汽車通信數(shù)據(jù)的采集及解析方法研究

中圖分類號(hào)：U461 收稿日期：2025-02-25

DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.07.017

Research on Methods for Collecting and Analyzing Automotive Communication Data

Xie Yahui1Zhao YoulHuo Yuanyuan2 1.Liuzhou Polytechnic University，Liuzhou 545oo0，China 2.Liuzhou City Vocational College，Liuzhou 545oo0，China

Abstract：Withtherapidincreaseinthenumberofcarsandtheincreasinguseofautonomousdriving，therearemoreandmore trafficacidentsbyutomobiledrivingTerefore，tisnessarytostudycarommunicationdata.Withtheevelopmentoftheelectriica tionandntellgenceofautomobiles，teumberofECUcomponentsinveiclecontrolunitsisincreasing，andthestructureofutoo tivecommunicationnetworkshasbecomemoreandmoreimportant.Thispaperintroducesamethodforcolectingandanalyzingautomotivecommunicationdata.Thepaperelaboratesonfouraspects：communicationrules，compositionstructureofcommunicationdata， collectionandanalysisofcommunicationdata.AnactualvehiclemodelisusedasacasestudytocolectandanalyzeautomotiveCAN communicationdata.Theconlusionindicatesthatthismethodcanbeappliedtothecolectionandanalysisofautomotivecommunication data，providing reference for the intelligent upgrading and transformation of automobiles.

Keywords：Communication data;Data collection;Data parsing;Automotive intelligence

1前言

當(dāng)前，由于汽車數(shù)量的急劇增加及汽車自動(dòng)駕駛的逐漸增多，在交通事故中，汽車因素占據(jù)的分量越來(lái)越大[1-2]，因此有必要對(duì)汽車通信數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，車載控制單元ECU部件的數(shù)量也越來(lái)越多，使用傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)線束的連接方式會(huì)急劇增大線束的重量，從而導(dǎo)致其安裝困難，而CAN通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因其具有能提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、減少線束數(shù)量和成本、多重使用傳感器、傳輸復(fù)雜數(shù)據(jù)、系統(tǒng)變更靈活、能實(shí)現(xiàn)新型功能、有效診斷和降低硬件成本等優(yōu)點(diǎn)，成為汽車發(fā)展的一種必然選擇[3]。

隨著人工智能以及5G時(shí)代的到來(lái)，汽車產(chǎn)業(yè)掀起新一輪的產(chǎn)業(yè)革命[4-5]。文獻(xiàn)[6]表明汽車業(yè)就是被智能化改造的高可靠性的移動(dòng)終端，而目前在歐洲幾乎每一個(gè)汽車生產(chǎn)公司都會(huì)使用CAN通信技術(shù)，因此車輛的CAN通信數(shù)據(jù)采集及解析成為重要一環(huán)。對(duì)于職業(yè)教育而言，大部分車輛的故障診斷還停留在單純的車輛診斷儀上[8-10]，無(wú)法真正讀出相應(yīng)的通信數(shù)據(jù)流，一旦脫離診斷儀，汽車故障的讀取就顯得很吃力。為此，本文研究了一種汽車通信數(shù)據(jù)的采集及解析方法，旨在為汽車后續(xù)的智能化改造提供參考。

2汽車CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)則

2.1多主機(jī)結(jié)構(gòu)

CAN總線采取總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖1），沒有特權(quán)節(jié)點(diǎn)?？偩€在空閑的時(shí)候，所有的單元都可以發(fā)送信息（多主機(jī)的控制）。開始時(shí)向總線發(fā)送信息的單元享受發(fā)送的優(yōu)先權(quán)，在多個(gè)單元同時(shí)發(fā)送的時(shí)候，優(yōu)先級(jí)別高（幀ID級(jí)別高）的單元享受優(yōu)先權(quán)。

圖1總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2廣播方式發(fā)送信息

廣播方式就是一家發(fā)送大家接收。CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)是采用廣播式的發(fā)送模式的，任何部件都可以通過控制模塊接收，也都能發(fā)送到CAN數(shù)據(jù)線上。CAN總線廣播方式如圖2所示。

圖2CAN總線廣播方式

2.3非破壞性仲裁（優(yōu)先權(quán)）

為了保證CAN總線的傳輸速度，每個(gè)控制單元在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是有優(yōu)先權(quán)的，一般優(yōu)先級(jí)為3位的二進(jìn)制碼發(fā)送在數(shù)據(jù)的最前端，該二進(jìn)制碼通過線與的關(guān)系使二進(jìn)制碼000處于數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)的最高位，111處于數(shù)據(jù)位的最低位，所以在CAN協(xié)議傳輸中優(yōu)先級(jí)被分成000～111這8個(gè)等級(jí)，當(dāng)控制單位通過線與的關(guān)系發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)先級(jí)處于低位時(shí)就即刻停止發(fā)送該數(shù)據(jù)流。如圖3所示，ABS/EDS控制單元信息處于最高位000，其他控制單位立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.4采用雙絞線傳輸（差動(dòng)信號(hào)）

