CN105246110B - 一种基于can并且利用了无线通信扩展的电气架构 - Google Patents

一种基于can并且利用了无线通信扩展的电气架构 Download PDF

Info

Publication number
CN105246110B
CN105246110B CN201510643998.1A CN201510643998A CN105246110B CN 105246110 B CN105246110 B CN 105246110B CN 201510643998 A CN201510643998 A CN 201510643998A CN 105246110 B CN105246110 B CN 105246110B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wireless
peripheral equipment
control unit
electrical architecture
bus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510643998.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105246110A (zh
Inventor
M·莱芬菲尔德
T·菲罗索夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN105246110A publication Critical patent/CN105246110A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105246110B publication Critical patent/CN105246110B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0231—Circuits relating to the driving or the functioning of the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/10—Flow control between communication endpoints
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/64—Hybrid switching systems
    • H04L12/6418—Hybrid transport
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/543—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria based on requested quality, e.g. QoS
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/005—Moving wireless networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • H04W84/22—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks with access to wired networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于CAN并且利用了无线通信扩展的电气架构。具体而言，本发明涉及用于使用包括有线和无线的ECU及有线和无线的外围设备的组合的混合车辆通信网络，以及利用其通信的方法。该网络具有包括多个无线ECU的多个ECU。该网络还包括多个外围设备，其中，外围设备中的一个或多个从ECU中的一个或多个接收命令，并且外围设备中的一个或多个给ECU提供信号，并且其中，所述多个外围设备包括至少一个无线外围设备。从无线外围设备中的一个传输的无线传输信号通过所有无线ECU接收。该方法执行仲裁过程，其中，基于来自无线外围设备的传输信号的质量，由无线ECU中的一个提供的消息被放置在通信骨干网上。

Description

一种基于CAN并且利用了无线通信扩展的电气架构
技术领域
本发明一般涉及一种基于CAN并且利用了无线通信扩展的电气架构，并且更具体而言，涉及包括有线和无线的ECU以及有线和无线的外围设备的组合的车辆混合通信网络，其中，所述网络执行仲裁过程，其中，由无线ECU中的一个所提供的消息基于来自无线外围设备中的一个的传输信号的质量被放置在通信骨干网上。
背景技术
现代车辆采用需要电气线路的许多传感器、促动器、控制器、子系统、总 线等。随着车辆系统的数量增加，支持那些系统所需的线路也增加。然而，在 车辆中提供线材、特别是许多线材存在若干缺点。例如，例如铜之类的线材的 电导体具有相当大的重量。随着车辆的重量增加，燃油效率下降。另外，车辆 中的线路易受损坏，这增加了车辆的保修成本。此外，需要线路遍布整个车辆 降低了车辆的设计和制造的灵活性。另外，车辆中的至少一些线路经常需要周 期性的维护。此外，线路也增加了显著的费用和成本。而且，在车辆的制造期 间，线缆束的组装通常导致因连接器插脚的断裂或弯曲而引起的问题。
为至少在受限的情况下通信的目的而在车辆中采用无线技术在本领域中是 已知的。然而，无线信号的传输也遭受若干缺点，包括对来自其他车辆的信号 的干扰、对带到车辆中的来自用户设备的信号的潜在干扰、在车辆的乘客车厢 内的非必要辐射以及衰减问题，这些缺点导致信号的损失，从而需要更大的传 输功率和大功率消耗。
发明内容
