車輛電控系統遠程技術應用研究

劉治文,張廣軍,陳國棟,王謙,閆朝亮,王桂洋

中國第一汽車股份有限公司研發總院，吉林長春 130013

0 引言

當前國內汽車市場競爭日趨激烈，汽車消費者的購車理念也越趨理性，對于產品的期許閾值也越來越高，對于車企而言，其產品開發和售后服務的壓力也隨之不斷加大。一方面，車企要不斷快速推出新產品，滿足用戶日益嚴苛的用車需求，同時需要應對行業競爭者的產品更迭壓力；另一方面，當車輛出現問題時，必須及時做出應對，快速響應問題的排查和解決，贏得用戶的滿意，維護品牌口碑，以維持、提升自身的競爭力。因此，車企要同時應對產品開發和售后服務的雙重壓力。

本文所述車輛遠程技術主要包括遠程數據采集、遠程標定及遠程診斷技術，在產品推向市場前后充分地利用遠程技術能夠有效提升產品開發和售后服務效率，降低企業成本，緩解企業壓力。

1 遠程技術實現機制

車輛遠程技術實現機制如圖1所示。工程師通過以太網以操作終端向云端服務器上傳想要進行的試驗任務和指令，之后車載遠程設備通過無線網絡(4G/5G網絡、車載WIFI等)從云端服務器將試驗任務和指令下載下來，在車端進行相應的數據采集、標定、刷寫和診斷工作，并將執行結果反饋給云端服務器，最后工程師通過操作終端從云端服務器將數據采集結果、分析報告或診斷報文下載下來查看，以進行相應的數據優化調整或故障排除。

圖1 車輛遠程技術實現機制

2 車輛遠程技術的應用

2.1 遠程數據采集

遠程數據采集技術被廣泛應用于車輛賽事及車輛研發中，通過遠程采集數據，能夠實時了解車輛的運行工況和動態參數，幫助車企和技術人員更好地優化車輛性能。

Sternal等在殼牌汽車環保馬拉松賽中為參賽車輛設計了遠程數據采集系統，利用車載設備采集車輛CAN總線數據，并通過GPRS網絡實現車載設備與服務器之間的通信，此外還利用C語言編寫了車輛關鍵參數顯示界面，有利于在競賽中實時修正車輛運行路線策略；Subke等在一組商用車隊的車輛上安裝了遠程數據采集系統，主要用以采集車輛實際運行時的各種參數并將其發送至云端服務器，和其他必需的數據如診斷數據、歷史數據等進行融合，然后針對此融合數據進行目標導向分析，預測車輛維護保養序列，該序列是以ISO 13209中規定的開放測試序列交換格式OTX來描述的，并被傳送至處理OTX的技術員手中，之后技術員會根據維修保養規程對車輛進行維護保養；Chang等在單人駕駛太陽能汽車上設計了遠程測試系統，用以采集電池電壓和電流、電機控制器電壓和電流、駕駛室內外環境溫度、車速以及位置等，并通過車載WIFI將數據傳輸至該車輛的跟隨車輛上，助力團隊開發控制策略，監控陌生環境下的車輛性能表現，從而提升車輛的運行效率；Rastogi等開發了一套遠程數據采集及分析系統，主要包括用于監控車輛運行功能并生成運行信息的診斷監控設備、存儲車輛運行信息的存儲器以及聯通診斷監控設備和存儲器之間通信的服務器，該服務器能夠接收遠程客戶端對車輛運行信息的請求，從存儲器中檢索車輛運行信息，并將信息傳輸至遠程客戶端，最終借助該系統對車輛、、方向的線加速度、角加速度以及環境溫度進行了遠程測試及驗證；Calderón等開發了一套遠程無線測試系統主要單人駕駛競賽電動車，用于在車輛測試和競賽中監測車輛動力系統的運行參數及所有動態參數，存儲在存儲單元中，并將重要參數顯示于終端顯示屏上供技術人員實時解析，從而指導駕駛員的操作，代替了原有依靠駕駛員通過無線電傳輸車輛信息的方式，該系統具有較高的測試精度和較好的可靠性；吳陽博將車輛狀態信息和車輛定位信息統一到一種制定的空中協議，通過編程實現了數據經GPRS網絡實時傳輸到服務器端，最終通過測試驗證了方法的可靠性，實現了新能源汽車的遠程數據采集；鄭宜坤基于CCP協議開發了一套車用遠程數據采集系統，主要包括采集終端和遠程平臺兩部分，采集終端實現對控制器內部信號的采集、存儲及無線傳輸，遠程平臺用于接收終端數據，進行數據顯示，并可通過配置文件同步修改采集任務，最終使用該系統進行了SCR尿素壓力管壓力測試的成功驗證；袁寧設計了一種以手機作為車載數據采集終端的車輛遠程數據采集系統，該系統基于Android手機操作系統，利用3G網絡實現數據通信，將采集到的車輛運行數據上傳至監控中心服務器，服務器對數據進行分析和處理，實現車輛數據的實時遠程監控；蘇林等基于GPRS網絡設計了遠程數據采集系統的硬件電路和軟件，實現了燃料電池電動車的道路試驗實時遠程監控；胡建勇等基于WinCE系統設計了一套遠程車載數據采集及監控系統，開發了車載數據采集單元的硬件、軟件以及監控中心的軟件，通過GPRS網絡將車輛的關鍵運行數據發送至監控中心，實現了汽車道路疲勞試驗的遠程數據采集與監控。

