專利名稱:一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括兩個以上彼此獨立通信、功能不同的環(huán)形局域網(wǎng)，所述的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，一個整車控制器(1)作為各所述的環(huán)形局域網(wǎng)的共同節(jié)點，所述的整車控制器(1)設(shè)有多對接口，每對接口對應(yīng)一個環(huán)形局域網(wǎng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可實現(xiàn)各環(huán)形局域網(wǎng)同時運行；各環(huán)形局域網(wǎng)的運行方向均包括順時針方向和逆時針方向，保證通訊可靠性；轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)和制動控制系統(tǒng)均為冗余結(jié)構(gòu)，保證可靠性和安全性。
【專利說明】
一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種電動汽車通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，尤其是涉及一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]智能車是未來汽車發(fā)展的必然趨勢，通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計是智能車最重要的技術(shù)之一。在智能車運行過程中，為了監(jiān)視智能車運行狀態(tài)、實現(xiàn)智能車故障診斷、達到智能車運行自動控制等目的，車內(nèi)相關(guān)監(jiān)視和控制設(shè)備會產(chǎn)生大量與智能車運行狀態(tài)、智能車故障診斷、智能車運行控制指令相關(guān)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和消費往往位于不同的車載設(shè)備之中，因而需要在智能車內(nèi)部構(gòu)建一個通信網(wǎng)絡(luò)，將這些數(shù)據(jù)從其生產(chǎn)設(shè)備傳輸?shù)狡湎M設(shè)備。智能車通信網(wǎng)絡(luò)能夠為掛載于其上的終端設(shè)備提供端到端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)?；诓煌ㄐ偶夹g(shù)以及不同拓?fù)漕愋偷耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的安全性、實時性、可靠性以及相關(guān)通信性能指標(biāo)存在著較大的差異。因而，開發(fā)出基于更高性能的通信技術(shù)和更加可靠的拓?fù)漕愋偷耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)一直是軌道交通通信技術(shù)領(lǐng)域中智能車網(wǎng)絡(luò)控制的重要研究內(nèi)容。
[0003]以太網(wǎng)是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，也是應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)。近年來以太網(wǎng)開始進入車載LAN系統(tǒng)，從車載攝像頭的影像傳輸系統(tǒng)開始，其應(yīng)用范圍逐漸擴大到信息、安全和控制等系統(tǒng)。
[0004]目前，智能車的通信網(wǎng)絡(luò)采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。雖然總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具備較高的安全性和實時性，但是由于其自身物理特性、技術(shù)特點、拓?fù)漕愋偷榷喾矫嬖?，使其很難具備較高的可靠性以及較好的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)(如傳輸速率、帶寬等)。這使得后續(xù)開發(fā)實現(xiàn)如車載數(shù)據(jù)單點高速上載和下載、指導(dǎo)智能車入庫維護的數(shù)據(jù)自動傳輸、車內(nèi)娛樂多媒體數(shù)據(jù)的高速傳輸、故障診斷數(shù)據(jù)的傳輸?shù)壬婕爸悄苘囆畔⒒椭悄芑矫娴膽?yīng)用功能受到了極大限制。
[0005]近年來，由于汽車功能的不斷豐富，可靠性和擴展性已經(jīng)成為汽車通信網(wǎng)絡(luò)的重要元素。環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)具有的優(yōu)勢在于:因為即使中間節(jié)點有錯誤，環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)也可以通過其他路徑通信，所以可以確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性。然而，配置環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的此種典型方法具有的缺點在于:因為此方法只是對連接節(jié)點為環(huán)狀感興趣，所以網(wǎng)絡(luò)的擴展性降低。例如，因為支持環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的節(jié)點的以太網(wǎng)端口的數(shù)量限于兩個，所以很難配置各種形狀的網(wǎng)絡(luò)。而且，一旦環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)被配置，將不考慮連接至除了相應(yīng)環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)以外的網(wǎng)絡(luò)，并且很難將先前建立的若干網(wǎng)絡(luò)集成和管理成單個的網(wǎng)絡(luò)。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可靠性高、擴展性和實時性強的基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
