰匙的接口。云服務(wù)平臺(tái)會(huì)判斷被請(qǐng)求刪除鑰匙的類型。若需要?jiǎng)h除的鑰匙類型是owner，云服務(wù)平臺(tái)會(huì)下發(fā)指令將T-Box 內(nèi)部鑰匙全部清掉。云服務(wù)平臺(tái)與手機(jī)App 會(huì)收到返回信息為刪除成功，此時(shí)手機(jī)App就可以成功解綁。

4.4 刪除Friends 鑰匙

若friends 鑰匙仍然在有效期內(nèi)，車主通過(guò)App進(jìn)行取消授權(quán)操作時(shí)，會(huì)通過(guò)中臺(tái)調(diào)用云服務(wù)平臺(tái)刪除鑰匙的接口。當(dāng)需要?jiǎng)h除的鑰匙類型是friends時(shí)，云服務(wù)平臺(tái)會(huì)下發(fā)指令將該鑰匙刪除，不影響其他鑰匙。見(jiàn)下頁(yè)圖3。

圖3 刪除藍(lán)牙鑰匙邏輯

4.5 藍(lán)牙鑰匙失效

Friends 鑰匙不是永久存在的，達(dá)到授權(quán)結(jié)束時(shí)間之后會(huì)自動(dòng)失效。機(jī)制如下：

T-Box：若T-Box 內(nèi)部成功創(chuàng)建friends 鑰匙，在1s 之后會(huì)本地檢查所有鑰匙的有效時(shí)間。若是所有鑰匙有效時(shí)間全部在當(dāng)前時(shí)間的1 h 之后，T-Box內(nèi)部會(huì)運(yùn)行一個(gè)計(jì)時(shí)器，每隔1 h 檢查鑰匙的有效時(shí)間。若是有檢查到存在friends 鑰匙會(huì)在1 小時(shí)以內(nèi)過(guò)期，UCU 內(nèi)部會(huì)重新計(jì)時(shí)，確保在鑰匙失效的那一時(shí)刻能喚醒設(shè)備，刪除設(shè)備里的藍(lán)牙鑰匙。刪除時(shí)T-Box 不會(huì)和云服務(wù)平臺(tái)做交互。

APP：APP 檢測(cè)到藍(lán)牙鑰匙即將過(guò)期，會(huì)在鑰匙失效時(shí)刻通過(guò)數(shù)據(jù)商店調(diào)用車控平臺(tái)刪除鑰匙的接口。若收到車控平臺(tái)刪除成功的返回，則判斷刪除成功，在APP 中將此鑰匙設(shè)置為失效。

云服務(wù)平臺(tái)：云服務(wù)平臺(tái)刪除鑰匙接口被調(diào)用時(shí)，會(huì)對(duì)比鑰匙有效時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間，若是檢測(cè)到當(dāng)前鑰匙已過(guò)有效期，則平臺(tái)將庫(kù)里的鑰匙刪除。刪除時(shí)車控平臺(tái)不會(huì)和T-Box 做交互。具體見(jiàn)圖4。

圖4 藍(lán)牙鑰匙失效邏輯

5 結(jié)論

車載終端的藍(lán)牙模塊主要功能還是以手機(jī)鑰匙開(kāi)關(guān)車門為主，對(duì)于信道和吞吐量要求沒(méi)那么苛刻，但是對(duì)于延遲和功耗存在一定要求，由于手機(jī)鑰匙是在車輛未上電的情況下使用的，所以需要較低的功耗，延遲在很大程度上會(huì)影響用戶的使用體驗(yàn)，所以延遲也不能太高。因此低功耗藍(lán)牙模塊是一個(gè)很不錯(cuò)的選擇，在滿足用戶開(kāi)關(guān)車門的同時(shí)不會(huì)引起整車低壓蓄電池電量的消耗，不會(huì)產(chǎn)生虧電風(fēng)險(xiǎn)。