基于聯網汽車時間獲取計算的實施方案及應用

陸 超

（上汽大眾汽車有限公司， 上海 201805）

1 引言

智能網聯化是目前汽車開發的一個亮點，當車輛聯通網絡后，能從網絡上獲得不同信號，并幫助車輛與其他控制器、其他車輛、其他網絡進行更深入地交互。時間是智能網絡中一個基礎校準機制元素，在車輛進入智能網絡的過程中及應用豐富生態服務時，數據后臺會對車輛提供校準時間進行校驗，校驗通過后，后臺下發服務數據。從基礎應用角度展開，時間是車主在行駛過程中一個重要的元素，無論是從一個地點到另一個地點時需要提供行駛時間，新能源車輛基于此推薦續駛里程中充電建議，幫助用戶在駕駛過程中實時確認和了解當下的時間狀態，以便對后續行程安排進行調整或者更好地跟蹤，時間顯示的準確與否，一方面對用戶使用有直觀影響，另一方面也是智能生態服務能否正常使用的決定因素。

2 車輛時間架構

2.1 傳統非聯網車輛時間架構

傳統非聯網車輛一般擁有時間的控制器包括組合儀表、信息娛樂系統、獨立小時鐘，我們稱這種通過設置及依賴控制器晶振運算得出的時間為相對時間，組合儀表作為時間的主控制器，信息娛樂系統作為時間的附和從屬控制器。

每次車輛上電，信息娛樂系統從組合儀表處獲得時間信息進行校準，并在通信周期內進行時間同步。信息娛樂系統的輸出顯示頁面提供了用戶手動設置時間的窗口，當用戶認為車輛內控制器晶振運算時間，即人機交互界面顯示時間與精確時間誤差較大，或者想要設置自己需要時間，可以通過人機交互界面對操控界面進行用戶設置，對組合儀表時間進行賦值。當且僅當用戶在對中控顯示界面進行手動設置時，信息娛樂系統成為時間主控制器，當賦值完成后，信息娛樂系統交還主控制權限，并根據通信周期再次與組合儀表進行時間同步。圖1所示為關于日期及時間駕駛信息服務交互過程，圖示上半部分為無時間源輸入情況下，即非聯網情況下用戶通過人機交互界面進行用戶設置日期/時間簡要說明。

圖1 駕駛信息與服務-日期/時間

2.2 聯網車輛時間架構

聯網車輛整個網絡中的參與節點，包括車機端、云端、通信模塊和網關，各節點在系統中是獨立的個體，進行數據鏈接之前的雙方要建立可靠、安全的信任關系認證。通信模塊給車輛提供連接到外部網絡，也使車輛具備能直接獲得精準時間即絕對時間的能力，在這種情況下，網關是作為時間的主控制器。

車載定位模塊通過衛星定位確定車輛所在位置，獲得經緯度信號，同時獲得精確時間，精確時間從可信賴的來源獲得，并通過安全通道發送傳遞到網關。如圖2所示通信模塊從云端獲得時間和位置數據，通過網關進行信號路由分配不同功能模塊控制，對位置信息進行封裝成SomeIP車載以太網通信協議信號，并進一步分發到車機端進行區域計算。時間信息中還包含時區，時區計算由信息娛樂系統完成，車機端預測路徑模塊獲取車輛位置信息，基于地圖數據進行運算所處時區，并將運算結果反饋至網關。網關最后作為時間的主控制器，匯總由通信模塊提供的精確時間以及信息娛樂系統計算獲得的時區信息，提供給整車其他控制器單元并進行時間廣播。

圖2 聯網車輛時間信號

由于時間可以從外部操縱，所以在網關中設置一個真實時間模塊，真實時間模塊確保車輛擁有可實施證書校驗及計算防篡改時間，這樣確保作為客戶端的功能在真實地獲取時間（例如通過按需功能激活的功能），而未經授權的第三方應用可以通過相關模塊被禁用。在后臺提供信號服務校驗幫助下，“真實時間”功能可以在整車內提供防篡改時間，每次車輛上電過程后（隱私模式開啟除外，隱私模式下車輛不與后臺交互數據），后臺會向網關詢問要求防篡改時間，網關將時間信號通過通信模塊發給后臺，后臺進行簽名時間戳以規定格式進行反饋。網關內真實時間模塊通過通信模塊獲得后臺發送的時間戳，并將相關時間戳與定位系統時間進行校驗，校驗成功后網關內實時時鐘設置成定位模塊時間，并將時間戳存儲成網關內最小時間。真實時間是車內基礎功能的必要條件。若校驗失敗，車內其他服務都會無法正常登錄和使用。