2.2 遠程標定

遠程標定技術主要用于新車標定開發過程。工程師通過操作終端和云端服務器，實現遠程車輛控制器內的參數標定優化及刷寫，可以有效提升標定效率。

Nguyen設計了一種車輛遠程標定系統，包含一個連接到車輛控制器的車載計算平臺，該平臺是預編程的并帶有車輛控制器的初始標定參數，進行遠程標定時，將優化的標定數據通過中央遠程標定數據系統經無線網絡傳輸至計算平臺，之后計算平臺將優化數據寫入車輛控制器，實現遠程標定；肖斌和嚴英制定了無線遠程通信協議，開發了電動汽車無線遠程監控管理系統，通過CAN接口接入車輛CAN總線網絡，并通過GPRS/CDMA模塊接入Internet互聯網，與接入互聯網的遠程監控中心進行信息交互，從而實現道路車輛的無線遠程標定、遠程監控等功能；黃曉波基于ASAM MCD標準，采用GPRS傳輸技術進行無線通信，設計并實現了發動機通用遠程標定系統，通過PC機模擬ECU的CAN總線數據傳輸，測試了遠程傳輸功能的可靠性，并在發動機臺架上完成了遠程標定功能的驗證；胡艷青等依據車載CAN網絡和GPRS通信技術，設計了一種穩定可靠的車輛遠程標定優化系統，主要包括車載優化控制單元、遠程通信單元、控制中心服務器以及遠程用戶終端，實現了對混合動力車輛整車控制器參數的遠程標定，為提高車輛對實際線路的適應性提供了安全便捷的途徑；王海平設計了基于CAN總線的車輛遠程標定系統，利用3G網絡進行遠程通信，通過實車測試驗證，實現了車輛控制器內參數的遠程標定和優化，并對控制器進行了遠程刷寫，為新能源車輛的安全、高效運行提供了保障。

2.3 遠程診斷

遠程診斷技術一般用于車輛售后問題解決，當用戶車輛出現故障問題時，4S店無法解決且工程師不能及時到達現場，可以借助遠程診斷技術及時對問題車輛進行故障診斷和狀態監測，分析鎖定具體故障原因，制定相應的對策，避免用戶因等待時間較長無回應而抱怨。

Tian等設計了一套遠程故障診斷系統，該系統包括車載終端、傳輸通信、遠程服務器以及操作終端4個部分，當車輛電控系統出現故障時，可通過遠程故障診斷系統對故障車輛進行遠程診斷，確定故障原因，從而給出應對措施，及時幫助用戶及4S店工作人員解決電控系統故障問題；Chi等基于Internet網絡和數據庫技術，設計了裝甲車輛的遠程診斷及養護系統，建立了分布式智能DSS，將用戶終端和遠程專家中心囊括在內，當裝甲車輛出現問題時，遠程專家中心及時介入，診斷車輛故障狀態，給出處理措施，大幅縮短了裝甲車輛的停工期；顏伏伍等基于Internet和3G網絡技術，構建了汽車遠程診斷系統，根據網絡傳輸特性設計了各階段具體的數據傳輸策略，并經實車驗證了遠程診斷系統的實時性和有效性，可有效縮短售后服務時間；閆哲銘等基于GPRS、GPS和WebGIS設計了車輛遠程故障診斷系統車載終端，實現了車輛故障碼和實時狀態的數據傳輸，并建立了基于B/S模式的遠程監控中心車輛管理系統，實現車輛的遠程故障診斷；劉昌鑫等將汽車的故障診斷與智能手機相結合，利用OBD藍牙適配器插接在汽車OBDⅡ診斷口上，智能手機通過藍牙與適配器進行連接，并通過發送參數指令獲取車輛的故障信息及狀態信息，定時上傳至遠程服務器，遠程Web端通過訪問服務器獲取車輛的故障和狀態信息，實現車輛遠程故障診斷。

