车载CAN总线网络数据访问及研究意义

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车载CAN总线网络数据访问及研究意义 [复制链接]

汽车是我们生活中不可缺少的代步工具，搭载先进的ECU控制单元、高精传感器、高性能的执行器，并融合现代4G/5G通讯与定位网络技术的智能网联汽车已经走向了我们的生活之中。通过TBOX终端实现了车与车、车与互联网、车与智能交通、车与智慧小区、景区之间的信息传输，实现了车载网络的多融合生态。

 

我国汽车保有量还在持续不断的增长，中国也会快速进入到汽车社会与发达国家拉近千人保有量的距离，智能汽车更是得到飞速的发展，虽然整车销售略有下滑，但是汽车出行需求一直欠饱和，无法覆盖全面。2020年国内智能汽车硬件市场预计规模为2000亿，其中安全系统和自主驾驶相应空间为1128亿、415亿。2020年全球智能硬件市场规模可达7000亿，以安全系统和自主驾驶为代表的智能驾驶系统占半壁江山。

计算机电子通信技术极大提高了人们的驾乘体验，信息技术在汽车上的运用越来越广，汽车将越来越变得智能。所有与智能相关的，随之而来的安全问题也愈发突出。如果随着汽车外部访问的接口增多，有OBD，有CAN，有网关等。车载总线的开放程度也越来越高，博世、维克多、中汽中心、速锐得可以通过这些接口轻易访问车载CAN网络，对CAN网络的数据进行采集和适配，生成新的DBC文件用于测试及仿真。

 

目前针对车载CAN总线了解的多，实战的少，基于大数据的智能网联汽车更是少之又少，平台和企业对于信息的缺乏和监管，显得掣肘。以前的汽车，车载电子控制单元少，有的就一个ECU，甚至都没有BCM和更多的电子控制单元，对外的接口极少，非标准化，有的高端车内的CAN总线，又带一个封闭的内网网关，为此，针对汽车CAN总线数据采集和利用的企业屈指可数。大部分的企业等着车厂授权，造成了僧多粥少的局面。

 

通过汽车车载网络外部接口访问，例如通过蓝牙连接、OBD诊断接口、双绞线的CAN线及总线网关控制器等连接到关键ECU控制单元，获得对应的消息和数据，又是一项长期，关键、核心的，路人皆知但又无法实施的一项技术服务。很多客户根本无法承担其开发、差旅、工具、装置的周期和市场，不少的项目，只能看着流产。

 

因此，研究车载CAN总线网络的数据信息也是智能汽车信息最关键的信息，也是平台需要、运营需要、制造需要、用户需要的关键信息之一，研究这些汽车网络信息具有十分重要的行业价值和实践意义。

 

目前，针对车载网络、智能汽车关键是后续的数据利用问题，比如现在有基于国密芯片的数据加密，应用于国六柴油车污染治理4G远程排放管理车载终端H6 (远程OBD)GB-17691，也可以在一些轻型广播认证协议针对汽车CAN总线的数据算法加密，如奇瑞PEPS通过时间与周期加密可实现远程启动汽车场景的应用。也可以由服务器向TBOX等设备按照消息包处理加密，进行数据与设备之间的认证，相互完成认证的控制单元在进行数据传输的时候接收这些加密信息，从而进行可靠性极高的数据加密传输。

 

其二，我们在设计DBC文件的时候，有经常用到一个技术，CAN消息的时间间隔分析，在汽车CAN数据交互传输的过程中，加入一个轻量级的检测算法，该算法可以成功监测到毫秒级的消息来源，使数据形成一定结构化，有效保护数据网络传输，产品应用中，实现更高的可靠性，不过，这个成本比较大，就是针对不同的车，在软件开发过程中会比较消耗研发资源，也是需要长期投入，但是后期收益大。

 

其三，更牛逼的就是协同检测算法，基于模型可以量化数据安全性及每个CAN ID的保密性、完成性及可用性，有利于实现车载网络与安全机制融合构建。

 

行业采用的方法一般都是欲扬先抑，2013年美国黑客大会两位开发者攻击丰田普锐斯和福特翼虎汽车的控制系统，2015两位黑客展示用笔记本在几公里以外控制JEEP Cherokee，2016年也是两位黑客对JEEP 自由光下手，成功控制了转向与刹车，当然，他们后边都找了份好工作。由此可见，两人是比较重要的，其实分工来说就是一个软件一个硬件，在勤劳的中国人里，软硬件都懂的人太多了，2人组合的部分人里，有人有下岗的风险。

