數字化、自動化的OBD遠程監控裝置和企業車輛管理平臺

陶鶴鳴，高李明

（南京依維柯汽車有限公司，江蘇 南京 211806）

1 前言

在全球變暖的大趨勢下，各地對于汽車排放的標準要求越來越高，到2020年已經實施重型柴油車國Ⅵ排放標準，現在北京、上海等16個省市已經提前執行了國Ⅵ排放標準，而重型柴油車上配備OBD遠程在線監控裝置是執行重型柴油車國Ⅵ標準的必要條件。隨著5G時代的到來，汽車智能化、網聯化和電動化的程度不斷提高，遠程監控裝置作為車輛與云端的信息交互點，扮演著重要的角色［1］；遠程在線監控裝置是一種與汽車總線通信，并實現指令與信息傳遞的裝置，遠程監控裝置實現UDP／IP／PPP協議棧，通過GPRS模塊無線上網，把車輛的運行狀態參數及GPS定位信息傳到因特網上的監控中心，實現對車輛的遠程監控［2］；GB17691中規定，在國Ⅵ車輛數據傳輸至國家環保平臺前，需要向國家平臺靜態信息備案，靜態信息備案包括OBD遠程監控裝置的信息和車輛信息，且OBD遠程監控裝置需直連國家平臺進行防篡改信息備案。

各家車企在大量生產國Ⅵ車輛時，無法及時將車輛與國家平臺聯網，手動輸入備案信息使得生產效率下降，并耗費大量人工，最終延誤車輛生產和上牌，而在汽車生產過程中，安裝一種數字化、自動化的OBD遠程監控裝置，與搭建的數字化企業車輛管理平臺配合，實現了備案、聯網自動化，可以提升車輛聯網效率和備案數據準確性。車輛在聯網過程中，靜態備案信息和車輛數據采集后，需要通過企業車輛管理平臺轉發至國家平臺，該數字化平臺還可以實現車輛定位、故障監控、行駛日報等功能，企業平臺的建設也為車企將來的車聯網規劃打下基礎。

2 智能OBD遠程監控裝置的智能化介紹

2.1 智能化實施流程

智能OBD遠程監控裝置的數字化、自動化體現在：①該裝置通過GPRS模塊無線上網，在平臺間進行數據交互；②該裝置在整個備案過程中無需人工操作，裝車后即可在2min內完成靜態信息和防篡改信息備案，完成車輛聯網工作；③裝置配備RFID條碼包含裝置的靜態備案信息，該裝置在生產下線時的RFD射頻設備會自動識別并讀取OBD遠程監控裝置的靜態備案信息，上傳備案信息至企業車輛管理平臺；④該裝置裝車后，會自動識別車輛總線的速率與診斷協議，在車輛總線上發送OBD診斷命令獲取車輛VIN碼，在企業平臺上自動綁定該車輛；⑤企業平臺通過汽車生產系統查詢到對應VIN碼的車輛信息，將這些信息存儲至遠程監控OBD遠程監控裝置，OBD遠程監控裝置檢測備案信息完整后，自動將車輛與遠程監控的靜態備案信息轉發至國家平臺完成備案；⑥OBD遠程監控裝置接收到國家平臺的靜態備案成功反饋命令后，自動直連國家環保平臺發送防篡改備案請求，收到防篡改信息備案成功反饋后即可開始上傳車輛數據；⑦該裝置與汽車總線通信，通過診斷命令與監聽報文的方式獲取GB17691所規定的車輛數據，通過企業平臺轉發數據至國家環保平臺。部分地區如北京、上海等地方法規要求上傳的數據項與國家平臺不一致，EOL（汽車下線診斷刷寫系統）可以根據地區選裝件代碼給OBD遠程監控裝置寫入不同的地區CODE，裝置可以根據CODE自動轉換為相應地區的軟件使數據上傳至地方平臺，并改變PORT IP地址以適應地方法規要求。具體的實施流程見圖1。

2.2 硬件模塊

在該裝置的硬件框架中，主要有以下幾種模塊。

1）4G LTE天線和GPS天線：①4G LTE天線實現了GPRS模塊的無線上網功能，使得OBD遠程監控裝置可以使用運營商的流量與平臺之間進行數據交互；②GPS天線實現了OBD遠程監控裝置的定位功能，實時傳輸車輛所在的經緯度，滿足GB17691中對于車輛定位要求。

