汽車通信數據的采集及解析方法研究

中圖分類號：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

當前，由于汽車數量的急劇增加及汽車自動駕駛的逐漸增多，在交通事故中，汽車因素占據的分量越來越大[1-2]，因此有必要對汽車通信數據進行研究。隨著汽車電子技術的發(fā)展，車載控制單元ECU部件的數量也越來越多，使用傳統的點到點線束的連接方式會急劇增大線束的重量，從而導致其安裝困難，而CAN通信網絡結構因其具有能提高整個系統的可靠性、減少線束數量和成本、多重使用傳感器、傳輸復雜數據、系統變更靈活、能實現新型功能、有效診斷和降低硬件成本等優(yōu)點，成為汽車發(fā)展的一種必然選擇[3]。

隨著人工智能以及5G時代的到來，汽車產業(yè)掀起新一輪的產業(yè)革命[4-5]。文獻[6]表明汽車業(yè)就是被智能化改造的高可靠性的移動終端，而目前在歐洲幾乎每一個汽車生產公司都會使用CAN通信技術，因此車輛的CAN通信數據采集及解析成為重要一環(huán)。對于職業(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]，無法真正讀出相應的通信數據流，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據的采集及解析方法，旨在為汽車后續(xù)的智能化改造提供參考。

2汽車CAN網絡協議規(guī)則

2.1多主機結構

CAN總線采取總線拓撲結構（圖1），沒有特權節(jié)點。總線在空閑的時候，所有的單元都可以發(fā)送信息（多主機的控制）。開始時向總線發(fā)送信息的單元享受發(fā)送的優(yōu)先權，在多個單元同時發(fā)送的時候，優(yōu)先級別高（幀ID級別高）的單元享受優(yōu)先權。

圖1總線拓撲結構

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網絡的數據是采用廣播式的發(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數據線上。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）

為了保證CAN總線的傳輸速度，每個控制單元在發(fā)送數據時是有優(yōu)先權的，一般優(yōu)先級為3位的二進制碼發(fā)送在數據的最前端，該二進制碼通過線與的關系使二進制碼000處于數據優(yōu)先級的最高位，111處于數據位的最低位，所以在CAN協議傳輸中優(yōu)先級被分成000～111這8個等級，當控制單位通過線與的關系發(fā)現自己的優(yōu)先級處于低位時就即刻停止發(fā)送該數據流。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)送數據。

2.4采用雙絞線傳輸（差動信號）

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差作為傳輸信號，該方式可以有限地減少信號干擾，如圖4所示，大部分的CAN總線采用雙線的工作模式，少數也有單線工作模式如汽車舒適CAN總線。

圖3數據發(fā)送的優(yōu)先權

圖4雙絞線傳輸

3CAN通信的數據格式分析

表1為CAN協議的數據單元格式表。

表1CAN數據單元格式表

從表1可以看出，一個完整的CAN數據包含P優(yōu)先權、R保留位、DP數據頁、PDU參數組編號PF、PS源地址、SA目標地址以及最后發(fā)送的數據DATA。表1中的數字代表二進制的位數，具體的格式解析如下：a.P為3位二進制的優(yōu)先權，從最高0設置到最低7；b.R為保留的位置，以備后面的開發(fā)使用；c.DP為數據頁，被用來作為選擇參數組所描述的輔助頁；d.PF為PDU的格式，表示數據域對應的參數組編號以及用作確定PDU的格式；e.PS為PDU特定格式，表示發(fā)送信息起始的目標地址，PS值取決于PDU格式，在本標準中采用PDU1格式；f.SA為源地址，表示信息的接收地址即發(fā)送此報文的源地址;g.DATA為數據域，即發(fā)送的具體命令內容，若給定參數組數據長度 ?8 字節(jié)，則按照前面的報文傳送規(guī)則傳送，若傳送的數據信息大于8個字節(jié)，一條信息發(fā)不完則需要傳送多幀數據組，就可以通過傳輸協議的規(guī)則來開啟或者關閉多幀數據組的傳輸。

4CAN通信數據的采集及解析

通過上文分析，可以了解到CAN的發(fā)送規(guī)則以及數據格式，下面使用CAN分析儀及電腦對汽車CAN網絡數據進行讀取。

4.1軟件安裝

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

圖5USB_CANTOOL的安裝

圖7CAN分析儀數據采集

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CAN1通道，將CAN1通道的CANH線連接到汽車診斷接口某一組CAN網絡的CANH線，CAN1通道的CANL線連接到汽車診斷儀相應的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實際采集數據

4.3CAN網絡數據采集

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 的波特率開始對汽車CAN網絡數據進行采集。

如圖7所示，從軟件中可以看到采集到的時間、幀類型、長度、幀ID以及最右邊的幀數據，根據表1所示的CAN數據的格式，實際需要采集的數據主要由幀ID和幀數據兩部分組成，因此在下面的解析中可以將幀ID和幀數據直接提取出來。