以下公开描述了一种用于使用包括有线和无线的电子控制单元(ECU)以 及有线和无线的外围设备的组合的混合车辆通信网络来通信的方法。所述网络 包括多个ECU，所述多个ECU各自运行通信算法并且执行预定的功能，其中， 所述多个ECU包括多个无线ECU。所述网络还包括多个外围设备，其中，所 述外围设备中的一个或多个接收来自所述ECU中的一个或多个的命令，并且所 述外围设备中的一个或多个给所述ECU提供信号，并且其中，所述多个外围设 备包括至少一个无线外围设备。从无线外围设备中的一个传输的无线传输信号 被所有的无线ECU接收。所述方法执行仲裁过程，其中，基于所接收的来自无 线外围设备的信号的质量，由无线ECU中的一个所提供的消息被放置在通信骨 干网上。
本发明还包括如下解决方案：
1.一种电气架构(EA)，包括：
通过有线CAN总线互连的多个电子控制单元(ECU)，其中，所述ECU中 的一些是无线ECU(WECU)；以及
使用无线通信或有线通信或二者连接到所述CAN总线的多个有线和无线 的外围设备，其中，包括所述ECU和所述外围设备之间的无线通信的通信是双 向的。
2.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，所述WECU通过采用无线信 道分集来从所述外围设备以及给所述外围设备无线地传送信息，其中，来自外 围设备的消息被所有的所述WECU接收，并且给外围设备的消息通过所有的所 述WECU来传输。
3.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，所述WECU使用CAN仲裁 过程来降低所述CAN总线上的通信量。
4.根据方案3所述的电气架构，其特征在于，所述CAN仲裁过程采用迭 代来识别具有接收信号的最佳剩余质量的WECU，其中，仅所述WECU在特定 迭代传输。
5.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，所述WECU通过重复在所述 CAN总线上接收的显性比特在逐个比特的基础上作为简单的中继来操作，并且 反之亦然。
6.根据方案5所述的电气架构，其特征在于，所述WECU和所述CAN总 线之间的无线通信使用开关键控(OOK)调制，其中，显性CAN比特被中继 转发到“on”比特。
7.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，所述无线通信处于ISM带中。
8.根据方案7所述的电气架构，其特征在于，所述ISM带包括902-928MHz 频带和433.05-434.79频带。
9.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，所述WECU使用预定的或动 态选择的波束形成来与任何外围设备通信，包括使用相干调制以及调整每个 WECU的传输信号相位，以在所述外围设备的接收机处达到建设性的组合。
10.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，所述WECU使用非相干调 制，并且同时地传输给所有的所述外围设备，以提高信噪比。
11.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，所述WECU的传输功率大 于所述外围设备的传输功率，并且随着无线外围设备的数量增加而增加。
12.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，CAN的WECU间消息被无 线地卸载，以降低CAN总线的负载，并且提高对于CAN总线故障的稳健性和 适应性。
13.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，多个CAN总线在无线信道 上操作，其中，多个有线CAN总线能够同时地利用多个无线信道来扩展。
14.根据方案13所述的电气架构，其特征在于，错误校正码被用在CAN 协议的顶部上的数据上，以提高可靠性。
15.根据方案14所述的电气架构，其特征在于，所述错误校正码是具有最 小延迟保证的无比率编码，所述最小延迟保证包括对于近期数据包较高并且对 于较旧的数据包较低的差分延迟保证。
16.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，所述多个外围设备包括开关、 传感器和促动器中的一种或多种。
17.根据方案1所述的电气架构，其特征在于，所述电气架构处于车辆上。
18.一种用于车辆的电气架构(EA)，所述电气架构包括：
通过有线CAN总线互连的多个电子控制单元(ECU)，其中，所述ECU中 的一些是无线ECU(WECU)；以及
使用无线通信或有线通信或二者连接到所述CAN总线的多个有线和无线 的外围设备，其中，包括所述ECU和所述外围设备之间的无线通信的通信是双 向的，其中，所述WECU通过采用无线信道分集来从所述外围设备及给所述外 围设备无线地传送信息，其中，来自外围设备的消息被所有的所述WECU接收， 并且给外围设备的消息通过所有的所述WECU来传输，并且其中，所述多个外 围设备包括开关、传感器和促动器中的一种或多种。
19.根据方案18所述的电气架构，其特征在于，所述WECU通过重复在所 述CAN总线上接收的显性比特在逐个比特的基础上作为简单的中继来操作，并 且反之亦然。
20.根据方案18所述的电气架构，其特征在于，错误校正码被用在CAN 协议的顶部上的数据上，以提高可靠性。
结合附图，通过以下描述和所附权利要求，将会清楚本发明的其他特征。
附图说明
图1是包括了具有有线和无线的ECU以及有线和无线的外围设备的组合的 通信网络的车辆的图示；
图2是包括有线和无线的ECU以及有线和无线的外围设备的组合的车辆通 信网络的框图；
图3是用于阐明仲裁过程的CAN协议的消息格式和信号的图示；以及
图4是示出了用于通过具有无线能力的多个ECU的外围设备和目标ECU 之间的混合无线/有线通信的协议的流程图。
