盧 超， 朱曉麗， 施茂浩， 胡世東， 李 豪， 沙雪瑩

（1.上汽通用汽車有限公司武漢分公司， 湖北 武漢 430000；2. 泛亞汽車技術(shù)中心有限公司， 上海 201201）

1 前言

隨著汽車智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的快速發(fā)展［1-2］，汽車電子化程度也越來越高，“軟件定義汽車”已成為汽車未來的發(fā)展趨勢［3］。汽車電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜，隨之而來的是車輛軟件系統(tǒng)頻繁迭代升級，這些升級包括修復(fù)軟件故障以及影音娛樂和智能駕駛系統(tǒng)的功能迭代更新等。特斯拉是第一個(gè)將遠(yuǎn)程升級 （Over the Air Technology， OTA） 技術(shù)應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的主機(jī)廠，隨后以蔚來為首的國內(nèi)新能源造車新勢力也大量在其汽車產(chǎn)品上應(yīng)用OTA技術(shù)［4］。通過OTA技術(shù)可以快速修復(fù)整車電子系統(tǒng)的軟件缺陷問題，提升車輛品質(zhì)和用戶體驗(yàn)，降低質(zhì)保成本［5-7］。傳統(tǒng)主機(jī)廠汽車品牌由于受原有整車電子架構(gòu)限制，其在現(xiàn)有汽車產(chǎn)品中對OTA技術(shù)的應(yīng)用則相較遲緩。目前大多數(shù)傳統(tǒng)主機(jī)工廠在處理新車型樣車制造和售后階段的軟件缺陷問題時(shí)，還無法通過車載OTA技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件升級更新，基本采用傳統(tǒng)人工手持移動(dòng)電腦和NeoVI Fire/Fire2硬件設(shè)備連接車輛診斷接口手動(dòng)刷寫完成ECU軟件升級。

本文提出一種基于RMU （Remote Monitor Unit，遠(yuǎn)程控制設(shè)備） 終端的車輛遠(yuǎn)程升級技術(shù)方案。通過在車輛OBD診斷接口外接RMU設(shè)備，建立車輛端與云服務(wù)器端之間數(shù)據(jù)通信，以實(shí)現(xiàn)對整車CAN總線車身控制、底盤制動(dòng)及動(dòng)力總成等系統(tǒng)ECU軟件的遠(yuǎn)程自動(dòng)刷寫升級。本技術(shù)方案立足于車輛研發(fā)、制造和售后階段軟件升級需求，以快速實(shí)施升級任務(wù)為目標(biāo)，以靈活性、適配性、便捷性為開發(fā)方向，結(jié)合整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。

2 RMU遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程升級存在兩種模式：主動(dòng)升級模式和被動(dòng)升級模式［8-9］。對于主動(dòng)模式來說，車輛可以自動(dòng)檢測是否存在新版本軟件更新的需求，通過人機(jī)交互界面提示用戶完成相關(guān)軟件升級，例如特斯拉和蔚來就屬于此類。被動(dòng)升級模式則需云端服務(wù)器首先下發(fā)升級任務(wù)指令，車輛終端接收到指令后才能執(zhí)行遠(yuǎn)程升級操作。本文提出的基于RMU終端設(shè)備的遠(yuǎn)程升級方案屬于被動(dòng)升級模式。

2.1 RMU遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于RMU的遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)整體架構(gòu)包含RMU終端設(shè)備、云端服務(wù)器管理平臺、升級監(jiān)控系統(tǒng)和升級對象4個(gè)組成部分，圖1為RMU遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)架構(gòu)。RMU終端設(shè)備是一個(gè)便攜可插接的遠(yuǎn)程控制模塊，支持4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信，用于連接云端服務(wù)器與車輛CAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下載、實(shí)時(shí)通信、ECU升級等功能。云端服務(wù)器管理平臺是一個(gè)由多臺服務(wù)器組成的服務(wù)器集群，用于實(shí)現(xiàn)和完成對車輛信息、軟件信息以及升級策略的存儲管理。升級監(jiān)控系統(tǒng)包括可視化的Web網(wǎng)頁和移動(dòng)端APP。升級對象為車輛CAN總線車身控制、底盤制動(dòng)以及動(dòng)力總成等系統(tǒng)的ECU控制器。

