一種基于OBD接口的車載LTE熱點實現(xiàn)技術(shù)

引 言

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，移動智能終端大力普及，隨時隨地的網(wǎng)絡(luò)連接成為了人們生活、工作的需求。汽車用戶越來越注重行車的智能化、舒適性，在行車過程中能進行穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接以獲取實時資訊、導航、視聽等服務(wù)已成為必備要求。目前已有部分車型通過在音響娛樂終端集成網(wǎng)絡(luò)通信模塊，或其它沒有可靠固定安裝方式的即插即用網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，以提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)，但此類設(shè)備對具體的車型依賴性較強、通用性差、成本較高，或不符合行車安全需求，且均采用 2G/3G 通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)體驗較差。

隨著經(jīng)濟全球化和汽車國際化的程度越來越高，作為驅(qū)動性和排放診斷基礎(chǔ)，OBD（On Board Diagnostics，OBD） Ⅱ系統(tǒng)將得到越來越廣泛的應(yīng)用。OBD Ⅱ程序設(shè)計要求避免系統(tǒng)混淆，不僅要求使用特定的編碼及在制造商的文件中對部件進行說明，還要使用標準的 16 針診斷接口，以形成統(tǒng)一，使其標準化。每輛車都裝有一個標準形狀和尺寸的 16 針診斷接口，每針的信號分配相同，且均位于相同位置，安裝在儀表盤下方，位于儀表盤左邊與汽車中心線右 300 mm 之間。

4G LTE 具有更強的連接能力和更寬廣的覆蓋范圍，且LTE 系統(tǒng)具有低延遲特性、高速移動狀態(tài)下的連接穩(wěn)定性， 這些特性可以更好地提升車內(nèi)用戶的通信及娛樂體驗。

1 技術(shù)方案簡介

本文所展示的這一技術(shù)方案基于 OBD 接口的車載 LTE 熱點實現(xiàn)技術(shù)，以汽車的標準OBD 接口和車身進行連接，以4G LTE 技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)連接，從而提供通用、高速、穩(wěn)定的車內(nèi) 4G LTE 熱點?；炯夹g(shù)方案如下：

(1) 通過標準的 OBD接口實現(xiàn)設(shè)備與車身的連接；

(2) 電源管理單元進行汽車電源處理，為設(shè)備正常工作提供穩(wěn)定電源；

(3) 主控單元對 OBD接口獲取的電源及相關(guān)信號進行解析，建立汽車打火 /熄火判斷模型，進行設(shè)備工作狀態(tài)的管理；

(4) Modem 單元實現(xiàn) 4GLTE網(wǎng)絡(luò)的注冊、連接，提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；

(5) WiFi單元實現(xiàn)車內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為車內(nèi)用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入。

通過以上 5 個主要功能模塊單元之間的交互連接，組成核心技術(shù)方案，實現(xiàn)基于 OBD 接口的車載 LTE 熱點設(shè)備。

2 具體實施方式

該方案針對現(xiàn)有車載網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備深度集成于原車終端、對車型依賴程度高、通用性差，或者無固定安裝方式不利于行車安全等問題，采用通用標準OBD 接口與車身連接的方式， 將設(shè)備固定于 OBD 接口處，既實現(xiàn)了設(shè)備的通用性，又兼顧了行車的安全性。該方案針對現(xiàn)有車載網(wǎng)絡(luò)連接采用 2G/3G 通信網(wǎng)絡(luò)，存在網(wǎng)絡(luò)速率低，汽車在高速行駛過程中網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性差等問題。故文中采用 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為車內(nèi)環(huán)境用戶提供高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)體驗。

技術(shù)方案如圖1 所示。系統(tǒng)主要包括 OBD 標準接口單元， 車載電源管理單元，主控單元，Modem 單元，WiFi 單元。

(1) OBD接口單元采用符合 SAE-J1962標準的接口，實現(xiàn)與所有符合 OBD- Ⅱ標準車型的無縫連接，以提供系統(tǒng)工作所需的車身電源、OBD診斷信號；

(2) 電源管理單元實現(xiàn)車載電源到本系統(tǒng)工作所需電源的轉(zhuǎn)換，為主控單元、Modem 單元、WiFi單元提供各自需要的工作電源，并針對車載復雜電磁環(huán)境的干擾進行電源保護設(shè)計，以保證系統(tǒng)工作所需電源的穩(wěn)定性及可靠性 ；

(3) 主控單元負責整個系統(tǒng)的電源管理，對電源變化進行檢測，建立打火/熄火判斷模型，根據(jù)車身電源狀態(tài)變化進行系統(tǒng)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換管理；

