CN110324222A - 一种车辆can总线数据交互系统及其交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆CAN总线数据交互系统及其交互方法，兼具安全与成本考量，在硬件上，将CAN总线数据交互模块设置于第三方的车载监控终端上，减少设备冗余，降低了硬件成本；在软件上，通过在CAN总线数据交互模块写入自有总线通信协议协议和加密机制，实现整车的CAN总线设备的运行数据能通过第三方的车载监控终端透传到车厂数据平台中，同时车厂无须开放车辆的总线通讯协议给第三方，可有效保障车辆CAN总线数据安全与保护车厂的数据价值。

Description

一种车辆CAN总线数据交互系统及其交互方法

技术领域

本发明涉及车载数据交互领域，尤其涉及一种车辆CAN总线数据交互系统及其交互方法。

背景技术

近几年随着3G/4G无线通信技术的普及和国家层面智能网联及新能源汽车产业政策的推动，基于端管云架构设计的车联网数据采集与监控平台已基本建设完成并在各大商用车厂推广使用，随着大数据人工智能技术的到来，人们更加关注车联网数据安全及对数据的分析与挖掘所带来的价值，数据成为智能时代的能源与原材料，车辆运行数据也将成为车企的重要资产与核心价值所在。

为实现车辆运行数据的采集，车厂要搭建一套CAN数据采集系统，并在自己生产的车辆上安装一套车载无线通讯监控终端(以下简称车载监控终端)，将数据传输到自己的基于云服务的数据中心平台(以下简称车厂数据平台)，成为企业的数据资产。但搭建该系统，车厂面临以下问题：

车载监控终端相关标准法规符合性认证问题。目前行业政策对车载监控终端制定了一系列的标准法规，包括JT/T794标准，GB/T 19056-2012标准，GB32960-2016标准等，车厂要自主开发满足这些标准的车载监控终端需投入较多的成本，所以车厂通常都是把车载监控终端外包给第三方有资质生产企业进行生产，然后进行相关产品的招标导入。

车辆CAN总线数据安全问题。第三方车载监控终端厂家要采集车辆CAN总线数据就必须接入整车的CAN总线网络，由于车载监控终端是联网设备，就存在来自网络的各种数据安全攻击的隐患，同时车厂需要开放车辆的总线通讯协议给第三方终端厂家，不利于数据的保密与安全，也将对车辆的整车CAN总线网络带来安全的威胁。

基于以上的安全与成本考虑，本领域的技术人员致力于提出一种兼具安全与成本的车辆CAN总线数据交互方法，以有效保障车辆总线数据安全与保护车厂的数据价值。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种兼具安全与成本的车辆CAN总线数据交互系统及其交互方法，以有效保障车辆CAN总线数据安全与保护车厂的数据价值。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种车辆CAN总线数据交互系统，其特征在于：包括车厂数据平台、车载监控终端、CAN总线数据交互模块和CAN终端设备，

所述CAN总线数据交互模块用于和车辆的CAN终端设备交互，所述CAN总线数据交互模块包括CAN数据采集模块和CAN数据封装加密模块，所述CAN数据采集模块采集CAN终端设备的车辆运行数据；所述CAN数据封装加密模块用于依照CAN数据封装加密模块和车厂数据平台商定的第三封包协议对所述车辆运行数据分组整理形成中间数据，并将所述中间数据依照CAN数据封装加密模块和车载监控终端商定的第二封包协议封包形成CAN消息；

所述车载监控终端包括数据传输模块，所述车载监控终端通过所述数据传输模块和车厂数据平台依照第一通信协议进行通信，其中，所述车载监控终端对所述CAN消息依照所述车载监控终端和车厂数据平台之间的第一通信协议的第一封包协议进行封包的过程中，是被置予事先商定的第一消息标识的；

