引 言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)智能終端大力普及，隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)連接成為了人們生活、工作的需求。汽車用戶越來(lái)越注重行車的智能化、舒適性，在行車過(guò)程中能進(jìn)行穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接以獲取實(shí)時(shí)資訊、導(dǎo)航、視聽(tīng)等服務(wù)已成為必備要求。目前已有部分車型通過(guò)在音響娛樂(lè)終端集成網(wǎng)絡(luò)通信模塊，或其它沒(méi)有可靠固定安裝方式的即插即用網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，以提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)，但此類設(shè)備對(duì)具體的車型依賴性較強(qiáng)、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(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)較差。

隨著經(jīng)濟(jì)全球化和汽車國(guó)際化的程度越來(lái)越高，作為驅(qū)動(dòng)性和排放診斷基礎(chǔ)，OBD（On Board Diagnostics，OBD） Ⅱ系統(tǒng)將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。OBD Ⅱ程序設(shè)計(jì)要求避免系統(tǒng)混淆，不僅要求使用特定的編碼及在制造商的文件中對(duì)部件進(jìn)行說(shuō)明，還要使用標(biāo)準(zhǔn)的 16 針診斷接口，以形成統(tǒng)一，使其標(biāo)準(zhǔn)化。每輛車都裝有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸的 16 針診斷接口，每針的信號(hào)分配相同，且均位于相同位置，安裝在儀表盤(pán)下方，位于儀表盤(pán)左邊與汽車中心線右 300 mm 之間。

4G LTE 具有更強(qiáng)的連接能力和更寬廣的覆蓋范圍，且LTE 系統(tǒng)具有低延遲特性、高速移動(dòng)狀態(tài)下的連接穩(wěn)定性， 這些特性可以更好地提升車內(nèi)用戶的通信及娛樂(lè)體驗(yàn)。

1 技術(shù)方案簡(jiǎn)介

本文所展示的這一技術(shù)方案基于 OBD 接口的車載 LTE 熱點(diǎn)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，以汽車的標(biāo)準(zhǔn)OBD 接口和車身進(jìn)行連接，以4G LTE 技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，從而提供通用、高速、穩(wěn)定的車內(nèi) 4G LTE 熱點(diǎn)?；炯夹g(shù)方案如下：

(1) 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 OBD接口實(shí)現(xiàn)設(shè)備與車身的連接；

(2) 電源管理單元進(jìn)行汽車電源處理，為設(shè)備正常工作提供穩(wěn)定電源；

(3) 主控單元對(duì) OBD接口獲取的電源及相關(guān)信號(hào)進(jìn)行解析，建立汽車打火 /熄火判斷模型，進(jìn)行設(shè)備工作狀態(tài)的管理；

(4) Modem 單元實(shí)現(xiàn) 4GLTE網(wǎng)絡(luò)的注冊(cè)、連接，提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；

(5) WiFi單元實(shí)現(xiàn)車內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為車內(nèi)用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入。

通過(guò)以上 5 個(gè)主要功能模塊單元之間的交互連接，組成核心技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)基于 OBD 接口的車載 LTE 熱點(diǎn)設(shè)備。

2 具體實(shí)施方式

該方案針對(duì)現(xiàn)有車載網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備深度集成于原車終端、對(duì)車型依賴程度高、通用性差，或者無(wú)固定安裝方式不利于行車安全等問(wèn)題，采用通用標(biāo)準(zhǔn)OBD 接口與車身連接的方式， 將設(shè)備固定于 OBD 接口處，既實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的通用性，又兼顧了行車的安全性。該方案針對(duì)現(xiàn)有車載網(wǎng)絡(luò)連接采用 2G/3G 通信網(wǎng)絡(luò)，存在網(wǎng)絡(luò)速率低，汽車在高速行駛過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性差等問(wèn)題。故文中采用 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為車內(nèi)環(huán)境用戶提供高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

技術(shù)方案如圖1 所示。系統(tǒng)主要包括 OBD 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的接口，實(shí)現(xiàn)與所有符合 OBD- Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)車型的無(wú)縫連接，以提供系統(tǒng)工作所需的車身電源、OBD診斷信號(hào)；

(2) 電源管理單元實(shí)現(xiàn)車載電源到本系統(tǒng)工作所需電源的轉(zhuǎn)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(duì)車載復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾進(jìn)行電源保護(hù)設(shè)計(jì)，以保證系統(tǒng)工作所需電源的穩(wěn)定性及可靠性 ；

(3) 主控單元負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的電源管理，對(duì)電源變化進(jìn)行檢測(cè)，建立打火/熄火判斷模型，根據(jù)車身電源狀態(tài)變化進(jìn)行系統(tǒng)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換管理；

(4) Modem 單元進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)、網(wǎng)絡(luò)連接、網(wǎng)絡(luò)防火墻、賬戶管理等服務(wù)；