具体实施方式
对涉及包括有线和无线的ECU以及有线和无线的外围设备的组合的车辆通 信网络的本发明的实施例的以下论述本质上仅仅是示例性的，并且决不意在限 制本发明或者其应用或用途。
本发明提出了一种混合车辆通信架构或网络，其结合了多个外围设备和电 子控制单元(ECU)之间的无线和有线通信技术。采用混合架构的一些原因包 括增加的稳健性、可靠性以及较低的延迟，同时保存无线和有线的资源二者。
图1是车辆10的顶视图图示，其示出了车辆10上的通信架构的简化表示。 特别地，车辆10包括CAN总线12，若干ECU连接到所述CAN总线12，所 述若干ECU中的一些是未装备有无线技术的ECU 14，并且所述若干ECU中的 一些是无线ECU(WECU)16和无线ECU(WECU)18，其中，WECU 16和 WECU 18中的每一个包括一般通过20表示的无线技术。车辆10还包括若干外 围设备，例如传感器、开关、促动器等，其中一些是硬连线的外围设备22，并 且其中一些是包括天线26的无线外围设备24。所述通信架构意在作为可在任何 类型的车辆上存在的通信架构中的一种或多种的代表，其中，对于特定的车辆 系统，例如车身、发动机、底盘等，各自执行一定的功能的若干ECU一般被电 耦接至控制器局域网络(CAN)总线。如通过下文论述将变得清楚的是，能够 采用一些硬连线ECU和一些无线ECU以及一些硬连线外围设备和一些无线外 围设备的任何合适的配置。
在一个实施例中，被选择成是无线的那些外围设备和ECU的无线信道是相 互独立的(尽可能)，这意味着它们相对于其他车辆部件处于车辆上的如下位置 处，即：在所述位置处，外围设备或WECU传输或接收的无线信号不太可能同 时遭受衰减问题，所述衰减问题将会引起信号损坏，并且显著地降低接收质量。 此外，WECU被定位成使得它们利用高平均信噪比来覆盖整个车辆附近。为了 进一步克服衰减问题，本发明提出了采用信号分集，其将在下文中详细论述。
图2是用于特定车辆系统但从车辆10移除的上文论述的类型的简化车辆通 信网络30的示意性框图。网络30包括CAN总线32以及通过线38电耦接到 CAN总线32的若干ECU36，所述若干ECU 36用于控制特定车辆系统的单独 的部分，其中，ECU 36在总线32上提供可用于通过耦接到总线32的所有其他 ECU 36来接收的数据消息，并且其中，所有的ECU 36都从总线32接收控制和 命令消息。ECU 36中的一些是硬连线ECU，通过ECU 40表示，并且ECU 36 中的一些是无线ECU，通过包括天线44的WECU 42表示。
如上，通信网络30还包括与ECU 36中的一个或多个通信的若干外围设备， 所述ECU 36中的一个或多个可以接收命令以执行特定操作，例如锁门，或者提 供特定传感器数据，例如压力、温度等。外围设备中的一些可以是硬连线外围 设备，例如通过线材48硬连线至ECU 40的外围设备46，并且外围设备中的一 些可以是无线外围设备，例如包括天线52的外围设备50，所述外围设备50也 可以通过线54硬连线至ECU 36。
提供电力线通信(PLC)在本领域中是已知的，其中，从例如车辆电池给 车辆上的各种ECU提供功率的电力线也被用作提供通信信号的电导体，所述通 信信号例如调制到高频载波信号上的数字数据比特。CAN协议被用在PLC的物 理层上。本发明还提出了使用给ECU 36提供功率的电力线的如本文论述的彼此 通信的有线和无线的外围设备以及ECU的混合。
为了说明此实施例，通信网络30还包括电耦接至例如车辆电池之类的功率 源58的电力线56。网络30中的所有ECU 36在线60上耦接到电力线56，它们 从所述电力线56接收功率。因此，以与本文论述的相同的方式，信号被调制到 CAN总线32上，以被发送至网络30中的其他ECU 36，那些相同的消息还能 被调制到电力线50上，以被发送到ECU 36。某些通信架构可以采用通过CAN 总线和电力线的通信二者。理论上，从车辆电池接收功率的所有的外围设备都 能与车辆上同样耦接到车辆电池的所有ECU电通信。公知的是，PLC和CAN 总线在带宽上是受限的，所述带宽即每秒比特数，这限制了能够从外围设备发 送至ECU 36的数据量以及能够从ECU 36发送至外围设备的命令量。因为CAN 总线在它们的带宽上是受限的，所以车辆上通常需要用于不同车辆系统的若干 CAN总线。
本发明提出了提供结合PLC和/或CAN总线(有时涉及，在本文中一般称 为骨干网)的硬连线和无线的ECU以及硬连线和无线的外围设备的某种组合， 其中，多数数据能够被无线地传输，并且硬连线连接能够被保留用于更关键的 数据流。无线技术和PLC的这种组合能够提高系统的可靠性和安全性。本文论 述的混合的有线和无线通信网络被精心地设计成使得与传统的车辆通信网络相 比，所述网络所需的线材数量减少。值得注意的是，下面的论述涉及在CAN总 线32上放置消息，但在所述论述中，CAN总线32能够用电力线56代替作为 骨干网。
通常，每个ECU 36控制若干外围设备，其中，这样的ECU在本文中称为 用于那些外围设备的目标ECU。如将要论述的，那些外围设备中的一个或多个 可以是无线外围设备，并且目标ECU可以是硬连线的或无线的ECU。目标ECU 可以依靠网络30中的WECU 42来与无线外围设备50通信。从无线外围设备 50接收无线信号的所有WECU 42在CAN总线32上并且通过适当的数字信号 编码来放置所述消息，目标ECU视情况从CAN总线32提取数据。同样，如果 目标ECU想要发送信号给无线外围设备50，它将在CAN总线32上提供编码 的信号，所述编码的信号通过电耦接到总线32的所有WECU 42解密，并且所 有的那些WECU 42将会将特定消息无线地传输至外围设备50。值得注意的是， 许多外围设备能够与单ECU通信，或者许多外围设备能够与许多ECU通信。 还要注意的是，在不同的方案中，WECU 42中的一个或多个将作为简单的中继 (放大并转发)来操作，其中，从CAN总线32提取的比特在无线介质上传输， 并且反之亦然。用这种方式，操作非常简单并且延迟少。然而，卸载通信量(traffic)来增加系统总带宽是不可能的。
