基于车联网的控制器远程诊断与刷写

喻尚，杨艳

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

基于车联网的控制器远程诊断与刷写

喻尚，杨艳

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

∶为了获得驾驶车辆的数据分析，避免或解决车辆控制单元在驾驶中失去功能的状态，设计和实现一种基于车联网服务平台数据分析以及远程控制器刷写的系统。该系统包括整车控制模块、车载终端、3G/4G无线通讯以及服务平台。车载终端采集整车行驶状态数据上报服务平台进行数据分析；整车控制器模块需要刷写时，服务平台通过3G/4G无线通讯下发刷写数据给车载终端，再由车载终端下发给整车控制器进行刷写。通过车型的功能应用表明该系统的数据诊断以及刷写可靠、准确可以整车对各种控制器进行数据诊断刷写。

∶服务平台；车载终端；控制器；数据刷写

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.061

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

引言

随着车联网技术与产业的发展，车联网已在整车使用过程中得到广泛应用，如：车辆监管、车辆控制、驾驶行为优化、故障处理、升级优化等。本文主要阐述一种以车联网为基础的车辆控制器远程诊断与软件刷写的实现原理与方法，旨在为车辆在使用过程中，对车辆控制器软件版本升级、故障处理等提供一种解决方案。

车联网技术包括无线网络通信技术、卫星定位技术、传感器技术、计算机技术、数据处理技术等多种智能化技术[1]。作为引领行业未来发展的一个新兴方向，目前主要是利用装载在车辆上的终端设备获取车辆行驶特性和系统运行状态信息，通过卫星定位、3G/4G等无线传输技术实现数据信息的传输与共享，再通过各类传感器获取车辆内、车辆间以及车辆与道路交通基础设施间的状态信息从而达到互联网信息平台实现对车辆运行的监控以及意外情况的数据刷写。通过车联网信息平台必然可以实现整车上各个控制器的故障诊断、数据刷写以及信息监测等功能，即为基于车联网的控制器远程诊断与刷写。

1、系统原理

车联网中控制器远程诊断与刷写系统架构主要可以分为车联网服务平台应用部分、车联网终端的数据传输部分以及控制本地控制器刷写部分。其中车联网终端的数据传输又可分为无线网络数据传输和本地总线网络数据传输。如图1。

图1　系统原理框图

本地控制器的刷写部分主要是指控制器通过诊断功能以及总线通讯CAN/LIN等方式对整车状态监控以及车辆上控制器的软件进行更新、升级。

车联网终端的数据传输部分主要由无线网络数据的传输、本地总线网络数据传输组成。无线网络数据传输是通过3G/4G无线通讯网络实现数据的传递，支撑车载终端与服务平台之间的数据交互；本地总线网络数据传输是根据汽车电器网络架构的通讯方式，如LIN、CAN、MOST汽车总线系统[2]等，实现车载终端节点与控制器节点之间的数据交互。

车联网服务平台应用部分主要是指用户通过应用软件或登陆车辆管理网站操作后台服务平台对车辆的信息收集监控以及间接的控制管理，也可以称之为应用分析网站。

车联网服务平台根据无线传输技术和车载终端实时保持有效的通讯，从而得到车载终端上实时记录的数据；服务平台对接收到的数据进行实时存储和监控，通过对数据分析或判定决策出对某个控制器节点进行诊断操作或者进一步的数据刷写时，服务平台通过无线网络传输对车载终端下达诊断或刷写命令，车载终端再通过整车的总线技术将命令传输给要诊断刷写的控制器节点，相应的控制器节点则进入诊断刷写模式直至操作完毕。

2、远程刷写系统的设计

2.1车载终端设计

车载终端作为整车远程刷写系统的中间关键关节，数据交互的可靠性、实时性和有效性均需要车载终端给予保证，因此硬件架构一般采用双处理器（符合汽车功能安全要求）、3G/4G通讯模块、定位模块和整车CAN/LIN通讯模块组成，详见图2。

图2　终端硬件结构框图

功能上车载终端应支持和服务平台相同的通讯方式以及通讯协议，并保证终端与平台之间通讯的可靠性。现阶段大多以3G/4G网络为基本通讯方式，WLAN辅助。实际应用过程中，可根据各个网络信号强度通过算法计算智能选择。车载终端支持定位功能，定位系统应兼容全球的四大定位系统。车载终端应能接收多个定位请求进行定位信息上传，通过无线通信方式上传至主服务平台或其他监控平台，并能按主服务平台要求终止对其他平台的定时上报。车载终端也应具有在通信中断时存储一定数量的定位信息以及车辆状态，在恢复通信后将存储的定位信息补报上传的功能。另外，车载终端也会根据对接的主服务平台差异性匹配的设计其他特殊的功能。