(5) WiFi單元負(fù)責(zé)車內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，提供車內(nèi)用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的通道，對(duì)連接進(jìn)行管理。

方案的工作狀態(tài)管理及轉(zhuǎn)換如圖 2所示。該系統(tǒng)由深度休眠、正常工作、熄火工作、輕度休眠、電源保護(hù)幾種狀態(tài)組成。其中深度休眠狀態(tài)為低功耗模式，此狀態(tài)下需滿足汽車蓄電池在 42天不打火的情況下還能實(shí)現(xiàn)汽車的正常啟動(dòng)，根據(jù)蓄電池容量及系統(tǒng)本身功耗，深度睡眠時(shí)系統(tǒng)功耗小于 1 mA。此狀態(tài)下無(wú)網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)服務(wù)，重新檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，且電壓范圍正常（9 ～16 V）后進(jìn)入正常工作狀態(tài) ；在正常工作狀態(tài)下， 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)車內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，提供 LTE 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信熱點(diǎn)服務(wù)。此狀態(tài)下，汽車熄火，系統(tǒng)繼續(xù)提供 LTE  網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)服務(wù)， 且超過(guò)設(shè)定時(shí)間后系統(tǒng)進(jìn)入輕度休眠狀態(tài) ；輕度休眠狀態(tài)關(guān) 閉網(wǎng)絡(luò)通信及無(wú)線連接服務(wù)，系統(tǒng)處于降低功耗的待機(jī)狀態(tài)。 此狀態(tài)在重新檢測(cè)到汽車打火后，可快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接，提 供 LTE 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，則進(jìn)入正常工作狀態(tài)。在此狀態(tài)下，超過(guò) 設(shè)定時(shí)間后，進(jìn)入深度睡眠狀態(tài) ；在檢測(cè)到電源異常后進(jìn)入 系統(tǒng)保護(hù)狀態(tài)，WiFi 不可連接，無(wú) LTE 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在檢測(cè)到 電源恢復(fù)正常（9 ～16 V）且重新打火后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

該方案的基本工作流程如圖 3 所示，主要過(guò)程如下：

(1) 系統(tǒng)在第一次上電或復(fù)位后，進(jìn)行必備的時(shí)鐘配置及初始化，處于低功耗等待喚醒（深度休眠）狀態(tài)。

(2) 喚醒條件的檢測(cè)。根據(jù)汽車點(diǎn)火時(shí)負(fù)載瞬間變大以及電源切換的變化特性，設(shè)計(jì)電壓監(jiān)測(cè)門(mén)電路，當(dāng)電壓在設(shè)定時(shí)間內(nèi)先下降再上升，且下降時(shí)的最高電壓低于預(yù)先設(shè)定的闕值，上升穩(wěn)定后的最低電壓高于預(yù)先設(shè)定的闕值時(shí)，作為系統(tǒng)的喚醒事件進(jìn)行處理。

(3) 系統(tǒng)喚醒后，對(duì)電壓變化數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的震動(dòng)量變化進(jìn)行建模分析，以判斷當(dāng)前汽車是否處于打火狀態(tài)。

(4) 如果根據(jù)模型分析后的汽車處于打火狀態(tài)，且此時(shí)沒(méi)有建立LTE網(wǎng)絡(luò)連接、未提供車內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，則初始化 Modem、WiFi 單元，進(jìn)行 LTE 網(wǎng)絡(luò)的注冊(cè)、連接，以及 車內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入服務(wù)；在提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的同時(shí)，繼續(xù)實(shí)時(shí) 采集電壓及振動(dòng)量變化數(shù)據(jù)進(jìn)行模型分析，以監(jiān)測(cè)車身電源 管理狀態(tài)。 

(5) 根據(jù)模型分析后如果汽車處于熄火狀態(tài)，則根據(jù)此 時(shí)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)建立狀態(tài)，根據(jù)熄火時(shí)間進(jìn)行降低功耗待機(jī)或 超低功耗休眠處理。

3 結(jié) 語(yǔ)

與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，該方案實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的通用型，即所有符合 OBD Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)的車型都可以直接安裝，降低了汽車用戶的設(shè)備支出成本，同時(shí)將設(shè)備固定安裝于汽車本身具有OBD 接口上的這種實(shí)現(xiàn)方式大大增強(qiáng)了行車的安全性。

利用 4G LTE 通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，可以極大地增強(qiáng)通信速率、增強(qiáng)汽車高速行駛狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性，提升車內(nèi)用戶的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)。同時(shí)，該方案不但為車內(nèi)用戶提供LTE 熱點(diǎn)支持，使用戶的個(gè)人移動(dòng)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)保持實(shí)時(shí)快速連接，且通過(guò)該技術(shù)所構(gòu)建的高速、穩(wěn)定、安全的互聯(lián)環(huán)境也為未來(lái)打造互聯(lián)生態(tài)圈和智能交通提供了無(wú)限可能。