洪宇 孫宗姚 金釗 周幸達(dá) 張赫 張文杰 郭宗賓

（1.中國第一汽車股份有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，長春130013；2.汽車振動(dòng)噪聲與安全控制綜合技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春130013）

主題詞：汽車 遠(yuǎn)程診斷 ODX OTX

縮略語

5G 5th-Generation

ACP Application Communication Protocol

CAN Controller Area Network

CANFD CAN with Flexible Data rate

ECU Electronic Control Unit

MQTT Message Queuing Telemetry Transport

OBD On Board Diagnostics

ODX Open Diagnostic Exchange Data

OTX Open Test sequence exchange format

SHA Secure Hash Algorithm

TLS Transport Layer Security

USB Universal Serial Bus

WIFI Wireless Fidelity

1 前言

在當(dāng)前5G 和大數(shù)據(jù)發(fā)展的背景下，世界各國車企都在大力推進(jìn)網(wǎng)聯(lián)汽車的研發(fā)。作為網(wǎng)聯(lián)汽車的診斷技術(shù)領(lǐng)域，診斷方式也日益多樣化。傳統(tǒng)車輛主要診斷方式還是通過OBD 口外接診斷設(shè)備，包括USB連接診斷設(shè)備、WIFI 或藍(lán)牙連接3 種方式，操作人員在車輛現(xiàn)場對車輛進(jìn)行診斷。

和傳統(tǒng)方式對比，遠(yuǎn)程診斷在降低車輛問題排查成本、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程診斷定位、收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、為預(yù)診斷提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、遠(yuǎn)程排故問題車輛這些方面有很大便利性和優(yōu)勢。

隨著5G 技術(shù)快速應(yīng)用，讓實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)診斷成為現(xiàn)實(shí)，目前主要遠(yuǎn)程診斷方式包括診斷模塊布置在云端，車端僅作為執(zhí)行端；診斷模塊布置在車端，作為解析和執(zhí)行診斷功能模塊，云端進(jìn)行任務(wù)配置和推送功能2種方式。從目前通訊技術(shù)發(fā)展角度和新型電子電氣架構(gòu)趨勢分析來看，車端布置診斷模塊是具有很大的性能優(yōu)勢，也是目前各主機(jī)廠的主要開發(fā)方向。本文以車端布置診斷模塊為例進(jìn)行方案說明。

2 遠(yuǎn)程診斷方案概述

這里先簡要介紹一下ODX文件和OTX文件。

ODX（Open Diagnostic Exchange Data）開放式診斷序列作為ISO 標(biāo)準(zhǔn)的診斷數(shù)據(jù)庫[1]，可以滿足供應(yīng)商、整車廠、設(shè)備供應(yīng)商對診斷數(shù)據(jù)的使用要求，覆蓋從設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)到售后全階段的數(shù)據(jù)交互。避免了由于各階段不同用戶使用不同的數(shù)據(jù)格式導(dǎo)致的數(shù)據(jù)偏差問題。ODX 文件主要包括ODX 通訊參數(shù)、診斷服務(wù)、刷寫、字典4部分。

OTX（Open Test sequence exchange format）作 為ISO 通用化的診斷測試序列標(biāo)準(zhǔn)[2]，可以滿足開發(fā)、生產(chǎn)、售后各階段對診斷序列的使用要求，且格式統(tǒng)一、診斷數(shù)據(jù)通用，在診斷設(shè)備方面已經(jīng)廣泛使用。

本項(xiàng)目正是基于ODX、OTX 的上述標(biāo)準(zhǔn)化特性，基于此類數(shù)據(jù)文件進(jìn)行集成開發(fā)。

遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)包括車端、云端、管端3部分主要內(nèi)容。云端主要實(shí)現(xiàn)ODX、OTX 的編輯發(fā)布，實(shí)現(xiàn)診斷策略配置并推送到車端執(zhí)行；管端使用MQTT[3]或ACP等傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；車端執(zhí)行診斷代理功能，接收云端ODX、OTX 文件并執(zhí)行策略，對執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行反饋。遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程診斷方案拓?fù)?/p>

同時(shí)要考慮云端、數(shù)據(jù)鏈路及車端信息網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，通過使用證書簽名、TLS、SHA256 等方式，以滿足遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的安全需求。

3 遠(yuǎn)程診斷方案

車端布置診斷模塊方案主要包括車端模塊方案、管端方案、云端方案3 部分內(nèi)容。本文以車端布置診斷模塊為例介紹各部分主要開發(fā)功能。

3.1 車端方案

車端布置診斷模塊方式有2 種方式，即可以布置在TBOX或者車載控制器內(nèi)，如車內(nèi)網(wǎng)關(guān)中。

車端診斷模塊需要根據(jù)云端發(fā)送的ODX、OTX 文件及云端配置診斷策略執(zhí)行，并將結(jié)果反饋給云端處理。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)與車端顯示交互策略，及對大數(shù)據(jù)的預(yù)處理策略（圖2）。

圖2 車端方案示意

其中診斷模塊的客戶端主要實(shí)現(xiàn)：

（1）ODX、OTX 腳本接收和執(zhí)行診斷策略，實(shí)現(xiàn)與其他ECU 的診斷交互功能，將車內(nèi)控制器的反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。