3 風險分析及優化方案

車輛從休眠中恢復蘇醒，上電啟動過程中，整車網絡逐一喚醒不同網絡線路上的控制器。整車設計初期根據網絡負載能力差異，控制器網絡通信帶寬差異，在不同控制器域網上部署控制器，控制器網絡喚醒存在時間差異。而控制器本身微控制單元芯片處理能力不同，根據控制器啟動過程中功能需求進行一定排序，通過不同模塊進行啟動時序差異化分配，避免控制器在啟動過程中中央處理器占用過高，負荷過大。如上述車輛計算時區需要多個節點和控制器如云端、通信模塊、網關、信息娛樂系統配合計算，可能存在時區信息發送錯誤情況。為應對可能出現的信號交互差異，對信息娛樂系統相關模塊設計邏輯進行分析并進行優化。

3.1 時區信息廣播錯誤

由于時區信息需要信息娛樂系統基于通信模塊位置數據與地圖數據進行匹配計算，系統啟動時，初始化SomeIP過程中將預測路徑模塊所有協議重新賦值，且對外廣播。而外部來源，當通信模塊完成初始化啟動并從云端獲得實時位置信號，信息娛樂系統在獲得更新位置信息時，根據位置結果提供的經緯度信息，從數據中獲取對應的時區信息，并將獲取的時區信息更新到預測路徑模塊，并對外廣播。

圖3為初始時區實現邏輯，即在信息娛樂系統啟動時，初始化SomeIP過程中將預測路徑模塊所有協議設定成默認值0，并對外進行廣播，相應的時區也會被設定為0。在車輛位置更新時，例如通信模塊完成啟動獲得車輛位置信息，或者車輛行進過程中，根據定位結果提供的經緯度信息，通過導航模塊基于地圖數據計算時區信息，并將獲得的時區信息更新到預測路徑模塊中，并對外進廣播。初始設計未將不同控制器啟動進行差異設計，通信模塊獲取定位信息時間后傳輸給信息娛樂系統時，概率性信息娛樂系統已經完成初始化，對預測路徑模塊時區已進行設定為0進行對外部控制器廣播。故在車輛網絡信號較差時，或者通信模塊啟動晚于信息娛樂系統情景下，車輛時區信息將顯示錯誤。

圖3 初始時區計算設計邏輯

3.2 優化時區設計實現

基于上述分析，對于車輛休眠恢復啟動過程中，各控制器初始化時信息交互差異需要進行設計邏輯優化，以及當車輛通信模塊無法獲取位置信息即經緯度信息無效時，需要進行邊緣條件設計補充。圖4為優化后時區實現邏輯，總結優化措施分為3部分。

圖4 優化時區計算設計邏輯

第1部分，即在信息娛樂系統啟動時，初始化SomeIP過程中將預測路徑模塊所有協議設定成默認值8（中國東8區為例），通過上個網絡喚醒周期內計算所得時區值，在下電后對時區值進行存儲記錄，車輛喚醒后信息娛樂系統從內存區獲取默認值。這樣幫助解決車輛不同控制器啟動時序差異造成的賦值錯誤。

第2部分，為使用人機交互界面融合后的定位信息來獲取時區信息。車輛行駛在越野模式情況下，一般如車輛進入較曠闊草原時，或者經過跨海大橋時，間歇性導航無法正確顯示行進路線，在這種情況下，若使用啟動過程中獲取的定位信息，定位信息中經緯度信號可能無效，對此預測路徑模塊獲取計算時區信息可能為0。當車輛進入越野模式時，通過使用人機交互界面融合后的定位信息來獲取時區信息。

第3部分，當接收到無效定位信息時，不向外發送時區信息。由于預測路徑模塊接受定位信息進行時區計算并廣播是個事件信號，即定位信息發生變化時，預測路徑模塊就會進行計算廣播時區信號。當車輛進入車庫，或者行駛入跨海大橋情景下，通信模塊無法獲取有效定位數據，當預測路徑模塊獲取無效數據時，不再對外發送數據為0的時區信息；當定位數據更新有效信息時，預測路徑模塊再發送有效時區信息。