郜業(yè)靜

摘 要：社會(huì)進(jìn)入5G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)速度更快，傳輸效率更高，目前在許多領(lǐng)域應(yīng)用，考慮到這些實(shí)用性因素，可以運(yùn)用在整車下線電檢工作中，來減少基地員工與車輛的互動(dòng)，提高車輛自主檢測效率以及避免因人為操作不當(dāng)造成的安全事故以及損失。文章提供了一種無線整車下線診斷平臺系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，包括平臺系統(tǒng)架構(gòu)，無線連接方案，車內(nèi)無線模塊硬件結(jié)構(gòu)。文章最后從服務(wù)器穩(wěn)定性，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牡确矫娣治鲞h(yuǎn)程下線電檢的安全性和可發(fā)展性。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程診斷 C/S架構(gòu) Wi-Fi 5G TCAM 以太網(wǎng) DOIP

1 引言

傳統(tǒng)的整車下線診斷通常使用診斷儀與車輛和檢測設(shè)備進(jìn)行直接交互，診斷儀上的OBD接口連接車輛OBD接口，進(jìn)行以太網(wǎng)連接，通常一個(gè)工位需要一個(gè)專用診斷儀，這種方式會(huì)消耗大量的診斷設(shè)備，以及對于設(shè)備的管理，存放以及設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等需要投入大量人力，精力；對設(shè)備的使用方式需要對員工進(jìn)行培訓(xùn)，無法避免產(chǎn)生一些因人為因素而造成的檢測失敗，例如，員工拿取使用設(shè)備時(shí)操作不當(dāng)，造成對設(shè)備的物理傷害，會(huì)增加設(shè)備維修的概率，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，減少員工操作將成為未來整車下線電檢的趨勢，無線遠(yuǎn)程電檢系統(tǒng)能夠通過無線通信的方式，讓車、檢測設(shè)備和電檢服務(wù)器直接連接，通過服務(wù)器自動(dòng)或者操作員手動(dòng)進(jìn)行檢測，不需要人員入場就能按照對應(yīng)工位的流程進(jìn)行車輛下線檢測，驗(yàn)證電檢腳本時(shí)也可以切換手動(dòng)，一步一步對檢測設(shè)備以及車輛發(fā)指令，能做到在辦公室就能對車進(jìn)行檢測，并分析結(jié)果。這對服務(wù)器平臺的設(shè)計(jì)以及服務(wù)器的穩(wěn)定性做出了限制，服務(wù)器采用C/S的架構(gòu)與遠(yuǎn)程人員進(jìn)行交互，即能保證登錄安全，也能減少時(shí)延。車輛內(nèi)的TCAM模塊與電檢服務(wù)器無線連接，可以使用Wi-Fi或者5G連接，TCAM與車輛網(wǎng)關(guān)通過兼容DOIP協(xié)議的車載以太網(wǎng)相連，收發(fā)診斷指令和響應(yīng)。文章中會(huì)詳細(xì)介紹各個(gè)系統(tǒng)的連接方案，并給出現(xiàn)實(shí)意義的設(shè)計(jì)思路。

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)概述

2.1 C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在局域網(wǎng)中應(yīng)用廣泛，能提供安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸，可以對用戶進(jìn)行權(quán)限管理[4]，可以用于基地整車下線診斷平臺的系統(tǒng)架構(gòu)搭建，電檢服務(wù)器與診斷人員PC直接連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和診斷管理，服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫交付查詢結(jié)果，服務(wù)器與下游系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，返回PC相應(yīng)的診斷數(shù)據(jù)，對業(yè)務(wù)集中的遠(yuǎn)程診斷能在PC端呈現(xiàn)清晰的界面分類，點(diǎn)對點(diǎn)的模式連接了診斷人員和服務(wù)器，保障了診斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，能有效地保證數(shù)據(jù)不被篡改，不被外部獲取，能夠有效的對客戶的車輛信息保密。