圖1 RMU遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 RMU終端

RMU終端是一個(gè)便攜可插接的遠(yuǎn)程控制設(shè)備，支持4G移動(dòng)通信，通過線束與車輛OBD連接，用于實(shí)現(xiàn)車輛與云端服務(wù)器平臺之間的通信服務(wù)，同時(shí)控制對車輛CAN總線ECU的刷寫升級服務(wù)。

2.2.1 RMU硬件結(jié)構(gòu)

RMU設(shè)備最初作為試制工程車輛和耐久路試車輛的黑匣子，用于自動(dòng)錄取車輛CAN總線報(bào)文信息［10］，遠(yuǎn)程監(jiān)測車輛狀態(tài)和位置信息。RMU設(shè)備硬件外觀如圖2所示。

圖2 RMU硬件

RMU機(jī)身外形尺寸為：長142mm/寬90mm/高35mm，整機(jī)330g，直流工作電壓范圍9～16V。機(jī)身上含有4個(gè)外部接口：一個(gè)24針主插接件接口，與車輛OBD連接，實(shí)現(xiàn)與車輛CAN網(wǎng)絡(luò)通信；一個(gè)天線接口，用于增強(qiáng)4G/WIFI/GPS信號；SD卡接口，使用SD卡存儲器，用于存儲升級文件和刷新日志；USB接口，用于連接外部USB設(shè)備。此外，機(jī)身上有一組LED指示燈，對應(yīng)指示信息見表1。

2.2.2 通信服務(wù)

RMU的通信服務(wù)分為：①通過4G網(wǎng)絡(luò)與云端服務(wù)器的遠(yuǎn)程通信，包含升級任務(wù)指令的下發(fā)，車輛信息的上傳，升級文件的下載，升級狀態(tài)上報(bào)和刷新日志上傳；②RMU與升級車輛CAN總線ECU通信，包含了報(bào)文的發(fā)送及接收，設(shè)備信息的傳輸，升級條件判斷及升級文件存儲，如圖3所示。

1） 下載升級包文件。云端服務(wù)器平臺根據(jù)升級任務(wù)和車輛架構(gòu)信息生成相應(yīng)的升級包文件，并將升級包文件信息推送給RMU終端。RMU終端接收到升級包推送信息后，自動(dòng)校驗(yàn)本地SD是否存儲有對應(yīng)升級包文件。若本地存在，則跳過下載步驟；若本地沒有，則會(huì)向云端服務(wù)器發(fā)出升級包文件下載請求，并在下載完成后校驗(yàn)升級文件包的完整性。完整性校驗(yàn)通過則整個(gè)下載流程完成，若不通過，則會(huì)重新請求下載升級包。

2） 升級包文件下載完成后，RMU終端對Utility刷寫腳本文件進(jìn)行解析，根據(jù)腳本文件規(guī)定的刷寫步驟及反饋信息逐步執(zhí)行刷寫流程，直到刷寫升級完成。

表1 RMU指示燈含義

圖3 RMU通信服務(wù)

3） 在升級過程中，RMU終端會(huì)讀取刷寫進(jìn)度狀態(tài)，并將信息實(shí)時(shí)上傳至云端，云端服務(wù)器將數(shù)據(jù)解析后通過Web網(wǎng)頁和移動(dòng)APP展示給用戶。

2.2.3 ECU刷寫腳本控制

RMU終端通過對Utility腳本文件的解析，實(shí)現(xiàn)對車輛CAN總線ECU的刷寫控制。表2詳細(xì)介紹了RMU終端對車輛ECU刷寫的腳本控制流程，本腳本控制流程基于UDS通信診斷服務(wù)協(xié)議。

