車載CAN總線網絡數據訪問及研究意義


汽車是我們生活中不可缺少的代步工具,搭載先進的ECU控制單元、高精傳感器、高性能的執行器,並融合現代4G/5G通訊與定位網絡技術的智能網聯汽車已經走向了我們的生活之中。通過TBOX終端實現了車與車、車與互聯網、車與智能交通、車與智慧小區、景區之間的信息傳輸,實現了車載網絡的多融合生態。

我國汽車保有量還在持續不斷的增長,中國也會快速進入到汽車社會與發達國家拉近千人保有量的距離,智能汽車更是得到飛速的發展,雖然整車銷售略有下滑,但是汽車出行需求一直欠飽和,無法覆蓋全面。2020年國內智能汽車硬件市場預計規模為2000億,其中安全系統和自主駕駛相應空間為1128億、415億。2020年全球智能硬件市場規模可達7000億,以安全系統和自主駕駛為代表的智能駕駛系統佔半壁江山。

車載CAN總線網絡數據訪問及研究意義


計算機電子通信技術極大提高了人們的駕乘體驗,信息技術在汽車上的運用越來越廣,汽車將越來越變得智能。所有與智能相關的,隨之而來的安全問題也愈發突出。如果隨著汽車外部訪問的接口增多,有OBD,有CAN,有網關等。車載總線的開放程度也越來越高,博世、維克多、中汽中心、速銳得可以通過這些接口輕易訪問車載CAN網絡,對CAN網絡的數據進行採集和適配,生成新的DBC文件用於測試及仿真。

目前針對車載CAN總線瞭解的多,實戰的少,基於大數據的智能網聯汽車更是少之又少,平臺和企業對於信息的缺乏和監管,顯得掣肘。以前的汽車,車載電子控制單元少,有的就一個ECU,甚至都沒有BCM和更多的電子控制單元,對外的接口極少,非標準化,有的高端車內的CAN總線,又帶一個封閉的內網網關,為此,針對汽車CAN總線數據採集和利用的企業屈指可數。大部分的企業等著車廠授權,造成了僧多粥少的局面。

通過汽車車載網絡外部接口訪問,例如通過藍牙連接、OBD診斷接口、雙絞線的CAN線及總線網關控制器等連接到關鍵ECU控制單元,獲得對應的消息和數據,又是一項長期,關鍵、核心的,路人皆知但又無法實施的一項技術服務。很多客戶根本無法承擔其開發、差旅、工具、裝置的週期和市場,不少的項目,只能看著流產。

因此,研究車載CAN總線網絡的數據信息也是智能汽車信息最關鍵的信息,也是平臺需要、運營需要、製造需要、用戶需要的關鍵信息之一,研究這些汽車網絡信息具有十分重要的行業價值和實踐意義。

目前,針對車載網絡、智能汽車關鍵是後續的數據利用問題,比如現在有基於國密芯片的數據加密,應用於國六柴油車汙染治理4G遠程排放管理車載終端H6 (遠程OBD)GB-17691,也可以在一些輕型廣播認證協議針對汽車CAN總線的數據算法加密,如奇瑞PEPS通過時間與週期加密可實現遠程啟動汽車場景的應用。也可以由服務器向TBOX等設備按照消息包處理加密,進行數據與設備之間的認證,相互完成認證的控制單元在進行數據傳輸的時候接收這些加密信息,從而進行可靠性極高的數據加密傳輸。

其二,我們在設計DBC文件的時候,有經常用到一個技術,CAN消息的時間間隔分析,在汽車CAN數據交互傳輸的過程中,加入一個輕量級的檢測算法,該算法可以成功監測到毫秒級的消息來源,使數據形成一定結構化,有效保護數據網絡傳輸,產品應用中,實現更高的可靠性,不過,這個成本比較大,就是針對不同的車,在軟件開發過程中會比較消耗研發資源,也是需要長期投入,但是後期收益大。

其三,更牛逼的就是協同檢測算法,基於模型可以量化數據安全性及每個CAN ID的保密性、完成性及可用性,有利於實現車載網絡與安全機制融合構建。

行業採用的方法一般都是欲揚先抑,2013年美國黑客大會兩位開發者攻擊豐田普銳斯和福特翼虎汽車的控制系統,2015兩位黑客展示用筆記本在幾公里以外控制JEEP Cherokee,2016年也是兩位黑客對JEEP 自由光下手,成功控制了轉向與剎車,當然,他們後邊都找了份好工作。由此可見,兩人是比較重要的,其實分工來說就是一個軟件一個硬件,在勤勞的中國人裡,軟硬件都懂的人太多了,2人組合的部分人裡,有人有下崗的風險。

