陸 超

（上汽大眾汽車有限公司， 上海 201805）

1 引言

智能網(wǎng)聯(lián)化是目前汽車開發(fā)的一個亮點，當(dāng)車輛聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)后，能從網(wǎng)絡(luò)上獲得不同信號，并幫助車輛與其他控制器、其他車輛、其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更深入地交互。時間是智能網(wǎng)絡(luò)中一個基礎(chǔ)校準(zhǔn)機(jī)制元素，在車輛進(jìn)入智能網(wǎng)絡(luò)的過程中及應(yīng)用豐富生態(tài)服務(wù)時，數(shù)據(jù)后臺會對車輛提供校準(zhǔn)時間進(jìn)行校驗，校驗通過后，后臺下發(fā)服務(wù)數(shù)據(jù)。從基礎(chǔ)應(yīng)用角度展開，時間是車主在行駛過程中一個重要的元素，無論是從一個地點到另一個地點時需要提供行駛時間，新能源車輛基于此推薦續(xù)駛里程中充電建議，幫助用戶在駕駛過程中實時確認(rèn)和了解當(dāng)下的時間狀態(tài)，以便對后續(xù)行程安排進(jìn)行調(diào)整或者更好地跟蹤，時間顯示的準(zhǔn)確與否，一方面對用戶使用有直觀影響，另一方面也是智能生態(tài)服務(wù)能否正常使用的決定因素。

2 車輛時間架構(gòu)

2.1 傳統(tǒng)非聯(lián)網(wǎng)車輛時間架構(gòu)

傳統(tǒng)非聯(lián)網(wǎng)車輛一般擁有時間的控制器包括組合儀表、信息娛樂系統(tǒng)、獨立小時鐘，我們稱這種通過設(shè)置及依賴控制器晶振運算得出的時間為相對時間，組合儀表作為時間的主控制器，信息娛樂系統(tǒng)作為時間的附和從屬控制器。

每次車輛上電，信息娛樂系統(tǒng)從組合儀表處獲得時間信息進(jìn)行校準(zhǔn)，并在通信周期內(nèi)進(jìn)行時間同步。信息娛樂系統(tǒng)的輸出顯示頁面提供了用戶手動設(shè)置時間的窗口，當(dāng)用戶認(rèn)為車輛內(nèi)控制器晶振運算時間，即人機(jī)交互界面顯示時間與精確時間誤差較大，或者想要設(shè)置自己需要時間，可以通過人機(jī)交互界面對操控界面進(jìn)行用戶設(shè)置，對組合儀表時間進(jìn)行賦值。當(dāng)且僅當(dāng)用戶在對中控顯示界面進(jìn)行手動設(shè)置時，信息娛樂系統(tǒng)成為時間主控制器，當(dāng)賦值完成后，信息娛樂系統(tǒng)交還主控制權(quán)限，并根據(jù)通信周期再次與組合儀表進(jìn)行時間同步。圖1所示為關(guān)于日期及時間駕駛信息服務(wù)交互過程，圖示上半部分為無時間源輸入情況下，即非聯(lián)網(wǎng)情況下用戶通過人機(jī)交互界面進(jìn)行用戶設(shè)置日期/時間簡要說明。

圖1 駕駛信息與服務(wù)-日期/時間

2.2 聯(lián)網(wǎng)車輛時間架構(gòu)

聯(lián)網(wǎng)車輛整個網(wǎng)絡(luò)中的參與節(jié)點，包括車機(jī)端、云端、通信模塊和網(wǎng)關(guān)，各節(jié)點在系統(tǒng)中是獨立的個體，進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接之前的雙方要建立可靠、安全的信任關(guān)系認(rèn)證。通信模塊給車輛提供連接到外部網(wǎng)絡(luò)，也使車輛具備能直接獲得精準(zhǔn)時間即絕對時間的能力，在這種情況下，網(wǎng)關(guān)是作為時間的主控制器。

