基于车辆OTA功能的整车电检系统预研

吕小磊 虞高翔 王超逸 杨超 顾金龙

（吉利汽车集团有限公司，杭州 315336）

1 前言

目前整车厂主流的电检方案为客户服务器（Client-Server，CS）架构，客户端多采用手持的Client(便携诊断设备)，通过OBDII（车辆诊断接口）接口连接到车辆上实现车辆的诊断与电检测试。测试完成后，相关测试数据通过网络发送至Server(电检服务器)，实现数据的处理和解析。

随着OTA 技术在汽车整车上的导入及自动驾驶技术普及带来的ECU 的计算能力跨越式提升，硬件上已经具备车载ECU 执行电检程序的基础，可替代目前的电检方案，并取代Client 和Server。

本文基于OTA 系统对整车整车末端检测的电检方案进行初步探讨，推动电检工艺的升级改造。

2 传统EOL电检方案介绍

传统EOL 的电检方案主要由1 个或双机备份的Server 和多个Client 2 部分组成，Server 和Client通过网络连接实现完整功能，如图1 所示。

图1 传统EOL电检方案结构

2.1 Server主要功能

a.主要承担与电检、研发、制造相关系统的交互，接收产品和制造信息的输入，回传相关的追溯数据给制造系统；

b.管理Client 的配置、下发测试所需的相关数据、电检软件释放和更新、接收Client 测试中生成的相关测试数据；

c.负责保存和解析Client 回传的数据，并根据需求生成相关的测试报表。

2.2 Client的主要功能。

a.接收Server 下发的数据和程序；

b.通过OBDII 接口连接车辆，并运行电检程序执行相应的诊断和测试；

c.通过网络实现对检测设备的控制，并完成与车辆三方联动的测试；

d.回传相关的测试结果、数据、测试日志至Server。

整体上来看，传统EOL 电检方案较为成熟稳定，Client 响应速度快,可实现个性定制，安全性已经验证。但方案也伴随着单个Client 硬件成本高、多个工厂需投入多套方案、整体投入成本高、整体方案与供应商绑定、后续升级服务成本高、报表功能单一问题。

3 基于OTA的电检系统预研分析

OTA 是通过移动通信的空中接口实现对移动终端设备及SIM（用户身份识别模块）卡数据进行远程管理的技术。

业内公认的汽车OTA 最早出现是在2012 年，特斯拉推出的Modes S 首次采用OTA 技术，更新范围涉及人机交互、自动驾驶、动力电池系统模块，随后OTA 技术开始被传统车企所尝试并投入使用。

使用OTA 完成电检，需要车辆的ECU 自身完成传统Server 的部分功能和Client 的全部功能，这对于车载ECU 和整车的网络是一个挑战。

随着汽车电气架构的更新和高级别自动驾驶功能的导入，车载ECU 的芯片从单片机（Microcontroller Unit，MCU）进化 至 系 统 级芯 片（System on Chip，SoC）[1],计算能力已经取得了飞跃式的提升，目前，特斯拉的全自动驾驶（Full Self-Driving，FSD）的最大算力以达到72 TOPS（处理器运算能力单位），NVIDIA（英伟达）计划在2022 年投产的Orin 芯片最大算力更是高达200 TOPS。同时车载网络也进化至100 Mbit/s 甚至1000 Mbit/s 的带宽，技术上可以选用GW（网关）或者其它高算力的ECU，并配置大内存作为OTA Master，内置EOL 电检程序代替Client 完成相应的电检功能。

针对传统Server 承担的网络接口功能，目前具备OTA 功能的车辆均配备有4G 或5G 通讯功能的车联网系统（Telematics Box，TBOX），可由OTA Master 通过控制TBOX 来执行网络接口或者网络数据的转发，OTA Master 与TBOX 之间的数据传输采用专线和私有保密协议，防止数据被窃取或者泄露。

传统Server 负责接收和解析Client 回传数据和报表生成的功能，作为1 个功能包，集成在生产系统系统MES（生产过程执行系统）中。

基于以上基础，对OTA 的电检系统做初步的研究。

目前整车的传统EOL 电检方案在各品牌整车代工厂细节上有所区别，但整体工艺上可归纳为制动液加注、软件刷写、静态电检、静态标定、高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance System，ADAS）标定、转毂测试、商检入库7 大类工艺。所有的测试均由Client 识别Server 下发的车辆数据，并根据配置差异性执行相关的测试。

