一种基于OBD接口的车载LTE热点实现技术

一种基于OBD接口的车载LTE热点实现技术

介绍

随着移动通信技术的发展和移动智能终端的普及，随时随地的网络连接已经成为人们生活和工作的需求。 汽车用户越来越注重驾驶的智能化和舒适性。 行车过程中拥有稳定的网络连接以获得实时信息、导航、视听等服务已成为必备要求。 目前，部分机型在影音娱乐终端中集成了网络通信模块，或者其他即插即用的网络通信设备，没有可靠的固定安装方式来提供网络连接服务。 然而，此类设备高度依赖于特定型号。 它们通用性差，成本高，或者不满足行车安全要求，且均采用2G/3G通信网络，导致网络体验较差。

随着经济全球化和汽车国际化程度的日益加深，OBD（On Board，OBD）II系统将越来越广泛地用作驾驶性能和排放诊断的基础。 OBD II 编程要求避免系统混乱。 它不仅要求在制造商的文档中使用特定的部件编码和描述，而且还需要使用标准的16针诊断接口，将其形成统一和标准化。 每辆车都配备了标准形状和尺寸的 16 针诊断接口。 每个引脚具有相同的信号分布并且位于相同的位置。 它安装在仪表板下方、仪表板左侧与车辆中心线右侧300毫米之间。

4G LTE具有更强的连接能力和更广的覆盖范围，并且LTE系统在高速移动时具有低延迟和连接稳定性。 这些功能可以更好地改善车内用户的沟通和娱乐体验。

1 技术方案介绍

本文演示的技术方案基于OBD接口车载LTE热点实现技术，利用汽车标准OBD接口与车身连接，利用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OBD接口将设备与车身连接；

(2)电源管理单元对汽车电源进行处理，为设备的正常工作提供稳定的电源；

(3)主控单元对OBD接口获取的电源及相关信号进行分析，建立汽车点火/失速判断模型，并对设备的工作状态进行管理；

(4)Modem单元实现向4GLTE网络的注册和连接，并提供网络数据服务；

(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。

通过以上五个主要功能模块单元之间的交互连接，形成基于OBD接口实现车载LTE热点设备的核心技术方案。

2 具体实施

该方案针对现有车联网连接设备深度融入原有车载终端、对车型依赖性强、通用性差、或没有固定安装方式不利于行车安全的问题。 采用通用标准OBD接口将设备与车身连接。 固定在OBD接口，既实现了设备的多功能性，又兼顾了行车的安全。 该方案采用2G/3G通信网络进行现有车载网络连接，存在汽车高速行驶时网络速度低、网络连接稳定性差等问题。 因此，本文采用4G LTE网络通信技术，为用户在车载环境中提供高效可靠的网络体验。

技术方案如图1所示。该系统主要包括OBD标准接口单元、车辆电源管理单元、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OBD-II标准车型的无缝连接，提供系统运行所需的车身电源和OBD诊断信号；

(2)电源管理单元将车载电源转换为系统运行所需的电源，为主控单元、Modem单元、WiFi单元提供所需的工作电源，并对系统进行电源保护设计车辆复杂电磁环境的干扰。 保证系统运行所需电源的稳定性和可靠性；

(3)主控单元负责整个系统的电源管理，检测电源变化，建立点火/停止判断模型，根据机体电源状态的变化管理系统工作状态的转变；

(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，为车内用户提供接入网络的通道，并管理连接。

该方案的工作状态管理与转换如图2所示。系统由深度睡眠、正常工作、熄火工作、浅度睡眠、断电保护等几种状态组成。 深度睡眠状态是一种低功耗模式。 在这种状态下，汽车电瓶必须能够在42天不点火的情况下正常启动汽车。 根据电池容量和系统本身功耗，深度睡眠时系统功耗小于1mA。 该状态下没有网络热点服务。 待电压范围正常（9～16V）后，重新检测发动机点火，进入正常工作状态。 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。 在此状态下，汽车关闭，系统继续提供LTE网络热点服务。 超过设定时间后，系统进入浅睡眠状态； 浅睡眠状态关闭网络通信和无线连接服务，系统处于待机状态以降低功耗。 在此状态下，重新检测汽车点火后，可以快速恢复网络连接，提供LTE网络服务，车辆进入正常工作状态。 该状态下，超过设定时间后，进入深度睡眠状态； 检测到电源异常后，进入系统保护状态，WiFi无法连接，无LTE网络服务。 检测到电源恢复正常（9～16V）后重新启动点火，进入正常工作状态。

该方案的基本工作流程如图3所示，主要流程如下：

(1)系统第一次上电或复位后，进行必要的时钟配置和初始化，并处于低功耗等待唤醒（深度睡眠）状态。

(2)唤醒条件检测。 根据汽车点火时负载的瞬时增加和电源开关的变化特性，设计了电压监测门电路。 当电压在设定时间内先下降后上升，且下降期间的最大电压低于预设阈值时，上升稳定。 当最低电压高于预设阈值时，作为系统唤醒事件处理。

(3)系统唤醒后，对电压变化数据和发动机产生的振动进行建模分析，判断当前汽车是否处于点火状态。

(4)如果根据模型分析汽车处于点火状态，此时没有建立LTE网络连接，并且车内没有提供无线网络覆盖，则初始化Modem和WiFi单元，注册并配置连接LTE网络，以及无线网络接入服务； 在提供网络服务的同时，持续采集实时电压、振动变化数据进行模型分析，监控车身电源管理状态。

（5）根据模型分析，如果汽车处于关机状态，根据此时的网络服务建立状态，根据熄火时间进行降耗待机或超低功耗休眠处理。

3 结论

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，减少了汽车用户的设备支出成本，同时设备固定安装在带有OBD接口的汽车本身上，这种实现方式大大提高了行车安全。

采用4G LTE通信技术进行网络连接，可以大幅提升通信速率，增强汽车高速行驶时网络连接的稳定性，改善车内用户的网络体验。 同时，该方案不仅为车载用户提供LTE热点支持，使用户个人移动设备与网络保持实时、快速的连接，也构建了高速、稳定、安全的网络环境。通过该技术打造互联网环境的互联网生态系统，为未来的智能交通提供了无限可能。