基于車聯網實現商用車無線舉升的應用

李育方

摘 要：傳統駕駛室翻轉系統一般包括舉升操縱裝置、舉升控制器、舉升執行機構及相關控制線路及液壓管路。該系統存在結構組成復雜、重量較大、可靠性不高、成本高及操縱勞動強度大等諸多缺點。為解決上述問題，本研究擬開發一種基于車聯網應用的遠程無線舉升系統，將舉升操縱裝置由實體開關變更為手機App控制，其主要原理為車聯網平臺通過4G/5G網絡將手機App控制信號傳遞至舉升控制器，最終實現無線舉升功能。該研究取消了舉升操縱裝置及相關控制回路，簡化了系統結構和控制線路，降低了系統成本，徹底解決了舉升操縱裝置布置在底盤容易進水等質量問題，由按壓式開關操縱更改為輕觸式手機App操縱，降低了操縱勞動強度，提升操作便利性及科技感。

關鍵詞：商用車 車聯網 無線舉升系統

1 研究背景

隨著近年來智能網聯技術的蓬勃發展，越來越多的汽車搭載先進的車載傳感器、控制器、執行器等裝置，并融合現代通信與網絡技術，具備復雜的環境感知、智能決策、協同控制和執行等功能，逐步實現部分或者全部替代人為操作[1]，汽車朝智能網聯轉型趨勢明顯。近年來基于車聯網的遠程技術應用得到廣泛的發展，得益于5G等通信技術高帶寬、低延時、低功耗的技術特點[2]，通過車聯網上傳或下發數據已經發展成為成熟可靠的技術手段，可實現車輛在線監控、遠程控制、遠程升級及遠程診斷等諸多功能。

本方案開發一種基于車聯網技術應用的商用車無線舉升系統，其基本原理是在手機上植入車聯網APP（該APP可以設置在共用的軟件平臺上下載），從手機APP上下發指令后，通過4G/5G通訊網絡傳輸給車聯網平臺，由車聯網平臺下發指令給車載信息終端（通常為TBOX），車載信息終端通過車內CAN網絡將指令發給車上執行控制器，由執行控制器驅動舉升電機實現舉升或下降的操作[3]。該方案可以優化零部件數量和布置，減少舉升系統質量問題，同時降低整車重量及成本，通過手機APP操作舉升系統，簡潔方便，科技感高，改善工作環境及降低勞動強度，提升用戶操作體驗感。

2 研究的內容及原理

目前絕大多數商用車配置舉升系統，它既可以滿足貨物的方便裝卸，又可以通過翻轉駕駛室來得到足夠大的空間對發動機、底盤進行檢修維護等操作，同時又保證商用車在行車時的駕乘舒適性，是駕駛室的重要組成部分。商用車駕駛室舉升系統由舉升油缸、手動泵或電動泵、液壓鎖、油管及舉升電路組成，其基本原理是電鎖開關打到ACC檔后，舉升繼電器得電吸合，舉升開關按下后通過舉升繼電器接通舉升電動泵回路，舉升電動泵工作驅動舉升缸實現上升或者下降，實現駕駛室翻轉或下落，具體流程圖如圖1。

該方案舉升開關及舉升控制器布置在駕駛室外部，存在如下缺陷：

（1）舉升系統連接各部件油管及線束布置復雜，總長度超過10m以上，設計布置難度較大，同時整個系統零部件較多，裝配工藝耗時較多，成本較高；

（2）舉升開關在車輛使用年限較長之后，由于密封老化等現象，導致舉升開關進水及振動損壞等質量問題頻發；

（3）開關操縱按壓力一般大于3N，行程一般3-5mm，駕駛室完整舉升過程持續30S以上，操作勞動強度較大，用戶體驗感不好；

（4）在一些特定工況或環境下，如車輛發生交通事故、危化品車散發有毒氣體等，駕駛員靠近車輛可能會造成人身安全隱患，在此工況下舉升駕駛室沒有相應的備選方案。

為解決上述問題，擬開發一套基于車聯網技術的遠程控制方案，替代原有舉升開關及改變相關控制系統，實現無線舉升功能，當距離較遠時（≥20米），由手機APP通過4G/5G信號發送給車聯網平臺，然后由車聯網平臺發送舉升/下降信號給整車通訊設備（TBOX），當距離較近時（小于20米），手機可以通過近程通訊模式（如WIFI、藍牙），直接與車上APP配對，當信號到達車上TBOX后，再由TBOX發送CAN信號給舉升控制器，驅動舉升系統執行翻轉和下降駕駛室操作，具體變更后的流程圖如圖2。

