一種基于OBD接口的車載LTE熱點實現技術

孫玉

摘 要：文中提出一種基于OBD接口的車載LTE熱點實現技術，以汽車的標準OBD接口和車身進行連接，以4G LTE技術進行網絡連接，從而提供通用、高速、穩定的車內4G LTE熱點。通過5個主要功能模塊單元之間的交互連接，組成核心技術方案，實現基于OBD接口的車載LTE熱點設備。

關鍵詞：車載；OBD；LTE；無線通訊

中圖分類號：TP39；TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）08-00-02

0 引 言

隨著移動通信技術的發展，移動智能終端大力普及，隨時隨地的網絡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定的網絡連接以獲取實時資訊、導航、視聽等服務已成為必備要求。目前已有部分車型通過在音響娛樂終端集成網絡通信模塊，或其它沒有可靠固定安裝方式的即插即用網絡通信設備，以提供網絡連接服務，但此類設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通信網絡，網絡體驗較差。

隨著經濟全球化和汽車國際化的程度越來越高，作為驅動性和排放診斷基礎，OBD（On Board Diagnostics，OBD）Ⅱ系統將得到越來越廣泛的應用。OBD Ⅱ程序設計要求避免系統混淆，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系統具有低延遲特性、高速移動狀態下的連接穩定性，這些特性可以更好地提升車內用戶的通信及娛樂體驗。

1 技術方案簡介

本文所展示的這一技術方案基于OBD接口的車載LTE熱點實現技術，以汽車的標準OBD接口和車身進行連接，以4G LTE技術進行網絡連接，從而提供通用、高速、穩定的車內4G LTE熱點?；炯夹g方案如下：

（1）通過標準的OBD接口實現設備與車身的連接；

（2）電源管理單元進行汽車電源處理，為設備正常工作提供穩定電源；

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

（4）Modem單元實現4G LTE網絡的注冊、連接，提供網絡數據業務；

（5）WiFi單元實現車內無線網絡覆蓋，為車內用戶提供網絡接入。

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

2 具體實施方式

該方案針對現有車載網絡連接設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，將設備固定于OBD接口處，既實現了設備的通用性，又兼顧了行車的安全性。該方案針對現有車載網絡連接采用2G/3G通信網絡，存在網絡速率低，汽車在高速行駛過程中網絡連接穩定性差等問題。故文中采用4G LTE網絡通信技術，為車內環境用戶提供高效、可靠的網絡體驗。

技術方案如圖1所示。系統主要包括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，實現與所有符合OBD-Ⅱ標準車型的無縫連接，以提供系統工作所需的車身電源、OBD診斷信號；

（2）電源管理單元實現車載電源到本系統工作所需電源的轉換，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境的干擾進行電源保護設計，以保證系統工作所需電源的穩定性及可靠性；

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

（4）Modem單元進行LTE網絡注冊、網絡連接、網絡防火墻、賬戶管理等服務；

（5）WiFi單元負責車內無線網絡的覆蓋，提供車內用戶訪問網絡的通道，對連接進行管理。

方案的工作狀態管理及轉換如圖2所示。該系統由深度休眠、正常工作、熄火工作、輕度休眠、電源保護幾種狀態組成。其中深度休眠狀態為低功耗模式，此狀態下需滿足汽車蓄電池在42天不打火的情況下還能實現汽車的正常啟動，根據蓄電池容量及系統本身功耗，深度睡眠時系統功耗小于1mA。此狀態下無網絡熱點服務，重新檢測到發動機點火，且電壓范圍正常（9～16 V）后進入正常工作狀態；在正常工作狀態下，系統可實現車內無線網絡覆蓋，提供 LTE無線網絡通信熱點服務。此狀態下，汽車熄火，系統繼續提供LTE網絡熱點服務，且超過設定時間后系統進入輕度休眠狀態；輕度休眠狀態關閉網絡通信及無線連接服務，系統處于降低功耗的待機狀態。此狀態在重新檢測到汽車打火后，可快速恢復網絡連接，提供LTE網絡服務，則進入正常工作狀態。在此狀態下，超過設定時間后，進入深度睡眠狀態；在檢測到電源異常后進入系統保護狀態，WiFi不可連接，無LTE網絡服務，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。

該方案的基本工作流程如圖3所示，主要過程如下：

（1）系統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。

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

（3）系統喚醒后，對電壓變化數據、發動機產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。

（4）如果根據模型分析后的汽車處于打火狀態，且此時沒有建立LTE網絡連接、未提供車內無線網絡覆蓋，則初始化Modem、WiFi單元，進行LTE網絡的注冊、連接，以及車內無線網絡的接入服務；在提供網絡服務的同時，繼續實時采集電壓及振動量變化數據進行模型分析，以監測車身電源管理狀態。

（5）根據模型分析后如果汽車處于熄火狀態，則根據此時的網絡服務建立狀態，根據熄火時間進行降低功耗待機或超低功耗休眠處理。

3 結 語

與現有技術方案相比，該方案實現了設備的通用型，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備支出成本，同時將設備固定安裝于汽車本身具有OBD接口上的這種實現方式大大增強了行車的安全性。

利用4G LTE通信技術進行網絡連接，可以極大地增強通信速率、增強汽車高速行駛狀態下的網絡連接穩定性，提升車內用戶的網絡使用體驗。同時，該方案不但為車內用戶提供LTE熱點支持，使用戶的個人移動設備與網絡保持實時快速連接，且通過該技術所構建的高速、穩定、安全的互聯環境也為未來打造互聯生態圈和智能交通提供了無限可能。

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