本文后续基于OTA 的电检工艺均以上述流程为例，如图2 所示。

图2 传统EOL工艺流程

3.1 加注

在整车制造中，所有的车辆的物料信息均与车辆识别码（Vehicle Identification Number，VIN）保持绑定，而在传统EOL 电检流程中，VIN 与车辆的绑定是通过扫描VIN 条形码或者读取射频识别卡（Radio Frequency Identification，RFID）输入给Client，在软件刷写过程中写入VIN。OTA 方案中，不再有扫描器或者RFID 的输入接口，需要考虑OTA Master 如何获取到VIN,并通过VIN 连接到生产系统获取车辆数据。

考虑到制动液加注在电检流程中一般都是前置工艺，并需要车身电子稳定性控制系统（Electronic Stability Controller，ESC）模块的参与，可以在执行加注时，加注设备先将VIN 写入ESC，后续OTA Master 执行电检时，以ESC 中的VIN 为前提。VIN 写入ESC 时，可以通过排序或者队列的方案，确保写入的VIN 与车身上的VIN 一致。亦可通过物料队列，在发动机电脑EMS（燃油车）或者驱动模块VCU（电动车）中预先写入VIN,后续电检以该VIN 为准。因具体细节与电检相关性不高，本文不再细述。

3.2 软件刷写、静态电检和静态标定

整车装配完毕后，首次上电，OTA Master 启动后自动执行电检程序，首先从ESC（或EMS/VCU）中通过诊断协议获取VIN，并通过车载网络驱动TBOX，使用4G/5G 网络，通过指定的接口发送VIN和TBOX 信息至生产系统，请求车辆数据。生产系统根据VIN,将车辆的配置信息和相关软件通过TBOX 发 送 给OTA Master，同 时 完 成 该TBOX 与VIN 在系统中的绑定。

TBOX 与OTA Master 的通讯采用私有化协议，并带有独立的物理通道。

OTA Master接收并解析相关数据后，开始执行软件刷写，软件刷写完成后，执行静态电检，完成部分ECU的静态标定，保证车辆能够正常启动和使用[2]。

测试完毕后，OTA Master 通过TBOX 将整体测试结果和数据返回生产系统；并通过生产系统驱动相应的线边设备，如打印机、显示屏、三色灯等，显示电检结果，并显示不合格的车辆返修原因，如图3 所示。

图3 基于OTA功能的电检结构

该工艺中，因涉及4G/5G TBOX 的入网通讯以及软件、配置等数据发送，需要考虑TBOX 模块的入网需求，可通过在工厂内布置工业专用的4G/5G环网，避免车辆交付前的流量限制，并在该工艺中，完成TBOX、VIN 与远程服务提供商（Telematics Service Provider，TSP）运营商的信息绑定。

3.2.1 ADAS 标定

除少部分产品外，目前大部分整车OEM 的ADAS 方案均需要进行静态标定。

标定方案采用上层控制策略，由电检程序来控制车辆和设备进行标定。该策略更适合多车型的柔性化生产，后续投入低。

车辆驶入工位，通过车载摄像头识别设备上的二维码触发标定，完成车辆和当前标定工位的配对，车辆通过TBOX 将相关的标定参数通过4G/5G 发送至设备端，并通过相应的控制协议，控制设备的动作，如移动自适应巡航（Adaptive Cruise Control，ACC）雷达靶板、移动车道偏离预警系统（Lane Departure Warning，LDW）靶板、控制抬头显示系统（Heads Up Display，HUD）标定摄像头等，同步控制相应的ECU 模块，完成ADAS 的标定。标定完成后，将相关的数据和结果发送给生产系统。

3.2.2 转毂测试

转毂工位为整车工厂内唯一动态测试工位，其整体方案同ADAS 工艺一致，由OTA Master 主控，实现车、人、设备的3 方联动完成测试，具体细节不再进行详述。

采用上层控制时，ADAS 和转毂各自测试完毕后，OTA Master 需通过TBOX 将整体测试结果和数据返回生产和售后系统；通过相应的线边设备提示车辆是否需要返修和需要返修的原因。

ADAS 和转毂测试的结构如图4 所示。

图4 基于OTA功能的检测线测试结构

3.2.3 商检入库

商检入库一般为最后1 个工位。其基本流程为OTA Master 执行ECU 故障读取、ECU 追溯信息回传(用于售后和质量追溯)，车辆电源模式切换。OTA Master 需要确保所有的ECU 的追溯信息准确、完整，并按指定的接口将信息回传给生产和质量系统，确保追溯信息与入库车辆信息一致。