如所论述的，若干WECU能够在CAN总线32上协作，以帮助无线外围设 备将其数据传送至其目标ECU。在此场景中，无线外围设备的传输正通过多个 WECU接收。由于无线信道是不可靠的并且能够遭受衰减，目标ECU可能不 会无误地接收消息。此外，目标ECU可以完全不具有无线能力，并且依赖于来 自WECU的有线通信，来将外围设备信息中继转发给它。
CAN总线是极度负载的，并且因此，以时分方式通过多个WECU来中继 转发外围设备的消息可能是过于昂贵的。另一方面，仅依靠单仲裁WECU能够 导致由于无线信道的时间效应(temporal effect)而引起的低可靠性。用于CAN 总线的内置仲裁机构能够被用于降低CAN总线32上的负载，并且实现更好的 可靠性和性能。
CAN总线32使用集电极开路收发机，这意味着0比特是显性的，而1比 特是隐性的。特别地，如果发生冲突，并且两个节点同时传输相反的比特，则 所接收的比特将会是0(此信道通常被称为AND信道)。CAN标准将此属性用 于仲裁。CAN消息ID确定其优先级，其中，值越低，优先级就越高。在此仲 裁阶段，多个节点能够同时地传输它们的消息ID，但最终，并且由于AND信 道操作，仅最低值的ID胜出。所有的其他节点在剩余的传输期间保持沉默，从而允许最高优先级消息的无竞争传输。
在第一实施例中，CAN仲裁过程选择最佳的WECU来传输其接收到的信 息，这在本文中称为最大选择方法。在所述最大选择方法中，仅具有最高接收 质量(SNR、CRC或LLR测量)的WECU 42在CAN总线32上传输其消息。 WECU 42将它们的接收质量转换成消息ID，其中，质量越高，值就越低。CAN 仲裁过程保证了仅来自WECU 42的最高消息质量将其数据发送至目标ECU。
第二实施例迭代地重复第一实施例，其中，在每次迭代，使用相同的仲裁 过程来选择具有最佳质量的WECU，并且其中，质量基于它的接收到的无线信 号以及先前迭代从其他WECU接收的数据。
在第三实施例中，所有的WECU同时地传输它们接收到的比特，这在本文 中称为无线CAN扩展(WiCAN)。在此实施例中，所有的WECU 42都作为简 单中继，其中，如果显性比特在有线CAN上被接收，则它还作为显性比特在无 线链路上传输，并且反之亦然。
开关键控(OOK)调制是用于无线技术的自然调制方法，其中，“on”为显 性比特。此外，通信协议能够在ISM频带中、并且特别是在902-928MHz以及 433.05-434.79频带中使用无线通信。WECU 42能够使用预定的或动态选择的波 束形成(beam-forming)与任何外围设备通信，包括使用相干调制以及调整每个 WECU的传输信号相位，以在外围设备接收机处达到建设性的组合。WECU 42 能够使用非相干调制并且同时地传输给所有外围设备以提高信噪比。WECU 42 的传输功率能够大于外围设备的传输功率，并且能够随着无线外围设备的数量 增加而增加。此外，CAN的WECU间消息能够被无线地卸载，以降低CAN总 线的负载，并且增加对于CAN总线故障的稳健性和适应性(resilience)。错误 校正码能够被用在CAN协议的顶部上的数据上，以增加可靠性，其中，错误校 正码是具有最小延迟保证的无比率编码，所述最小延迟保证包括对于近期数据 包较高并且对于较旧的数据包较低的差分延迟(differential latency)保证。
如上文论述的，特定的无线外围设备可以将其消息发送至若干WECU，其 中，每个WECU 42可以接收具有不同等级的保真度、质量和数据损坏的消息。 根据本发明，从无线外围设备接收信号的WECU 42中的每一个将所述信号的其 接收质量编码成消息，它将所述消息放置到总线32上。对于这种情况，本发明 提出了如上文论述的仲裁过程，所述仲裁过程用于选择具有不同质量等级的若 干消息中的哪一个将被传输到CAN总线32上。
图3是描绘了如下仲裁过程的图示70，即：供已知CAN协议基于消息质 量来确定，在特定的时间点处，将在CAN总线32上传输来自特定WECU(有 时在本文中称为节点)的哪个消息，其中，与1比特相比，CAN协议将优先级 给予0比特。图示70示出了消息72，所述消息72具有用于比特数据流的已知 的比特格式，并且包括帧开始比特74、标识符比特76、RTR比特78、控制字 段比特80以及在数据比特字段82中广播的数据。标识符比特76执行仲裁，其中，关于所述消息是否将在总线32上传输，确定来自特定WECU的消息的优 先级，其中，基于较高优先级的传输，标识符比特的值是低的。标识符比特76 包括0-10共11个比特，其中，在此示例中，比特6-10是固定的ID比特，并且 比特0-5为标识数据字段比特82的质量的质量比特。更具体而言，标识符比特 0-5被用于标识WECU 42正放置在总线32上的消息的质量，例如信噪比(SNR)、 循环冗余校验(CRC)等。换句话说，WECU 42将基于它从无线外围设备50接收到的消息的质量多高，来利用一定的优先级(即，低比特的数量)在标识 符比特76中设置它从外围设备50接收到的消息的质量。
在此非限制性示例中，三个称为节点的WECU正尝试将相同的消息放置在 CAN总线32上，其中，这些消息可以具有不同的质量等级。第一节点尝试将 具有比特流84的消息传输到CAN总线32上，第二节点尝试将具有比特流86 的消息传输到CAN总线32上，并且第三节点尝试将具有比特流88的消息传输 到CAN总线32上，其中所有消息具有消息72的格式，并且具有不同等级的消 息质量。来自这些节点的消息中的标识符比特6-10是相同的，这是因为所述消 息意在用于目标ECU。