3 車輛遠程技術的優勢

不同于傳統技術手段和方法，車輛遠程技術使得工程師在辦公室即可實現車輛的遠程數據采集、標定、刷寫和診斷，解除了地域限制，降低了車輛試驗驗證門檻，增強了產品開發的抗干擾性，提升了產品開發效率，以及售后服務的響應速度和問題解決效率，有利于緩解車企在產品開發和售后服務的雙重壓力。以遠程標定為例，傳統標定與遠程標定的工作流程對比如圖2所示。

圖2 傳統標定與遠程標定的工程流程對比

3.1 增強產品開發的抗干擾性

利用車輛遠程技術能夠打破地域、外界環境等限制，增強產品開發的抗干擾性。此外，整車開發過程中，并非所有專業的開發工作都是在車企本地進行的，有很多需要和供應商一起，分布在全國各地開展工作，當某一專業需要動力總成控制器參數更新或特別設定才能繼續開展工作時，可以利用遠程標定系統實施車輛ECU和TCU數據遠程刷寫，從而保障項目進度，節省開發成本。

3.2 提升工作效率

如圖2所述，使用遠程標定系統，工程師不必隨車一起出差或外出試驗，免去了出差去程和回程的轉移時間，以及跟車試驗的時間，司機在進行車輛試驗時，工程師可以在辦公室分析試驗數據，查看試驗報告，然后出具標定優化數據，大幅提升了工作效率，縮短了標定周期。

當用戶車輛出現故障時，4S店無法解決且需要工程師支持，尤其是車輛拋錨在外的緊急情況，若仍按照傳統的售后支援方式，工程師需要出差前往故障車輛所在地，售后服務速度太慢，客戶難免抱怨，甚至緊急情況下會有嚴重抱怨或投訴。采用遠程診斷技術，借助現場4S店工作人員的配合，進行遠程故障診斷及車輛狀態參數監測，分析確定故障原因，及時給出應對或解決措施，從而避免用戶售后等待抱怨，維系品牌和企業形象。傳統售后服務支持與遠程診斷售后服務支持的流程對比如圖3所示。

圖3 傳統售后服務支持與遠程診斷售后服務支持的流程對比

3.3 降低工作成本

無論是車輛開發還是售后服務，遠程技術的應用均能有效降低工作成本。結合地區適應性標定及售后服務出差情況，車輛遠程技術預估節約年度差旅費用見表1。

表1 車輛遠程技術預估節約年度差旅費用

3.4 提升工作安全性和舒適度

對于整車標定、測試驗證工作，在某些極端、危險、惡劣工況下可以采用遠程數據采集及遠程標定技術開展進行，例如在整車轉鼓試驗室內進行高速大負荷工況、低溫、高溫、高原等試驗，可以將車輛安置在試驗室內，工程師在辦公室利用遠程技術對車輛進行控制、測量和標定，既保障了工作安全，又提升了工作舒適度。

3.5 提升產品質量

為了應對市場壓力，降低企業成本，各車企都在不斷縮短開發周期，減少試驗樣車數量，如此從兩方面都不利于車輛開發過程中問題的暴露和充分驗證。利用車輛遠程技術可以將車載遠程設備布置到多輛試驗樣車上進行數據的采集和分析，充分驗證標定數據的適用性和魯棒性，同時可以有效抓取車輛的偶發問題和故障，使車輛在開發過程中的問題暴露更加全面，從而提升產品質量。