CAN總線采用雙絞線的傳輸方式（圖4），其中一根為CAN高線，一根為CAN低線。信息在傳輸過程中采用高線和低線的信號(hào)差作為傳輸信號(hào)，該方式可以有限地減少信號(hào)干擾，如圖4所示，大部分的CAN總線采用雙線的工作模式，少數(shù)也有單線工作模式如汽車舒適CAN總線。

圖3數(shù)據(jù)發(fā)送的優(yōu)先權(quán)

圖4雙絞線傳輸

3CAN通信的數(shù)據(jù)格式分析

表1為CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)單元格式表。

表1CAN數(shù)據(jù)單元格式表

從表1可以看出，一個(gè)完整的CAN數(shù)據(jù)包含P優(yōu)先權(quán)、R保留位、DP數(shù)據(jù)頁(yè)、PDU參數(shù)組編號(hào)PF、PS源地址、SA目標(biāo)地址以及最后發(fā)送的數(shù)據(jù)DATA。表1中的數(shù)字代表二進(jìn)制的位數(shù)，具體的格式解析如下：a.P為3位二進(jìn)制的優(yōu)先權(quán)，從最高0設(shè)置到最低7；b.R為保留的位置，以備后面的開發(fā)使用；c.DP為數(shù)據(jù)頁(yè)，被用來(lái)作為選擇參數(shù)組所描述的輔助頁(yè)；d.PF為PDU的格式，表示數(shù)據(jù)域?qū)?yīng)的參數(shù)組編號(hào)以及用作確定PDU的格式；e.PS為PDU特定格式，表示發(fā)送信息起始的目標(biāo)地址，PS值取決于PDU格式，在本標(biāo)準(zhǔn)中采用PDU1格式；f.SA為源地址，表示信息的接收地址即發(fā)送此報(bào)文的源地址;g.DATA為數(shù)據(jù)域，即發(fā)送的具體命令內(nèi)容，若給定參數(shù)組數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 ?8 字節(jié)，則按照前面的報(bào)文傳送規(guī)則傳送，若傳送的數(shù)據(jù)信息大于8個(gè)字節(jié)，一條信息發(fā)不完則需要傳送多幀數(shù)據(jù)組，就可以通過傳輸協(xié)議的規(guī)則來(lái)開啟或者關(guān)閉多幀數(shù)據(jù)組的傳輸。

4CAN通信數(shù)據(jù)的采集及解析

通過上文分析，可以了解到CAN的發(fā)送規(guī)則以及數(shù)據(jù)格式，下面使用CAN分析儀及電腦對(duì)汽車CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。

4.1軟件安裝

首先在電腦中安裝USB_CANTOOL的軟件（圖5），安裝完成后再進(jìn)行調(diào)試。

圖5USB_CANTOOL的安裝

圖7CAN分析儀數(shù)據(jù)采集

4.2CAN分析儀的連接

本文采用的是創(chuàng)芯科技的CANalyst-II，將CAN分析儀的電阻擋撥到 120Ω ，使用其中一個(gè)CAN1通道，將CAN1通道的CANH線連接到汽車診斷接口某一組CAN網(wǎng)絡(luò)的CANH線，CAN1通道的CANL線連接到汽車診斷儀相應(yīng)的CANL線，將CAN分析儀的另一端（如圖6中的圓圈）連接到電腦端。

圖6CAN分析儀的連接

圖8實(shí)際采集數(shù)據(jù)

4.3CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集

將CAN分析儀按上述步驟連接好之后，直接在電腦上打開USB_CANTOOL的軟件，選擇好連接的CAN1或者CAN2通道，然后再選擇 500k 的波特率開始對(duì)汽車CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

如圖7所示，從軟件中可以看到采集到的時(shí)間、幀類型、長(zhǎng)度、幀ID以及最右邊的幀數(shù)據(jù)，根據(jù)表1所示的CAN數(shù)據(jù)的格式，實(shí)際需要采集的數(shù)據(jù)主要由幀ID和幀數(shù)據(jù)兩部分組成，因此在下面的解析中可以將幀ID和幀數(shù)據(jù)直接提取出來(lái)。

5數(shù)據(jù)解析實(shí)際應(yīng)用

5.1幀ID的解析

本文以北汽EV200的快充CAN為例對(duì)CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例解析。首先通過上文方法在北汽EV200充電時(shí)采集到一組快充CAN的電池充電需求數(shù)據(jù)（以下簡(jiǎn)稱報(bào)文），該報(bào)文由BMS發(fā)送給充電機(jī)，作用是讓充電機(jī)根據(jù)充電需求來(lái)調(diào)整充電電壓和充電電流，確保充電過程的正常進(jìn)行，將采集的報(bào)文信息導(dǎo)出成EXCEL表，如圖8所示，從中選取1913這條數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，該條數(shù)據(jù)為：

幀ID：181056F4幀數(shù)據(jù)：600EDE0D02

1908 通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀1CECF456 13090002FF00110020：28：03.180.729

1909 通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀1812F456 700DE20D0000FD 20：28：03.193.701

1910 通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀181356F4 515201510700D0 20：28：03.199.668