所述车厂数据平台接收所述车载监控终端的消息，并根据事先商定的第一消息标识、第一封包协议、第二封包协议、第三封包协议从所述消息中解析出车辆运行数据。

进一步的，所述CAN总线数据交互模块是以硬件电路集成于所述车载监控终端的主板上。

进一步的，所述CAN数据采集模块是以硬件电路集成于所述CAN总线数据交互模块。

进一步的，所述CAN数据采集模块和所述CAN数据封装加密模块是以软件模块嵌入于所述车载监控终端的系统。

一种车辆CAN总线数据交互系统的交互方法，包括以下步骤：

步骤1，采集车辆运行数据；

步骤2，将车辆运行数据依照事先商定的第三封包协议进行分组整理形成中间数据，并将中间数据依照事先商定的第二封包协议封包生成CAN消息；

步骤3，将CAN消息依照公有的第一通信协议的第一封包协议进行封包，其中，依照第一封包协议进行封包的过程中置予事先商定的第一消息标识，形成CAN透传数据并发送；

步骤4，接收CAN透传数据，并通过事先商定的第一消息标识、第一封包协议和第二封包协议、第三封包协议，解析出车辆运行数据。

进一步的，所述第二封包协议包括标识位、第二消息ID、第二消息头、第二消息体和校验码，所述标识位、验证码被用于校验CAN消息的完整性与准确性，所述中间数据被置于所述第二消息体中。

进一步的，所述第二封包协议还包括加密机制，所述第二消息头的字段包括数据加密方式字段，用于标识采用的数据加密方式。

进一步的，CAN总线数据交互模块与车厂数据平台的数据加密传输，包括以下流程：

CAN总线数据交互模块向车厂数据平台申请公钥；车厂数据平台向CAN总线数据交互模块发送公钥，建立加密连接；

CAN总线数据交互模块采集CAN终端设备的车辆运行数据，经数据封装加密模块加密封包成加密CAN消息，所述加密CAN消息的第二消息头被置予约定的数据加密方式标识；

CAN总线数据交互模块将加密CAN消息发送给车厂数据平台；

车厂数据平台对加密CAN消息进行解密解析，获得车辆运行数据。

进一步的，所述第三封包协议包括分组ID和数据项，所述数据项采用TLV格式，车辆运行数据通过第三封包协议进行封包形成中间数据。

进一步的，所述第一通信协议采用JT/T808协议，并应用JT/T808协议中的透传扩展协议。

本发明的车辆CAN总线数据交互系统及其交互方法，在兼具安全与成本考虑的基础上实现整车的CAN总线设备的车辆运行数据能通过第三方的车载监控终端透传到车厂数据平台中，同时车厂无须开放车辆的总线通讯协议给第三方，可有效保障车辆CAN总线数据安全与保护车厂的数据价值。

附图说明

图1是本发明实施例的车辆CAN总线数据交互的系统框图；

图2是本发明实施例的车载监控终端的功能框图；

图3是本发明实施例的车辆运行数据封包结构示意图；

图4是本发明实施例的CAN总线数据交互模块与车厂数据平台的数据加密传输机制。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种车辆CAN总线数据交互系统的实施例的框图，该系统包括：车厂数据平台40、车载监控终端30、CAN总线数据交互模块20、车载CAN总线10和CAN终端设备50，其中，在一种实施方式中，CAN终端设备50具体包括车辆动力系统、车辆仪表系统、电池管理系统、电机控制系统等等。

该实施例中，CAN总线数据交互模块20的CPU采用车规级别的高性能的COTEX-M3核的CPU。该CPU自带有至少两路的CAN总线接口，并可以通过SPI接口扩展多路的CAN接口，满足不同的车辆CAN总线数据采集的要求。