(4) Modem 單元進行LTE網(wǎng)絡(luò)注冊、網(wǎng)絡(luò)連接、網(wǎng)絡(luò)防火墻、賬戶管理等服務(wù)；

(5) WiFi單元負責車內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，提供車內(nèi)用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的通道，對連接進行管理。

方案的工作狀態(tài)管理及轉(zhuǎn)換如圖 2所示。該系統(tǒng)由深度休眠、正常工作、熄火工作、輕度休眠、電源保護幾種狀態(tài)組成。其中深度休眠狀態(tài)為低功耗模式，此狀態(tài)下需滿足汽車蓄電池在 42天不打火的情況下還能實現(xiàn)汽車的正常啟動，根據(jù)蓄電池容量及系統(tǒng)本身功耗，深度睡眠時系統(tǒng)功耗小于 1 mA。此狀態(tài)下無網(wǎng)絡(luò)熱點服務(wù)，重新檢測到發(fā)動機點火，且電壓范圍正常（9 ～16 V）后進入正常工作狀態(tài) ；在正常工作狀態(tài)下， 系統(tǒng)可實現(xiàn)車內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，提供 LTE 無線網(wǎng)絡(luò)通信熱點服務(wù)。此狀態(tài)下，汽車熄火，系統(tǒng)繼續(xù)提供 LTE  網(wǎng)絡(luò)熱點服務(wù)， 且超過設(shè)定時間后系統(tǒng)進入輕度休眠狀態(tài) ；輕度休眠狀態(tài)關(guān) 閉網(wǎng)絡(luò)通信及無線連接服務(wù)，系統(tǒng)處于降低功耗的待機狀態(tài)。 此狀態(tài)在重新檢測到汽車打火后，可快速恢復網(wǎng)絡(luò)連接，提 供 LTE 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，則進入正常工作狀態(tài)。在此狀態(tài)下，超過 設(shè)定時間后，進入深度睡眠狀態(tài) ；在檢測到電源異常后進入 系統(tǒng)保護狀態(tài)，WiFi 不可連接，無 LTE 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在檢測到 電源恢復正常（9 ～16 V）且重新打火后進入正常工作狀態(tài)。

該方案的基本工作流程如圖 3 所示，主要過程如下：

(1) 系統(tǒng)在第一次上電或復位后，進行必備的時鐘配置及初始化，處于低功耗等待喚醒（深度休眠）狀態(tài)。

(2) 喚醒條件的檢測。根據(jù)汽車點火時負載瞬間變大以及電源切換的變化特性，設(shè)計電壓監(jiān)測門電路，當電壓在設(shè)定時間內(nèi)先下降再上升，且下降時的最高電壓低于預(yù)先設(shè)定的闕值，上升穩(wěn)定后的最低電壓高于預(yù)先設(shè)定的闕值時，作為系統(tǒng)的喚醒事件進行處理。

(3) 系統(tǒng)喚醒后，對電壓變化數(shù)據(jù)、發(fā)動機產(chǎn)生的震動量變化進行建模分析，以判斷當前汽車是否處于打火狀態(tài)。

(4) 如果根據(jù)模型分析后的汽車處于打火狀態(tài)，且此時沒有建立LTE網(wǎng)絡(luò)連接、未提供車內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，則初始化 Modem、WiFi 單元，進行 LTE 網(wǎng)絡(luò)的注冊、連接，以及 車內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的接入服務(wù)；在提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的同時，繼續(xù)實時 采集電壓及振動量變化數(shù)據(jù)進行模型分析，以監(jiān)測車身電源 管理狀態(tài)。 

(5) 根據(jù)模型分析后如果汽車處于熄火狀態(tài)，則根據(jù)此 時的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)建立狀態(tài)，根據(jù)熄火時間進行降低功耗待機或 超低功耗休眠處理。

3 結(jié) 語

與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，該方案實現(xiàn)了設(shè)備的通用型，即所有符合 OBD Ⅱ標準的車型都可以直接安裝，降低了汽車用戶的設(shè)備支出成本，同時將設(shè)備固定安裝于汽車本身具有OBD 接口上的這種實現(xiàn)方式大大增強了行車的安全性。

利用 4G LTE 通信技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)連接，可以極大地增強通信速率、增強汽車高速行駛狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性，提升車內(nèi)用戶的網(wǎng)絡(luò)使用體驗。同時，該方案不但為車內(nèi)用戶提供LTE 熱點支持，使用戶的個人移動設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)保持實時快速連接，且通過該技術(shù)所構(gòu)建的高速、穩(wěn)定、安全的互聯(lián)環(huán)境也為未來打造互聯(lián)生態(tài)圈和智能交通提供了無限可能。