车载CAN总线网络数据访问及研究意义

Posted 2021-03-06

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***大会两位开发者***丰田普锐斯和福特翼虎汽车的控制系统，2015两位***展示用笔记本在几公里以外控制JEEP Cherokee，2016年也是两位***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。