该实施例中，CAN总线数据交互模块20内包括CAN数据采集模块201和CAN数据封装加密模块202。其中，CAN数据采集模块201用于采集CAN终端设备50的车辆运行数据，该车辆运行数据经由CAN数据封装加密模块202与车厂数据平台40商定的封包协议进行分类整理后形成中间数据，该中间数据再经由CAN数据封装加密模块202与车载监控终端商定的校验纠错协议进行封包形成CAN消息，然后将CAN消息发送给车载监控终端30。CAN数据采集模块201通过CAN总线10采集CAN终端设备50的车辆运行数据，如传统车辆的车辆动力系统、车辆仪表系统、电池管理系统、电机控制系统等的车辆运行数据，并能识别各种CAN终端设备或系统的厂家类型，数据协议格式的差别，然后进行数据的格式转换。此CAN数据采集模块201的上述功能实现是可以采用本领域的现有技术实现，于此不再详细展开说明。CAN数据采集模块201和CAN终端设备50之间的CAN总线通信协议的具体内容属于车厂需要保密的内容，需要通过CAN数据封装加密模块202进行封包或加密封包。

其中，CAN数据采集模块201和CAN数据封装加密模块202的实现上可以是集成在CAN总线数据交互模块20中的硬件模块也可以是运行于CAN总线数据交互模块20中的软件模块。

该实施例中，CAN总线数据交互模块20是以一个具有CPU和内存等的硬件电路，该CAN总线数据交互模块20和车载监控终端30的CPU通过串口通信。在其他实施方式中，车载监控终端30的硬件实现上通常包括有CPU和内存等硬件控制电路，如果该硬件控制电路具有较强的运行处理能力，所述CAN数据采集模块201和CAN数据封装加密模块202也可以作为2个软件模块在车载监控终端30中运行，即CAN总线数据交互模块20是包括于所述车载监控终端30中的软件模块。

车载监控终端30的硬件实现上包括至少具有CPU和内存的控制电路模块和数据存储模块、数据无线传输模块、卫星定位模块、视频监控模块等功能模块，一般带有嵌入式的操作系统。车载监控终端30对CAN数据封装加密模块202处理输出的CAN消息按照车载监控终端30与车厂数据平台40的通信协议再次进行协议封包，其中对于CAN消息在按该通信协议进行协议封包的过程中，是被置予事先商定的消息标识(第一消息ID)，车载监控终端30按照既定的通信协议将CAN消息远程传输到车厂数据平台40。车厂数据平台40接收到车载监控终端30的消息内容除车载监控终端30自身的消息内容外，还包括了该CAN消息，且由于CAN消息在协议打包中是被置予事先商定的消息标识的，从而车厂数据平台40在接收到的消息内容中如果具有对应消息标识，就可以对CAN消息进行正确解析。

因在现有设计应用中，车载监控终端30和CAN总线数据交互模块20为车辆必备，且二者具有相同或相近的电源要求和硬件安全(如防雷)要求，二者通过串口进行点对点通讯，短的连接线路有助于提高传输速度和通讯的可靠性，基于以上原因，为整合资源，CAN总线数据交互模块20作为硬件电路设置于车载监控终端30的主板上或者CAN总线数据交互模块20作为软件模块运行于车载监控终端30的系统中，而不需要作为一个独立的硬件模块附件再与车载监控终端30进行电连接，从而省去硬件电路、机械结构和外观设计生产的成本。

在本实施例的车辆CAN总线数据交互方法，涉及车厂数据平台40、车载监控终端30和CAN总线数据交互模块20之间的数据交互，分别说明如下：

1、车载监控终端30与车厂数据平台40的通信

车载监控终端30通过数据传输模块与车厂数据平台40进行通信，最佳的是采用无线通信进行。无线通信的协议通常采用公共通信协议如：国标JT/T808建立连接，进行数据交互。车载监控终端30按照国标JT/T808协议制定的终端注册，鉴权机制与车厂自主维护的车厂数据平台40(云服务器数据中心平台)建立连接，国标JT/T808制定了透明传输的扩展协议。车载监控终端30将CAN总线数据交互模块20发出的CAN消息通过透明传输协议发送到车厂数据平台40，车厂数据平台40负责解析CAN消息的内容。