車載定位模塊通過衛(wèi)星定位確定車輛所在位置，獲得經(jīng)緯度信號，同時獲得精確時間，精確時間從可信賴的來源獲得，并通過安全通道發(fā)送傳遞到網(wǎng)關(guān)。如圖2所示通信模塊從云端獲得時間和位置數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信號路由分配不同功能模塊控制，對位置信息進(jìn)行封裝成SomeIP車載以太網(wǎng)通信協(xié)議信號，并進(jìn)一步分發(fā)到車機(jī)端進(jìn)行區(qū)域計算。時間信息中還包含時區(qū)，時區(qū)計算由信息娛樂系統(tǒng)完成，車機(jī)端預(yù)測路徑模塊獲取車輛位置信息，基于地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行運算所處時區(qū)，并將運算結(jié)果反饋至網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)最后作為時間的主控制器，匯總由通信模塊提供的精確時間以及信息娛樂系統(tǒng)計算獲得的時區(qū)信息，提供給整車其他控制器單元并進(jìn)行時間廣播。

圖2 聯(lián)網(wǎng)車輛時間信號

由于時間可以從外部操縱，所以在網(wǎng)關(guān)中設(shè)置一個真實時間模塊，真實時間模塊確保車輛擁有可實施證書校驗及計算防篡改時間，這樣確保作為客戶端的功能在真實地獲取時間（例如通過按需功能激活的功能），而未經(jīng)授權(quán)的第三方應(yīng)用可以通過相關(guān)模塊被禁用。在后臺提供信號服務(wù)校驗幫助下，“真實時間”功能可以在整車內(nèi)提供防篡改時間，每次車輛上電過程后（隱私模式開啟除外，隱私模式下車輛不與后臺交互數(shù)據(jù)），后臺會向網(wǎng)關(guān)詢問要求防篡改時間，網(wǎng)關(guān)將時間信號通過通信模塊發(fā)給后臺，后臺進(jìn)行簽名時間戳以規(guī)定格式進(jìn)行反饋。網(wǎng)關(guān)內(nèi)真實時間模塊通過通信模塊獲得后臺發(fā)送的時間戳，并將相關(guān)時間戳與定位系統(tǒng)時間進(jìn)行校驗，校驗成功后網(wǎng)關(guān)內(nèi)實時時鐘設(shè)置成定位模塊時間，并將時間戳存儲成網(wǎng)關(guān)內(nèi)最小時間。真實時間是車內(nèi)基礎(chǔ)功能的必要條件。若校驗失敗，車內(nèi)其他服務(wù)都會無法正常登錄和使用。

3 風(fēng)險分析及優(yōu)化方案

車輛從休眠中恢復(fù)蘇醒，上電啟動過程中，整車網(wǎng)絡(luò)逐一喚醒不同網(wǎng)絡(luò)線路上的控制器。整車設(shè)計初期根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力差異，控制器網(wǎng)絡(luò)通信帶寬差異，在不同控制器域網(wǎng)上部署控制器，控制器網(wǎng)絡(luò)喚醒存在時間差異。而控制器本身微控制單元芯片處理能力不同，根據(jù)控制器啟動過程中功能需求進(jìn)行一定排序，通過不同模塊進(jìn)行啟動時序差異化分配，避免控制器在啟動過程中中央處理器占用過高，負(fù)荷過大。如上述車輛計算時區(qū)需要多個節(jié)點和控制器如云端、通信模塊、網(wǎng)關(guān)、信息娛樂系統(tǒng)配合計算，可能存在時區(qū)信息發(fā)送錯誤情況。為應(yīng)對可能出現(xiàn)的信號交互差異，對信息娛樂系統(tǒng)相關(guān)模塊設(shè)計邏輯進(jìn)行分析并進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 時區(qū)信息廣播錯誤

由于時區(qū)信息需要信息娛樂系統(tǒng)基于通信模塊位置數(shù)據(jù)與地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配計算，系統(tǒng)啟動時，初始化SomeIP過程中將預(yù)測路徑模塊所有協(xié)議重新賦值，且對外廣播。而外部來源，當(dāng)通信模塊完成初始化啟動并從云端獲得實時位置信號，信息娛樂系統(tǒng)在獲得更新位置信息時，根據(jù)位置結(jié)果提供的經(jīng)緯度信息，從數(shù)據(jù)中獲取對應(yīng)的時區(qū)信息，并將獲取的時區(qū)信息更新到預(yù)測路徑模塊，并對外廣播。