（2）按照云端的配置策略，包括執(zhí)行條件的判別、任務(wù)執(zhí)行、執(zhí)行異常及錯(cuò)誤處理機(jī)制的功能。

OTX 模塊運(yùn)行云端發(fā)送的OTX 操作序列，執(zhí)行操作流程類指令。

D-Server[3]執(zhí)行ODX 解析功能，將云端發(fā)送的ODX 文件進(jìn)行解析并下發(fā)給車內(nèi)各控制器，同時(shí)接收從控制器的響應(yīng)報(bào)文。

通訊模塊完成與車內(nèi)其他控制器的診斷通訊功能。通訊方式包括CAN、CANFD、以太網(wǎng)等總線方式。

車端方案還包括了對車內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的預(yù)處理等功能，避免大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳云端，提高云端處理效率。

3.2 管端方案

車云之間的傳輸協(xié)議，目前主要使用方式包括MQTT、ACP 兩種方式。本文以MQTT 為例進(jìn)行簡要說明。

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測傳輸協(xié)議）[4]，是一個(gè)基于客戶端-服務(wù)器的消息發(fā)布/訂閱傳輸協(xié)議。

實(shí)現(xiàn)MQTT 協(xié)議需要客戶端和服務(wù)器端通訊完成，在通訊過程中，MQTT 協(xié)議中有3 種身份：發(fā)布者（Publish）、代理（Broker）（服務(wù)器）和訂閱者（Sub?scribe）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務(wù)器，消息發(fā)布者可以同時(shí)是訂閱者。

MQTT傳輸?shù)南⒎譃椋褐黝}（Topic）和負(fù)載（Pay?load）2部分。

（1）Topic，可以理解為消息的類型，訂閱者訂閱（Subscribe）后，就會(huì)收到該主題的消息內(nèi)容（Pay?load）；

（2）Payload，可以理解為消息的內(nèi)容，是指訂閱者具體要使用的內(nèi)容。

MQTT 的數(shù)據(jù)包由固定頭（Fixed header）、可變頭（Variable header）和消息體（Payload）3部分構(gòu)成。

車云之間通過使用MQTT 協(xié)議完成診斷數(shù)據(jù)的傳輸。并通過使用證書簽名等方式保證傳輸數(shù)據(jù)的信息安全要求。

3.3 云端方案

云端主要功能包括ODX 模塊、OTX 模塊、車輛管理功能、診斷任務(wù)模塊、診斷策略模塊和診斷監(jiān)控等主要功能模塊（圖3）。

圖3 云端主要功能模塊示意

圖3中（1）～（6）的模塊功能如下：

（1）OTX 模塊主要實(shí)現(xiàn)對流程序列的編輯，例如標(biāo)定流程、匹配流程、刷寫流程等過程操作類指令。

（2）車輛管理用于對診斷車輛的管理。

（3）ODX 模塊主要實(shí)現(xiàn)對ODX 診斷數(shù)據(jù)庫文件的編輯功能，作為后續(xù)OTX的輸入數(shù)據(jù)。

（4）診斷任務(wù)用于實(shí)施任務(wù)的發(fā)布和管理。

（5）診斷策略包括診斷執(zhí)行條件的判別、診斷優(yōu)先級(jí)、診斷任務(wù)的發(fā)布等操作。

（6）診斷監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對整個(gè)遠(yuǎn)程操作過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用于后續(xù)操作記錄追述。

除了以上功能模塊外，還有對數(shù)據(jù)處理等一些功能，這里不再贅述。

3.4 測試驗(yàn)證方案

對于遠(yuǎn)程診斷進(jìn)行測試驗(yàn)證，以保證此系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

測試主要分為診斷接口調(diào)試、模擬環(huán)境測試和實(shí)車測試3個(gè)階段。

接口測試主要是對各診斷模塊的實(shí)現(xiàn)接口進(jìn)行調(diào)試，滿足各模塊之間的調(diào)用和使用。模擬測試是在實(shí)車測試前進(jìn)行的虛擬環(huán)境中對車管云端進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對各端功能進(jìn)行模擬驗(yàn)證，滿足上線前的要求。最后通過在實(shí)車上對所有診斷功能進(jìn)行驗(yàn)證，最終系統(tǒng)上線。

4 結(jié)論及啟示

（1）隨著5G 技術(shù)的快速推廣及應(yīng)用，車云結(jié)合的遠(yuǎn)程診斷方式將成為后續(xù)遠(yuǎn)程診斷發(fā)展的趨勢。

（2）ODX、OTX 通用的標(biāo)準(zhǔn)化模塊也將成為遠(yuǎn)程診斷的主要因素。標(biāo)準(zhǔn)化操作可以使整車廠、零件供應(yīng)商、診斷設(shè)備供應(yīng)商各方面做到最大化資源共享，保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性和可靠性，極大的提高開發(fā)效率。

（3）目前以奧迪為主的整車廠已經(jīng)在新車型上全面實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程診斷功能，并將陸續(xù)推廣到全系車型。國內(nèi)一些主流車廠也啟動(dòng)了相關(guān)技術(shù)研究，尤其是部分新勢力企業(yè)也都已經(jīng)進(jìn)行了遠(yuǎn)程診斷相關(guān)技術(shù)的開發(fā)。

（4）隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和5G 的發(fā)展，如何更好的結(jié)合云端、車端一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷的實(shí)時(shí)性、安全性及可靠性也為整車廠提出更高的要求和挑戰(zhàn)。