國內對智能汽車、智能網聯汽車研究起步較晚,對於智能汽車的信息系統研究應用的成果較少,但是國外也早不到哪裡去,大多數停留在算法模型等基礎研究。但是現在還沒有統一的標準,對於行業亂象倒是一個不錯的發展時機,看看誰能跑的出來,誰積累的更多。

電動化、網聯化、智能化、共享化是汽車“新四化”的產業發展趨勢,後續的智能汽車都會變成行駛在道路上的“超級計算機”,他們與交通、環境、人、車等交互,提供高效的智能服務。

傳統的汽車設備中主要是以機械控制為主,電子控制單元為輔,機械經過長時間的測試改進,完備性極高,從而以機械控制為主的汽車安全性能較高。但是人們對舒適、方便、快捷程度需求,對汽車、外賣、物流等共享經濟的興起,人的出行模式發生了很大的改變。車企也由原來的B to C,轉變成了C to B,電子、計算、通信等技術大量應用在汽車當中,就連一箇中控屏都要死磕,與手機去爭寵,可見,計算機電子通信技術極大提高了人們的駕駛體驗,汽車越來越智能化。

這些汽車從原有的機械控制走向電子控制,那就產生了更多的ECU電子控制單元,初步估算,2015年寶馬7系統上大約有130來個控制單元,現在應該差不多有150多個了吧。ECU控制單元綜合了各個傳感器的信息進行智能決策,向機械執行器下發指令,比如開關門鎖、開關燈、動力、升窗等。ECU太多,成本就會升高,為了降低成本,現在又流行域控制器,分成不同的區域,實現模塊化、集約化管理來降低“電控”部分的成本。

但是域控制器發展並不迅速,認證、測試、驗證的週期會拉的比較長,那麼現有的,就是電控越發達,ECU控制單元越多,那麼同樣,與外部通訊就會變得複雜,不同的域控制器,對應的就是這個區域的數據,開放數據給中央控制器,為了實現了中央控制器“讓天下沒有難做的生意”、“免費才是最貴”的“拿來主義”。

汽車電子控制單元(ECU)在車內網絡中是通過CAN網絡進行相互連接的,ECU之間的通信是通過CAN報文通信,在車內CAN總線上有留出外部總線接口或者診斷OBD接口,車內還有網關接口,外部的擴展采集數據終端可以通過這類接口連接到車內CAN總線。此外,車內配有藍牙、WIFI等無線通信模塊,可以通過無線方式連入CAN網絡。

車載CAN協議採集ECU數據流向及渠道如下圖所示:

車載CAN總線網絡數據訪問及研究意義


1、通過物理OBD接口訪問,適配工作可以通過車載OBD接口連接CAN網絡,採用直連或診斷請求讀取CAN總線上數據包,通過逆向分析CAN報文指令信息與原車實際發生數據做比對,獲得汽車車身控制命令或者其他數據、狀態CAN報文信息,重放相應的CAN報文控制指令,使汽車執行相應的功能,比如在鑰匙狀態下打開車門鎖,實現遠程、附近的解鎖控制。但是有不少的汽車ECU已經休眠,有的需要發送一些數據幀先喚醒汽車總線。

2、通過短距離訪問CAN接口。適配工作可以通過藍牙、WIFI、5G、車載信息系統單元、遠程信息終端、射頻這些傳輸接口接入到CAN網絡,向CAN網絡發送指令。

3、通過長距離無線訪問接口進行適配。通過5G網絡和雲服務,秒傳秒連對車進行實時操作,將數據採集為遠程數據,由於低延時的特點。後續都可以通過5G網絡實時採集汽車數據,並對汽車實現控制,比如開燈、開門、開空調,甚至前進轉向,通過高級的智能網關,連接到電信運營商,接入遠程平臺,實現控制汽車。

智能汽車、無人駕駛都需要這一領域的技術,作為汽車研究,也不開汽車CAN總線數據。否則,整車控制策略就無法得以實現,汽車運營平臺就無法針對車型做全生命週期的數字化管理,汽車金融風險控制領域就無法保證他們的汽車資產安全,對於技術發展來說,現在數字化時代,數據是產業的石油和生命,不會去幹高射炮打蚊子的蠢事。否則,醫者整死一直小白鼠是分分鐘的事。



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