圖3為初始時區(qū)實現(xiàn)邏輯，即在信息娛樂系統(tǒng)啟動時，初始化SomeIP過程中將預(yù)測路徑模塊所有協(xié)議設(shè)定成默認(rèn)值0，并對外進(jìn)行廣播，相應(yīng)的時區(qū)也會被設(shè)定為0。在車輛位置更新時，例如通信模塊完成啟動獲得車輛位置信息，或者車輛行進(jìn)過程中，根據(jù)定位結(jié)果提供的經(jīng)緯度信息，通過導(dǎo)航模塊基于地圖數(shù)據(jù)計算時區(qū)信息，并將獲得的時區(qū)信息更新到預(yù)測路徑模塊中，并對外進(jìn)廣播。初始設(shè)計未將不同控制器啟動進(jìn)行差異設(shè)計，通信模塊獲取定位信息時間后傳輸給信息娛樂系統(tǒng)時，概率性信息娛樂系統(tǒng)已經(jīng)完成初始化，對預(yù)測路徑模塊時區(qū)已進(jìn)行設(shè)定為0進(jìn)行對外部控制器廣播。故在車輛網(wǎng)絡(luò)信號較差時，或者通信模塊啟動晚于信息娛樂系統(tǒng)情景下，車輛時區(qū)信息將顯示錯誤。

圖3 初始時區(qū)計算設(shè)計邏輯

3.2 優(yōu)化時區(qū)設(shè)計實現(xiàn)

基于上述分析，對于車輛休眠恢復(fù)啟動過程中，各控制器初始化時信息交互差異需要進(jìn)行設(shè)計邏輯優(yōu)化，以及當(dāng)車輛通信模塊無法獲取位置信息即經(jīng)緯度信息無效時，需要進(jìn)行邊緣條件設(shè)計補(bǔ)充。圖4為優(yōu)化后時區(qū)實現(xiàn)邏輯，總結(jié)優(yōu)化措施分為3部分。

圖4 優(yōu)化時區(qū)計算設(shè)計邏輯

第1部分，即在信息娛樂系統(tǒng)啟動時，初始化SomeIP過程中將預(yù)測路徑模塊所有協(xié)議設(shè)定成默認(rèn)值8（中國東8區(qū)為例），通過上個網(wǎng)絡(luò)喚醒周期內(nèi)計算所得時區(qū)值，在下電后對時區(qū)值進(jìn)行存儲記錄，車輛喚醒后信息娛樂系統(tǒng)從內(nèi)存區(qū)獲取默認(rèn)值。這樣幫助解決車輛不同控制器啟動時序差異造成的賦值錯誤。

第2部分，為使用人機(jī)交互界面融合后的定位信息來獲取時區(qū)信息。車輛行駛在越野模式情況下，一般如車輛進(jìn)入較曠闊草原時，或者經(jīng)過跨海大橋時，間歇性導(dǎo)航無法正確顯示行進(jìn)路線，在這種情況下，若使用啟動過程中獲取的定位信息，定位信息中經(jīng)緯度信號可能無效，對此預(yù)測路徑模塊獲取計算時區(qū)信息可能為0。當(dāng)車輛進(jìn)入越野模式時，通過使用人機(jī)交互界面融合后的定位信息來獲取時區(qū)信息。

第3部分，當(dāng)接收到無效定位信息時，不向外發(fā)送時區(qū)信息。由于預(yù)測路徑模塊接受定位信息進(jìn)行時區(qū)計算并廣播是個事件信號，即定位信息發(fā)生變化時，預(yù)測路徑模塊就會進(jìn)行計算廣播時區(qū)信號。當(dāng)車輛進(jìn)入車庫，或者行駛?cè)肟绾４髽蚯榫跋?，通信模塊無法獲取有效定位數(shù)據(jù)，當(dāng)預(yù)測路徑模塊獲取無效數(shù)據(jù)時，不再對外發(fā)送數(shù)據(jù)為0的時區(qū)信息；當(dāng)定位數(shù)據(jù)更新有效信息時，預(yù)測路徑模塊再發(fā)送有效時區(qū)信息。