国标JT/T808的透明传输协议的封包格式如表1所示：

表1：

第一消息ID的数值定义了数据包中数据的类别。举例如下：第一消息ID为0x0200表示该数据包为定位数据，包括了经纬度、速度、航向信息，这些数据由车载监控终端30从卫星定位模块采集；第一消息ID为0x0900表示该数据包为CAN透传数据。

第一消息头包括通讯流水号，终端标识ID号，这些信息用于标识车载监控终端30和车厂数据平台40之间的通信。

车载监控终端30将CAN数据封装加密模块202发出的CAN消息置于第一消息体内，并将第一消息ID设置为0x0900(表明该数据包为CAN透传数据)后发送。

2、CAN总线数据交互模块20与车载监控终端30的通信

CAN总线数据交互模块20与车载监控终端30采用点对点的串口通信方式，为保证数据的完整性和准确性，CAN数据封装加密模块202和车载监控终端30之间制定了串口通讯协议，并带有数据校验和纠错机制，包括包头标识(开始标识、结束标识)、第二消息ID、第二消息长度、第二消息体和校验码，如表2所示。

在表2中，通过第二消息ID标识消息类型，如设定第二消息ID＝1表示该数据是车厂自定义的数据，车厂自定义数据可通过车厂自主开发的CAN数据封装加密模块202进行封包并置入第二消息体中，第三方的车载监控终端30厂家无法解析第二消息体的数据内容，也不需要解析第二消息体的数据内容，车载监控终端30收到后直接通过表1的消息格式打包为CAN透传数据透传到车厂数据平台40。

表2：

CAN数据封装加密模块202和车载监控终端30之间制定的串口通讯协议，也可以采用其他带有数据校验和纠错机制的消息格式，CAN消息包括包头标识、包体数据和校验码，其中，包体数据包括第二消息ID、第二消息头和第二消息体，在此第二消息ID定义了消息类型，如表2所示，如设定第二消息ID＝1是车厂自定义的数据。

车载监控终端30收到CAN消息，可通过标识位和校验码以校验该数据的完整性与准确性，但是无法解析包体信息的具体内容(CAN数据封包协议及和参数信息的定义由车厂掌握，第三方的车载监控终端30无法识别)，校验正确后将CAN消息按照车载监控终端30与车厂数据平台40的国标JT/T808通信协议按照表1的格式再次封包发送到车厂数据平台40。

3、CAN数据封装加密模块202封包第二消息体的具体实现

CAN数据封装加密模块202需要事先与车厂数据平台40之间规定CAN终端设备50的车辆运行数据的封包协议才能够确保能够从所接收到的消息中依照该车辆运行数据的封包协议的规则正确解析出车辆运行数据。CAN数据封装加密模块202将经由CAN数据采集模块201所采集的CAN终端设备50中不同类型的车辆运行数据按CAN数据封装加密模块202需要事先与车厂数据平台40之间约定的封包协议进行整理、分组并制定分组ID进行封装形成中间数据，并将该中间数据作为第二消息体，如表3所示。

表3：

车辆运行数据的封包协议包括分组ID和数据项，其中数据项采用TLV(类型/长度/数值)格式进行组装，其中“类型”、“长度”的字节数是固定的，数据项的“数值”的字节数由“长度”的值指定，举例如下，设定“分组ID”为2个字节，“长度”为1个字节；现有参数剩余电量，剩余电量的分组ID为0x1001，“长度”的值为1，“数值”为80表示剩余电量为80％。在车辆运行数据的封包协议中采用TLV格式便于进行数据扩展。