該方案將觸發舉升系統的裝置由實體開關變更成手機遠程操縱開關，整車上相應的原理圖也要進行優化改進。圖3為改進方案與原方案舉升系統功能接線原理對比圖，可以看出相對于原方案，改進后方案可優化取消控制線束、繼電器、開關、安裝支架等諸多零件，零件減少后整車流水線可減少1至2個裝配工位，單臺車可優化裝配時間3分鐘以上，單臺車降重2kg以上，綜合效益成本每臺車可降低200元以上，可取得較大的經濟價值，同時取消了駕駛室外舉升操作開關，消除了開關進水故障隱患，降低客戶的售后維修費用。采用手機近場或遠程操控，操作便利性、智能化水平及科技感均得以體現，提升了客戶對產品滿意度。

在實施舉升操作的過程中，為方便獲取翻轉狀態，手機APP和TBOX需進行應答響應，進行相關的狀態確認。根據上述邏輯，由手機發送駕駛室舉升的指令到TSP車聯網平臺，然后由平臺通過相關的認證指令與車上TBOX進行認證，認證通過后返回已收到相關指令的信息給TSP車聯網平臺，由平臺將相關信息返回給手機，與此同時TBOX發送報文喚醒整車網絡，發送舉升翻轉指令給舉升控制器驅動舉升電機執行操作，為精確控制舉升位置，通常電機通過舉升執行時間設置或堵轉電流判斷是否已經到位，到位后電機控制器返回完成舉升的狀態返回TBOX，由TBOX返回車聯網平臺并由平臺同步手機，用以確認舉升已完成，由于舉升下降功能與舉升上升功能原理相同，在此不做贅述。當然在近場實施手機舉升的情況下，也可以人為判斷是否完成舉升操作。

3 常見故障及問題處理方案

上面所描述的是正常操作執行情況，技術方案設計通常要考慮異常情況和故障處理，下面介紹兩種常見的故障處理及顯示方案：

（1）4G/5G網絡信號問題：車聯網遠程通訊和手機通訊都是依賴4G/5G網絡，在網絡信號差或無網絡地方，手機及車聯網平臺和TBOX通訊延遲或無法建立通訊，導致信號手機APP下發后未能收到指令或不能及時返回，在此情況下，可以開發一套延時故障診斷的應答策略，即TBOX成功收到手機APP指令后需返回APP，告知已經成功建立通訊連接，如無法收到TBOX返回的信息，則表示APP指令未能到達車內TBOX，則APP上可顯示如“操作不成功，請再次下發指令”等信息，提示指令操作不成功，此時用戶可以檢查手機信號強度，移動至手機信號較強的地方進行重新操作，如更換信號強的地方仍然多次無法與TBOX建立應答，則考慮是否TBOX本身通訊模塊出現問題。

（2）TBOX零件本身質量問題或車內CAN網絡故障：在APP下發信號到達TBOX后，如果TBOX零件本身有故障或者車內CAN網絡通訊存在問題，也會導致遠程控制舉升功能無法實現。為盡快定位故障問題點，此時可以開發一套TBOX自診斷系統，一種情況是TBOX收到手機APP信號后，未能從自身發出指令給整車CAN網絡，則通過4G/5G網絡發送手機APP，報告“TBOX硬件故障，請及時檢查”。另一種情況是TBOX已經將指令發送至車內CAN網絡上，但是舉升控制器或者舉升電機未能執行操作指令，此時可以要求舉升控制器進行自診斷或者發送反饋信號給TBOX，由TBOX或舉升控制器進行診斷，并將故障信息以故障碼的形式發布到總線上，由TBOX返回手機上，用以確認哪個控制環節存在故障，方便進行檢修。