2.2.4 斷電保護(hù)

RMU終端內(nèi)部設(shè)有備用電池，以備外部電源突然斷電情況。此外，當(dāng)RMU終端檢測到可能導(dǎo)致?lián)p壞的危險(xiǎn)情況時(shí)，也會(huì)自動(dòng)切斷電源停止運(yùn)行來保障安全。

表2 ECU刷寫腳本控制流程

2.3 云端服務(wù)器管理平臺

云端服務(wù)器管理平臺是一個(gè)由多臺服務(wù)器組成的服務(wù)器集群［5］，包括1臺負(fù)載均衡服務(wù)器，4臺實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，1臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和1臺刷新分發(fā)服務(wù)器。其中，負(fù)載均衡服務(wù)器負(fù)責(zé)將收到的車端信息分配到不同的實(shí)時(shí)處理服務(wù)器進(jìn)行具體處理，并將任務(wù)信息推送到刷新分發(fā)服務(wù)器進(jìn)行云端和車端的信息交互，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲車輛信息和升級軟件文件，并實(shí)時(shí)存儲車輛的升級進(jìn)度和狀態(tài)信息。通過云端服務(wù)器平臺可以實(shí)現(xiàn)對車輛信息管理、軟件信息管理和升級策略管理的功能。

2.3.1 車輛信息管理

云端服務(wù)器管理平臺用于存儲和管理車輛相關(guān)的信息，這些信息涵蓋了總線架構(gòu)、車型、車輛配置、VIN碼以及ECU信息等。由于配置及設(shè)計(jì)的差異性，同一電子架構(gòu)下存在多種車型，同一車型則會(huì)使用相同配置的ECU，以車型為管理單位，可以更加便捷地對刷新主體進(jìn)行管理。通過平臺同步及手動(dòng)添加的方式，既能及時(shí)對全部車輛進(jìn)行管理，也能靈活配置特殊升級任務(wù)的車輛，達(dá)到靈活性與穩(wěn)定性并存。

2.3.2 軟件信息管理

對車輛ECU進(jìn)行刷寫前后，RMU終端會(huì)根據(jù)云端任務(wù)配置讀取升級車輛的ECU相關(guān)信息，包括ECU硬件信息、軟件版本、升級日期等信息，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸至云端管理平臺，在云端服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一的存儲、分析和管理。云端平臺根據(jù)上傳的軟件版本信息對車輛ECU進(jìn)行跟蹤管理。

2.3.3 升級策略管理

升級策略分為云端升級策略、終端升級策略以及多ECU刷寫的連續(xù)升級策略。RMU終端從車端獲取車輛VIN號信息后，會(huì)將車輛VIN號和RMU設(shè)備序列號等作為登錄信息上傳至云端服務(wù)器管理平臺，云端判斷確認(rèn)車輛VIN號在升級任務(wù)車輛列表內(nèi)后，將升級任務(wù)推送給RMU終端。RMU終端判斷滿足條件后會(huì)跳轉(zhuǎn)到刷寫模式，并從云端下載相應(yīng)的配置文件。配置文件會(huì)要求終端設(shè)備從車端獲取相應(yīng)的信息，作為刷寫執(zhí)行的依據(jù)。云端升級策略會(huì)要求RMU終端讀取ECU的故障碼和軟件版本等信息，終端設(shè)備將信息上傳至云端后，云端進(jìn)行判斷并指示RMU終端是否繼續(xù)執(zhí)行刷寫任務(wù)。云端判斷滿足刷寫條件后，RMU終端會(huì)根據(jù)終端升級策略判斷是否滿足刷寫條件，如判斷車輛點(diǎn)火狀態(tài)、蓄電池電壓等信號是否達(dá)到設(shè)定的閾值。同一臺車的多個(gè)ECU連續(xù)刷寫時(shí)，可能存在依賴關(guān)系，繼續(xù)升級策略控制了多ECU刷寫流程。