2.2本地控制器设计

控制器作为整车上最常见的模块[3]，主要由MCU、通讯模块（CAN、LIN和无线等模块）、数字/模拟量采集、高低边驱动部分组成，其硬件结构框图见图3。作为整车功能的逻辑模块，自诊断的功能已经成为必备功能。通过本地的OBD接口数据诊断/刷写是最常见的控制器底层诊断功能，因此可以在硬件不变化的基础上明确与车载终端之间的诊断数据下发协议即可实现车载终端对本地控制器的诊断与刷写。对此车辆本地控制器的设计应该具备Bootloader、UDS/KWP2000诊断以及总线CAN/LIN通讯功能时就可以完成软件数据的刷写。车辆本地控制器的其他的详细功能则根据整车实际需求情况进行设计。

图3　控制器硬件结构框图

2.3服务平台设计

车辆网服务平台是数据收集、数据存储以及对数据进行分析挖掘的基础规范接口，要能够有效的实现不同类型的应用汇聚以及新需求的开展，一般是基于SQA方法的开放式框架，大致可分为数据接入、数据管理分析和数据应用三部分。数据接入也是数据的采集，即通过车载终端以及互联网Internet获取目标对象的原始状态信息。数据管理分析主要是对采集到的数据进行归纳分析，得到关联性而进一步挖掘出潜在信息，进而为数据的决策应用提供可靠的理论支撑。数据应用主要是为目标对象的需求提供所需求的信息。其中数据管理分析以及数据的挖掘是各个服务平台的技术核心。

当然车联网服务平台和车载终端两者之间的数据的采集通信方式应符合JT/T 794 中的相关规定，采用3G/4G方式进行通信，通信协议采用TCP或UDP，可进行协议通道选择。车辆的定位位置应实时的存储、显示并上报时间以及整车经度、纬度、速度、高程和方向等位置信息[4]。采集过程中的数据信息的断续补传也是一个很重要的功能，保证了数据来源的可靠性。 目前国内外车联网服务平台的侧重点虽有不同，服务平台的框架均大同小异，符合上述的三大块在此不做详述。

3、数据远程刷写流程

数据的远程刷写是车联网服务平台、车载终端和控制器三者之间的数据交互过程，以车载终端为中转接点。即车联网服务平台将所需要的刷写数据下发给车载终端，再由车载终端将刷写数据传输给刷写对象进行数据写入。数据信息传递的准确性依赖于车联网服务平台和车载终端之间数据交互机制。当然在车联网服务平台下发控制整车命令时，应将整车当前的车速、转速、钥匙开关、手刹等与本地控制器升级刷写或控制相关的车辆信息上传至平台，以便于判断车辆运行状态，避免对正在行驶车辆的影响。

图5　远程刷写流程

车载终端和控制器都是整车网络的CAN通讯节点，符合ISO 11898/J1939等目前汽车网络通讯协议。因此车载终端和控制器之间的数据传输可以应用CAN总线技术。为了进行控制器的软件下发下载传输整车本地通讯可靠性，因此进行整车网络设计时总线负载率应有较大余量。另外，整车的诊断协议有KWP2000和UDS两种，UDS目前为主流方式，其中对例程控制、请求下载和数据传输等诊断服务的开发有详细定义。当所需要的诊断和刷写操作执行完成功后，重新上电检测整车状态是否正常。具体流程如图5。

具体如下面诊断刷写实例：

整车在意外/特殊情况提出对门窗控制节点的数据进行诊断刷写需求被在车辆服务平台获知后，服务平台会根据车载终端上传的整车位置信息以及车速、转速、钥匙开关、手刹等自身控制状态信息和刷写节点门窗控制器的详细数据状态判断是否可进行诊断刷写。如果满足刷写要求，服务平台则会下发诊断刷写模式进入命令通过车载终端将刷写的门窗控制器节点BT中刷写标识位赋值为1状态；当然此时只是表明车辆本地刷写控制器节点已经知晓要进行刷写。当整车钥匙开关重新上电状态呗服务平台检测到后，服务平台则传输需要刷写的数据给车载终端，再由车载终端将数据传递给刷写节点，刷写节点则会根据接收到的数据重新写入存储器里面。当然在数据写入存储器之前必须进行数据正确性的校验验证，校验验证通过才是有效数据，可以被写入；否则控制器则任为此次下发传递的数据无效。

4、总结

本设计主要是基于车联网的整车控制器数据刷写系统，该系统的服务平台、车载终端以及整车网络控制器运行良好可靠，实现了远程的整车多种控制器的数据更新刷写，保证了整车在意外状况时的功能完善。通过在台架以及实车上的应用测试，验证系统的可行性，从而为汽车设计研发以及用户提供了优化整车功能便捷方法。

[1] 何蔚.面向物联网时代的车联网研究与实践[M].科学出版社,2013: 4-5.

[2] W.齐默尔曼,R施密特加尔.汽车总线系统[M].北京:机械工业出版社,2011.

[3] 李朝青.单片机原理与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1994.

[4] 王立颖.基于车联网的货车安全监控系统设计与分析[J].物流技术,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，助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，从事车身控制器开发。