自动驾驶技术栈——车载TBox基础简介

一、车载T-Box简介

车载T-Box，英文全称是Telematics Box，是车载通信模块的核心组件，它是嵌入在汽车内部的通信设备，主要用于收集、处理并传输车辆运行数据，提供车载设备间的无线通信和远程控制等功能。

T-Box通常集成了GPS/GNSS定位、蓝牙通信、低功耗Wi-Fi等模块，通过无线通信网络如4G/LTE、5G等与外部服务器互联。
T-Box为整车提供了行驶数据采集、行驶轨迹记录、车辆故障监控、车辆远程控制等功能，使得车主可以实时了解车辆状态并进行远程控制。
T-Box作为通信终端产品，其产品的常见样式是安装在汽车仪表盘下方的带有无线通讯功能的盒子，盒子中可能会内嵌一张移动运营商的SIM卡，盒子中涉及的操作系统有Linux、Android等，盒子中配备有GPS天线和4G天线等。
二、车载T-Box的工作原理

车联网主要包含主机、T-BOX、手机APP、后台系统，而手机APP与后台系统的通信是基于T-Box来完成的。
车载T-Box与主机通过CAN总线进行通信，以实现控制指令和消息的传递。
当用户通过手机APP发送”启动车辆、打开空调、调整座椅”等控制命令后，后台系统会收到来自APP的请求，然后会发出控制指令到车载T-Box上。车载T-Box再通过CAN总线发送控制报文来实现对车辆的控制，最后将处理结果反馈到用户的手机APP上。
除了使用CAN总线，T-Box中常见的设备间通信方式有SPI、UART、I2C等。
MCU通过UART与Wi-FI、蓝牙、4G模组、GPS定位等模块进行异步通信。
MCU通过SPI与Flash闪存存储器等模块进行高速的同步通信。
T-Box与后台系统的通信还包括语音和短信两种形式，基于短信的通信方式主要用于一键导航及远程控制等功能。
T-Box上的MCU主要用来完成电源管理以及CAN总线接入等功能。

参考恩智浦的T-Box LPC5516产品设计图：
MCU通过UART串口与Wi-Fi、4G模组、GPS等模块进行通信。

三、车载T-Box的电路结构

(1).瑞萨电子的T-Box产品设计图

(2).恩智浦的S32K T-Box产品的设计图

四、车载T-Box的主要功能

1.汽车网络准入
T-Box可以让整车接入到运营商网络，通过4G/5G信号进行车云互联，给车机等设备提供上网服务。
2.OTA升级
随着汽车智能化的发展，在4S店进行本地升级维护的方式已不再适用于高速变化的车载软件生态。
T-Box为汽车配备了Wi-Fi或蜂窝数据连接，用于接收OTA升级包，允许汽车制造商通过无线网络远程更新车载软件，而无需车主将车辆送到遥远的服务站或4S店。
T-Box提供的OTA升级服务主要是基于FOTA的远程固件升级。

3.远程控制
用户通过手机APP控制车门开关、调节空调等。手机APP首先将控制指令发送给服务端，然后服务端将控制指令发送给T-Box，T-Box将控制指令转换成CAN消息，通过CAN总线通知各个ECU执行相应操作。
4.远程诊断
T-Box在汽车行驶过程中检测汽车的故障信息，将故障码上传至后台服务，车载系统在不打扰车主的情况下复检故障信息。在确定是故障后，车载软件配合后台服务进行远程故障消除，并将无法消除的故障以短信方式发送给车主，使车主提前知道汽车存在的故障信息，防患于未然。
远程诊断的基本原理是T-Box通过CAN总线与整车软件进行通信，最终获得车载娱乐系统的CAN数据、车载诊断系统的CAN数据，并作出相应的处理。
5.eCall紧急呼叫
eCall，全程是Emergency Call，是欧盟于2017年底强制要求的所有上市新车必须配备的汽车紧急呼叫系统。
eCall支持手动触发和自动触发两种方式。用户手动按下实体按键(SOS)后发生手动触发，车辆发生紧急碰撞后安全气囊弹出时产生自动触发。
车辆发生碰撞时，T-Box检测到碰撞信号后会自动拨通eCall求救电话，后台会根据车辆位置信息及时安排相应的救援服务。
6.平台监控/监管
根据相应的国家标准和技术规范，T-Box会将新能源汽车上的数据实时发送给企业安全检测平台，然后由平台上报给地方监管平台和国家监管平台。

代码细节：
T-Box的远程控制、远程诊断可以基于发布/订阅的通信模式，采用MQTT协议来实现。远程控制期间，用户通过手机APP发送控制命令，该控制命令以对应的MQTT的topic发送给了云服务器端，车载软件从云服务器端接收并解析该topic对应的payload内容，将解析后的内容转换成CAN消息来通知各个ECU完成相应操作。
五、车载T-Box的常见测试用例

T-Box连接状态检测，断开网络后是否重连。
T-Box的GNSS定位功能和定位准确性检测。
T-Box与其他ECU模块的通信是否正常。
T-Box是否可以成功获取车辆的实时车速、油耗等。
T-Box是否可以远程启动车辆。
T-Box是否可以对车载固件进行版本升级。
T-Box是否可以解析车辆的故障码。

六、参考阅读

https://www.renesas.cn/zh/applications/automotive/vehicle-control/car-telematics-box-module#winning_combinations_interactive_diagram
https://cn.neoway.com/details/111.html
https://www.wpgdadatong.com/blog/detail/74158
https://delikely.eu.org/2021/08/15/TBOX-Main-Function/
https://www.ablic.com/en/semicon/applications/telematics-control-unit-cn/
https://www.nxp.com/design/design-center/development-boards-and-designs/s32k148-automotive-telematics-box-t-box:S32K148-T-BOX