車載數(shù)據(jù)終端的功能需求研究

莊濟(jì)寧 崔碩 黃建鵬 唐燕

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著車載通信技術(shù)、信息技術(shù)和汽車技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)汽車的發(fā)展趨勢。據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源信息，世界新能源車滲透率總體呈現(xiàn)快速提升趨勢，2022年一季度已經(jīng)達(dá)到10%水平，其中中國達(dá)到18%，德國21%，挪威73%，美國6%。車載T-BOX（Telematics Box，遠(yuǎn)程通信終端）作為新能源汽車或智能網(wǎng)聯(lián)汽車的關(guān)鍵零部件，承載著車內(nèi)與車外的通訊業(yè)務(wù)功能，可深度讀取汽車CAN 總線數(shù)據(jù)和私有協(xié)議，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳到云服務(wù)器，為新能源汽車或智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供可靠、完整的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，因此本文也將車載T-BOX 稱為車載數(shù)據(jù)終端。車載數(shù)據(jù)終端承載的功能也隨著車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展日益豐富，從最初的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控的法規(guī)功能需求，拓展到遠(yuǎn)程控制、OTA、娛樂等車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)服務(wù)功能需求。因此如何更好的定義車載數(shù)據(jù)終端的功能，也成為了車企開發(fā)的一大關(guān)鍵技術(shù)步驟。本文通過純電動(dòng)汽車的項(xiàng)目案例，對車載數(shù)據(jù)終端的功能需求進(jìn)行研究，從而確認(rèn)車載數(shù)據(jù)終端的功能需求及定義，確認(rèn)功能邊界，有利于車載數(shù)據(jù)終端和車聯(lián)網(wǎng)車型的快速開發(fā)。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控及車聯(lián)網(wǎng)的功能架構(gòu)

自2017年1月1日起，中國要求新生產(chǎn)的新能源汽車須安裝車載終端，將車輛的狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳到企業(yè)服務(wù)平臺(tái)、國家及地方監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控功能。

同時(shí)隨著4G/5G 網(wǎng)絡(luò)的推廣，智能網(wǎng)聯(lián)汽車得到快速發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)的應(yīng)用功能也是通過車端與云端服務(wù)器的連接而實(shí)現(xiàn)。因此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及車聯(lián)網(wǎng)的功能架構(gòu)原理基本一致，如圖1 所示，其中，車載數(shù)據(jù)終端起到了車內(nèi)和車外的數(shù)據(jù)交互的橋梁作用。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控及車聯(lián)網(wǎng)的功能架構(gòu)原理圖

車載數(shù)據(jù)終端的硬件原理框圖，如圖2 所示，由通信模塊（圖示為4G 模塊）、MCU 微控制器模塊、CAN 通信模塊、以太網(wǎng)芯片、WIFI 模塊、藍(lán)牙模塊、定位模塊、存儲(chǔ)模塊、備用電池模塊、音頻處理模塊等構(gòu)成，功能模塊的取舍可根據(jù)具體車型的實(shí)際功能需求而定。

圖2 車載數(shù)據(jù)終端硬件原理框圖

3 車載數(shù)據(jù)終端的功能需求分析

在進(jìn)行車載數(shù)據(jù)終端的詳細(xì)開發(fā)前，優(yōu)先進(jìn)行功能需求分析。項(xiàng)目車型為純電動(dòng)汽車樣車，主要的需求來源為法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求和業(yè)務(wù)需求。法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求和業(yè)務(wù)需求并不是完全獨(dú)立隔離的，部分功能需求是存在一致的，比如數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、上傳等，因此需要詳細(xì)分析。

3.1 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求分析

在法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)方面，主要有純電動(dòng)汽車準(zhǔn)入要求的標(biāo)準(zhǔn)及智能網(wǎng)聯(lián)汽車的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如表1 所示。（注：涉及的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)包含但不限于表1 所示。）

表1 車載數(shù)據(jù)終端關(guān)鍵法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 32960 是《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)定》中的強(qiáng)制要求，分為三部分，見表1 的序號(hào)1～3 項(xiàng)。GB/T 32960.1為標(biāo)準(zhǔn)總則，主要規(guī)定了一些術(shù)語和定義，比如監(jiān)控系統(tǒng)中的公共平臺(tái)、企業(yè)平臺(tái)、車載終端等名稱定義。GB/T 32960.2 主要是對車載數(shù)據(jù)終端的要求，明確了數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸、補(bǔ)發(fā)等功能需求及要求，如圖3 所示，。GB/T 32960.3 主要是通信協(xié)議及數(shù)據(jù)格式，規(guī)定了電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)中，各個(gè)部分之間的通信協(xié)議，包括協(xié)議結(jié)構(gòu)、通信連接、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與定義、數(shù)據(jù)單元格式與定義等內(nèi)容，車載數(shù)據(jù)終端上傳數(shù)據(jù)給企業(yè)平臺(tái)時(shí)，可參照執(zhí)行。

