OBD车载智能终端的现状及应用实践

OBD模式车联网的兴起是由于传统车联网服务功能并不具有良好的用户黏性，很多传统功能如娱乐、路况及位置显示、导航、救援等通过智能手机就可以实现。而车联网首先必须以车为中心，除传统娱乐功能外，还需要实时监测其防盗、车况、用车情况、汽车维护、保险等。当然这就需要汽车本身的参与，这样不但能解决车主需求，还能大大提高用户对某品牌车辆的忠诚度。

1.OBD接入方式

与车载智能终端建立通信的部分包括汽车ECU、各种外置传感器、显示终端和云端等。基于OBD的车载智能终端网络结构如图5-10所示。

图5-10 基于OBD的车载智能终端网络结构图

车载智能终端主要负责：通过OBD接口与汽车ECU建立通信；接收外置传感器信号；将读取到的汽车和传感器数据通过无线网络传输给智能手机等显示终端和云端，同时接收来自显示终端和云端的控制指令。

显示终端主要负责：将车载智能终端数据显示给用户；把汽车数据和用户行为数据传输给云端分析；接收用户输入的控制指令，并把控制指令和相关数据请求发送给车载智能终端。

云端主要负责：接收来自车载智能终端和显示终端数据；分析数据，并提供数据服务（推荐、预警等）给用户。

基于OBD的车载智能终端主要有三种网络接入方式，即蓝牙接入（见图5-11）、2G/3G/4G移动通信接入（见图5-12）和Wi-Fi接入。目前市面上大部分的终端可以支持一种或多种接入方式。

图5-11 蓝牙接入

图5-12 2G/3G/4G移动通信接入

1）蓝牙接入

蓝牙技术是一种应用于便携设备和装置之间的短程无线通信技术。2010年，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）发布4.0核心规范（蓝牙4.0协议），主要包括蓝牙低功耗技术（BLE），又称智能蓝牙技术。蓝牙4.0协议突破了功耗技术瓶颈，使一粒纽扣电池可以持续工作数年之久，极大地提高了蓝牙技术在物联网中的应用价值，同时扩展了其使用范围。

蓝牙4.0协议在开放空间下支持射程（range）范围可达150 m左右，输出功率（output power）约为10 m W，最大电流（max current）为15 m A，延迟（latency）即连接建立时间仅需3 ms。该协议允许正在进行广播的设备连接到正在扫描的设备上，从而避免重复扫描，优化了连接建立机制，极大地缩短了连接建立时间。该协议采用星型拓扑结构实现一对多的连接，使得设备在建立连接和断开连接之间切换灵活，支持连接设备数量（connections）大于20亿个。调制模式（modulation）采用2.4 GHz的GFSK（Gaussian frequency-shift keying，高斯频移键控）模式，减少了数据收发复杂性。该协议采用24位CRC（循环冗余校验）码自适应调频技术，确保在受干扰时具有更大的稳定性。安全性（security）方面使用基于CCM模式（由计数器（CTR）模式和密码块链接消息鉴权代码（CBC-MAC）模式相结合构成）的AES-128完全加密。在深度休眠状态下，该协议支持主机长时间处于超低负载循环状态，同时通过增大数据发送间隔时间，以及采用先进的嗅探性次额定（sniff-subrating）功能连接模式，使得休眠电流（sleep current）可降低至1μA。(www.xing528.com)

基于OBD的车载智能终端要求设备兼具智能性和低功耗。终端智能性的表现之一就是能够在第一时间完成设备唤醒并建立连接。低功耗主要要求设备在待机或休眠状态下，功耗尽可能减小，不会大量损耗汽车蓄电池电量。蓝牙4.0协议极低的运行和待机功耗，以及优化的休眠机制，同时满足车载智能终端智能性和低功耗的需求。

