本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車通信領(lǐng)域，具體涉及基于車載以太網(wǎng)的電動(dòng)汽車分域式網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及通信方法。

背景技術(shù)：

近年來，汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，原有的傳統(tǒng)燃油汽車已經(jīng)無法滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)駕駛舒適性，環(huán)境保護(hù)性等的要求，電動(dòng)汽車逐步占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。電動(dòng)汽車中的大部分結(jié)構(gòu)都是選用電控結(jié)構(gòu)代替了原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)，車內(nèi)各種電控單元之間的協(xié)調(diào)控制需要可靠性強(qiáng)，穩(wěn)定性高的車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)來支持。

目前各大汽車生產(chǎn)廠商都選用can總線作為車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)，它具有傳輸穩(wěn)定性高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足當(dāng)前的使用要求。然而隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，汽車需要連入車輛自組網(wǎng)、車輛云端網(wǎng)絡(luò)，車內(nèi)數(shù)據(jù)流量也會(huì)大大增加，此時(shí)can總線通信距離短、通訊速率低、無法連入互聯(lián)網(wǎng)、無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程共享的弊端就會(huì)暴露無遺，因此未來單一的車載can總線通信定會(huì)被淘汰，汽車領(lǐng)域需要功能更為強(qiáng)大和更為可靠的車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)來支持電動(dòng)汽車的發(fā)展。

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)。它擁有系統(tǒng)兼容性強(qiáng)、互操作性好、資源共享能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸距離長、信息傳輸速度快、易與因特網(wǎng)服務(wù)器連接的眾多優(yōu)點(diǎn)，是功能非常強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。但是由于以太網(wǎng)采用的是帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問協(xié)議(csma/cd)，無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求，這對(duì)于車內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)來說是致命的。

寶馬汽車公司曾將工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)，采用傳輸速率極高的光纖作為通信纜線，將每個(gè)車載電控單元連接起來，實(shí)現(xiàn)了汽車通過以太網(wǎng)進(jìn)行車內(nèi)通信。但是存在光纖價(jià)格昂貴，車載電控單元數(shù)量繁多等缺陷，因此車載以太網(wǎng)的普及需要一個(gè)革新性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和相應(yīng)的通信方法支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決以上問題，本發(fā)明依據(jù)車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和制造成本要求，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)施，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，價(jià)格低廉，穩(wěn)定可靠的以太網(wǎng)分域式網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及通信方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

車載電控單元按照電控單元功能類型劃分為多個(gè)集合域，包括由車身控制系統(tǒng)各電控單元所組成的車身控制域，由傳動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力總成控制系統(tǒng)各電控單元所組成的動(dòng)力控制域，由被動(dòng)安全系統(tǒng)和主動(dòng)安全系統(tǒng)各電控單元所組成安全控制域，由輔助控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)各電控單元等所組成的輔助感知域，由娛樂、導(dǎo)航通訊系統(tǒng)各電控單元所組成的多媒體控制域；上述的各個(gè)分域與互聯(lián)網(wǎng)接口均連入網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，分域內(nèi)部采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將分域所包含的各個(gè)電控單元通過can總線協(xié)議相互連接。

在上述技術(shù)方案中，所述車載電控單元分域在分域內(nèi)總線設(shè)置上級(jí)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的接入節(jié)點(diǎn)，上級(jí)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的接入節(jié)點(diǎn)包括集線裝置和以太網(wǎng)can數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置。

在上述技術(shù)方案中，電動(dòng)汽車分域式網(wǎng)狀通信的數(shù)據(jù)傳輸包括同分域車內(nèi)ecu間數(shù)據(jù)傳輸，跨分域車內(nèi)ecu間數(shù)據(jù)傳輸以及車內(nèi)ecu與互聯(lián)網(wǎng)間數(shù)據(jù)傳輸。

基于車載以太網(wǎng)的電動(dòng)汽車分域式網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信方法，所述同分域車內(nèi)ecu間數(shù)據(jù)傳輸方法包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：發(fā)送ecu向所在分域的can總線發(fā)送數(shù)據(jù)；

步驟2：接收ecu從所在分域的can總線接收數(shù)據(jù)；

所述跨分域車內(nèi)ecu間數(shù)據(jù)傳輸通過以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟1：發(fā)送ecu向所在分域的can總線發(fā)送數(shù)據(jù)；