3.6 其他技術優勢

除上述技術優勢外，采用車輛遠程技術也有利于開發及售后問題的聯合排查解決，應對項目多而人力、車輛資源緊張的問題，提升整體業務能力。

4 車輛遠程技術的關鍵點

4.1 全面的數據下載和刷寫校驗機制

為了防止因遠程標定數據下載、刷寫導致的車輛故障問題，必須要有嚴格全面的數據下載、刷寫校驗機制，可以采用數據雙區備份、數據收發打包和回傳確認機制。數據雙區備份能夠確保控制器在遠程標定數據下載過程中仍能獲得正確完整的控制參數，不影響控制系統的正常運行；數據打包能夠規定打包的格式，保證數據在傳輸過程中的正確性和遠程數據刷寫的可靠性；回傳確認機制能夠保證當控制器內的引導加載程序Bootloader發現刷寫數據有誤時，發送重發上一幀數據的請求，保證首幀到末幀刷寫數據于控制器內的成功刷寫。

此外，還可以對控制器內的標定參量設置有效數值范圍，并與其所處存儲地址相關聯，以保證工程師在司機駕駛車輛時進行遠程標定數據下載不會出現車輛運行狀態的瞬時突變而導致交通事故。當工程師對車輛進行遠程數據刷寫時，必須保證車輛掛入駐車擋停車且上電狀態，同時監測無線網絡信號狀態，設定遠程刷寫無線網絡信號強度閾值;當無線網絡信號強度在一段連續的設定時間內高于閾值，則判斷可以進行數據刷寫，否則不執行遠程數據刷寫，并將不執行原因反饋給遠程終端;當遠程刷寫進行時，延時整車控制器對駕駛員操作輸入的響應，包括下電、發動機起機等，以確保數據刷寫成功，避免因控制器內參數被擦除而導致無法起車或行車的問題。

4.2 遠程技術系統各組成部分的可靠性

為保障車輛遠程技術系統的高效、正常運作，其各組成部分必須要具備較高的可靠性。首先，車輛遠程技術是基于無線網進行通信的，無線網絡必須要盡量保證穩定可靠，在較偏遠地區無線網絡難免出現信號較弱甚至無信號的情況，車載終端必須要具備數據備份的專用存儲區，以保證遠程標定或刷寫時控制器內數據的穩定性和可恢復性，以及測試數據、診斷報文等的備份；其次，車載終端還要能夠適應三高(高污染、高耗能、高排放)各種惡劣的環境以及路況，尤其是低溫工況下要能夠保證車輛上電后的快速啟動特性，采集到低溫下發動機的起動、排放、油耗等特性相關數據，以及變速器的離合器油壓響應特性相關數據，這些數據對于低溫標定尤為重要；最后，云端服務器要具備足夠的存儲空間和運算速度，進行數據的高效存儲和檢索，方便工程師進行標定、診斷工作。

4.3 數據傳輸的安全性

車輛遠程技術的主要實現機制是在傳統標定、診斷原有協議棧的基礎上增加了用于無線傳輸的TCP/IP協議。TCP/IP協議是Internet最基本的協議，它不僅僅是指TCP和IP兩個協議，而是指一個由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等協議構成的協議簇，只是因為在TCP/IP協議中TCP協議和IP協議最具代表性，所以被稱為TCP/IP協議。嚴格來說，TCP/IP協議具備4層體系結構，分別為應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層，如圖4所示。對于車輛遠程技術而言，其傳輸層和網絡層的安全隱患較高，最易受到外來攻擊，因此，應加強數據傳輸防護，建立多層識別關卡和機制，充分考慮IP名和相關性質進行識別，避免ARP/ICMP/IP欺騙，確保數據傳輸的安全性，防止數據的非法竊取和任意篡改。

圖4 TCP/IP協議體系結構

5 結束語

本文從車輛遠程技術的實現機制出發，圍繞遠程數據采集、遠程標定及遠程診斷介紹了國內外車輛遠程技術的研究和應用，闡述了遠程技術的優勢，并針對遠程技術中需關注的關鍵點進行了說明。遠程技術能夠打破地域限制，將工程師從試驗跟車中解放出來，遠程對車輛實施數據采集、標定、刷寫及診斷，同時一名工程師可以對應多臺車輛，能夠大幅提升工作效率，應對人力資源緊張的局面，降低企業成本，必將在未來的車輛開發中得到普及。

還應注意的是，由于采用車輛遠程技術，工程師與實車及遠程車載終端分開，實際執行試驗者為司機，為確保試驗的準確性和有效性，司機需要具備一定的試驗流程基礎，并在車輛及遠程車載終端設備出現一般性問題時，能夠進行解決處理或與工程師進行有效的溝通、處理，因此，對司機進行定期的相關培訓將很有必要。