CN114531312B - 车辆数据分析装置及其车辆数据分析方法 - Google Patents

车辆数据分析装置及其车辆数据分析方法 Download PDF

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Abstract

一种车辆数据分析装置及其车辆数据分析方法。车辆数据分析装置接收感测数据及控制器区域网络(CAN)消息，并将感测数据与CAN消息的数据栏位的多个位元组进行相似度比较，以判断CAN消息是否为对应感测数据的目标CAN消息。当CAN消息为对应感测数据的目标CAN消息时，可得知CAN消息中用来携带数据的栏位。

Description

车辆数据分析装置及其车辆数据分析方法
技术领域
本发明是关于一种车辆数据分析装置及其车辆数据分析方法。具体而言，本发明通过比较感测器产生的数据及行车电脑产生的数据，以获得行车电脑的数据结构。
背景技术
随着科技的快速发展，各种车辆皆装载电子系统，以控制安装于车辆上的各种行车电脑(Electronic Control Unit；ECU)及所结合的零组件，并对其进行监控及检测。控制器区域网络(Controller Area Network；CAN)为目前广泛用于车辆的车用总线标准，其允许车辆上的这些ECU通过CAN总线来相互通信。
此外，受惠于移动通信技术的成熟，车载通信亦成为目前产业发展的主流之一，故越来越多的车辆会安装具有移动通信功能的ECU。然而，ECU传送的CAN消息的内部数据意义，会因ECU的开发商与车厂而各有不同的制定方式。因此，在未拥有厂商的内部数据的情况下，要了解每个CAN消息所代表的意义具备极高的难度，亦无法根据CAN消息对车辆进行监控及管理。
有鉴于此，如何为未知的CAN消息提供一种数据分析机制，以获得CAN消息中对分析数据有用的内容，乃是业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据分析机制，其通过将安装在车辆内的感测器产生的数据与多台行车电脑产生的消息进行相似度比对，并根据相似度比对结果，判断行车电脑产生的消息中的数据栏位，用来存放数据的位元组为哪些。据此，通过本发明的数据分析机制可了解车身多个重要信息的意义，以便未来收集行车电脑所产出数据，且针对不同车辆型号或行车电脑皆适用。
为达上述目的，本发明揭露一种车辆数据分析装置，包含一收发器以及一处理器。该处理器电性连接至该收发器，并用以执行下列操作：通过该收发器，接收一感测数据及一控制器区域网络(controller area network；CAN)消息；以及将该感测数据与该CAN消息的一数据栏位的多个位元组进行相似度比较，以判断该CAN消息是否为对应该感测数据的一目标CAN消息。
此外，本发明更揭露该处理器于进行相似度比较时，还用以执行下列操作：计算该感测数据与该CAN消息间的一相似度值；以及当该相似度值大于等于一临界值时，判断该CAN消息为对应该感测数据的该目标CAN消息。
此外，本发明更揭露该处理器还通过该收发器，接收多个初始CAN消息；判断各该初始CAN消息的一数据栏位是否产生变化；以及选择这些初始CAN消息的这些数据栏位中产生变化的至少一初始CAN消息作为该CAN消息。
此外，本发明更揭露该处理器于进行相似度比较时，还用以执行下列操作：对该CAN消息的该数据栏位的这些位元组进行一位元组合处理程序，以产生多个组合数据；计算该感测数据与各该组合数据的一相似度值；以及当这些相似度值中的一目标相似度值大于等于一临界值时，判断该CAN消息为对应该感测数据的该目标CAN消息。
此外，本发明更揭露该目标相似度值为这些相似度值中的一最大值。
此外，本发明更揭露该CAN消息是由一行车电脑(Electronic Control Unit；ECU)所产生，该处理器还用以执行下列操作：根据该目标相似度值对应的该组合数据，获得对应该行车电脑的一数据结构。
此外，本发明更揭露该感测数据由一感测器产生，该感测器包含一第一CAN接口，该CAN消息由一行车电脑产生，该行车电脑包含一第二CAN接口，该感测器通过该第一CAN接口传送该感测数据至一电子装置，该行车电脑通过该第二CAN接口传送该CAN消息至该电子装置，以及该处理器通过该收发器自该电子装置接收该感测数据及该CAN消息。
此外，本发明更揭露该感测器及该行车电脑皆安装于一车辆，该处理器还用以根据该感测数据及该目标CAN消息，监控及管理该车辆。
此外，本发明更揭露一种用于车辆数据分析装置的车辆数据分析方法。该车辆数据分析装置包含一收发器及一处理器。该车辆数据分析方法由该处理器执行，且包含下列步骤：通过该收发器，接收一感测数据及一控制器区域网络(controller area network；CAN)消息；以及将该感测数据与该CAN消息的一数据栏位的多个位元组进行相似度比较，以判断该CAN消息是否为对应该感测数据的一目标CAN消息。
此外，本发明更揭露于进行相似度比较时，该车辆数据分析方法还包含下列步骤：计算该感测数据与该CAN消息间的一相似度值；以及当该相似度值大于等于一临界值时，判断该CAN消息为对应该感测数据的该目标CAN消息。
此外，本发明更揭露车辆数据分析方法还包含下列步骤：通过该收发器，接收多个初始CAN消息；判断各该初始CAN消息的一数据栏位是否产生变化；以及选择这些初始CAN消息的这些数据栏位中产生变化的至少一初始CAN消息作为该CAN消息。
此外，本发明更揭露于进行相似度比较时，该车辆数据分析方法还包含下列步骤：对该CAN消息的该数据栏位的这些位元组进行一位元组合处理程序，以产生多个组合数据；计算该感测数据与各该组合数据的一相似度值；以及当这些相似度值中的一目标相似度值大于等于一临界值时，判断该CAN消息为对应该感测数据的该目标CAN消息。
此外，本发明更揭露该目标相似度值为这些相似度值中的一最大值。
此外，本发明更揭露该CAN消息是由一行车电脑(Electronic Control Unit；ECU)所产生，该车辆数据分析方法还包含下列步骤：根据该目标相似度值对应的该组合数据，获得对应该行车电脑的一数据结构。
此外，本发明更揭露该感测数据由一感测器产生，该感测器包含一第一CAN接口，该CAN消息由一行车电脑产生，该行车电脑包含一第二CAN接口，该感测器通过该第一CAN接口传送该感测数据至一电子装置，该行车电脑通过该第二CAN接口传送该CANN消息至该电子装置，以及该处理器通过该收发器自该电子装置接收该感测数据及该CAN消息。
此外，本发明更揭露该感测器及该行车电脑皆安装于一车辆，该车辆数据分析方法还包含下列步骤：根据该感测数据及该目标CAN消息，监控及管理该车辆。
在参阅附图及随后描述的实施方式后，此技术领域具有通常知识者便可了解本发明的其他目的，以及本发明的技术手段及实施态样。
附图说明
图1是本发明的车辆数据分析装置的示意图；
图2描绘本发明车载通信系统的实施情境；
图3是本发明的感测器、行车电脑及电子装置间运作的是意图；
图4是本发明CAN消息及其数据栏位的示意图；
图5描绘本发明分别对应感测数据及CAN消息的曲线图；
图6描绘本发明的组合数据CD1-1～CD1-8的示意图；
图7描绘本发明的组合数据CD2-1～CD2-7的示意图；
图8描绘本发明的组合数据CD3-1～CD3-6的示意图；
图9描绘本发明的组合数据CD4-1～CD4-5的示意图；
图10描绘本发明的组合数据CD5-1～CD5-4的示意图；
图11描绘本发明的组合数据CD6-1～CD6-3的示意图；
图12描绘本发明的组合数据CD7-1～CD7-2的示意图；
图13描绘本发明的组合数据CD8的示意图；以及
图14是本发明车辆数据分析方法的流程图。
【符号说明】
1：车辆数据分析装置
11：收发器
13：处理器
2：感测器
21：第一CAN接口
202：感测数据
3：行车电脑
31：第二CAN接口
302：CAN消息
3a、3b、3c：行车电脑
4：车辆
5：电子装置
51：第三CAN接口
6：网络
F1：仲裁栏位
F2：控制栏位
F3：数据栏位
F4：循环冗余校验栏位
B0-B7：位元组
C1：特性曲线
C2：特性曲线
CD1-1～CD1-8、CD2-1～CD2-7、CD3-1～CD3-6、CD4-1～CD4-5、CD5-1～CD5-4、CD6-1～CD6-3、CD7-1～CD7-2、CD8：组合数据
具体实施方式
以下将通过实施例来解释本发明内容，本发明的实施例并非用以限制本发明须在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明。需说明者，以下实施例及附图中，与本发明非直接相关的元件已省略而未绘示，且附图中各元件间的尺寸关系仅为求容易了解，并非用以限制实际比例。
本发明第一实施例如图1至图5所示。图1是本发明的车辆数据分析装置的示意图。图2描绘本发明车载通信系统的实施情境。车辆数据分析装置1包含收发器11以及处理器13。处理器13电性连接至收发器11。
处理器13通过收发器11接收感测数据202及控制器区域网络(controller areanetwork；CAN)消息302，并将感测数据202与CAN消息302的数据栏位的多个位元组进行相似度比较，以判断CAN消息302是否为对应感测数据202的目标CAN消息。
具体而言，请参考图2，感测数据202由感测器2产生，以及CAN消息302由行车电脑(Electronic Control Unit；ECU)(即行车电脑3a、3b、3c其中之一)产生。为简化说明，于图2中仅绘示三个行车电脑3a、3b、3c；然而，行车电脑的数量并非用以限制本发明。感测器2及行车电脑3a、3b、3c皆安装于车辆4上。感测器2可为一卫星导航系统(Global NavigationSatellite System；GNSS)、一惯性测量单元(Inertial Measurement Unit；IMU)等模块，但不限于此，以量测车辆4的不同车身位置的行车状态。
请参考图3，感测器2包含第一CAN接口21，行车电脑3包含第二CAN接口31，以及电子装置5包含第三CAN接口51。第一CAN接口21及第二CAN接口31接连接至第三CAN接口51，且第一CAN接口21、第二CAN接口31及第三CAN接口51皆包含CAN总线，以传输CAN数据及CAN消息。
请参考图4，CAN消息302中至少包含仲裁栏位F1、控制栏位F2、数据栏位F3及循环冗余校验栏位F4。仲裁栏位F1载有传送CAN消息302的行车电脑3的识别码。数据栏位F3载有与车辆4的某一车身位置相关的数据，且数据栏位F3包含用于携带数据的多个位元组(bytes)B0-B7。
对处理器13而言，若行车电脑3的信息为未知的，则处理器13将无法对行车电脑3所传送CAN消息302进行解码。由于感测数据202及CAN消息302皆与车辆4相关，因此处理器13通过将感测数据202与CAN消息302的数据栏位F3的这些位元组B0-B7进行相似度比较，以判断CAN消息302是否为对应感测数据202的目标CAN消息，并进一步得知数据栏位F3中哪些位元组被用来携带数据。
举例而言，假设车辆数据分析装置1为服务器，以及感测器2为GNSS模块。当车辆4行进一段时间后，感测器2会记录车辆4于行进期间的距离及时间，以计算车辆4的车速，并产生与车速相关的感测数据202，以及将感测数据202传送至电子装置5。此外，行车电脑3在车辆4行进时会撷取车速，并产生与车速相关的CAN消息302，以及将CAN消息302传送至电子装置5。
接着，电子装置5通过网络6(例如：移动通信网络、Wi-Fi等)，将从感测器2接收的感测数据202以及从行车电脑3接收的CAN消息302传送至车辆数据分析装置1。于接收感测数据202及CAN消息302后，车辆数据分析装置1通过计算感测数据202与CAN消息302间的相似度值进行相似度比较。
相似度比较可采用皮尔逊积动差相关系数(Pearson's correlationcoefficient)、余弦相似性(Cosine similarity)、最长共同子序列(Longest Common Sub-Sequence；LCSS)、欧基里德距离(Euclidean Distance)、单向距离(One-way distance)以及弗雷切特距离(Frechet Distance)等方式，但不限于此。须说明者，相似度值的临界值会随着使用不同的相似度比较而有所不同。
当相似度值大于或等于一临界值时，处理器13判断CAN消息302为对应感测数据202的目标CAN消息。在确定CAN消息302所携带的数据的意义后，处理器13可根据感测数据及目标CAN消息，监控及管理车辆4。
于其他实施例中，处理器13于进行相似度比较之前，可先将感测数据202转换为特性曲线C1以及将CAN消息302转换为特性曲线C2，如图5所示。
此外，于其他实施例中，感测器2产生多个感测数据，并将这些感测数据传送至电子装置5。行车电脑3产生多个初始CAN消息，并将这些CAN消息传送至电子装置5。于通过收发器11接收多个初始CAN消息后，处理器13先滤除数据栏位所载的数据为这些初始CAN消息中的极大或极小值，再判断剩余的各初始CAN消息的数据栏位是否产生变化，并选择剩余的这些初始CAN消息的这些数据栏位中产生变化的至少一初始CAN消息作为进行数据意义分析的CAN消息。也就是说，被选择的至少一初始CAN消息的数据栏位有变动代表是在车辆4行进间产生的数据。
本发明第二实施例如图6至图13所示。第二实施例为第一实施例的延伸。于本实施例中，将进一步说明处理器13基于位元组及感测数据进行相似度比较。
详言之，车辆数据分析装置1的处理器13对CAN消息302的数据栏位F3的这些位元组B0-B7进行位元组合处理程序，以产生多个组合数据，并计算感测数据202与各组合数据间的相似度值。当这些相似度值中的一目标相似度值大于或等于临界值时，处理器13判断CAN消息301为对应感测数据202的目标CAN消息。于一实施例中，目标相似度值为这些相似度值中的最大值。
举例而言，数据栏位F3包含八个位元组B0-B7，当处理器13对CAN消息302的数据栏位F3的这些位元组B0-B7进行位元组合处理程序时，处理器13将不同数量的位元进行组合，以产生多个组合数据。被组合的这些位元于数据栏位F3中为连续的。
当处理器13将位元组B0-B7中每一个位元组单独视为一个组合数据时，各个组合数据CD1-1～CD1-8中仅包含一个位元组，如图6所示。当处理器13将位元组B0-B7中连续的两个位元组进行组合时，将产生七个组合数据CD2-1～CD2-7，各个组合数据CD2-1～CD2-7中包含两个位元组，如图7所示。
当处理器13将位元组B0-B7中连续的三个位元组进行组合时，将产生六个组合数据CD3-1～CD3-6，各个组合数据CD3-1～CD3-6中包含三个位元组，如图8所示。当处理器13将位元组B0-B7中连续的四个位元组进行组合时，将产生五个组合数据CD4-1～CD4-5，各个组合数据CD4-1～CD4-5中包含四个位元组，如图9所示。
当处理器13将位元组B0-B7中连续的五个位元组进行组合时，将产生四个组合数据CD5-1～CD5-4，各个组合数据CD5-1～CD5-4中包含五个位元组，如图10所示。当处理器13将位元组B0-B7中连续的六个位元组进行组合时，将产生三个组合数据CD6-1～CD6-3，各个组合数据CD6-1～CD6-3中包含六个位元组，如图11所示。
当处理器13将位元组B0-B7中连续的七个位元组进行组合时，将产生两个组合数据CD7-1～CD7-2，各个组合数据CD7-1～CD7-2中包含七个位元组，如图12所示。当处理器13将位元组B0-B7中八个位元组进行组合时，亦即处理器13所有位元组B0-B7视为一个组合时，仅产生一个组合数据CD8，组合数据CD8中包含八个位元组，如图13所示。
于进行完位元组合处理程序后，处理器13计算感测数据跟每一个组合数据CD1-1～CD1-8、CD2-1～CD2-7、CD3-1～CD3-6、CD4-1～CD4-5、CD5-1～CD5-4、CD6-1～CD6-3、CD7-1～CD7-2、CD8之间的相似度值。若这些相似度值中的最大值大于或等于临界值，则处理器13判断CAN消息302为与感测数据对应的目标CAN消息，并根据相似度值为最大值的目标相似度值的数据组合，获得对应行车电脑3的数据栏位的数据结构。
