基于车联网实现商用车无线举升的应用

李育方

摘 要：传统驾驶室翻转系统一般包括举升操纵装置、举升控制器、举升执行机构及相关控制线路及液压管路。该系统存在结构组成复杂、重量较大、可靠性不高、成本高及操纵劳动强度大等诸多缺点。为解决上述问题，本研究拟开发一种基于车联网应用的远程无线举升系统，将举升操纵装置由实体开关变更为手机App控制，其主要原理为车联网平台通过4G/5G网络将手机App控制信号传递至举升控制器，最终实现无线举升功能。该研究取消了举升操纵装置及相关控制回路，简化了系统结构和控制线路，降低了系统成本，彻底解决了举升操纵装置布置在底盘容易进水等质量问题，由按压式开关操纵更改为轻触式手机App操纵，降低了操纵劳动强度，提升操作便利性及科技感。

关键词：商用车 车联网 无线举升系统

1 研究背景

随着近年来智能网联技术的蓬勃发展，越来越多的汽车搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，逐步实现部分或者全部替代人为操作[1]，汽车朝智能网联转型趋势明显。近年来基于车联网的远程技术应用得到广泛的发展，得益于5G等通信技术高带宽、低延时、低功耗的技术特点[2]，通过车联网上传或下发数据已经发展成为成熟可靠的技术手段，可实现车辆在线监控、远程控制、远程升级及远程诊断等诸多功能。

本方案开发一种基于车联网技术应用的商用车无线举升系统，其基本原理是在手机上植入车联网APP（该APP可以设置在共用的软件平台上下载），从手机APP上下发指令后，通过4G/5G通讯网络传输给车联网平台，由车联网平台下发指令给车载信息终端（通常为TBOX），车载信息终端通过车内CAN网络将指令發给车上执行控制器，由执行控制器驱动举升电机实现举升或下降的操作[3]。该方案可以优化零部件数量和布置，减少举升系统质量问题，同时降低整车重量及成本，通过手机APP操作举升系统，简洁方便，科技感高，改善工作环境及降低劳动强度，提升用户操作体验感。

2 研究的内容及原理

目前绝大多数商用车配置举升系统，它既可以满足货物的方便装卸，又可以通过翻转驾驶室来得到足够大的空间对发动机、底盘进行检修维护等操作，同时又保证商用车在行车时的驾乘舒适性，是驾驶室的重要组成部分。商用车驾驶室举升系统由举升油缸、手动泵或电动泵、液压锁、油管及举升电路组成，其基本原理是电锁开关打到ACC档后，举升继电器得电吸合，举升开关按下后通过举升继电器接通举升电动泵回路，举升电动泵工作驱动举升缸实现上升或者下降，实现驾驶室翻转或下落，具体流程图如图1。

该方案举升开关及举升控制器布置在驾驶室外部，存在如下缺陷：

（1）举升系统连接各部件油管及线束布置复杂，总长度超过10m以上，设计布置难度较大，同时整个系统零部件较多，装配工艺耗时较多，成本较高；

（2）举升开关在车辆使用年限较长之后，由于密封老化等现象，导致举升开关进水及振动损坏等质量问题频发；

（3）开关操纵按压力一般大于3N，行程一般3-5mm，驾驶室完整举升过程持续30S以上，操作劳动强度较大，用户体验感不好；

（4）在一些特定工况或环境下，如车辆发生交通事故、危化品车散发有毒气体等，驾驶员靠近车辆可能会造成人身安全隐患，在此工况下举升驾驶室没有相应的备选方案。

为解决上述问题，拟开发一套基于车联网技术的远程控制方案，替代原有举升开关及改变相关控制系统，实现无线举升功能，当距离较远时（≥20米），由手机APP通过4G/5G信号发送给车联网平台，然后由车联网平台发送举升/下降信号给整车通讯设备（TBOX），当距离较近时（小于20米），手机可以通过近程通讯模式（如WIFI、蓝牙），直接与车上APP配对，当信号到达车上TBOX后，再由TBOX发送CAN信号给举升控制器，驱动举升系统执行翻转和下降驾驶室操作，具体变更后的流程图如图2。

该方案将触发举升系统的装置由实体开关变更成手机远程操纵开关，整车上相应的原理图也要进行优化改进。图3为改进方案与原方案举升系统功能接线原理对比图，可以看出相对于原方案，改进后方案可优化取消控制线束、继电器、开关、安装支架等诸多零件，零件减少后整车流水线可减少1至2个装配工位，单台车可优化装配时间3分钟以上，单台车降重2kg以上，综合效益成本每台车可降低200元以上，可取得较大的经济价值，同时取消了驾驶室外举升操作开关，消除了开关进水故障隐患，降低客户的售后维修费用。采用手机近场或远程操控，操作便利性、智能化水平及科技感均得以体现，提升了客户对产品满意度。

在实施举升操作的过程中，为方便获取翻转状态，手机APP和TBOX需进行应答响应，进行相关的状态确认。根据上述逻辑，由手机发送驾驶室举升的指令到TSP车联网平台，然后由平台通过相关的认证指令与车上TBOX进行认证，认证通过后返回已收到相关指令的信息给TSP车联网平台，由平台将相关信息返回给手机，与此同时TBOX发送报文唤醒整车网络，发送举升翻转指令给举升控制器驱动举升电机执行操作，为精确控制举升位置，通常电机通过举升执行时间设置或堵转电流判断是否已经到位，到位后电机控制器返回完成举升的状态返回TBOX，由TBOX返回车联网平台并由平台同步手机，用以确认举升已完成，由于举升下降功能与举升上升功能原理相同，在此不做赘述。当然在近场实施手机举升的情况下，也可以人为判断是否完成举升操作。