在标识符比特5处，来自第二节点的数据流86中的比特为高，这指示它具 有比来自第一节点和第三节点的消息低的质量。在比特2处，当第一节点的消 息中的标识符比特2保持为高时，第三节点的消息中的标识符比特变低，从而 指示来自第三节点的消息具有比来自第一节点的消息高的优先级(质量)。基于 此仲裁过程，在标识符部段已满足仲裁之后，在总线32上传输第三节点上的消 息。当特定节点识别到另一节点在消息的标识符部分中具有更高的优先级比特 时，所述节点将停止传输其消息。因此，第三节点的消息88将接管总线，用于 传输包括数据82的消息。换句话说，通过本文论述的仲裁过程，来自第三节点的比特流88具有最高的质量，并且在总线32上传输的是比特流90。通过以此 方式基于标识符比特76中的仲裁比特来选择性地识别传输的质量，CAN协议 能够允许在所有WECU 42处从特定外围设备接收的消息中的仅一条消息在特 定的消息时隙被放置在总线上。输掉仲裁的WECU 42从最高质量的WECU接 收消息，并且重新估计它们的接收比特和总体质量测量。例如，最大比合并 (MRC)能够被用于此目的。所述过程随后重复(在没有已在CAN总线上传输 它们的消息的WECU的情况下)，直到满足CRC。
本文的论述包括上行信号传输，其中，外围设备50无线地传输消息以通过 所有的WECU 42接收，作为第一传输跳跃(transmission hop)，并且其中，所 有的那些WECU 42随后将所述消息放置到CAN总线32上，作为第二传输跳 跃。同样，对于下行信号传输，所有的WECU 42将接收待从CAN总线32传 输的消息，作为第一传输跳跃，并且随后，将无线地传输所述消息，作为第二 传输跳跃。当通过CAN协议来同步时，WECU使用非相干调制在无线信道上 同时地传输消息以形成联播方案。涉及更多的方案能够以特定的外围设备为目 标，并且在WECU 42上执行分布式波束形成，如本领域技术人员公知的。
图4是描绘了WECU处理算法的流程图100，所述WECU处理算法根据用 于上行传输的无线接收信号的质量，为CAN总线提供仲裁过程，如上文中所论 述。在框102处，特定WECU接收来自特定外围设备的无线消息。在判定菱形 框104处对所述消息执行CRC，并且如果它通过，则所述消息具有最高质量并 在框106处被传输，并且算法在框108处结束。CRC确定比特被损坏，或被 WECU 42正确地接收。
如果所述消息在判定菱形框104处未通过CRC，则算法在框110处开始迭 代过程，所述迭代过程包括将迭代数设置在iter＝1。算法在框112处计算所述 消息的保真度。在判定菱形框114处，WECU 42检查迭代数是否已达到最大迭 代或消息是否已被解决，并且如果是，则算法在框108处结束。如果在判定菱 形框114处，迭代数未处于最大或所述消息未被解决，则在判定菱形框116处， 算法确定所计算的保真度是否是最高可能保真度。如果在判定菱形框116处所 计算的保真度是最高可能保真度，则WECU 42在框118处利用某些修改来传输 所述消息，并且在框112处重新计算保真度。如果在判定菱形框116处所计算 的保真度不是最高可能保真度，则通常具有更高保真度的另一WECU 42将在 CAN总线32上传输其消息，并且在框120处，此消息能够被用于提高特定 WECU 42处的保真度。具体而言，特定WECU 42解密从CAN总线32上的另 一WECU接收的具有更高保真度的消息，并且使用所述消息来校正所述特定 WECU42已接收的消息中的损坏比特，以便提高其消息保真度。算法随后在框 122处将迭代数增加1，并且返回到框112以重新计算消息的保真度。
CAN协议可以采用允许非常快速的数据传输的CAN灵活数据速率链路。 如果采用此协议，则能够应用相同的迭代过程。
在下行传输期间，接收待发送至特定外围设备的来自特定ECU的消息的每 个WECU将全部无线地发送所述消息。每个WECU执行对于本领域技术人员 而言公知的波束形成过程，使得这些信号在它们被外围设备50接收时在相位上 匹配，使得外围设备50相干地(coherently)从所有WECU 42接收所有的无线 消息。此外，耦接到总线32的ECU 36通过相同的时钟信号同步，使得来自 WECU 42的传输能够通过联播技术来传输，以被无线外围设备50非相干地接 收。
上述方法需要两次跳跃。在第一跳跃中，整个数据包在于另一介质上被重 传之前在一个介质(CAN总线或无线介质)上被解码。这引入了至少一个数据 包传输时间的附加延迟。可替代地，WECU 42能够被用作简单中继，其按照逐 个比特的方式操作，将一个介质上的任何显性比特放大并转发至另一介质。在 那种情况下，WECU 42不遵守CAN协议(因为它们的操作是在比特级别上)， 并且多个WECU能够在CAN总线32上同时地传输，从而对于CAN帧的所有 比特(并不仅仅是仲裁字段)达成一致，而不会使错误帧被传输。这样的方案 的延迟不大于CAN协议所允许的传播延迟。通过在上行链路中使用智能判定阈 值，以及在下行链路上使用协作方案(例如，联播)，能够达到高的端对端通信 可靠性。明显，这样的方案不能被用于增加CAN总线的能力，然而，它能够用 作无线扩展，以及用于在CAN总线32断开连接的情况下增加稳健性。在这样 的情况下，WECU 42将维持断开连接的CAN总线网络之间的连通性 (connectivity)。
如本领域技术人员将会很好地理解的是，描述本发明的本文论述的若干和 各种的步骤和过程可以指通过计算机、处理器或使用电气现象操纵和/或转换数 据的其他电子计算设备来执行的操作。那些计算机和电子设备可以采用各种易 失性和/或非易失性的存储器，包括其上存储有可执行程序的非暂时性计算机可 读介质，所述可执行程序包括能够通过计算机或处理器来执行的各种代码或可 执行指令，其中，所述存储器和/或计算机可读介质可以包括所有形式和类型的 存储器和其他计算机可读介质。