2）加密芯片：GB17691要求國Ⅵ遠程監控OBD遠程監控裝置配備加密芯片，加密芯片通過隨機生成的公鑰對數據加密與解密，并可以對數據附加簽名，防止數據篡改。

3）高速CAN收發器：CAN收發器是CAN控制器和車輛總線之間的接口，收發器將控制器的邏輯電平轉換為車輛總線的差分電平，使得控制器可以在車輛總線上收發報文。

4）RFID條碼：RFID條碼是一種電子射頻條碼，該條碼可以通過專用的RFD閱讀器遠距離讀取數據。

5）ARM Cortex-M3處理器：該處理器是OBD遠程監控裝置的運算與控制核心，執行了OBD遠程監控裝置中的自動備案、自動轉發等算法。

圖1 具體實施流程

6）PORT：PORT是該裝置的協議端口，通過修改PORT的IP地址來進行互聯網絡中的路由選擇，將指令和數據與相應IP的平臺交互。

本裝置的硬件框架見圖2，外形如圖3所示。

圖2 OBD遠程監控裝置硬件框架

圖3 裝置外形

本文中的企業平臺是通過車輛數據的實時采集、云端存儲、大數據建模、統計運算等手段，同步實現車輛運行監控、安全監管，是企業對車輛有效管理的云端平臺；安裝在車輛中的遠程監控OBD遠程監控裝置與發動機、驅動電機、動力電池等設備的傳感器相連，基于CAN總線進行實時數據傳遞，并以無線方式上傳至企業平臺；平臺的云服務器接收數據后，將存在的無效值、缺失值的數據進行清理，并將留存的數據存儲起來；大數據引擎通過算法對數據進行運算，將結果以應用方式輸出至平臺，幫助企業實現數字化平臺管理；目前已建設的企業車輛管理平臺，可以實現車輛定位、故障監控、行駛日報、報文明細查詢等功能。企業車輛管理平臺如圖4所示。

圖4 企業車輛管理平臺

2.3 功能介紹

本文中，企業平臺為配合OBD遠程監控裝置數字化、自動化的要求，主要實現如下的3個功能。

1）OBD遠程監控裝置下線時讀取的電子標簽信息將被存儲在企業平臺中。

2）企業平臺與汽車生產系統聯通，根據車輛VIN碼自動讀取生產系統中的車輛型號等車輛信息，將車輛和OBD遠程監控裝置信息綁定，下發存儲至OBD遠程監控裝置中。

3）OBD遠程監控裝置通過企業平臺向國家環保平臺傳輸車輛數據，平臺還可以支持向地方平臺轉發車輛數據，以滿足如北京、杭州等地方環保聯網法規要求。

3 具體實施方案

數字化、自動化的OBD遠程監控裝置和企業車輛管理平臺在車輛聯網過程中按照如下具體方案實施。

1）OBD遠程監控裝置向國家環保平臺傳輸數據之前，首先需要向國家環保平臺進行靜態信息備案和防篡改信息備案；靜態信息備案又包括OBD遠程監控裝置靜態備案信息和車輛靜態備案信息；遠程監控裝置的備案信息包括：加密芯片型號、車載OBD遠程監控裝置型號、SIM卡ICCID、加密芯片ID、車載OBD遠程監控裝置自定義編號、OBD遠程監控裝置公鑰；而車輛靜態備案信息包括車輛型號和發動機型號、車輛VIN碼、車輛型號、發動機ID、車輛公告信息。

圖5 條碼編碼規則

2）該裝置內部擁有RFID條碼，條碼的編碼規則如圖5所示，其中包含OBD遠程監控裝置需要向國家環保平臺靜態備案信息，該裝置下線時流水線上方的RFD射頻識別工具即可非接觸式的批量讀取某一批次裝置的靜態備案信息，自動上傳至企業平臺，以激活這批裝置。

3）目前該裝置安裝的車輛總線波特率為500K和250K，診斷協議有15765、27145和15031；該裝置裝車后，會自動識別車輛的總線波特率和診斷協議，并根據相應的速率和OBD診斷協議在車輛總線上向發動機ECU請求到車輛VIN碼，同時監聽總線數據。自適應總線波特率是在裝置上電后自動發送250K和500K速率的周期性報文，在OBD遠程監控裝置內部會檢測哪種速率的報文有效，并自動切換至該速率進行收發報文；自適應OBD診斷協議是在速率切換后自動發送15765、27145、15031格式的診斷ID和請求VIN碼DID、PID，根據ECU響應的狀態切換至該診斷協議，后續診斷請求按照該診斷協議發送。