2.4 升級監(jiān)控系統(tǒng)

對升級進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控是完成升級任務(wù)必不可少的環(huán)節(jié)。RMU遠(yuǎn)程升級監(jiān)控系統(tǒng)包括Web端網(wǎng)頁和移動(dòng)端APP兩個(gè)組成部分。

Web網(wǎng)頁可以實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程升級任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控。通過Web控制頁面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控升級任務(wù)中車輛的刷寫狀態(tài)，并對ECU升級情況進(jìn)行操作控制，例如通過Web網(wǎng)頁監(jiān)控發(fā)現(xiàn)某升級任務(wù)中某臺車輛的某個(gè)ECU刷寫失敗后，則可通過控制頁面對該ECU重新下發(fā)刷寫指令，進(jìn)行二次升級直至成功。

移動(dòng)端APP是一種更便捷的監(jiān)控方式，通過手機(jī)登陸APP可以實(shí)時(shí)查看升級任務(wù)中各車輛ECU升級進(jìn)度和狀態(tài)。移動(dòng)端APP頁面包含“任務(wù)列表”和“統(tǒng)計(jì)列表”兩個(gè)部分?！叭蝿?wù)列表”涵蓋了歷次升級任務(wù)，升級任務(wù)中囊括了升級車輛信息，車輛信息中又包含了具體ECU的升級情況，清晰地展示了當(dāng)前及歷史升級任務(wù)的完成情況；“統(tǒng)計(jì)列表”將歷史升級任務(wù)信息數(shù)字化呈現(xiàn)，可生成升級成功率等品質(zhì)報(bào)表，對遠(yuǎn)程升級情況進(jìn)行客觀評估。

3 RMU遠(yuǎn)程升級工作流程

圖4展現(xiàn)了RMU遠(yuǎn)程升級的基本工作流程，具體如下所述。

1） 通過Web端網(wǎng)頁登陸RMU遠(yuǎn)程升級云端服務(wù)器平臺，針對需要升級車輛創(chuàng)建升級任務(wù)，并下發(fā)升級任務(wù)指令；將RMU終端設(shè)備連接到車輛OBD端口，放置車內(nèi)，如圖5所示。RMU終端通過4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與云端服務(wù)器平臺自動(dòng)連接通信，接收云端服務(wù)器下發(fā)的升級任務(wù)指令。

2） RMU終端通過OBD端口與車輛CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取待升級車輛VIN碼以及ECU軟件版本等信息，并上傳至云端平臺進(jìn)行判斷校驗(yàn)。

3） 校驗(yàn)完成后，RMU終端自動(dòng)從云端平臺下載配置文件，腳本控制文件以及軟件升級包。

圖4 RMU遠(yuǎn)程升級工作流程圖

4） RMU終端完成對腳本文件解析，通過OBD通信自動(dòng)控制和完成對車輛CAN總線ECU軟件的刷寫升級操作。

5） 在對車輛ECU刷寫升級的同時(shí)，RMU終端實(shí)時(shí)將升級進(jìn)度和狀態(tài)上傳至云端服務(wù)器平臺。

6） 通過Web網(wǎng)頁和手機(jī)APP登陸云端服務(wù)器管理平臺，實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控車輛升級進(jìn)度和狀態(tài)。

圖5 RMU終端與車輛OBD連接情況

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于外接RMU終端設(shè)備的車輛遠(yuǎn)程升級技術(shù)方案，具有安全、便捷、可靠和成本低等特點(diǎn)。本技術(shù)方案已在企業(yè)內(nèi)部實(shí)施應(yīng)用，在行業(yè)內(nèi)屬于首創(chuàng)。對于傳統(tǒng)主機(jī)廠來說，在目前OTA技術(shù)還未發(fā)展成熟和大范圍應(yīng)用的背景下，基于RMU終端的遠(yuǎn)程升級技術(shù)方案具有特殊實(shí)用價(jià)值和意義。