前述论述仅仅公开和描述了本发明的示例性实施例。从这样的论述以及从 附图和权利要求，本领域技术人员将容易认识到，能够在其中作出各种改变、 修改和变型，而不脱离以下权利要求中限定的本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种电气架构，包括：
通过有线CAN总线互连的多个电子控制单元，其中，所述电子控制单元中的一些是无线电子控制单元；以及
使用无线通信或有线通信或二者连接到所述CAN总线的多个有线和无线的外围设备，其中，包括所述电子控制单元和所述外围设备之间的无线通信的通信是双向的，其中，CAN的无线电子控制单元间消息被无线地卸载，以降低CAN总线的负载，并且提高对于CAN总线故障的稳健性和适应性，并且其中，多个CAN总线在无线信道上操作，其中，多个有线CAN总线能够同时地利用多个无线信道来扩展，错误校正码被用在CAN协议之上的数据上，以提高可靠性。
2.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述无线电子控制单元通过采用无线信道分集来从所述外围设备以及给所述外围设备无线地传送信息，其中，来自外围设备的消息被所有的所述无线电子控制单元接收，并且给外围设备的消息通过所有的所述无线电子控制单元来传输。
3.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述无线电子控制单元使用CAN仲裁过程来降低所述CAN总线上的通信量。
4.根据权利要求3所述的电气架构，其特征在于，所述CAN仲裁过程采用迭代来识别具有接收信号的最佳质量的无线电子控制单元，其中，仅所述无线电子控制单元在特定迭代传输。
5.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述无线电子控制单元通过重复在所述CAN总线上接收的显性比特在逐个比特的基础上作为简单的中继来操作，并且反之亦然。
6.根据权利要求5所述的电气架构，其特征在于，所述无线电子控制单元和所述CAN总线之间的无线通信使用开关键控调制，其中，显性CAN比特被中继转发到“on”比特。
7.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述无线通信处于ISM带中。
8.根据权利要求7所述的电气架构，其特征在于，所述ISM带包括902-928 MHz频带和433.05-434.79频带。
9.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述无线电子控制单元使用预定的或动态选择的波束形成来与任何外围设备通信，包括使用相干调制以及调整每个无线电子控制单元的传输信号相位，以在所述外围设备的接收机处达到建设性的组合。
10.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述无线电子控制单元使用非相干调制，并且同时地传输给所有的所述外围设备，以提高信噪比。
11.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述无线电子控制单元的传输功率大于所述外围设备的传输功率，并且随着无线外围设备的数量增加而增加。
12.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述错误校正码是具有最小延迟保证的无比率编码，所述最小延迟保证包括对于近期数据包较高并且对于较旧的数据包较低的差分延迟保证。
13.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述多个外围设备包括开关、传感器和促动器中的一种或多种。
14.根据权利要求1所述的电气架构，其特征在于，所述电气架构处于车辆上。
15.一种用于车辆的电气架构，所述电气架构包括：
通过有线CAN总线互连的多个电子控制单元，其中，所述电子控制单元中的一些是无线电子控制单元；以及
使用无线通信或有线通信或二者连接到所述CAN总线的多个有线和无线的外围设备，其中，包括所述电子控制单元和所述外围设备之间的无线通信的通信是双向的，其中，所述无线电子控制单元通过采用无线信道分集来从所述外围设备及给所述外围设备无线地传送信息，其中，来自外围设备的消息被所有的所述无线电子控制单元接收，并且给外围设备的消息通过所有的所述无线电子控制单元来传输，并且其中，所述多个外围设备包括开关、传感器和促动器中的一种或多种，并且其中，错误校正码被用在CAN协议之上的数据上，以提高可靠性。
16.根据权利要求15所述的电气架构，其特征在于，所述无线电子控制单元通过重复在所述CAN总线上接收的显性比特在逐个比特的基础上作为简单的中继来操作，并且反之亦然。
CN201510643998.1A 2014-07-02 2015-07-02 一种基于can并且利用了无线通信扩展的电气架构 Active CN105246110B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/322101 2014-07-02
US14/322,101 US9457742B2 (en) 2014-07-02 2014-07-02 Wireless communication extension for can based electrical architectures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105246110A CN105246110A (zh) 2016-01-13
CN105246110B true CN105246110B (zh) 2019-01-22

Family

ID=54866351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510643998.1A Active CN105246110B (zh) 2014-07-02 2015-07-02 一种基于can并且利用了无线通信扩展的电气架构