4）該裝置初始狀態下PORT協議端口是指向企業平臺的，請求到車輛VIN碼后，自動將VIN碼傳輸至企業平臺，并與裝置自身靜態備案信息綁定；企業平臺根據車輛VIN碼向汽車生產系統查詢該車輛信息并下發存儲至OBD遠程監控裝置中；該裝置檢測到靜態備案信息齊全后，自動轉發至國家環保平臺，完成車輛的靜態信息備案。

5）企業平臺收到國家環保平臺的靜態信息備案反饋如表1所示，備案成功后企業平臺會下發備案成功命令至OBD遠程監控裝置，該裝置會自動修改裝置的PORT的協議端口IP指向國家環保平臺，發送加密芯片ID、公鑰和車輛VIN碼進行防篡改信息備案；如果備案失敗該裝置會在企業平臺上傳失敗信息并顯示錯誤狀態，該車輛會被標記，待主機廠核查備案信息。

表1 靜態信息備案反饋

6）該裝置收到國家環保平臺的防篡改信息備案反饋如表2所示，收到狀態碼0x01備案成功反饋后將PORT協議端口改回指向企業平臺，自動開始在車輛總線上監聽GB17691規定的數據報文，并同時在車輛啟動時發送相應協議格式的診斷命令來獲取OBD診斷信息，數據流每隔1s采集一次車輛信息，每隔10s鐘將車輛數據封裝為10包上傳至企業平臺，由企業平臺轉發至國家環保平臺。如果備案失敗該裝置會在企業平臺上傳失敗信息，該車輛會被標記，待主機廠核查備案信息。

表2 防篡改信息備案反饋

7）部分地區如北京、上海等地方法規要求上傳的數據項與國家平臺不一致，EOL（汽車下線診斷刷寫系統）可以根據地區選裝件代碼給OBD遠程監控裝置寫入不同的地區CODE，裝置可以根據CODE自動轉換為相應地區的軟件，并改變PORT IP地址以適應地方法規要求。

本文的數字化、自動化OBD遠程監控裝置的突出效果有以下幾點。

1）裝置內部的RFID條碼中存儲了OBD遠程監控裝置的靜態備案信息，該條碼可以被OBD遠程監控裝置生產下線時的RFD射頻設備讀取，遠距離自動激活OBD遠程監控裝置并將OBD遠程監控裝置靜態備案數據上傳至企業平臺。

2）裝置可以自適應車輛的總線通信速率及OBD診斷協議，車輛通電后自動發送診斷請求獲取車輛VIN碼，并在企業平臺上與該車輛綁定。

3）裝置可以檢測內存中存儲的信息，檢測到靜態備案信息齊全后會自動向國家環保平臺進行靜態信息備案。

4）裝置在收到國家環保平臺備案成功反饋后，會自動修改PORT協議端口至國家環保平臺，并發送防篡改備案信息。

5）裝置在收到國家環保平臺防篡改信息備案成功反饋后，會自動開始監聽和請求車輛總線數據，并傳輸給國家環保平臺。

6）該裝置在整個備案過程中無需人工操作，裝車后即可在兩分鐘內完成備案，完成車輛聯網工作。

7）裝置可以根據EOL（汽車下線診斷刷寫系統）寫入的地區CODE自動轉換為相應地區的軟件，并改變PORT IP使數據上傳至地方平臺，以適應地方法規要求。

4 結論

文中介紹的數字化、自動化OBD遠程監控裝置與企業自建的車輛管理平臺配合，在車輛下線后可以實現自動化聯網并通過企業平臺對車輛數字化管理，同時滿足了GB17691中規定的國Ⅵ車輛聯網要求，節省了人工錄入信息的時間，也加強了錄入信息的準確性；同時，遠程監控裝置的可拓展性很強，整車廠能夠通過遠程監控裝置獲取非常有價值的用戶信息，比如用戶的駕駛習慣等；獲取這些用戶信息有助于整車廠提升服務品質，了解客戶需求，改進產品性能，以便更好地服務目標市場［3］。這種數字化、自動化的裝置與平臺，為車企的車聯網發展打下堅實基礎。