3 常见故障及问题处理方案

上面所描述的是正常操作执行情况，技术方案设计通常要考虑异常情况和故障处理，下面介绍两种常见的故障处理及显示方案：

（1）4G/5G网络信号问题：车联网远程通讯和手机通讯都是依赖4G/5G网络，在网络信号差或无网络地方，手机及车联网平台和TBOX通讯延迟或无法建立通讯，导致信号手机APP下发后未能收到指令或不能及时返回，在此情况下，可以开发一套延时故障诊断的应答策略，即TBOX成功收到手机APP指令后需返回APP，告知已经成功建立通讯连接，如无法收到TBOX返回的信息，则表示APP指令未能到达车内TBOX，则APP上可显示如“操作不成功，请再次下发指令”等信息，提示指令操作不成功，此时用户可以检查手机信号强度，移动至手机信号较强的地方进行重新操作，如更换信号强的地方仍然多次无法与TBOX建立应答，则考虑是否TBOX本身通讯模块出现问题。

（2）TBOX零件本身质量问题或车内CAN网络故障：在APP下发信号到达TBOX后，如果TBOX零件本身有故障或者车内CAN网络通讯存在问题，也会导致远程控制举升功能无法实现。为尽快定位故障问题点，此时可以开发一套TBOX自诊断系统，一种情况是TBOX收到手机APP信号后，未能从自身发出指令给整车CAN网络，则通过4G/5G网络发送手机APP，报告“TBOX硬件故障，请及时检查”。另一种情况是TBOX已经将指令发送至车内CAN网络上，但是举升控制器或者举升电机未能执行操作指令，此时可以要求举升控制器进行自诊断或者发送反馈信号给TBOX，由TBOX或举升控制器进行诊断，并将故障信息以故障码的形式发布到总线上，由TBOX返回手机上，用以确认哪个控制环节存在故障，方便进行检修。

4 信息安全保障

基于车联网实现商用车无线举升从本质上讲还是车联网远程控制应用拓展，车联网让原本相对封闭的汽车暴露在了开放的网络环境中，并随时可能受到来自网络信息安全的威胁。因此车外通讯链路及车内通讯传输均需要考虑信息安全防护，即手机（车联网平台）与TBOX及TBOX与举升控制器之间通讯均需增加安全保护防护。首先是车联网平台与TBOX之间的安全认证过程，车联网平台与TBOX中均设置相同的校验码算法，手机APP通过4G/5G通讯车联网平台发送远程控制指令，控制指令一般按一定的规划组成复杂的字符串，如控制ID（1字节）+控制状态（1字节）+随机数（4字节）+校验位（1字节），车联网平台自动生成不重复随机数，TBOX通过随机数及校验码算法计算出校验位，判断一致则执行指令；TBOX记录至少3条随机数不重复的控制指令，如连续收到随机数重复指令则丢弃。TBOX与举升控制器之间的安全认证与上述规则类似，举升控制器与TBOX生成另一套相同的校验码算法，TBOX发送由车联网平台输送过来的控制报文，控制报文由控制ID、控制状态、随机数及校验码组成，TBOX内部也能自动生成不重复的随机数，举升控制器通过随机数及校验码算法计算出校验位，判断一致则执行指令，记录至少3条随机数不重复的控制指令，如连续收到随机数重复指令则丢弃。

控制报文实例如下：

控制报文A：ID AA XX XX XX XX XX CC

反馈报文B：ID AA 00 00 00 00 00 00

ID：各控制类型的定义，比如举升控制设置为01，其他控制依次设置为02、03…；

AA：当前报文中的状态定义，如ID-01控制上升，AA-00控制下降；

XX XX XX XX XX：代表随机数

CC：代表校验码，根据提供的算法结合随机数计算得出。

5 结论与展望

本研究充分運用了当前流行的车联网的远程控制技术路线，实现将商用车传统进程开关手动举升控制改为远程手机APP无线控制，取消了部分传统举升系统的机械结构、开关及部分控制电路，降低了整车的重量和成本，避免了相关零部件的质量故障风险，同时降低了操纵劳动强度，提升了整车智能化水平及科技感，具有较强的工程应用意义。尤其是在恶劣的工作环境或存在安全隐患的情况下，该功能具有极大的应用价值。

该研究好处是显而易见的，但如果要批量应用有些问题还有待改进。传统的驾驶室举升系统在操纵举升开关时响应及时，更改为4G/5G网络由手机向车内发送指令，不可避免地会出现网络延迟，当信号传递到车内时可能会出现秒级的延迟，鉴于此问题该方案还需要拓展稳定可靠的近场通讯（如蓝牙）方案，即在TBOX硬件中增加蓝牙模块与操作手机进行配对连接，在距离车辆较近手机与TBOX采用近场通讯连接，达到替换原有举升系统的效果，但此方案需要增加TBOX硬件成本，并且存在信息安全风险，需要对手机认证及用户权限进行安全管理。另外需要对设计理论进行反复标定测试，才能满足各种工况下的使用体验，达到替换传统举升系统的效果。

参考文献：

[1]崔胜民．《智能网联汽车新技术》：化学工业出版社，2021：3-4.

[2]蔡书.5g网络安全问题分析与展望[J].电脑知识与技术，2019，15（9）：19-20.

[3]黄语骁.车联网网络安全技术研究[J].电子世界，2018，（19）：49-50.

[4]李晖，付玉龙.5G网络安全问题分析及展望.无线电通信技术，2015．