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9457742B2 (zh)
CN (1) CN105246110B (zh)
DE (1) DE102015110540B4 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9045101B2 (en) * 2008-07-02 2015-06-02 Michael Phelan Driver authentication system and method for monitoring and controlling vehicle usage
US9493149B2 (en) * 2008-07-02 2016-11-15 Michael Phelan Driver authentication system and method for monitoring and controlling vehicle usage
US9843597B2 (en) * 2015-01-05 2017-12-12 International Business Machines Corporation Controller area network bus monitor
CN112436929B (zh) * 2020-11-24 2023-09-15 北京中航通用科技有限公司 一种混合双通道热冗余近场通信的方法及装置
US20230373494A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-23 Michael Phelan Driver authentication system and method for monitoring and controlling vehicle usage

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6424119B1 (en) * 2001-04-19 2002-07-23 American Power Conversion Multiple energy storage device controller
US20050192727A1 (en) * 1994-05-09 2005-09-01 Automotive Technologies International Inc. Sensor Assemblies
US20100329272A1 (en) * 2009-04-03 2010-12-30 Honda Motor Co., Ltd. Vehicle onboard gateway apparatus
CN102004478A (zh) * 2010-11-08 2011-04-06 湖北三江航天万山特种车辆有限公司 一种车辆多总线协调通信与控制系统
CN102736538A (zh) * 2011-04-13 2012-10-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 基于接口的可重构电气架构

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7421321B2 (en) * 1995-06-07 2008-09-02 Automotive Technologies International, Inc. System for obtaining vehicular information
US7313467B2 (en) * 2000-09-08 2007-12-25 Automotive Technologies International Inc. System and method for in-vehicle communications
US9008854B2 (en) * 1995-06-07 2015-04-14 American Vehicular Sciences Llc Vehicle component control methods and systems
SE516791C2 (sv) 2000-09-12 2002-03-05 Kvaser Consultant Ab Arrangemang för att i distribuerat styrsystem höja framkomligheten för data och/eller styrkommandon
US7046638B1 (en) 2000-10-12 2006-05-16 Robert Bosch Gmbh Wireless access to closed embedded networks
US7363149B2 (en) 2001-12-13 2008-04-22 Robert Bosch Gmbh Autonomous in-vehicle navigation system and diagnostic system
JP2007166302A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Denso Corp 車載ネットワーク中継装置
US8730818B2 (en) 2010-04-16 2014-05-20 The Morey Corporation Converter/multiplexer for serial bus
ES2772373T3 (es) * 2011-12-07 2020-07-07 Agility Fuel Systems Llc Sistemas y métodos para monitorizar y controlar sistemas de combustible