1911 通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀181056F4 60OEDEOD02 20：28：03.229.599

0 通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀1812F456 700DE20D0000FD 20：28：03.243.708

1913通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀181056F4 60OEDEOD02 20：28：03.279.598

1914通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀1812F456 700DE20D0000FD 20：28：03.293.713

1915通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀181056F4 60OEDEOD02 20：28：03.329.596

1916通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀1812F456 700DE20D0000FD 20：28：03.343.719

1917 通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀181056F4 60OEDEOD02 20：28：03.379.594

1918通道1接收擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀1812F456 700DE20D0000FD 20：28：03.393.726

通過表1可以知道幀ID發(fā)送的信息包含優(yōu)先權(quán)、保留位、數(shù)據(jù)頁(yè)、PDU參數(shù)組編號(hào)、目標(biāo)地址以及源地址。

幀ID：181056F4為十六進(jìn)制碼，將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼：幀ID：0001100000010000010101101110100。去掉前三個(gè)0（系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置），變?yōu)槿缦滦问剑簬琁D：1100000010000010101101110100對(duì)應(yīng)表1逐一解析：a.優(yōu)先級(jí)為前三位的二進(jìn)制110轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制為6，所以優(yōu)先級(jí)為6，處于第二低位。b.保留位R為第四位的0。c.DP數(shù)據(jù)頁(yè)為第五位的0。d.PDU參數(shù)組為二進(jìn)制的00010000。e.PS為CAN數(shù)據(jù)發(fā)送的目標(biāo)地位，為二進(jìn)制的01010110或十六進(jìn)制的56，通過查找GB/T27930—2015電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議[11]，可以看出56指的是BMS電池管理系統(tǒng)的地址位置。

f.SA為二進(jìn)制的01110100或十六進(jìn)制的F4，查找GB/T27930—2015可以知道F4為充電機(jī)的地址。

因此，該條幀ID的含義為：該數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)為6，保留位為0，DP數(shù)據(jù)頁(yè)為0，PDU參數(shù)組為十六進(jìn)制的10，該數(shù)據(jù)是BMS發(fā)送給充電機(jī)的。

5.2幀數(shù)據(jù)的解析

下面將解析幀數(shù)據(jù)：600EDE0D02。通過查找GB/T27930—2015電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議，可以得到該報(bào)文的解釋，如表2所示。

表2通信協(xié)議解析

其中：a.SPN3072為電壓需求數(shù)據(jù)分辨率：0.1V/位，0V偏移量。b.SPN3073為電流需求數(shù)據(jù)分辨率：0.1A/位， -400A 偏移量。

這里要注意，對(duì)于北汽，其初始字節(jié)是從第1個(gè)字節(jié)位開始編寫的，有的協(xié)議如博世是從0字節(jié)位開始，另外北汽的編碼是倒過來(lái)的，每個(gè)字節(jié)是從第8位開始編碼的，因此在解析計(jì)算的時(shí)候要將字節(jié)倒過來(lái)算。由于每個(gè)字節(jié)等于2個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，通過表2可以看出該組數(shù)據(jù)表達(dá)了三個(gè)信息，分別是電壓需求、電流需求和充電模式。

幀數(shù)據(jù)：600EDE0D02字節(jié)位：12345

電壓需求為第1位的起始字節(jié)長(zhǎng)度為2，即為十六進(jìn)制的600E，將字節(jié)進(jìn)行倒置即為0E60，轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制后為3680。

電流需求為第3位的起始字節(jié)長(zhǎng)度為2，即為十六進(jìn)制的DEOD，將字節(jié)進(jìn)行倒置為0DDE，轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制后為3550。

根據(jù)表2中的SPN數(shù)據(jù)分辨率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以得出如下結(jié)論：

電池的電壓需求為 3680×0.1+0=368（V）， 門電流需求為 3550×0.1-400=-45（A） 。

充電模式為起始位第5字節(jié)1個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度的02，根據(jù)表2即為恒流充電。

通過對(duì)該條幀數(shù)據(jù)的解析可以得出：該幀數(shù)據(jù)是由BMS發(fā)送給充電機(jī)的，BMS告訴充電機(jī)它需要368V的電壓、45A的電流，BMS的充電模式是恒流充電。

6結(jié)語(yǔ)

a.通過本方法可以切實(shí)采集到汽車的通信數(shù)據(jù)。b.通過本方法可以直接讀取到汽車通信的數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)可以應(yīng)用到車輛的故障診斷中去，而不用受診斷儀設(shè)備的限制。c.通過本方法，在采集到汽車的CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之后可以通過通信協(xié)議解析及分析該數(shù)據(jù)，為汽車后續(xù)的智能化改造提供參考。d.目前通信協(xié)議除了已公布的國(guó)標(biāo)及車企以外，很多汽車企業(yè)的通信協(xié)議是其核心機(jī)密，只能通過逐步分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這種方法，想要更為徹底地解析所有車型的通信數(shù)據(jù)，還需要進(jìn)一步的努力。

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作者簡(jiǎn)介：

謝亞輝，男，1990年生，講師，研究方向?yàn)橹悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車、交通運(yùn)輸工程。