2.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，運(yùn)用Cisco packet tracer 軟件模擬仿真電檢服務(wù)器與車輛，電檢服務(wù)器與檢測設(shè)備，電檢服務(wù)器與基地MES，電檢服務(wù)器與其他相應(yīng)的系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交互。電檢服務(wù)器通過集線器直接連接PC以及掃描系統(tǒng)，三者同屬一個(gè)網(wǎng)段。車輛，檢測設(shè)備與電檢服務(wù)器可通過Wi-Fi或者5G無線相連，傳輸層通過TCP/UDP傳輸數(shù)據(jù)。一個(gè)基地可以搭建一個(gè)服務(wù)器，同屬工廠網(wǎng)絡(luò)，便于管理，基地MES和電檢服務(wù)器可以通過串行或者無線方式傳輸數(shù)據(jù)。電檢系統(tǒng)與OTA升級系統(tǒng)以及獲取證書的PKI系統(tǒng)，通過關(guān)閉專用域名的防火墻限制與外網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

3 云平臺系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 總體描述

如圖2所示，服務(wù)器系統(tǒng)架構(gòu)分為四塊主要內(nèi)容，運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)層以及前端，層級間為對應(yīng)關(guān)系，運(yùn)行環(huán)境即服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫從業(yè)務(wù)上進(jìn)行區(qū)分，業(yè)務(wù)層以診斷服務(wù)，數(shù)據(jù)分析管理為主[3]，前端顯示業(yè)務(wù)層數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)庫記錄分析的數(shù)據(jù)，以清晰明了的方式呈現(xiàn)。

3.2 運(yùn)行環(huán)境

服務(wù)器需要有備份，采取雙機(jī)熱備的形式，在服務(wù)器系統(tǒng)崩潰或者其他情況切換備用服務(wù)器。可以依據(jù)不同業(yè)務(wù)來設(shè)計(jì)服務(wù)器，采用SOA的架構(gòu)[1]，根據(jù)同一業(yè)務(wù)模塊設(shè)計(jì)服務(wù)器集，各個(gè)服務(wù)器直接相互連接。

3.3 數(shù)據(jù)庫

依據(jù)診斷業(yè)務(wù)分為四塊數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，車輛信息記錄，測試結(jié)果，訂單信息以及檢測設(shè)備信息。車輛信息記錄了VIN號以及對應(yīng)從MES獲取到的車輛配置信息，以及檢測內(nèi)容信息。測試結(jié)果模塊可以獲取到車輛檢測情況。

3.4 業(yè)務(wù)層以及前端UI

業(yè)務(wù)層需要對前端用戶的操作進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯分析，通過向下端的數(shù)據(jù)庫以及存儲(chǔ)系統(tǒng)傳遞信息，查找相應(yīng)數(shù)據(jù)并快速反饋給用戶。電檢服務(wù)器集成了無線遠(yuǎn)程電檢的功能，從前端車輛診斷控制模塊傳遞下來的數(shù)據(jù)信息，通過業(yè)務(wù)層的車輛診斷服務(wù)請求模塊進(jìn)行分析，期間記錄分析日志。每位注冊的用戶依據(jù)業(yè)務(wù)板塊不同給予其相應(yīng)的權(quán)限，例如，診斷人員僅享有開發(fā)遠(yuǎn)程診斷以及數(shù)據(jù)查詢權(quán)限。當(dāng)一輛車到達(dá)下線工位，可以通過掃描VIN號，掃描系統(tǒng)拿到VIN號后向服務(wù)器報(bào)告車輛信息以及對應(yīng)的工位信息，觸發(fā)電檢診斷。服務(wù)器獲取到車輛VIN以及工位信息后，查詢數(shù)據(jù)庫獲取車輛配置，選擇合適的電檢腳本自動(dòng)地執(zhí)行遠(yuǎn)程診斷。測試結(jié)束后，數(shù)據(jù)庫中記錄此車此工位的測試數(shù)據(jù)以及測試結(jié)果，并存儲(chǔ)測試log。當(dāng)測試車輛出現(xiàn)問題，有故障產(chǎn)生，診斷人員可通過信息查詢模塊進(jìn)行結(jié)果查詢，找出檢測失敗原因，對車輛進(jìn)行返修。數(shù)據(jù)分析模塊可以對測試的車輛在不同工位的測試時(shí)間，通過率以及測試失敗問題進(jìn)行總結(jié)分析，有助于電檢節(jié)拍的提高。設(shè)備管理人員可以通過設(shè)備管理模塊對檢測設(shè)備進(jìn)行管理，設(shè)備的自檢系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備自身風(fēng)險(xiǎn)評估，并把自檢結(jié)果上傳，如果有任何錯(cuò)誤，設(shè)備管理人員可以對設(shè)備進(jìn)行維修，讓因檢測設(shè)備造成的測試失敗率降低。