步驟2：發(fā)送ecu所在分域的以太網(wǎng)can數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置檢測(cè)總線上的數(shù)據(jù)是否需要向以太網(wǎng)發(fā)送，如果需要將對(duì)應(yīng)的can數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送集線裝置；

步驟3：集線裝置識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)包，判斷該數(shù)據(jù)包的接收ecu所在的分域，然后將數(shù)據(jù)包通過以太網(wǎng)專用通道發(fā)送到目的分域集線裝置；

步驟4：目的分域的集線裝置接收到數(shù)據(jù)包，通過以太網(wǎng)can數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)為can數(shù)據(jù)包后發(fā)送到目的分域的內(nèi)部can總線；

步驟5：接收ecu從所在分域的can總線接收數(shù)據(jù)；

所述車內(nèi)ecu與互聯(lián)網(wǎng)間數(shù)據(jù)傳輸通過以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟1：發(fā)送ecu向所在分域的can總線發(fā)送數(shù)據(jù)；

步驟2：發(fā)送ecu所在分域的以太網(wǎng)can數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置檢測(cè)can總線上的數(shù)據(jù)是否需要向以太網(wǎng)發(fā)送，如果需要?jiǎng)t將對(duì)應(yīng)的can數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包傳入集線裝置；

步驟3：集線裝置識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)包，判斷該數(shù)據(jù)包是否需要發(fā)往互聯(lián)網(wǎng)，如果需要發(fā)送則將數(shù)據(jù)包通過發(fā)起分域到互聯(lián)網(wǎng)接口之間的以太網(wǎng)專用通道發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)接口，進(jìn)而上傳至互聯(lián)網(wǎng)。

上述can協(xié)議是指：控制器局域網(wǎng)總線(can，controllerareanetwork)是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號(hào)，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。can協(xié)議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用。can協(xié)議的特性包括完整性的串行數(shù)據(jù)通訊、提供實(shí)時(shí)支持、傳輸速率高達(dá)1mb/s、同時(shí)具有11位的尋址以及檢錯(cuò)能力。

上述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種，它是將網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)通過傳輸線連接起來，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少與其他兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連。

上述ecu是指：electroniccontrolunit，電子控制單元，又稱“行車電腦”、“車載電腦”等。從用途上講則是汽車專用微機(jī)控制器。它和普通的電腦一樣，由微處理器(cpu)、存儲(chǔ)器(rom、、ram)、輸入/輸出接口(i/o)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(a/d)以及整形、驅(qū)動(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。

本發(fā)明具有以下技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明將以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)用于電動(dòng)汽車內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，大幅度提升了網(wǎng)絡(luò)通信帶寬和速度，為以后車輛內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)大量化，多元化，復(fù)雜化提供了硬件支持。

2、本發(fā)明采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然相比環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成本略高，但是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)克服了以太網(wǎng)絡(luò)通信的不可靠性，最大限度的提升了以太網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)性，使以太網(wǎng)應(yīng)用于車輛內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)成為可能，不會(huì)出現(xiàn)響應(yīng)嚴(yán)重延遲于指令的情況，滿足了汽車內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)最重要的功能需求。

3、本發(fā)明對(duì)電動(dòng)汽車內(nèi)眾多ecu進(jìn)行了域劃分，并僅在域之間使用以太網(wǎng)連接，使整個(gè)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載最大的線路傳輸速度得到了提升，而其他負(fù)載小的線路選用can協(xié)議，資源分配合理，總成本相比全部使用以太網(wǎng)降低很多。

4、本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)易于將電動(dòng)汽車連入互聯(lián)網(wǎng)，順應(yīng)了車聯(lián)網(wǎng)與智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，極大的便利了車內(nèi)數(shù)據(jù)的上傳和下載，有利于云平臺(tái)的大數(shù)據(jù)收集共享。

5、本發(fā)明中所述的集合域數(shù)目可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行改動(dòng)，按照負(fù)載需求可以增減集合域的數(shù)量，面向?qū)ο蠓秶鷱V。

附圖說明

圖1為本發(fā)明分域內(nèi)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)can網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖2為本發(fā)明基于車載以太網(wǎng)的電動(dòng)汽車分域式網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為便于更好的理解本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)、特征以及功效等，現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，基于車載以太網(wǎng)的電動(dòng)汽車分域式網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為車載電控單元?jiǎng)澐炙鶎俜钟?，采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將所劃分的分域通過以太網(wǎng)協(xié)議相互連接，分域內(nèi)部選用can總線協(xié)議將分域所包含的電控單元連接，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