5數據解析實際應用

5.1幀ID的解析

本文以北汽EV200的快充CAN為例對CAN數據進行實例解析。首先通過上文方法在北汽EV200充電時采集到一組快充CAN的電池充電需求數據（以下簡稱報文），該報文由BMS發(fā)送給充電機，作用是讓充電機根據充電需求來調整充電電壓和充電電流，確保充電過程的正常進行，將采集的報文信息導出成EXCEL表，如圖8所示，從中選取1913這條數據進行解析，該條數據為：

幀ID：181056F4幀數據：600EDE0D02

1908 通道1接收擴展數據幀1CECF456 13090002FF00110020：28：03.180.729

1909 通道1接收擴展數據幀1812F456 700DE20D0000FD 20：28：03.193.701

1910 通道1接收擴展數據幀181356F4 515201510700D0 20：28：03.199.668

1911 通道1接收擴展數據幀181056F4 60OEDEOD02 20：28：03.229.599

0 通道1接收擴展數據幀1812F456 700DE20D0000FD 20：28：03.243.708

1913通道1接收擴展數據幀181056F4 60OEDEOD02 20：28：03.279.598

1914通道1接收擴展數據幀1812F456 700DE20D0000FD 20：28：03.293.713

1915通道1接收擴展數據幀181056F4 60OEDEOD02 20：28：03.329.596

1916通道1接收擴展數據幀1812F456 700DE20D0000FD 20：28：03.343.719

1917 通道1接收擴展數據幀181056F4 60OEDEOD02 20：28：03.379.594

1918通道1接收擴展數據幀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、保留位、數據頁、PDU參數組編號、目標地址以及源地址。

幀ID：181056F4為十六進制碼，將其轉換為二進制碼：幀ID：0001100000010000010101101110100。去掉前三個0（系統默認設置），變?yōu)槿缦滦问剑簬琁D：1100000010000010101101110100對應表1逐一解析：a.優(yōu)先級為前三位的二進制110轉化為十進制為6，所以優(yōu)先級為6，處于第二低位。b.保留位R為第四位的0。c.DP數據頁為第五位的0。d.PDU參數組為二進制的00010000。e.PS為CAN數據發(fā)送的目標地位，為二進制的01010110或十六進制的56，通過查找GB/T27930—2015電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議[11]，可以看出56指的是BMS電池管理系統的地址位置。

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

因此，該條幀ID的含義為：該數據優(yōu)先級為6，保留位為0，DP數據頁為0，PDU參數組為十六進制的10，該數據是BMS發(fā)送給充電機的。

5.2幀數據的解析

下面將解析幀數據：600EDE0D02。通過查找GB/T27930—2015電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議，可以得到該報文的解釋，如表2所示。

表2通信協議解析

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

這里要注意，對于北汽，其初始字節(jié)是從第1個字節(jié)位開始編寫的，有的協議如博世是從0字節(jié)位開始，另外北汽的編碼是倒過來的，每個字節(jié)是從第8位開始編碼的，因此在解析計算的時候要將字節(jié)倒過來算。由于每個字節(jié)等于2個十六進制數，通過表2可以看出該組數據表達了三個信息，分別是電壓需求、電流需求和充電模式。

幀數據：600EDE0D02字節(jié)位：12345

電壓需求為第1位的起始字節(jié)長度為2，即為十六進制的600E，將字節(jié)進行倒置即為0E60，轉化為十進制后為3680。

電流需求為第3位的起始字節(jié)長度為2，即為十六進制的DEOD，將字節(jié)進行倒置為0DDE，轉化為十進制后為3550。

根據表2中的SPN數據分辨率進行轉換，可以得出如下結論：

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個字節(jié)長度的02，根據表2即為恒流充電。

通過對該條幀數據的解析可以得出：該幀數據是由BMS發(fā)送給充電機的，BMS告訴充電機它需要368V的電壓、45A的電流，BMS的充電模式是恒流充電。

6結語

a.通過本方法可以切實采集到汽車的通信數據。b.通過本方法可以直接讀取到汽車通信的數據流，該數據可以應用到車輛的故障診斷中去，而不用受診斷儀設備的限制。c.通過本方法，在采集到汽車的CAN網絡數據之后可以通過通信協議解析及分析該數據，為汽車后續(xù)的智能化改造提供參考。d.目前通信協議除了已公布的國標及車企以外，很多汽車企業(yè)的通信協議是其核心機密，只能通過逐步分析數據結構這種方法，想要更為徹底地解析所有車型的通信數據，還需要進一步的努力。

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[11]GB/T27930—2015電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議[S].

作者簡介：

謝亞輝，男，1990年生，講師，研究方向為智能網聯汽車、交通運輸工程。