4、CAN数据封装加密模块202对第二消息体的加密实现

由于车载监控终端30是通过公共协议以透传方式来传输CAN数据封装加密模块202的CAN消息至车厂数据平台40，虽然CAN数据封装加密模块202与车载监控终端30的通信上在该实施例中也是按照串口通信方式按自定义的封包协议进行数据交换的，同时第二消息体的内容也是按照车厂预先规定的车辆运行数据的封包协议进行封包的，已经具有一定的保密手段。但是其传输的内容依然是采用明文传输的，保密性有待进一步提高。作为该实施例的最佳实现方式中，还可以采用CAN数据封装加密模块202对第二消息体进行数据加密传输。

在本实施例中，通过第二消息头进行数据加密方式的标识，第二消息头的字段共有16位，第二消息头字段如表4所示：

表4：

其中，第13位的分包字段用于标记数据长度是否超过一定长度(如1K字节)，超过长度则需要分包发送，并在将分包位标识为1；第10-12位的数据加密方式字段用于标记数据加密方式，允许采用多种数据加密方式对第二消息体的数据字段进行加密，常用的加密方式如RSA加密算法；第二消息体长度字段用于标记第二消息体字段的总长度。

CAN总线数据交互模块20将CAN终端设备50的车辆运行数据封包成加密的CAN消息，再经由车载监控终端30封包成CAN透传数据，以透传方式(JT/T808)发送给车厂数据平台40。车厂数据平台40可以按照JT/T808协议中事先商定的第一消息ID＝0x0900，以及依照CAN总线数据交互模块20和车载监控终端30之间自定义的串口通讯协议的封包协议中事先规定第二消息ID＝1，按照CAN数据封装加密模块202对第二消息体内容的封包协议而正确解析出包括车辆动力系统、车辆仪表系统、电池管理系统、电机控制系统等的车辆运行数据，解析过程是上述过程的逆过程，对于本领域技术人员是十分公知的内容，于此不再详细展开。下面针对最佳实施例中第二消息体采用加密传输后，CAN总线数据交互模块20和车厂数据平台40的加密解密传输流程步骤进行展示。

其中，该最佳实施例以RSA加密方式为例，加密数据传输流程图3所示，包括以下流程：

CAN总线数据交互模块20向车厂数据平台40申请公钥；车厂数据平台40向CAN总线数据交互模块20发送公钥，建立加密连接。

CAN总线数据交互模块20采集CAN终端设备50的车辆运行数据，经CAN数据封装加密模块202加密并封包成加密的CAN消息；

加密的CAN消息发送给车厂数据平台40；

车厂数据平台40对加密的CAN消息进行解密解析，获得车辆运行数据，并进行数据存储。

综上所述，CAN数据封装加密模块202与车厂数据平台40直接协商制定CAN消息中的第二消息体的封包协议和数据加密的规则，保证数据传输的安全可靠，而第三方的车载监控终端30仅仅作为数据透明传输的通道，这样可有效保障数据资产的安全。

更佳的，本发明的车辆CAN总线数据交互系统将CAN总线数据交互模块20集成于第三方的车载监控终端30，并在CAN总线数据交互模块20写入自身的总线通讯协议和加密协议，实现整车的CAN终端设备50的车辆运行数据能通过第三方的车载监控终端30安全地透传到车厂数据平台40中，同时车厂无须开放车辆的总线通讯协议的内容给第三方，实现数据的保密与安全。采用有资质的第三方的车载监控终端30，可降低研发成本，提高研发进度，同时，将CAN总线数据交互模块20集成于第三方的车载监控终端30，减少硬件冗余，节约了硬件成本。本发明的车辆CAN总线数据交互方法和系统，兼具安全与成本考量，在降低成本的同时，有效保障车辆总线数据安全与保护车厂的数据价值。

本发明的车辆CAN总线数据交互方法，CAN总线数据交互模块处理输出的CAN消息以透传方式经由车载数据终端发送给车厂数据平台，从而保证CAN总线数据交互模块和车载监控终端的独立性，方便各自模块的开发和维护。