2）2G/3G/4G移动通信接入

随着移动通信技术的快速发展，国内移动通信现状是2G、3G和4G并存。2G网络广泛采用时分多址（TDMA）技术。国内主流的GSM标准支持移动话音业务，其传输速率为9.6 kb/s；GPRS标准支持移动数据业务，传输速率为56～114 kb/s。3G网络广泛采用码分多址（CDMA）技术。国内三大运营商中国移动、中国联通、中国电信分别采用TD-SCOMA、WCDMA、CDMA2000技术。3G标准的理想数据传输速率是2 Mb/s，在用户高速移动时可达144 kb/s，在低速移动时达到384 kb/s。4G网络采用正交频分复用（OFDM）、智能天线、软件无线电等先进技术，其数据传输速率提高到100 Mb/s，能够满足移动用户高质量的影像服务。

目前，基于OBD的车载智能终端需要传输的数据量较小，其业务主要为基础数据业务，使用2G移动通信模块即可实现数据的实时传输。随着功能逐步向多元化发展，未来的车载智能终端需要更多地支持影像等多媒体数据业务，可通过配置3G/4G移动通信模块实现大流量高带宽数据传输。移动通信模块同时也是实现控制汽车、防盗报警等功能的重要组成部分。

3）Wi-Fi接入

Wi-Fi是一种基于IEEE 802.11标准创建的、目前使用最为广泛的无线网络传输技术，传输速率可达54 Mb/s。车载Wi-Fi是通过3G/4G无线上网卡将信号转化为Wi-Fi无线信号，以供多个接入点共享。

基于OBD的车载智能终端可以通过专用车载Wi-Fi设备接入网络，实现信息传输。同时，车载智能终端也可自身集成Wi-Fi模块，实现与手机等车内设备互联。

2.OBD协议

OBD通过ECU监测与排放有关的部件实现对车辆的监测。当汽车出现故障时，故障指示灯（malfunction indicator light，MIL）会在汽车仪表板闪烁，以提示驾驶员。美国汽车工程师协会（SAE）率先推动车载诊断的标准化，命名为OBD-Ⅰ。引入OBD的最初目的是为鼓励汽车制造商设计更可靠、更环保的排放控制系统。然而随着时间的推移和科技的进步，ECU能够提供更多的诊断和传感器数据，以帮助汽车技师识别车辆问题来源，OBD-Ⅰ逐步发展为OBD-Ⅱ。OBD-Ⅱ是OBD标准的提高版和强制版。在北美，1996年以后销售的所有汽车都支持OBD-Ⅱ。在我国，2006年以后销售的汽车都要求支持OBD-Ⅱ。

OBD提供统一的16 pin外部接口，具备数据传输功能。车载智能终端从OBD接口可以读取到以下几类数据：仪表板数据、OBD-Ⅱ故障码数据、安全相关数据和ECU数据。由于车厂的保护，部分数据为私有协议数据，即不同车厂对其制定不同的协议标准。

仪表板数据包括里程、速度、转速、冷却液温度、剩余油量等，其中部分数据是私有协议数据。仪表板数据是汽车最基础的信息，易于用户理解。基于OBD的车载智能终端可以安全地读取仪表板数据。

OBD-Ⅱ故障码由不同数量的字符组成，包括数字和字母，其中一部分故障诊断代码是通用的，另一部分由汽车制造商特别制定。当汽车ECU监测到故障时，故障码被存储在ECU存储器中。车载智能终端通过OBD接口与ECU进行通信，获取ECU监测的故障码，从而进行解读。故障码的标准解释一般专业性很强，用户难以理解。基于OBD的车载智能终端可提供更为人性化的故障解读，例如说明故障出现的原因，以及提示用户应该如何处理等。通用的OBD故障码有3000条左右，终端需对其进行归类分级，只对等级高的故障进行警告提示，以减少用户在使用中频繁触发一般故障的困扰。

安全相关的数据包括ABS（防抱死制动系统）和气囊信息等。车载智能终端一般不可读取此类数据，尤其在汽车行驶中，否则可能导致部分汽车仪表板故障灯误闪，甚至造成更为严重的后果。

ECU数据指ECU通信的全部数据，也包括所有私有协议数据。在汽车行驶时，车载智能终端读取此类数据存在一定的风险。