車載電控單元分域?yàn)榘凑针娍貑卧δ茴愋蛣澐值亩鄠€(gè)集合域，包括由車身控制系統(tǒng)各電控單元等所組成的車身控制域，由傳動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力總成控制系統(tǒng)各電控單元等所組成的動(dòng)力控制域，由被動(dòng)安全系統(tǒng)和主動(dòng)安全系統(tǒng)各電控單元所組成安全控制域，由輔助控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)各電控單元等所組成的輔助感知域，由娛樂、導(dǎo)航通訊系統(tǒng)各電控單元所組成的多媒體控制域。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種，它是將網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)通過傳輸線連接起來，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少與其他兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連。連入網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)包括各個(gè)分域，互聯(lián)網(wǎng)接口。分域內(nèi)部采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將分域所包含的各個(gè)電控單元ecu以can協(xié)議相互連接。分域要在分域內(nèi)總線設(shè)置上級(jí)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的接入節(jié)點(diǎn)，包括集線裝置和以太網(wǎng)can數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置。數(shù)據(jù)傳輸包括同分域車內(nèi)ecu間數(shù)據(jù)傳輸，跨分域車內(nèi)ecu間數(shù)據(jù)傳輸以及車內(nèi)ecu與互聯(lián)網(wǎng)間數(shù)據(jù)傳輸。

如圖2所示，車載以太網(wǎng)部分所連接的節(jié)點(diǎn)共有6個(gè)，包括車身控制域、動(dòng)力控制域、安全控制域、輔助感知域、多媒體控制域以及互聯(lián)網(wǎng)接口。其中互聯(lián)網(wǎng)的接口可以選用調(diào)制解調(diào)器。

車身控制域包括中控鎖、座椅調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、電控車窗、車門控制系統(tǒng)以及各種車輛燈光控制。

動(dòng)力控制域包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、傳動(dòng)控制系統(tǒng)、燃油控制系統(tǒng)等。

安全控制域包括安全帶控制系統(tǒng)、安全氣囊控制系統(tǒng)、abs防抱死系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)等。

輔助感知域包括電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)以及各種傳感器系統(tǒng)。

多媒體控制域包括娛樂系統(tǒng)、收音機(jī)系統(tǒng)、gps定位系統(tǒng)、車內(nèi)顯示屏系統(tǒng)等。

在實(shí)際應(yīng)用于電動(dòng)汽車時(shí)，最好將各分域的ecu集中安裝，可以減少線路連接，降低成本的同時(shí)還能降低線路復(fù)雜度。

以太網(wǎng)絡(luò)中一共存在6個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此需要15根纜線就可以將所有節(jié)點(diǎn)兩兩相連。以太網(wǎng)部分的連接纜線可以選用光纖作為傳輸媒介，分域內(nèi)的can總線纜線可以選用普通銅線作為傳輸媒介。

本發(fā)明中以太網(wǎng)與can數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)化可以通過將can數(shù)據(jù)包封裝tcp數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槭歉鱾€(gè)分域是以太網(wǎng)連接，因此可以為整個(gè)以太網(wǎng)設(shè)定一個(gè)ip地址，為每個(gè)分域設(shè)定一個(gè)單獨(dú)的端口號(hào)。一組連續(xù)can數(shù)據(jù)包中需要有一個(gè)數(shù)據(jù)包用于承載這組can數(shù)據(jù)包的目的地信息，僅用于車內(nèi)的需要包含本車以太網(wǎng)的ip和所要到達(dá)的分域端口號(hào)；用于通過互聯(lián)網(wǎng)接口向外部通信的需要包含目的地ip地址與所對(duì)應(yīng)的端口號(hào)。

特別的，根據(jù)功能的域劃分方法僅僅為一種初步方案，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)情況按照更合理的方案劃分，如果對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是非常嚴(yán)苛還可以將以太網(wǎng)絡(luò)部分設(shè)計(jì)成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)施，將以太網(wǎng)應(yīng)用于電動(dòng)汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信，為車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，雖然采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是成本較低而非最低的方案，但是可以最大程度保證以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性滿足汽車內(nèi)部通信的實(shí)時(shí)性需求，通過分域式劃分解決了以太網(wǎng)纜線數(shù)量繁多價(jià)格昂貴的問題，使車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)兼具可靠，實(shí)時(shí)，高速，高效，資源共享等優(yōu)點(diǎn)。將以太網(wǎng)與車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法，具有很強(qiáng)的持續(xù)開發(fā)性，研究前景廣泛。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。