本发明的车辆CAN总线数据交互方法，经CAN总线数据交互模块处理输出的CAN消息上设有校验纠错机制，可用于在消息传送过程中验证消息的完整性和准确性。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆CAN总线数据交互系统，其特征在于：包括车厂数据平台、车载监控终端、CAN总线数据交互模块和CAN终端设备，

所述CAN总线数据交互模块用于和车辆的CAN终端设备交互，所述CAN总线数据交互模块包括CAN数据采集模块和CAN数据封装加密模块，所述CAN数据采集模块采集CAN终端设备的车辆运行数据；所述CAN数据封装加密模块用于依照CAN数据封装加密模块和车厂数据平台商定的第三封包协议对所述车辆运行数据分组整理形成中间数据，并将所述中间数据依照CAN数据封装加密模块和车载监控终端商定的第二封包协议封包形成CAN消息；

所述车载监控终端包括数据传输模块，所述车载监控终端通过所述数据传输模块和车厂数据平台依照第一通信协议进行通信，其中，所述车载监控终端对所述CAN消息依照所述车载监控终端和车厂数据平台之间的第一通信协议的第一封包协议进行封包的过程中，是被置予事先商定的第一消息标识的；

所述车厂数据平台接收所述车载监控终端的消息，并根据事先商定的第一消息标识、第一封包协议、第二封包协议、第三封包协议从所述消息中解析出车辆运行数据。

2.如权利要求1所述的车辆CAN总线数据交互系统，其特征在于：所述CAN总线数据交互模块是以硬件电路集成于所述车载监控终端的主板上。

3.如权利要求2所述的车辆CAN总线数据交互系统，其特征在于：所述CAN数据采集模块是以硬件电路集成于所述CAN总线数据交互模块。

4.如权利要求1所述的车辆CAN总线数据交互系统，其特征在于：所述CAN数据采集模块和所述CAN数据封装加密模块是以软件模块嵌入于所述车载监控终端的系统。

5.一种车辆CAN总线数据交互系统的交互方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集车辆运行数据；

步骤2，将车辆运行数据依照事先商定的第三封包协议进行分组整理形成中间数据，并将中间数据依照事先商定的第二封包协议封包生成CAN消息；

步骤3，将CAN消息依照公有的第一通信协议的第一封包协议进行封包，其中，依照第一封包协议进行封包的过程中置予事先商定的第一消息标识，形成CAN透传数据并发送；

步骤4，接收CAN透传数据，并通过事先商定的第一消息标识、第一封包协议和第二封包协议、第三封包协议，解析出车辆运行数据。

6.如权利要求5所述的交互方法，其特征在于：所述第二封包协议包括标识位、第二消息ID、第二消息头、第二消息体和校验码，所述标识位、验证码被用于校验CAN消息的完整性与准确性，所述中间数据被置于所述第二消息体中。

7.如权利要求6所述的交互方法，其特征在于：所述第二封包协议还包括加密机制，所述第二消息头的字段包括数据加密方式字段，用于标识采用的数据加密方式。

8.如权利要求7所述的交互方法，其特征在于：CAN总线数据交互模块与车厂数据平台的数据加密传输，包括以下流程：

CAN总线数据交互模块向车厂数据平台申请公钥；车厂数据平台向CAN总线数据交互模块发送公钥，建立加密连接；

CAN总线数据交互模块采集CAN终端设备的车辆运行数据，经数据封装加密模块加密封包成加密CAN消息，所述加密CAN消息的第二消息头被置予约定的数据加密方式标识；

CAN总线数据交互模块将加密CAN消息发送给车厂数据平台；

车厂数据平台对加密CAN消息进行解密解析，获得车辆运行数据。

9.如权利要求5所述的交互方法，其特征在于：所述第三封包协议包括分组ID和数据项，所述数据项并采用TLV格式，车辆运行数据通过第三封包协议进行封包形成中间数据。

10.如权利要求5所述的交互方法，其特征在于：所述第一通信协议采用JT/T808协议，并应用JT/T808协议中的透传扩展协议。