4 信息安全保障

基于車聯網實現商用車無線舉升從本質上講還是車聯網遠程控制應用拓展，車聯網讓原本相對封閉的汽車暴露在了開放的網絡環境中，并隨時可能受到來自網絡信息安全的威脅。因此車外通訊鏈路及車內通訊傳輸均需要考慮信息安全防護，即手機（車聯網平臺）與TBOX及TBOX與舉升控制器之間通訊均需增加安全保護防護。首先是車聯網平臺與TBOX之間的安全認證過程，車聯網平臺與TBOX中均設置相同的校驗碼算法，手機APP通過4G/5G通訊車聯網平臺發送遠程控制指令，控制指令一般按一定的規劃組成復雜的字符串，如控制ID（1字節）+控制狀態（1字節）+隨機數（4字節）+校驗位（1字節），車聯網平臺自動生成不重復隨機數，TBOX通過隨機數及校驗碼算法計算出校驗位，判斷一致則執行指令；TBOX記錄至少3條隨機數不重復的控制指令，如連續收到隨機數重復指令則丟棄。TBOX與舉升控制器之間的安全認證與上述規則類似，舉升控制器與TBOX生成另一套相同的校驗碼算法，TBOX發送由車聯網平臺輸送過來的控制報文，控制報文由控制ID、控制狀態、隨機數及校驗碼組成，TBOX內部也能自動生成不重復的隨機數，舉升控制器通過隨機數及校驗碼算法計算出校驗位，判斷一致則執行指令，記錄至少3條隨機數不重復的控制指令，如連續收到隨機數重復指令則丟棄。

控制報文實例如下：

控制報文A：ID AA XX XX XX XX XX CC

反饋報文B：ID AA 00 00 00 00 00 00

ID：各控制類型的定義，比如舉升控制設置為01，其他控制依次設置為02、03…；

AA：當前報文中的狀態定義，如ID-01控制上升，AA-00控制下降；

XX XX XX XX XX：代表隨機數

CC：代表校驗碼，根據提供的算法結合隨機數計算得出。

5 結論與展望

本研究充分運用了當前流行的車聯網的遠程控制技術路線，實現將商用車傳統進程開關手動舉升控制改為遠程手機APP無線控制，取消了部分傳統舉升系統的機械結構、開關及部分控制電路，降低了整車的重量和成本，避免了相關零部件的質量故障風險，同時降低了操縱勞動強度，提升了整車智能化水平及科技感，具有較強的工程應用意義。尤其是在惡劣的工作環境或存在安全隱患的情況下，該功能具有極大的應用價值。

該研究好處是顯而易見的，但如果要批量應用有些問題還有待改進。傳統的駕駛室舉升系統在操縱舉升開關時響應及時，更改為4G/5G網絡由手機向車內發送指令，不可避免地會出現網絡延遲，當信號傳遞到車內時可能會出現秒級的延遲，鑒于此問題該方案還需要拓展穩定可靠的近場通訊（如藍牙）方案，即在TBOX硬件中增加藍牙模塊與操作手機進行配對連接，在距離車輛較近手機與TBOX采用近場通訊連接，達到替換原有舉升系統的效果，但此方案需要增加TBOX硬件成本，并且存在信息安全風險，需要對手機認證及用戶權限進行安全管理。另外需要對設計理論進行反復標定測試，才能滿足各種工況下的使用體驗，達到替換傳統舉升系統的效果。

參考文獻：

[1]崔勝民．《智能網聯汽車新技術》：化學工業出版社，2021：3-4.

[2]蔡書.5g網絡安全問題分析與展望[J].電腦知識與技術，2019，15（9）：19-20.

[3]黃語驍.車聯網網絡安全技術研究[J].電子世界，2018，（19）：49-50.

[4]李暉，付玉龍.5G網絡安全問題分析及展望.無線電通信技術，2015．