一种基于OBD接口的车载LTE热点实现技术

引 言

随着移动通信技术的发展，移动智能终端大力普及，随时随地的网络连接成为了人们生活、工作的需求。汽车用户越来越注重行车的智能化、舒适性，在行车过程中能进行稳定的网络连接以获取实时资讯、导航、视听等服务已成为必备要求。目前已有部分车型通过在音响娱乐终端集成网络通信模块，或其它没有可靠固定安装方式的即插即用网络通信设备，以提供网络连接服务，但此类设备对具体的车型依赖性较强、通用性差、成本较高，或不符合行车安全需求，且均采用 2G/3G 通信网络，网络体验较差。

随着经济全球化和汽车国际化的程度越来越高，作为驱动性和排放诊断基础，OBD（On Board Diagnostics，OBD） Ⅱ系统将得到越来越广泛的应用。OBD Ⅱ程序设计要求避免系统混淆，不仅要求使用特定的编码及在制造商的文件中对部件进行说明，还要使用标准的 16 针诊断接口，以形成统一，使其标准化。每辆车都装有一个标准形状和尺寸的 16 针诊断接口，每针的信号分配相同，且均位于相同位置，安装在仪表盘下方，位于仪表盘左边与汽车中心线右 300 mm 之间。

4G LTE 具有更强的连接能力和更宽广的覆盖范围，且LTE 系统具有低延迟特性、高速移动状态下的连接稳定性， 这些特性可以更好地提升车内用户的通信及娱乐体验。

1 技术方案简介

本文所展示的这一技术方案基于 OBD 接口的车载 LTE 热点实现技术，以汽车的标准OBD 接口和车身进行连接，以4G LTE 技术进行网络连接，从而提供通用、高速、稳定的车内 4G LTE 热点。基本技术方案如下：

(1) 通过标准的 OBD接口实现设备与车身的连接；

(2) 电源管理单元进行汽车电源处理，为设备正常工作提供稳定电源；

(3) 主控单元对 OBD接口获取的电源及相关信号进行解析，建立汽车打火 /熄火判断模型，进行设备工作状态的管理；

(4) Modem 单元实现 4GLTE网络的注册、连接，提供网络数据业务；

(5) WiFi单元实现车内无线网络覆盖，为车内用户提供网络接入。

通过以上 5 个主要功能模块单元之间的交互连接，组成核心技术方案，实现基于 OBD 接口的车载 LTE 热点设备。

2 具体实施方式

该方案针对现有车载网络连接设备深度集成于原车终端、对车型依赖程度高、通用性差，或者无固定安装方式不利于行车安全等问题，采用通用标准OBD 接口与车身连接的方式， 将设备固定于 OBD 接口处，既实现了设备的通用性，又兼顾了行车的安全性。该方案针对现有车载网络连接采用 2G/3G 通信网络，存在网络速率低，汽车在高速行驶过程中网络连接稳定性差等问题。故文中采用 4G LTE 网络通信技术，为车内环境用户提供高效、可靠的网络体验。

技术方案如图1 所示。系统主要包括 OBD 标准接口单元， 车载电源管理单元，主控单元，Modem 单元，WiFi 单元。

(1) OBD接口单元采用符合 SAE-J1962标准的接口，实现与所有符合 OBD- Ⅱ标准车型的无缝连接，以提供系统工作所需的车身电源、OBD诊断信号；

(2) 电源管理单元实现车载电源到本系统工作所需电源的转换，为主控单元、Modem 单元、WiFi单元提供各自需要的工作电源，并针对车载复杂电磁环境的干扰进行电源保护设计，以保证系统工作所需电源的稳定性及可靠性 ；

(3) 主控单元负责整个系统的电源管理，对电源变化进行检测，建立打火/熄火判断模型，根据车身电源状态变化进行系统工作状态的转换管理；

(4) Modem 单元进行LTE网络注册、网络连接、网络防火墙、账户管理等服务；

(5) WiFi单元负责车内无线网络的覆盖，提供车内用户访问网络的通道，对连接进行管理。

方案的工作状态管理及转换如图 2所示。该系统由深度休眠、正常工作、熄火工作、轻度休眠、电源保护几种状态组成。其中深度休眠状态为低功耗模式，此状态下需满足汽车蓄电池在 42天不打火的情况下还能实现汽车的正常启动，根据蓄电池容量及系统本身功耗，深度睡眠时系统功耗小于 1 mA。此状态下无网络热点服务，重新检测到发动机点火，且电压范围正常（9 ～16 V）后进入正常工作状态 ；在正常工作状态下， 系统可实现车内无线网络覆盖，提供 LTE 无线网络通信热点服务。此状态下，汽车熄火，系统继续提供 LTE  网络热点服务， 且超过设定时间后系统进入轻度休眠状态 ；轻度休眠状态关 闭网络通信及无线连接服务，系统处于降低功耗的待机状态。 此状态在重新检测到汽车打火后，可快速恢复网络连接，提 供 LTE 网络服务，则进入正常工作状态。在此状态下，超过 设定时间后，进入深度睡眠状态 ；在检测到电源异常后进入 系统保护状态，WiFi 不可连接，无 LTE 网络服务，在检测到 电源恢复正常（9 ～16 V）且重新打火后进入正常工作状态。

该方案的基本工作流程如图 3 所示，主要过程如下：

(1) 系统在第一次上电或复位后，进行必备的时钟配置及初始化，处于低功耗等待唤醒（深度休眠）状态。

(2) 唤醒条件的检测。根据汽车点火时负载瞬间变大以及电源切换的变化特性，设计电压监测门电路，当电压在设定时间内先下降再上升，且下降时的最高电压低于预先设定的阙值，上升稳定后的最低电压高于预先设定的阙值时，作为系统的唤醒事件进行处理。

(3) 系统唤醒后，对电压变化数据、发动机产生的震动量变化进行建模分析，以判断当前汽车是否处于打火状态。

(4) 如果根据模型分析后的汽车处于打火状态，且此时没有建立LTE网络连接、未提供车内无线网络覆盖，则初始化 Modem、WiFi 单元，进行 LTE 网络的注册、连接，以及 车内无线网络的接入服务；在提供网络服务的同时，继续实时 采集电压及振动量变化数据进行模型分析，以监测车身电源 管理状态。 

(5) 根据模型分析后如果汽车处于熄火状态，则根据此 时的网络服务建立状态，根据熄火时间进行降低功耗待机或 超低功耗休眠处理。

3 结 语

与现有技术方案相比，该方案实现了设备的通用型，即所有符合 OBD Ⅱ标准的车型都可以直接安装，降低了汽车用户的设备支出成本，同时将设备固定安装于汽车本身具有OBD 接口上的这种实现方式大大增强了行车的安全性。

利用 4G LTE 通信技术进行网络连接，可以极大地增强通信速率、增强汽车高速行驶状态下的网络连接稳定性，提升车内用户的网络使用体验。同时，该方案不但为车内用户提供LTE 热点支持，使用户的个人移动设备与网络保持实时快速连接，且通过该技术所构建的高速、稳定、安全的互联环境也为未来打造互联生态圈和智能交通提供了无限可能。