[0007]本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]—種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其特征在于，包括兩個以上彼此獨立通信、功能不同的環(huán)形局域網(wǎng)，所述的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，一個整車控制器作為各所述的環(huán)形局域網(wǎng)的共同節(jié)點，所述的整車控制器設(shè)有多對接口，每對接口對應(yīng)一個環(huán)形局域網(wǎng)。
[0009]所述的環(huán)形局域網(wǎng)包括傳輸行車控制數(shù)據(jù)的第一環(huán)形局域網(wǎng)。
[0010]所述的第一環(huán)形局域網(wǎng)為閉環(huán)結(jié)構(gòu)，第一環(huán)形局域網(wǎng)的節(jié)點包括整車控制器、電池管理系統(tǒng)、電壓變換器、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動控制系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、車載診斷系統(tǒng)和車載充電機，所述的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)和制動控制系統(tǒng)分別設(shè)有兩個以上，均為冗余結(jié)構(gòu)。
[0011]所述的環(huán)形局域網(wǎng)包括傳輸多媒體數(shù)據(jù)的第二環(huán)形局域網(wǎng)，所述的第二環(huán)形局域網(wǎng)為開環(huán)或閉環(huán)。
[0012]所述的第二環(huán)形局域網(wǎng)的節(jié)點包括整車控制器、環(huán)境感知系統(tǒng)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、車與外界信息交換系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、人機交換系統(tǒng)和車載娛樂系統(tǒng)。
[0013]所述的環(huán)境感知系統(tǒng)包括設(shè)長距雷達、攝像頭、超聲波發(fā)生器和短距雷達，所述的長距雷達和攝像頭設(shè)置在整車前端，所述的短距雷達設(shè)有4個，分別設(shè)置在整車前后左右，所述的超聲波發(fā)生器設(shè)有24個，其中整車前端和后端分別設(shè)有4個，整車左端和右端分別設(shè)有8個，環(huán)境感知系統(tǒng)感應(yīng)范圍覆蓋汽車周圍水平360°。
[0014]各所述的環(huán)形局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)進行通信，各節(jié)點分別集成了以太網(wǎng)交換機，每個以太網(wǎng)交換機均設(shè)有用于形成所述環(huán)形局域網(wǎng)的連接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整車控制器上的以太網(wǎng)交換機設(shè)有診斷接口。
[0015]各所述的環(huán)形局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)進行通信，各節(jié)點分別集成了以太網(wǎng)交換機，通過對以太網(wǎng)交換機的端口進行配置，將環(huán)形局域網(wǎng)隔離成彼此獨立通信的局域網(wǎng)，用于傳輸不同類型的數(shù)據(jù)，每個以太網(wǎng)交換機都有用于形成所述環(huán)形局域網(wǎng)的連接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整車控制器上的以太網(wǎng)交換機還有診斷接口。各節(jié)點內(nèi)部可使用以太網(wǎng)接口采用以太網(wǎng)進行通信，例如環(huán)境感知系統(tǒng);或使用可轉(zhuǎn)換成其它網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，采用其它網(wǎng)絡(luò)進行通信，例如車身控制系統(tǒng)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0017](I)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括兩個以上彼此獨立通信的環(huán)形局域網(wǎng)，各環(huán)形局域網(wǎng)的節(jié)點包含同一個整車控制器，可實現(xiàn)各環(huán)形局域網(wǎng)同時運行，且分別傳輸不同類型數(shù)據(jù)。
[0018](2)環(huán)形局域網(wǎng)包括傳輸行車控制數(shù)據(jù)的第一環(huán)形局域網(wǎng)和傳輸多媒體數(shù)據(jù)的第二環(huán)形局域網(wǎng)，能夠達到同時傳輸智能車運行控制指令、運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)的目的。
[0019](3)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)和制動控制系統(tǒng)分別設(shè)有兩個以上，均為冗余結(jié)構(gòu)，保證可靠性和安全性。
[0020](4)環(huán)境感知系統(tǒng)感應(yīng)范圍覆蓋汽車周圍水平360°，信息覆蓋廣。
[0021](5)第一環(huán)形局域網(wǎng)為閉環(huán)，所述的第二環(huán)形局域網(wǎng)為開環(huán)或閉環(huán)，適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)中不同的故障容錯要求。
[0022](6)各環(huán)形局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)進行通信，各節(jié)點分別集成了以太網(wǎng)交換機，通過對以太網(wǎng)交換機的端口進行配置，將環(huán)形局域網(wǎng)隔離成彼此獨立通信的局域網(wǎng)，用于傳輸不同類型的數(shù)據(jù)，每個以太網(wǎng)交換機都有用于形成環(huán)形局域網(wǎng)的連接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整車控制器上的以太網(wǎng)交換機還有診斷接口，便于進行功能擴展。
【附圖說明】

[0023]圖1為本實用新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)不意圖；
[0024]圖2為本實用新型環(huán)境感知系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本實用新型車身控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。
[0026]附圖標(biāo)記:
[0027]I 一整車控制器
[0028]2—電池管理系統(tǒng)
[0029]3—以太網(wǎng)交換機
[0030]4 一電壓變換器
[0031]5—網(wǎng)關(guān)或以太網(wǎng)接口
[0032]6—轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)
[0033]7—轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)
[0034]8—電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
[0035]9 一制動控制系統(tǒng)
[0036]10—制動控制系統(tǒng)
[0037]11一驅(qū)動控制系統(tǒng)
[0038]丨2—車身控制系統(tǒng)
[0039]121—車窗
[0040]122—車鏡[0041 ]123—車鎖
[0042]124—座椅
[0043]14 一車載充電機
[0044]15一有或無信道
[0045]16—環(huán)境感知系統(tǒng)
[0046]161—長距雷達
[0047]162—攝像頭
[0048]163—超聲波發(fā)生器
[0049]164—短距雷達
[0050]165—以太網(wǎng)接口
[0051]17—順時針信道
[0052]18一北斗導(dǎo)航系統(tǒng)
[0053]19 一逆時針信道
[0054]20—車與外界信息交換系統(tǒng)
[0055]21—遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
[0056]22—人機交互系統(tǒng)
[0057]23 一車載娛樂系統(tǒng)
【具體實施方式】
[0058]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細(xì)說明。本實施例以本實用新型技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0059]實施例
[0060]如圖1所示，一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括兩個彼此獨立通信、功能不同的環(huán)形局域網(wǎng)，各環(huán)形局域網(wǎng)的節(jié)點包含同一個整車控制器I，即整車控制器I通過以太網(wǎng)交換機將各環(huán)形局域網(wǎng)連接到一起。為確保通信可靠性，各環(huán)形局域網(wǎng)的運行方向均包括順時針方向和逆時針方向，即信道包括順時針信道17和逆時針信道19。
[0061]環(huán)形局域網(wǎng)包括傳輸行車控制數(shù)據(jù)的第一環(huán)形局域網(wǎng)，第一環(huán)形局域網(wǎng)的節(jié)點包括整車控制器1、電池管理系統(tǒng)2、電壓變換器4、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6、7、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)8、制動控制系統(tǒng)9、10、驅(qū)動控制系統(tǒng)11、車身控制系統(tǒng)12、車載診斷系統(tǒng)13和車載充電機14。其中轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6作為轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)7的冗余，制動控制系統(tǒng)9作為制動控制系統(tǒng)10的冗余，保證運行的可靠性和安全性。該環(huán)形局域網(wǎng)對故障容錯要求較高，因此該環(huán)形局域網(wǎng)必須是閉環(huán)。
[0062]第一環(huán)形局域網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)設(shè)有字節(jié)限制及冗余。字節(jié)限制具體內(nèi)容根據(jù)具體傳輸要求而定，目的是保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。
[0063]第一環(huán)形局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)在順時針和逆時針兩個方向上分別正序和逆序發(fā)送，逆序發(fā)送即指將數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容反過來發(fā)送。接收節(jié)點定時比較順時針方向的正序和逆序的傳輸數(shù)據(jù)是否相同，逆時針方向的正序和逆序的傳輸數(shù)據(jù)是否相同，相當(dāng)于一種校驗機制，判斷傳輸過程是否出錯。
[0064]環(huán)形局域網(wǎng)還包括傳輸多媒體數(shù)據(jù)的第二環(huán)形局域網(wǎng)，第二環(huán)形局域網(wǎng)的節(jié)點包括整車控制器1、環(huán)境感知系統(tǒng)16、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)18、車與外界信息交換系統(tǒng)20、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)21、人機交換系統(tǒng)22和車載娛樂系統(tǒng)23。其中，環(huán)境感知系統(tǒng)16包括包括長距雷達161、攝像頭162、超聲波發(fā)生器163和短距雷達164，所述的長距雷達161和攝像頭162設(shè)置在整車前端，所述的短距雷達164設(shè)有4個，分別設(shè)置在整車前后左右，所述的超聲波發(fā)生器163設(shè)有24個，其中整車前端和后端分別設(shè)有4個，整車左端和右端分別設(shè)有8個，環(huán)境感知系統(tǒng)16感應(yīng)范圍覆蓋汽車周圍水平360°。
[0065]該環(huán)形局域網(wǎng)對故障容錯要求較低，因此該環(huán)形局域網(wǎng)可開選擇開環(huán)或閉環(huán)，如圖1中點線表示在整車通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計階段可選擇此處連接或斷開;對實時性和可靠性要求較低，每幀無字節(jié)限制，發(fā)送無冗余。