3.2.4 报表生成

OTA Master 的相关测试执行完毕后，需要记录相关的测试站点、测试数据、测试结果、诊断日志、追溯数据等，按指定的格式和接口通过TBOX 发回生产或质量系统，并保存在相关的数据库。相关的开发部门或者生产部门可以通过前端访问数据库，生成所需要的报表，质量管理部门也可通过后台访问数据库，保证测试失败的车辆不流入车库和市场。

4 OTA电检系统功能可行性验证

基于实验室某车型的电子电器台架，OTA 电检系统做了初步的测试。

测试中选用GW 作为OTA Master，预先在离线状态下将电检程序刷入GW，电检程序中内置对仪表的3 条读取指令，零件号、软件号、供应编码。使用OBDII 转RJ45 线缆，将GW 与电脑建立基于网络协议的诊断通信（Diagnostic communication over Internet Protocol，DoIP）连接，启动电脑上的DoIP 模拟器。GW 上电启动后，电脑接收到的GW 诊断指令后，模拟仪表自动发送诊断回复。多次测试中，模拟指令包含全部正响应、全部负响应、正负响应均包含等场景，抓取GW 生成测试xml 文件，验证GW 内置电检程序正确性。

同理验证GW 和TBOX 的连接，GW 与TBOX 采用私密连接，通过抓取TBOX 的对外请求，验证GW 是否能正确通过TBOX 请求和接收相关数据信息。

GW 电检程序验证完毕后，台架上连接车辆仪表和TBOX，三者间的连接使用Ethernet。对台架上电，GW 启动后，电检程序内置5 s 延时，保证仪表完全启动，而后开始自动读取仪表单元的相关数据并存储，仪表屏幕同步显示“FHC（Final Health Check，最终检查执行钟）processing”字样，仪表所有指令全部正响应后，显示“FHC OK”。测试如图5 所示。同时TBOX 发送GW 测试后生成的xml 文件发送至指定的测试服务器。

图5 模拟测试截

测试表明，利用ECU 自身执行电检程序是可行的。

5 OTA 电检系统的前景

OTA 电检系统相比传统的电检方案，具备以下4 个优势。

a.OTA 电检可有效降低传统EOL 方案的软硬件投资和维护成本。单个工厂至少降低设备投资成本500 万元。以传统电检方案为例，工厂配备1个Server 加20 套Client 的基本配置，Server 端的软硬件（主机定制开发）成本需50 万元以上，Client 端仅硬件成本就超过250万元，项目管理费（含安装调试、培训和技术支持、电检软件开发）约200万元；

b.直接使用4G 或5G 网络，现场无需无线接入点（Access Point,AP）热点或者网络端口，降低工厂的网络部署需求和成本；

c.Master可以通过诊断数据库（Open Diagnostic data eXchange，ODX）导入诊断数据库，无缝承接售后诊断需求，无需重新开发售后电器诊断系统，降低开发和维护成本；

d.OTA 电检过程中，取消了传统电检Client 连接车辆OBDII 接口的操作，降低了人工需求，结合整车电动化和ADAS 功能，有望在工厂内实现车辆的EOL 检测自动化和无人化。

相对而言，OTA 电检系统也需要克服4 个难点。

a. OTA 电检系统的开发，使整个电检系统更趋近于黑匣子化，出现故障时，如何快速定位故障源，需要在流程中充分考虑；

b. OTA 的电检程序需要运行在车辆ECU 中，需要整车厂深入掌握软件的开发和底层硬件的控制；

c.因ECU 的SoC 供应来源不一，可能需要不同的电检程序来匹配SoC 的运行环境；

d. OTA 电检系统与整车品牌深度绑定，首次开发和试错成本较高。

6 结束语

通过OTA 功能实现电检，可以有效降低生产和售后成本，摆脱传统电检系统供应商的束缚。随着平台化的批量生产，因OTA 电检方案带来的车辆ECU 开发成本的增加可以压缩至正常水平。

随着特斯拉以及国内互联网电动车功能的不断提升和价格的不断下降，也倒逼着各传统整车品牌不断的压缩制造成本，推动自动化、无人化制造技术的发展，基于OTA 功能的电检系统将有望成为传统车企实现智能制造的重要一环。