US9286030B2 (en) * 2013-10-18 2016-03-15 GM Global Technology Operations LLC Methods and apparatus for processing multiple audio streams at a vehicle onboard computer system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050192727A1 (en) * 1994-05-09 2005-09-01 Automotive Technologies International Inc. Sensor Assemblies
US6424119B1 (en) * 2001-04-19 2002-07-23 American Power Conversion Multiple energy storage device controller
US20100329272A1 (en) * 2009-04-03 2010-12-30 Honda Motor Co., Ltd. Vehicle onboard gateway apparatus
CN102004478A (zh) * 2010-11-08 2011-04-06 湖北三江航天万山特种车辆有限公司 一种车辆多总线协调通信与控制系统
CN102736538A (zh) * 2011-04-13 2012-10-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 基于接口的可重构电气架构

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015110540A1 (de) 2016-01-07
CN105246110A (zh) 2016-01-13
US20160001718A1 (en) 2016-01-07
DE102015110540B4 (de) 2021-09-23
US9457742B2 (en) 2016-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105246110B (zh) 一种基于can并且利用了无线通信扩展的电气架构
US9227579B1 (en) Hybrid wireless-wired architecture based on power lines for intra-vehicular communication
JP5519919B2 (ja) 通信システム、通信方法、中継局およびコンピュータプログラム
JP5707415B2 (ja) 無線通信システムにおけるデータフレーム生成、送信、及び受信方法とその装置
US20230033208A1 (en) Selection of decoding level at signal forwarding devices
KR102244593B1 (ko) 양방향 네트워크를 위한 텔레그램 분할 송신 방법
KR102257280B1 (ko) 양방향 네트워크를 위한 텔레그램 분할 송신 방법
KR20070035863A (ko) 광대역 무선 통신 시스템에서 중계기를 이용하여 데이터를전송하기 위한 장치 및 방법
CN108370293B (zh) 中继方法、中继器、目的地设备及其通信系统
CN105322996A (zh) 协同天线分集无线电接收机
US10129789B2 (en) Methods for encoding and decoding frames in a telecommunication network
JP4529628B2 (ja) 無線通信システム、送信装置および受信装置
KR100977669B1 (ko) 궤환 신호를 이용한 협력 통신 방법 및 시스템
CN101584144A (zh) 用于有效传输多媒体和数据的系统和方法
CN109361445A (zh) 一种利用全双工中继的双向非正交多址接入方法
WO2008136830A1 (en) Method of relaying soft information for cooperative diversity in a wireless communication system
CN109560844B (zh) 一种基于非正交多址接入技术的多用户中继传输方法
JP2008193240A (ja) 無線通信装置および無線通信方法
JP5213637B2 (ja) 無線通信システム、無線通信方法及びプログラム
US20180054849A1 (en) Method for the digital transmission of data blocks from a transmitting station to a receiving station as well as a sending station, a receiving station and a motor vehicle for use in the method
CN112806096B (zh) 用于商用车辆的信息传输系统以及商用车辆和商用组合
JP5304852B2 (ja) 無線基地局、中継局、無線通信システム、制御方法、中継方法
JP5051136B2 (ja) 無線通信装置および無線通信方法
US20140064085A1 (en) Communication node and communication method
JPH0758955B2 (ja) 無線デ−タ通信方式

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant