CN107508865A - 新能源汽车多路can总线和gps数据融合管理方法 - Google Patents

新能源汽车多路can总线和gps数据融合管理方法 Download PDF

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苏益男
何福男
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Abstract

本发明提供了一种新能源汽车多路CAN总线和GPS数据融合管理方法，包括以下步骤：S1：将通过多路CAN总线获取的车辆实时数据及通过车载GPS模块获取的车辆实时位置数据进行数据格式的统一以进行数据融合；S2：通过分支操作将融合后的数据分解为两路数据，其中一路数据用于实时显示，另一路数据用于存储；S3：将用于实时显示的一路数据进行解析后发送至手持设备终端进行显示，以及将用于存储的另一路数据发送至服务器进行存储及分析使用。该方法将基于多路CAN总线的车辆数据采集与GPS等信息实现了有机融合，提供了统一采集信息的数据结构，方便数据的存储、分析和应用，可降低数据处理难度，提高数据分析效率。

Description

新能源汽车多路CAN总线和GPS数据融合管理方法
技术领域
本发明涉及数据采集及传输技术领域，特别涉及一种新能源汽车多路CAN总线和GPS数据融合管理方法。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，能源消耗、环境污染等问题日益突出，大力发展节能、环保的新能源汽车，通过互联网技术提升汽车产业意义重大。纯电动汽车、混合动力等新能源汽车的机械结构相对传统内燃机汽车结构简单，传动和运转部件相对较少，但电气结构更加复杂，多个分布式子***构成高集成化的电子***，通过控制器局域网络(ControllerArea Network，CAN)相互通信。CAN总线是当今自动化领域中最具应用前景的技术之一，具有可靠性高、实时性和灵活性强等优势，在汽车电子***中应用广泛。由于新能源车辆电子、电气状况的复杂，为了加强行车安全及提升车辆运行效率，高效地获取新能源车辆行车数据成为一种迫切需要。
围绕新能源汽车数据采集和车辆状态监控类应用，当前出现了一种基于CAN总线的车辆监控方案。该类方法的主要思想是首先收集车辆CAN总线数据，然后通过移动通信等方式远程传输至服务器，服务器端依据获取的车辆数据进行车辆的状态监控、参数优化等应用。该类解决方案存在的一个问题是对车辆多路CAN总线数据的支持、与GPS(GlobalPositioning System，GPS)等数据的融合上存在一定问题，引起后续数据处理的效率欠佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源汽车多路CAN总线和GPS数据融合管理方法，以解决现有的技术中车辆多路CAN总线数据的支持、与GPS等数据的融合上存在一定问题，引起后续数据处理的效率欠佳的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种新能源汽车多路CAN总线和GPS数据融合管理方法，包括以下步骤：
S1：将通过多路CAN总线获取的车辆实时数据及通过车载GPS模块获取的车辆实时位置数据进行数据格式的统一以进行数据融合；
S2：通过分支操作将融合后的数据分解为两路数据，其中一路数据用于实时显示，另一路数据用于存储；
S3：将用于实时显示的一路数据进行解析后发送至手持设备终端进行显示，以及将用于存储的另一路数据发送至服务器进行存储及分析使用。
较佳地，所述步骤S1中多路CAN总线获取的车辆实时数据具体包括：采用SocketCAN编程模型进行多路CAN总线上各CAN控制器的车辆实时数据的获取。
较佳地，采用Socket CAN编程模型进行数据获取时，具体包括：
(1)进行Socket初始化，创建所述多路CAN总线的网络套接字；
(2)将所述网络套接字与对应的CAN设备进行绑定；
(3)将所述网络套接字的接口回环功能关闭；
(4)进行数据过滤，使得仅CAN扩展帧数据被接收；
(5)创建新线程，完成多路CAN总线的数据接收。
较佳地，所述步骤S1中，车载GPS模块通过串口编程的方式获取车辆实时位置数据。
较佳地，所述步骤S1中，获取数据时，采用epoll模型进行套接口数据的收发管理，以支持多路数据源的接收。
较佳地，所述步骤S1中，所述多路CAN总线获取车辆实时数据并使其进入CAN数据队列，车载GPS模块获取车辆实时位置数据并使其进入GPS数据队列，然后分别对两个队列中的数据进行数据格式的统一以进行数据融合。
较佳地，进行数据格式的统一时，具体通过设置结构体和共同体组成数据变量，统一车辆实时数据及车辆实时位置数据的数据源格式，使其所占存储空间相同。
较佳地，所述步骤S2中进行分解后，将用于实时显示的数据加入至第一队列，将用于存储的数据加入至第二队列，则步骤S3中包括依次对第一队列中的数据进行出队列操作后解析并发送至手持设备终端进行显示，以及依次对第二队列中的数据进行出队列操作后发送至服务器进行存储为原始文件以供分析使用。
较佳地，所述步骤S3中进行解析时，根据预设的车企协议规范进行解析或直接调用SAE J1939协议接口进行数据解析，解析后的数据进行加密后再发送至手持设备终端进行解密及显示。
较佳地，所述步骤S3中用于存储的另一路数据发送至服务器时，在数据传输的数据链路层，数据帧以协议数据单元为单位进行信息传送。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
(1)将基于多路CAN总线的车辆数据采集与GPS等信息实现了有机融合，本发明方法有助于统一采集信息的数据结构，方便数据的存储、分析和应用；
(2)考虑数据流向，通过面向对象的分析和抽象，构建了一条高效完整的数据传输通道；
(3)将本发明应用于新能源车辆监控和分析类应用中，可以降低数据处理的难度，提高数据分析的效率。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明优选实施例的数据流向示意图；
图3为本发明优选实施例的数据格式示意图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
本实施例提供的一种新能源汽车多路CAN总线和GPS数据融合管理方法，包括多路CAN总线数据、GPS数据的统一融合管理，构建了一条从数据源通过融合与分解，最终到汇点的数据传输通道。参考图1所示，该方法主要包括以下步骤：
S1：将通过多路CAN总线获取的车辆实时数据及通过车载GPS模块获取的车辆实时位置数据进行数据格式的统一以进行数据融合；
S2：通过分支操作将融合后的数据分解为两路数据，其中一路数据用于实时显示，另一路数据用于存储；
S3：将用于实时显示的一路数据进行解析后发送至手持设备终端进行显示，以及将用于存储的另一路数据发送至服务器进行存储及分析使用。
结合图2，该方法进行数据融合管理的车载终端所采集的数据源主要包括两大类：一类是通过多路CAN总线获取的车辆实时数据，另一种是通过车载GPS模块获取的车辆实时位置信息。本实施例中的在多路CAN总线中车辆的电机控制器、电池管理***等核心部件挂接在CAN1子网络上。数字化仪表、空调及其他***设备挂接在其他CAN子网络上。CAN总线中各路子网络物理上完全隔离，通过整车控制器实现数据的交换。
该方法符合面向对象的建模方法，数据的管理和数据流向清晰。此外，GPS数据和车辆CAN总线数据具有统一的数据结构，同样带来了数据处理一致性上的便捷。
而多路CAN总线在进行获取车辆实时数据过程具体包括：采用Socket CAN编程模型进行多路CAN总线上各CAN控制器的车辆实时数据的获取。由于CAN协议族构建于Linux网络层之上，将CAN控制器的设备驱动注册进入网络层，使其成为一个网络设备，从而实现了通过网络Socket接口调用CAN设备驱动的方法。该模型能够同时打开多个CAN套接字进行数据的收发。这里优选的，参考网络编程，实现中可以采用epoll模型进行套接口数据收发管理，以支持多路数据源的接收。虽然从实现上考虑，传统多路CAN总线数据采集多采用select编程模型，但epoll编程模型相比select模型具有高并发、高灵活性等特点，因此更适合应用在这里。
其中，采用Socket CAN编程模型进行多路CAN数据的数据获取车辆实时数据时，具体过程包括：
(1)Socket初始化。具体为进行Socket初始化，创建所述多路CAN总线的网络套接字。
(2)Socket绑定。将所述网络套接字与对应的CAN设备进行绑定，由于该过程需要实现支持多路CAN总线功能，因此注意需要监听所有的CAN接口。
(3)关闭接口回环功能。将所述网络套接字的接口回环功能关闭；如果本地回环功能开启，所有的发送数据帧都会被回环到与CAN总线接口对应的套接字上。发送CAN报文的套接字不想接收自己发送的报文，因此发送套接字上的回环功能需要进行关闭。
(4)数据过滤。进行数据过滤，使得仅CAN扩展帧数据被接收。该步通过设置滤波规则实现有效的数据信息过滤——过滤掉不符合要求的数据，使之仅接收CAN扩展帧数据。有针对性的数据过滤可以有效降低***开销。
(5)创建新线程，完成多路CAN总线的数据接收。完成多路CAN数据接收任务并使数据进入“CAN数据”队列。该步骤主要涉及CAN多接口管理和数据帧的接收和发送操作。
步骤S1中，车载GPS模块通过串口编程的方式获取车辆实时位置数据。获取数据时，同样采用epoll模型进行套接口数据的收发管理，以支持多路数据源的接收。
在优选实施例中，多路CAN总线获取车辆实时数据并使其进入CAN数据队列，车载GPS模块获取车辆实时位置数据并使其进入GPS数据队列，然后分别对两个队列中的数据进行数据格式的统一以进行数据融合。
而进一步的，在进行数据格式的统一时，具体通过设置结构体和共同体组成数据变量，统一车辆实时数据及车辆实时位置数据的数据源格式，使其所占存储空间相同。具体地，由于车载终端采集的数据源包括GPS数据和多路CAN数据两种类型。因此融合时，首先对波特率、数据位、校验位、停止位、终端工作模式等进行设定。然后采用epoll模型对接口进行管理。再设置结构体和共用体组成的数据变量，统一两种数据源格式，使得各自占用的存储空间相同。数据格式上的一致，方便了后续的数据管理和提取工作。本实施例中的数据类型定义如下：
typedef struct tagDataFrame{
uint8uDataType；//1-CAN,2-GPS
struct timeval sTimeStamp；//时间戳
union{
struct tagGPSFrame{
double dLatitude；
double dLongitude；
}sGPSFrame；//GPS数据
struct can_frame sCANFrame；//CAN数据
}u；
}DATAFRAME,*PDATAFRAME；
参考图3给出了采集数据格式示意图，当数据类型uDataType为1时，为CAN数据帧sCANFrame；uDataType为2时，采集的信息为GPS数据帧sGPSFrame，数据采集时间取自GPS模块的时间戳信息。
参考图2，步骤S1后执行，数据分支操作，由于融合后的数据包含GPS和CAN数据，通过分支操作将数据进一步分解为两路数据，一路经过解析后在手机或手持设备屏幕上显示，近距离监控车辆运行状态；另外一路将数据存储为原始文件用于后续数据分析应用。两路数据基于队列构建，入队列和出队列构成基本操作。具体地，由步骤S2进行分解，分解后，将用于实时显示的数据加入至第一队列，将用于存储的数据加入至第二队列，则步骤S3中包括依次对第一队列中的数据进行出队列操作后解析并发送至手持设备终端进行显示，以及依次对第二队列中的数据进行出队列操作后发送至服务器进行存储为原始文件以供分析使用。
在另一优选实施例中，步骤S3中进行解析时，可以根据预设的车企协议规范进行解析或直接调用SAE J1939协议接口进行数据解析，解析后的数据进行加密后再发送至手持设备终端进行解密及显示。解析后的数据还可根据需要进行格式化处理以方便与手机端进行交互。解析后的数据即代表了车辆模块的具体参数。而出于数据安全性和可靠性考虑，因此在数据传输过程中采用了加密、解密和校验方式进行安全保护。
而步骤S3中用于存储的另一路数据发送至服务器时，在数据传输的数据链路层，数据帧以协议数据单元为单位进行信息传送。将本地存储的文件通过4G通信传输至服务器，为了区分连接到服务器上的不同汽车数据，文件以“车号+时间”方式命名(如Su001_2016-3-15-9-2-29.dat)，时间精确到秒。考虑到数据传输延迟和文件容错处理考虑，将固定帧数(如300帧)的数据保存为一个单独文件。文件数据包含文件头和文件体两部分，文件头概述文件内容。通过文件读写操作，将数据流写入到文件中，从而实现数据文件的存储，为后续数据分析和处理提供了数据文件准备。
本实施例方法中采集的GPS数据和CAN数据帧具有不同的数据结构。其中，GPS模块的数据处理本质上是串口通信程序设计，数据输出遵循固定的格式，通过字符串检索查找从模块发送的数据中找出需要的数据，常用的GPS模块大多采用NMEA-0183协议。应用于汽车领域的CAN协议为SAE J1939协议。其中J1939-21对数据链路层的格式进行了定义，SAEJ1939-71给出了应用层定义。而在数据链路层，数据帧以协议数据单元(Protocol DataUnit，PDU)为单位进行信息传送，一个PDU相当于CAN协议中的扩展帧。
该方法通过结构体和共用体的采用，统一了二种协议中数据格式的差异。服务器端接收数据后可以进行统一处理，如写入数据库等操作，降低了数据处理的难度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种新能源汽车多路CAN总线和GPS数据融合管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将通过多路CAN总线获取的车辆实时数据及通过车载GPS模块获取的车辆实时位置数据进行数据格式的统一以进行数据融合；
S2：通过分支操作将融合后的数据分解为两路数据，其中一路数据用于实时显示，另一路数据用于存储；
S3：将用于实时显示的一路数据进行解析后发送至手持设备终端进行显示，以及将用于存储的另一路数据发送至服务器进行存储及分析使用。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中多路CAN总线获取的车辆实时数据具体包括：采用Socket CAN编程模型进行多路CAN总线上各CAN控制器的车辆实时数据的获取。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用Socket CAN编程模型进行数据获取时，具体包括：
(1)进行Socket初始化，创建所述多路CAN总线的网络套接字；
(2)将所述网络套接字与对应的CAN设备进行绑定；
(3)将所述网络套接字的接口回环功能关闭；
(4)进行数据过滤，使得仅CAN扩展帧数据被接收；
(5)创建新线程，完成多路CAN总线的数据接收。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，车载GPS模块通过串口编程的方式获取车辆实时位置数据。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，获取数据时，采用epoll模型进行套接口数据的收发管理，以支持多路数据源的接收。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述多路CAN总线获取车辆实时数据并使其进入CAN数据队列，车载GPS模块获取车辆实时位置数据并使其进入GPS数据队列，然后分别对两个队列中的数据进行数据格式的统一以进行数据融合。
7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，进行数据格式的统一时，具体通过设置结构体和共同体组成数据变量，统一车辆实时数据及车辆实时位置数据的数据源格式，使其所占存储空间相同。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中进行分解后，将用于实时显示的数据加入至第一队列，将用于存储的数据加入至第二队列，则步骤S3中包括依次对第一队列中的数据进行出队列操作后解析并发送至手持设备终端进行显示，以及依次对第二队列中的数据进行出队列操作后发送至服务器进行存储为原始文件以供分析使用。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中进行解析时，根据预设的车企协议规范进行解析或直接调用SAE J1939协议接口进行数据解析，解析后的数据进行加密后再发送至手持设备终端进行解密及显示。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中用于存储的另一路数据发送至服务器时，在数据传输的数据链路层，数据帧以协议数据单元为单位进行信息传送。
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