圖3 GB/T 32960.2對車載數(shù)據(jù)終端的關(guān)鍵功能要求項(xiàng)

網(wǎng)聯(lián)化汽車的的劇增，車輛對外接口的增加，增加了車載信息安全的風(fēng)險(xiǎn)。車載信息安全涉及用戶的行駛、財(cái)產(chǎn)、數(shù)據(jù)、隱私等安全，世界各國高度重視，也陸續(xù)出臺(tái)系列法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。車載數(shù)據(jù)終端是網(wǎng)聯(lián)汽車的內(nèi)外通信節(jié)點(diǎn)，是車載信息安全的最重要一環(huán)。根據(jù)表1 中4～7 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，車載數(shù)據(jù)終端的信息安全需求主要有：硬件安全、系統(tǒng)安全、軟件安全、通信安全、數(shù)據(jù)安全等，如表2 所示。

表2 車載數(shù)據(jù)終端信息安全需求分析

3.2 業(yè)務(wù)功能需求分析

車載通信技術(shù)的發(fā)展，極大豐富了車輛的使用場景，項(xiàng)目車型上也提出了以下車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)功能需求，如表3 所示。

表3 車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)功能需求

4 車載數(shù)據(jù)終端的功能需求定義

基于對法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求和業(yè)務(wù)需求的分析，確定了車載數(shù)據(jù)終端較完善的潛在功能需求。并進(jìn)行了分類，主要分為8 大類：聯(lián)網(wǎng)通信功能、數(shù)據(jù)處理功能、信息安全功能、遠(yuǎn)控功能、近控功能、網(wǎng)絡(luò)共享功能、道路救援功能、OTA 功能等。進(jìn)一步定義如下：

● 聯(lián)網(wǎng)通信功能：通信是基礎(chǔ)，通信方式可以有遠(yuǎn)程通信、近場通信、有線通信。遠(yuǎn)程通信應(yīng)至少具備4G 通信，未來可向5G 或C-V2X 發(fā)展。近場通信可有藍(lán)牙、WIFI 方式；有線通信則需具備CAN 網(wǎng)絡(luò)、接入整車的CAN 通信網(wǎng)絡(luò)，可選以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、USB 網(wǎng)絡(luò)。

● 數(shù)據(jù)處理功能：則包含了法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)業(yè)務(wù)需求的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、上傳、監(jiān)控報(bào)警、時(shí)間校時(shí)、定位更新、獨(dú)立工作等內(nèi)容。

● 信息安全功能：具備硬件、系統(tǒng)、軟件、通信、數(shù)據(jù)的安全功能，滿足相關(guān)法規(guī)要求。

● 遠(yuǎn)控功能：可遠(yuǎn)程控制車輛的ECU節(jié)點(diǎn)，比如遠(yuǎn)控車門、窗、空調(diào)、暖風(fēng)等；或可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷，獲取整車故障碼信息，便于快速遠(yuǎn)程分析問題。

● 近控功能：可實(shí)現(xiàn)近場藍(lán)牙鑰匙開關(guān)門或通過藍(lán)牙信號(hào)控制行車等；如有IOT 設(shè)備接入，可拓展更多的近場控制功能。

● 網(wǎng)絡(luò)共享功能：車機(jī)或其他聯(lián)網(wǎng)電子設(shè)備可以通過USB 接口或以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接車載數(shù)據(jù)終端的4G/5G 網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。

● 道路救援功能：可實(shí)現(xiàn)車輛緊急呼叫、一鍵電話救援、道路服務(wù)請求等功能。如用戶遭遇緊急情況，或需要道路服務(wù)時(shí)，車載系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)撥打緊急呼救電話，同時(shí)將車輛故障相關(guān)的信息發(fā)送到呼叫中心，如實(shí)現(xiàn)Ecall、Bcall、Icall 等功能。

● OTA 功能：車載數(shù)據(jù)終端不僅可OTA 自身，還可通過CAN 通道、USB 通道、以太網(wǎng)通道等OTA 其他ECU 節(jié)點(diǎn)。

5 結(jié)語

通過對車載數(shù)據(jù)終端的功能需求分析，可見其最大功能為可集成眾多通信方式，構(gòu)建遠(yuǎn)程通信、近場通信、有線通信基礎(chǔ)。不僅滿足了法規(guī)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控的功能需求，且衍生出了各種方便用戶的車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能。本文研究的車載數(shù)據(jù)終端的潛在功能需求分類，有效的助力項(xiàng)目完成相關(guān)開發(fā)應(yīng)用，其他純電動(dòng)車型可參考應(yīng)用。但由于本文僅針對純電動(dòng)汽車的部分法規(guī)及業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析，其他車型的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、性能要求等未作描述，因此實(shí)際開發(fā)中，可根據(jù)實(shí)際的車輛類型，綜合法規(guī)、成本、周期、業(yè)務(wù)或市場需求等進(jìn)行更詳細(xì)的功能需求配置和定義。