 

国内对智能汽车、智能网联汽车研究起步较晚，对于智能汽车的信息系统研究应用的成果较少，但是国外也早不到哪里去，大多数停留在算法模型等基础研究。但是现在还没有统一的标准，对于行业乱象倒是一个不错的发展时机，看看谁能跑的出来，谁积累的更多。

 

电动化、网联化、智能化、共享化是汽车“新四化”的产业发展趋势，后续的智能汽车都会变成行驶在道路上的“超级计算机”，他们与交通、环境、人、车等交互，提供高效的智能服务。

 

传统的汽车设备中主要是以机械控制为主，电子控制单元为辅，机械经过长时间的测试改进，完备性极高，从而以机械控制为主的汽车安全性能较高。但是人们对舒适、方便、快捷程度需求，对汽车、外卖、物流等共享经济的兴起，人的出行模式发生了很大的改变。车企也由原来的B to C，转变成了C to B，电子、计算、通信等技术大量应用在汽车当中，就连一个中控屏都要死磕，与手机去争宠，可见，计算机电子通信技术极大提高了人们的驾驶体验，汽车越来越智能化。

 

这些汽车从原有的机械控制走向电子控制，那就产生了更多的ECU电子控制单元，初步估算，2015年宝马7系统上大约有130来个控制单元，现在应该差不多有150多个了吧。ECU控制单元综合了各个传感器的信息进行智能决策，向机械执行器下发指令，比如开关门锁、开关灯、动力、升窗等。ECU太多，成本就会升高，为了降低成本，现在又流行域控制器，分成不同的区域，实现模块化、集约化管理来降低“电控”部分的成本。

 

但是域控制器发展并不迅速，认证、测试、验证的周期会拉的比较长，那么现有的，就是电控越发达，ECU控制单元越多，那么同样，与外部通讯就会变得复杂，不同的域控制器，对应的就是这个区域的数据，开放数据给中央控制器，为了实现了中央控制器“让天下没有难做的生意”、“免费才是最贵”的“拿来主义”。

 

汽车电子控制单元（ECU）在车内网络中是通过CAN网络进行相互连接的，ECU之间的通信是通过CAN报文通信，在车内CAN总线上有留出外部总线接口或者诊断OBD接口，车内还有网关接口，外部的扩展采集数据终端可以通过这类接口连接到车内CAN总线。此外，车内配有蓝牙、WIFI等无线通信模块，可以通过无线方式连入CAN网络。

 

车载CAN协议采集ECU数据流向及渠道如下图所示：

1、通过物理OBD接口访问，适配工作可以通过车载OBD接口连接CAN网络，采用直连或诊断请求读取CAN总线上数据包，通过逆向分析CAN报文指令信息与原车实际发生数据做比对，获得汽车车身控制命令或者其他数据、状态CAN报文信息，重放相应的CAN报文控制指令，使汽车执行相应的功能，比如在钥匙状态下打开车门锁，实现远程、附近的解锁控制。但是有不少的汽车ECU已经休眠，有的需要发送一些数据帧先唤醒汽车总线。

 

2、通过短距离访问CAN接口。适配工作可以通过蓝牙、WIFI、5G、车载信息系统单元、远程信息终端、射频这些传输接口接入到CAN网络，向CAN网络发送指令。

 

3、通过长距离无线访问接口进行适配。通过5G网络和云服务，秒传秒连对车进行实时操作，将数据采集为远程数据，由于低延时的特点。后续都可以通过5G网络实时采集汽车数据，并对汽车实现控制，比如开灯、开门、开空调，甚至前进转向，通过高级的智能网关，连接到电信运营商，接入远程平台，实现控制汽车。

 

智能汽车、无人驾驶都需要这一领域的技术，作为汽车研究，也不开汽车CAN总线数据。否则，整车控制策略就无法得以实现，汽车运营平台就无法针对车型做全生命周期的数字化管理，汽车金融风险控制领域就无法保证他们的汽车资产安全，对于技术发展来说，现在数字化时代，数据是产业的石油和生命，不会去干高射炮打蚊子的蠢事。否则，医者整死一直小白鼠是分分钟的事。