基于RMU 终端的车辆远程升级系统应用研究

卢 超， 朱晓丽， 施茂浩， 胡世东， 李 豪， 沙雪莹

（1.上汽通用汽车有限公司武汉分公司， 湖北 武汉 430000；2. 泛亚汽车技术中心有限公司， 上海 201201）

1 前言

随着汽车智能网联技术的快速发展［1-2］，汽车电子化程度也越来越高，“软件定义汽车”已成为汽车未来的发展趋势［3］。汽车电子系统越来越复杂，随之而来的是车辆软件系统频繁迭代升级，这些升级包括修复软件故障以及影音娱乐和智能驾驶系统的功能迭代更新等。特斯拉是第一个将远程升级 （Over the Air Technology， OTA） 技术应用于汽车领域的主机厂，随后以蔚来为首的国内新能源造车新势力也大量在其汽车产品上应用OTA技术［4］。通过OTA技术可以快速修复整车电子系统的软件缺陷问题，提升车辆品质和用户体验，降低质保成本［5-7］。传统主机厂汽车品牌由于受原有整车电子架构限制，其在现有汽车产品中对OTA技术的应用则相较迟缓。目前大多数传统主机工厂在处理新车型样车制造和售后阶段的软件缺陷问题时，还无法通过车载OTA技术实现软件升级更新，基本采用传统人工手持移动电脑和NeoVI Fire/Fire2硬件设备连接车辆诊断接口手动刷写完成ECU软件升级。

本文提出一种基于RMU （Remote Monitor Unit，远程控制设备） 终端的车辆远程升级技术方案。通过在车辆OBD诊断接口外接RMU设备，建立车辆端与云服务器端之间数据通信，以实现对整车CAN总线车身控制、底盘制动及动力总成等系统ECU软件的远程自动刷写升级。本技术方案立足于车辆研发、制造和售后阶段软件升级需求，以快速实施升级任务为目标，以灵活性、适配性、便捷性为开发方向，结合整车网络架构进行开发设计。

2 RMU远程升级系统的设计与实现

远程升级存在两种模式：主动升级模式和被动升级模式［8-9］。对于主动模式来说，车辆可以自动检测是否存在新版本软件更新的需求，通过人机交互界面提示用户完成相关软件升级，例如特斯拉和蔚来就属于此类。被动升级模式则需云端服务器首先下发升级任务指令，车辆终端接收到指令后才能执行远程升级操作。本文提出的基于RMU终端设备的远程升级方案属于被动升级模式。

2.1 RMU远程升级系统整体架构

基于RMU的远程升级系统整体架构包含RMU终端设备、云端服务器管理平台、升级监控系统和升级对象4个组成部分，图1为RMU远程升级系统架构。RMU终端设备是一个便携可插接的远程控制模块，支持4G移动网络通信，用于连接云端服务器与车辆CAN网络，实现数据下载、实时通信、ECU升级等功能。云端服务器管理平台是一个由多台服务器组成的服务器集群，用于实现和完成对车辆信息、软件信息以及升级策略的存储管理。升级监控系统包括可视化的Web网页和移动端APP。升级对象为车辆CAN总线车身控制、底盘制动以及动力总成等系统的ECU控制器。

图1 RMU远程升级系统架构

2.2 RMU终端

RMU终端是一个便携可插接的远程控制设备，支持4G移动通信，通过线束与车辆OBD连接，用于实现车辆与云端服务器平台之间的通信服务，同时控制对车辆CAN总线ECU的刷写升级服务。

2.2.1 RMU硬件结构

RMU设备最初作为试制工程车辆和耐久路试车辆的黑匣子，用于自动录取车辆CAN总线报文信息［10］，远程监测车辆状态和位置信息。RMU设备硬件外观如图2所示。

图2 RMU硬件

RMU机身外形尺寸为：长142mm/宽90mm/高35mm，整机330g，直流工作电压范围9～16V。机身上含有4个外部接口：一个24针主插接件接口，与车辆OBD连接，实现与车辆CAN网络通信；一个天线接口，用于增强4G/WIFI/GPS信号；SD卡接口，使用SD卡存储器，用于存储升级文件和刷新日志；USB接口，用于连接外部USB设备。此外，机身上有一组LED指示灯，对应指示信息见表1。

2.2.2 通信服务

RMU的通信服务分为：①通过4G网络与云端服务器的远程通信，包含升级任务指令的下发，车辆信息的上传，升级文件的下载，升级状态上报和刷新日志上传；②RMU与升级车辆CAN总线ECU通信，包含了报文的发送及接收，设备信息的传输，升级条件判断及升级文件存储，如图3所示。

1） 下载升级包文件。云端服务器平台根据升级任务和车辆架构信息生成相应的升级包文件，并将升级包文件信息推送给RMU终端。RMU终端接收到升级包推送信息后，自动校验本地SD是否存储有对应升级包文件。若本地存在，则跳过下载步骤；若本地没有，则会向云端服务器发出升级包文件下载请求，并在下载完成后校验升级文件包的完整性。完整性校验通过则整个下载流程完成，若不通过，则会重新请求下载升级包。

2） 升级包文件下载完成后，RMU终端对Utility刷写脚本文件进行解析，根据脚本文件规定的刷写步骤及反馈信息逐步执行刷写流程，直到刷写升级完成。

表1 RMU指示灯含义

图3 RMU通信服务

3） 在升级过程中，RMU终端会读取刷写进度状态，并将信息实时上传至云端，云端服务器将数据解析后通过Web网页和移动APP展示给用户。

2.2.3 ECU刷写脚本控制

RMU终端通过对Utility脚本文件的解析，实现对车辆CAN总线ECU的刷写控制。表2详细介绍了RMU终端对车辆ECU刷写的脚本控制流程，本脚本控制流程基于UDS通信诊断服务协议。