[0066]通信主干網(wǎng)絡(luò)，即各環(huán)形局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)進行通信，各節(jié)點分別集成了以太網(wǎng)交換機3，太網(wǎng)交換機3包括電壓變換器4和網(wǎng)關(guān)或以太網(wǎng)接口 5，通過對以太網(wǎng)交換機3的端口進行配置，將環(huán)形局域網(wǎng)隔離成彼此獨立通信的局域網(wǎng)，用于傳輸不同類型的數(shù)據(jù)，每個以太網(wǎng)交換機3都有用于形成所述環(huán)形局域網(wǎng)的連接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整車控制器I上的以太網(wǎng)交換機3還有診斷接口。通信主干網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，各系統(tǒng)內(nèi)部可使用以太網(wǎng)接口繼續(xù)采用以太網(wǎng)進行通信，例如環(huán)境感知系統(tǒng)，如圖2所示；或使用可轉(zhuǎn)換成其它網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，采用其它網(wǎng)絡(luò)進行通信，例如圖3所示的車身控制系統(tǒng)12，包括網(wǎng)關(guān)或以太網(wǎng)接口 5，網(wǎng)關(guān)或以太網(wǎng)接口 5與車鏡122、車窗121、車鎖123、座椅124連接。
[0067]本實用新型提供的基于以太網(wǎng)的分布式環(huán)形拓?fù)渲悄苘囃ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)不僅能夠達到傳輸智能車運行控制指令、運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)的目的，而且增強了車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信的安全性、實時性和可靠性，減短了車內(nèi)電纜長度，方便了后續(xù)擴展應(yīng)用的開發(fā)。
【主權(quán)項】
1.一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其特征在于，包括兩個以上彼此獨立通信、功能不同的環(huán)形局域網(wǎng)，所述的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，一個整車控制器(I)作為各所述的環(huán)形局域網(wǎng)的共同節(jié)點，所述的整車控制器(I)設(shè)有多對接口，每對接口對應(yīng)一個環(huán)形局域網(wǎng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其特征在于，所述的環(huán)形局域網(wǎng)包括傳輸行車控制數(shù)據(jù)的第一環(huán)形局域網(wǎng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，所述的第一環(huán)形局域網(wǎng)為閉環(huán)結(jié)構(gòu)，第一環(huán)形局域網(wǎng)的節(jié)點包括整車控制器(I)、電池管理系統(tǒng)(2)、電壓變換器(4)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(6、7)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(8)、制動控制系統(tǒng)(9、10)、驅(qū)動控制系統(tǒng)(11)、車身控制系統(tǒng)(12)、車載診斷系統(tǒng)(13)和車載充電機(14)，所述的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(6、7)和制動控制系統(tǒng)(9、10)分別設(shè)有兩個以上，均為冗余結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其特征在于，所述的環(huán)形局域網(wǎng)包括傳輸多媒體數(shù)據(jù)的第二環(huán)形局域網(wǎng)，所述的第二環(huán)形局域網(wǎng)為開環(huán)或閉環(huán)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其特征在于，所述的第二環(huán)形局域網(wǎng)的節(jié)點包括整車控制器(I)、環(huán)境感知系統(tǒng)(16)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(18)、車與外界信息交換系統(tǒng)(20)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)(21)、人機交換系統(tǒng)(22)和車載娛樂系統(tǒng)(23)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其特征在于，所述的環(huán)境感知系統(tǒng)(16)包括設(shè)長距雷達(161)、攝像頭(162)、超聲波發(fā)生器(163)和短距雷達(164)，所述的長距雷達(161)和攝像頭(162)設(shè)置在整車前端，所述的短距雷達(164)設(shè)有4個，分別設(shè)置在整車前后左右，所述的超聲波發(fā)生器(163)設(shè)有24個，其中整車前端和后端分別設(shè)有4個，整車左端和右端分別設(shè)有8個，環(huán)境感知系統(tǒng)(16)感應(yīng)范圍覆蓋汽車周圍水平360°。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于車載以太網(wǎng)的電動汽車分布式環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其特征在于，各所述的環(huán)形局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)進行通信，各節(jié)點分別集成了以太網(wǎng)交換機，每個以太網(wǎng)交換機均設(shè)有用于形成所述環(huán)形局域網(wǎng)的連接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整車控制器(I)上的以太網(wǎng)交換機設(shè)有診斷接口。
【文檔編號】B60R16/023GK205725809SQ201620289895
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】羅峰, 胡鳳鑒, 錢時菲, 余婧, 侯碩, 黃文奎
【申請人】同濟大學(xué)