4 無線診斷模塊硬件方案

4.1 現(xiàn)階段電檢設(shè)備

傳統(tǒng)的整車下線診斷通常使用診斷儀與車輛和檢測設(shè)備進(jìn)行直接交互，進(jìn)行以太網(wǎng)連接，通過OBD診斷端口，激活路由，進(jìn)行車輛診斷數(shù)據(jù)的傳輸，因此，車輛網(wǎng)關(guān)只需要配置DOIP協(xié)議轉(zhuǎn)CAN， LIN， FlexRay等總線協(xié)議即可轉(zhuǎn)發(fā)診斷指令給子節(jié)點(diǎn)ECU。

4.2 云平臺無線電檢

如圖3所示，電檢服務(wù)器通過無線電波把診斷數(shù)據(jù)傳輸給車輛模塊TCAM， TCAM的MCU把WIFI/5G協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)發(fā)送給車輛網(wǎng)關(guān)，車輛網(wǎng)關(guān)和TCAM需要通過以太網(wǎng)連接，車輛網(wǎng)關(guān)首先轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)ECU的域控制器模塊，域控制器模塊再根據(jù)數(shù)據(jù)中的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)ECU。因?yàn)闊o線傳輸需要考慮到安全以及傳輸可靠性，因此需要在發(fā)診斷指令時(shí)先進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。電檢服務(wù)器和周邊系統(tǒng)也通過無線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[2，7]。

TCAM模塊內(nèi)部如圖4所示，通過WIFI獲取信息時(shí)需要有天線和Wi-Fi模塊，天線收發(fā)診斷信息，通過基帶處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號和無線信號的相互轉(zhuǎn)換[5]，通過5G/4G傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，5G模塊不能缺少，把數(shù)據(jù)傳遞給MCU來解析傳遞給DOIP模塊，但無論Wi-Fi還是5G無線傳輸都需要使用TCP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，保證數(shù)據(jù)不會(huì)“缺斤少兩”，能完整獲取到數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)采集通過不同總線采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸給TCAM，TCAM需要有DOIP模塊，負(fù)責(zé)解析構(gòu)造DOIP協(xié)議數(shù)據(jù)。

5 挑戰(zhàn)與展望

汽車生產(chǎn)期間，遠(yuǎn)程診斷可以跨工位地實(shí)現(xiàn)電檢初始化及功能檢測，遠(yuǎn)程診斷需要結(jié)合無線通信以及診斷指令，無線傳輸需要解決網(wǎng)絡(luò)安全等因素，對比有線診斷，無線診斷在自主診斷上優(yōu)于有線診斷，能減少人員參與，避免人為因素，但對于信息安全以及傳輸時(shí)間方面比不上有線傳輸，時(shí)延是無線診斷需要考慮需要突破的重要因素，目前5G技術(shù)尚未成熟，還有需要技術(shù)點(diǎn)需要突破，5G勝在速率高，信道多，傳輸期間能避免堵塞，但在加強(qiáng)加密、防追蹤、防欺騙等方面需要提高[6]，傳輸層選擇TCP進(jìn)行傳輸是為保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在搭建電檢系統(tǒng)平臺時(shí)需要還考慮一下幾點(diǎn)：

（1）服務(wù)器的穩(wěn)定性，因車廠產(chǎn)線的節(jié)拍需求較高，對請求速度有要求，因此，服務(wù)器的壓力測試必不可少。

（2）無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延影響。

（3）TCAM模塊總線協(xié)議的兼容。

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