2.2.4 断电保护

RMU终端内部设有备用电池，以备外部电源突然断电情况。此外，当RMU终端检测到可能导致损坏的危险情况时，也会自动切断电源停止运行来保障安全。

表2 ECU刷写脚本控制流程

2.3 云端服务器管理平台

云端服务器管理平台是一个由多台服务器组成的服务器集群［5］，包括1台负载均衡服务器，4台实时数据处理服务器，1台数据库服务器和1台刷新分发服务器。其中，负载均衡服务器负责将收到的车端信息分配到不同的实时处理服务器进行具体处理，并将任务信息推送到刷新分发服务器进行云端和车端的信息交互，数据库服务器用于存储车辆信息和升级软件文件，并实时存储车辆的升级进度和状态信息。通过云端服务器平台可以实现对车辆信息管理、软件信息管理和升级策略管理的功能。

2.3.1 车辆信息管理

云端服务器管理平台用于存储和管理车辆相关的信息，这些信息涵盖了总线架构、车型、车辆配置、VIN码以及ECU信息等。由于配置及设计的差异性，同一电子架构下存在多种车型，同一车型则会使用相同配置的ECU，以车型为管理单位，可以更加便捷地对刷新主体进行管理。通过平台同步及手动添加的方式，既能及时对全部车辆进行管理，也能灵活配置特殊升级任务的车辆，达到灵活性与稳定性并存。

2.3.2 软件信息管理

对车辆ECU进行刷写前后，RMU终端会根据云端任务配置读取升级车辆的ECU相关信息，包括ECU硬件信息、软件版本、升级日期等信息，并将采集的数据传输至云端管理平台，在云端服务器进行统一的存储、分析和管理。云端平台根据上传的软件版本信息对车辆ECU进行跟踪管理。

2.3.3 升级策略管理

升级策略分为云端升级策略、终端升级策略以及多ECU刷写的连续升级策略。RMU终端从车端获取车辆VIN号信息后，会将车辆VIN号和RMU设备序列号等作为登录信息上传至云端服务器管理平台，云端判断确认车辆VIN号在升级任务车辆列表内后，将升级任务推送给RMU终端。RMU终端判断满足条件后会跳转到刷写模式，并从云端下载相应的配置文件。配置文件会要求终端设备从车端获取相应的信息，作为刷写执行的依据。云端升级策略会要求RMU终端读取ECU的故障码和软件版本等信息，终端设备将信息上传至云端后，云端进行判断并指示RMU终端是否继续执行刷写任务。云端判断满足刷写条件后，RMU终端会根据终端升级策略判断是否满足刷写条件，如判断车辆点火状态、蓄电池电压等信号是否达到设定的阈值。同一台车的多个ECU连续刷写时，可能存在依赖关系，继续升级策略控制了多ECU刷写流程。

2.4 升级监控系统

对升级进程进行实时监控是完成升级任务必不可少的环节。RMU远程升级监控系统包括Web端网页和移动端APP两个组成部分。

Web网页可以实现对远程升级任务执行状态的实时可视化监控。通过Web控制页面可以实时监控升级任务中车辆的刷写状态，并对ECU升级情况进行操作控制，例如通过Web网页监控发现某升级任务中某台车辆的某个ECU刷写失败后，则可通过控制页面对该ECU重新下发刷写指令，进行二次升级直至成功。

移动端APP是一种更便捷的监控方式，通过手机登陆APP可以实时查看升级任务中各车辆ECU升级进度和状态。移动端APP页面包含“任务列表”和“统计列表”两个部分。“任务列表”涵盖了历次升级任务，升级任务中囊括了升级车辆信息，车辆信息中又包含了具体ECU的升级情况，清晰地展示了当前及历史升级任务的完成情况；“统计列表”将历史升级任务信息数字化呈现，可生成升级成功率等品质报表，对远程升级情况进行客观评估。

3 RMU远程升级工作流程

图4展现了RMU远程升级的基本工作流程，具体如下所述。

1） 通过Web端网页登陆RMU远程升级云端服务器平台，针对需要升级车辆创建升级任务，并下发升级任务指令；将RMU终端设备连接到车辆OBD端口，放置车内，如图5所示。RMU终端通过4G移动网络与云端服务器平台自动连接通信，接收云端服务器下发的升级任务指令。

2） RMU终端通过OBD端口与车辆CAN总线进行数据通信，读取待升级车辆VIN码以及ECU软件版本等信息，并上传至云端平台进行判断校验。

3） 校验完成后，RMU终端自动从云端平台下载配置文件，脚本控制文件以及软件升级包。

图4 RMU远程升级工作流程图

4） RMU终端完成对脚本文件解析，通过OBD通信自动控制和完成对车辆CAN总线ECU软件的刷写升级操作。

5） 在对车辆ECU刷写升级的同时，RMU终端实时将升级进度和状态上传至云端服务器平台。

6） 通过Web网页和手机APP登陆云端服务器管理平台，实时跟踪监控车辆升级进度和状态。

图5 RMU终端与车辆OBD连接情况

4 结束语

本文提出了一种基于外接RMU终端设备的车辆远程升级技术方案，具有安全、便捷、可靠和成本低等特点。本技术方案已在企业内部实施应用，在行业内属于首创。对于传统主机厂来说，在目前OTA技术还未发展成熟和大范围应用的背景下，基于RMU终端的远程升级技术方案具有特殊实用价值和意义。