車載數據終端的功能需求研究

莊濟寧 崔碩 黃建鵬 唐燕

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著車載通信技術、信息技術和汽車技術的發展，新能源汽車和智能網聯汽車已經成為全球范圍內汽車的發展趨勢。據網絡資源信息，世界新能源車滲透率總體呈現快速提升趨勢，2022年一季度已經達到10%水平，其中中國達到18%，德國21%，挪威73%，美國6%。車載T-BOX（Telematics Box，遠程通信終端）作為新能源汽車或智能網聯汽車的關鍵零部件，承載著車內與車外的通訊業務功能，可深度讀取汽車CAN 總線數據和私有協議，并通過無線網絡將數據傳到云服務器，為新能源汽車或智能網聯汽車提供可靠、完整的數據傳輸服務，因此本文也將車載T-BOX 稱為車載數據終端。車載數據終端承載的功能也隨著車聯網的發展日益豐富，從最初的遠程安全監控的法規功能需求，拓展到遠程控制、OTA、娛樂等車聯網業務服務功能需求。因此如何更好的定義車載數據終端的功能，也成為了車企開發的一大關鍵技術步驟。本文通過純電動汽車的項目案例，對車載數據終端的功能需求進行研究，從而確認車載數據終端的功能需求及定義，確認功能邊界，有利于車載數據終端和車聯網車型的快速開發。

2 遠程監控及車聯網的功能架構

自2017年1月1日起，中國要求新生產的新能源汽車須安裝車載終端，將車輛的狀態數據上傳到企業服務平臺、國家及地方監控平臺，實現遠程安全監控功能。

同時隨著4G/5G 網絡的推廣，智能網聯汽車得到快速發展，智能網聯的應用功能也是通過車端與云端服務器的連接而實現。因此實現遠程監控及車聯網的功能架構原理基本一致，如圖1 所示，其中，車載數據終端起到了車內和車外的數據交互的橋梁作用。

圖1 遠程監控及車聯網的功能架構原理圖

車載數據終端的硬件原理框圖，如圖2 所示，由通信模塊（圖示為4G 模塊）、MCU 微控制器模塊、CAN 通信模塊、以太網芯片、WIFI 模塊、藍牙模塊、定位模塊、存儲模塊、備用電池模塊、音頻處理模塊等構成，功能模塊的取舍可根據具體車型的實際功能需求而定。

圖2 車載數據終端硬件原理框圖

3 車載數據終端的功能需求分析

在進行車載數據終端的詳細開發前，優先進行功能需求分析。項目車型為純電動汽車樣車，主要的需求來源為法規標準要求和業務需求。法規標準要求和業務需求并不是完全獨立隔離的，部分功能需求是存在一致的，比如數據采集、存儲、上傳等，因此需要詳細分析。

3.1 法規標準要求分析

在法規標準方面，主要有純電動汽車準入要求的標準及智能網聯汽車的相關標準，如表1 所示。（注：涉及的法規標準包含但不限于表1 所示。）

表1 車載數據終端關鍵法規標準

GB/T 32960 是《新能源汽車生產企業及產品準入管理規定》中的強制要求，分為三部分，見表1 的序號1～3 項。GB/T 32960.1為標準總則，主要規定了一些術語和定義，比如監控系統中的公共平臺、企業平臺、車載終端等名稱定義。GB/T 32960.2 主要是對車載數據終端的要求，明確了數據采集、存儲、傳輸、補發等功能需求及要求，如圖3 所示，。GB/T 32960.3 主要是通信協議及數據格式，規定了電動汽車遠程服務與管理系統中，各個部分之間的通信協議，包括協議結構、通信連接、數據結構與定義、數據單元格式與定義等內容，車載數據終端上傳數據給企業平臺時，可參照執行。

圖3 GB/T 32960.2對車載數據終端的關鍵功能要求項

網聯化汽車的的劇增，車輛對外接口的增加，增加了車載信息安全的風險。車載信息安全涉及用戶的行駛、財產、數據、隱私等安全，世界各國高度重視，也陸續出臺系列法規標準。車載數據終端是網聯汽車的內外通信節點，是車載信息安全的最重要一環。根據表1 中4～7 的相關標準要求，車載數據終端的信息安全需求主要有：硬件安全、系統安全、軟件安全、通信安全、數據安全等，如表2 所示。

表2 車載數據終端信息安全需求分析

3.2 業務功能需求分析

車載通信技術的發展，極大豐富了車輛的使用場景，項目車型上也提出了以下車聯網業務功能需求，如表3 所示。

表3 車聯網關鍵業務功能需求

4 車載數據終端的功能需求定義

基于對法規標準要求和業務需求的分析，確定了車載數據終端較完善的潛在功能需求。并進行了分類，主要分為8 大類：聯網通信功能、數據處理功能、信息安全功能、遠控功能、近控功能、網絡共享功能、道路救援功能、OTA 功能等。進一步定義如下：

● 聯網通信功能：通信是基礎，通信方式可以有遠程通信、近場通信、有線通信。遠程通信應至少具備4G 通信，未來可向5G 或C-V2X 發展。近場通信可有藍牙、WIFI 方式；有線通信則需具備CAN 網絡、接入整車的CAN 通信網絡，可選以太網網絡、USB 網絡。

● 數據處理功能：則包含了法規標準和企業業務需求的數據采集、存儲、上傳、監控報警、時間校時、定位更新、獨立工作等內容。

● 信息安全功能：具備硬件、系統、軟件、通信、數據的安全功能，滿足相關法規要求。

● 遠控功能：可遠程控制車輛的ECU節點，比如遠控車門、窗、空調、暖風等；或可實現遠程診斷，獲取整車故障碼信息，便于快速遠程分析問題。

● 近控功能：可實現近場藍牙鑰匙開關門或通過藍牙信號控制行車等；如有IOT 設備接入，可拓展更多的近場控制功能。

● 網絡共享功能：車機或其他聯網電子設備可以通過USB 接口或以太網網絡連接車載數據終端的4G/5G 網絡，從而實現聯網。

● 道路救援功能：可實現車輛緊急呼叫、一鍵電話救援、道路服務請求等功能。如用戶遭遇緊急情況，或需要道路服務時，車載系統可自動或手動撥打緊急呼救電話，同時將車輛故障相關的信息發送到呼叫中心，如實現Ecall、Bcall、Icall 等功能。

● OTA 功能：車載數據終端不僅可OTA 自身，還可通過CAN 通道、USB 通道、以太網通道等OTA 其他ECU 節點。

5 結語

通過對車載數據終端的功能需求分析，可見其最大功能為可集成眾多通信方式，構建遠程通信、近場通信、有線通信基礎。不僅滿足了法規遠程安全監控的功能需求，且衍生出了各種方便用戶的車聯網服務功能。本文研究的車載數據終端的潛在功能需求分類，有效的助力項目完成相關開發應用，其他純電動車型可參考應用。但由于本文僅針對純電動汽車的部分法規及業務需求進行分析，其他車型的法規標準、性能要求等未作描述，因此實際開發中，可根據實際的車輛類型，綜合法規、成本、周期、業務或市場需求等進行更詳細的功能需求配置和定義。