本发明第三实施例是描述一车辆数据分析方法，其流程图如图14所示。车辆数据分析方法适用于一车辆数据分析装置(例如：前述实施例的车辆数据分析装置1)。车辆数据分析包含一收发器以及一处理器。车辆数据分析方法由处理器执行且包含以下步骤。
首先，于步骤S1402中，接收一感测数据及一控制器区域网络(CAN)消息。于步骤S1404中，将感测数据与CAN消息的一数据栏位的多个位元组进行相似度比较。于步骤S1406中，判断CAN消息是否为对应感测数据的一目标CAN消息。
于其他实施例中，于进行相似度比较时，车辆数据分析方法还包含计算感测数据与CAN消息间的一相似度值。当相似度值大于等于一临界值时，判断CAN消息为对应感测数据的目标CAN消息。
于其他实施例中，车辆数据分析方法还包含通过收发器，接收多个初始CAN消息，并判断各初始CAN消息的一数据栏位是否产生变化，以及选择这些初始CAN消息的这些数据栏位中产生变化的至少一初始CAN消息作为CAN消息。
于其他实施例中，于进行相似度比较时，车辆数据分析方法还包含对CAN消息的数据栏位的这些位元组进行一位元组合处理程序，以产生多个组合数据，以及计算该感测数据与各该组合数据的一相似度值。当这些相似度值中的一目标相似度值大于等于临界值时，判断CAN消息为对应感测数据的目标CAN消息。于一实施例中，目标相似度值为这些相似度值中的一最大值。
于其他实施例中，CAN消息是由行车电脑所产生，车辆数据分析方法还包含根据目标相似度值对应的组合数据，获得对应行车电脑的一数据结构。
于其他实施例中，感测数据由一感测器产生，感测器包含第一CAN接口，CAN消息由行车电脑产生，行车电脑包含一第二CAN接口。感测器通过第一CAN接口传送感测数据至一电子装置。行车电脑通过第二CAN接口传送CANN消息至电子装置，以及通过收发器自电子装置接收感测数据及CAN消息。
于其他实施例中，感测器及行车电脑皆安装于一车辆，车辆数据分析方法还包含根据感测数据及目标CAN消息，监控及管理车辆。
除了上述步骤，本发明的车辆数据分析方法亦能执行在所有前述实施例中所阐述的所有操作并具有所有对应的功能，所属技术领域具有通常知识者可直接了解此实施例如何基于所有前述实施例执行这些操作及具有这些功能，故不赘述。
综上所述，本发明的车辆数据分析机制通过比较感测器产生的数据及多台行车电脑产生的消息，以获得消息的数据栏位中用于携带数据的位元组。据此，通过本发明的车辆数据分析机制可了解车身多个重要信息的意义，以便未来收集及分析行车电脑所产出数据，且针对不同车辆型号或行车电脑皆适用。
上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求书为准。

Claims (14)

1.一种车辆数据分析装置，其特征在于，包含：
一收发器；以及
一处理器，电性连接至所述收发器，并用以执行下列操作：
通过该收发器，接收一感测数据及一控制器区域网络(controller area network；CAN)消息；以及
将所述感测数据与所述CAN消息的一数据栏位的多个位元组进行相似度比较，以判断所述CAN消息是否为对应所述感测数据的一目标CAN消息，
所述感测数据由一感测器产生，所述感测器包含一第一CAN接口，所述CAN消息由一行车电脑产生，所述行车电脑包含一第二CAN接口，所述感测器通过所述第一CAN接口传送所述感测数据至一电子装置，所述行车电脑通过所述第二CAN接口传送所述CAN消息至所述电子装置，以及所述处理器通过所述收发器自所述电子装置接收所述感测数据及所述CAN消息。
2.根据权利要求1所述的车辆数据分析装置，其特征在于，所述处理器于进行相似度比较时，还用以执行下列操作：
计算所述感测数据与所述CAN消息间的一相似度值；以及
当所述相似度值大于等于一临界值时，判断所述CAN消息为对应所述感测数据的所述目标CAN消息。
3.根据权利要求1所述的车辆数据分析装置，其特征在于，所述处理器还用以执行下列操作：
通过所述收发器，接收多个初始CAN消息；
判断各所述初始CAN消息的一数据栏位是否产生变化；以及
选择所述多个初始CAN消息的多个数据栏位中产生变化的至少一初始CAN消息作为所述CAN消息。
4.根据权利要求1所述的车辆数据分析装置，其特征在于，所述处理器于进行相似度比较时，还用以执行下列操作：
对所述CAN消息的所述数据栏位的所述多个位元组进行一位元组合处理程序，以产生多个组合数据；
计算所述感测数据与各所述组合数据的一相似度值；以及
当多个相似度值中的一目标相似度值大于等于一临界值时，判断所述CAN消息为对应所述感测数据的所述目标CAN消息。
5.根据权利要求4所述的车辆数据分析装置，其特征在于，所述目标相似度值为所述多个相似度值中的一最大值。
6.根据权利要求4所述的车辆数据分析装置，其特征在于，所述CAN消息是由一行车电脑(Electronic Control Unit；ECU)所产生，所述处理器还用以执行下列操作：
根据所述目标相似度值对应的所述组合数据，获得对应所述行车电脑的一数据结构。
7.根据权利要求1所述的车辆数据分析装置，其特征在于，所述感测器及所述行车电脑皆安装于一车辆，所述处理器还用以执行下列操作：
根据所述感测数据及所述目标CAN消息，监控及管理所述车辆。
8.一种用于一车辆数据分析装置的车辆数据分析方法，所述车辆数据分析装置包含一收发器及一处理器，所述车辆数据分析方法由所述处理器执行，其特征在于，包含下列步骤：
通过所述收发器，接收一感测数据及一控制器区域网络(controller area network；CAN)消息；以及
将所述感测数据与所述CAN消息的一数据栏位的多个位元组进行相似度比较，以判断所述CAN消息是否为对应所述感测数据的一目标CAN消息，
所述感测数据由一感测器产生，所述感测器包含一第一CAN接口，所述CAN消息由一行车电脑产生，所述行车电脑包含一第二CAN接口，所述感测器通过所述第一CAN接口传送所述感测数据至一电子装置，所述行车电脑通过所述第二CAN接口传送所述CAN消息至所述电子装置，以及所述处理器通过所述收发器自所述电子装置接收所述感测数据及所述CAN消息。
9.根据权利要求8所述的车辆数据分析方法，其特征在于，于进行相似度比较时，所述车辆数据分析方法还包含下列步骤：
计算所述感测数据与所述CAN消息间的一相似度值；以及
当所述相似度值大于等于一临界值时，判断所述CAN消息为对应所述感测数据的所述目标CAN消息。
10.根据权利要求8所述的车辆数据分析方法，其特征在于，还包含下列步骤：
通过所述收发器，接收多个初始CAN消息；
判断各所述初始CAN消息的一数据栏位是否产生变化；以及
选择所述多个初始CAN消息的多个数据栏位中产生变化的至少一初始CAN消息作为所述CAN消息。
11.根据权利要求8所述的车辆数据分析方法，其特征在于，于进行相似度比较时，所述车辆数据分析方法还包含下列步骤：
对所述CAN消息的所述数据栏位的所述多个位元组进行一位元组合处理程序，以产生多个组合数据；
计算所述感测数据与各所述组合数据的一相似度值；以及
当多个相似度值中的一目标相似度值大于等于一临界值时，判断所述CAN消息为对应所述感测数据的所述目标CAN消息。
12.根据权利要求11所述的车辆数据分析方法，其特征在于，所述目标相似度值为所述多个相似度值中的一最大值。
13.根据权利要求11所述的车辆数据分析方法，其特征在于，所述CAN消息是由一行车电脑(Electronic Control Unit；ECU)所产生，所述车辆数据分析方法还包含下列步骤：
根据所述目标相似度值对应的所述组合数据，获得对应所述行车电脑的一数据结构。
14.根据权利要求8所述的车辆数据分析方法，其特征在于，所述感测器及所述行车电脑皆安装于一车辆，所述车辆数据分析方法还包含下列步骤：
根据所述感测数据及所述目标CAN消息，监控及管理所述车辆。
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