CN105262657B - 汽车智能网络实时通信设备及其通信方法 - Google Patents

Abstract

汽车智能网络实时通信设备及其通信方法，该设备包括整车电子控制单元、通信电子控制单元和存储单元，整车电子控制单元包括一个控制器局域网模块、一个串行外设接口模块和一个控制模块，通信电子控制单元包括一个异步收发传输器模块、两个串行外设接口模块、两个控制器局域网模块、一个控制模块和一个USB模块；该设备还包括GPS模块、4G模块、控制器局域网总线以及两个控制器局域网收发器。本发明通过wifi、4G无线网络与行驶中的汽车车载无线网络和移动通信设备相连接，利用无线网络通信技术实时进行数据交换；利用控制器局域网总线技术实时采集本车数据，并且可将数据传输到显示屏，为驾驶员提供实时的周围道路工况。

Description

汽车智能网络实时通信设备及其通信方法

技术领域

本发明涉及汽车智能通信技术领域，具体涉及一种汽车智能网络实时通信设备及其通信方法。

背景技术

目前，新能源汽车理念已被广泛提及，但是，新能源汽车还处于中前期的发展阶段，新能源汽车的各项相关技术还需要完善，整车的性能与传统汽车有着很大的区别；而且，现在运行的新能源汽车，比如混合动力的公交车、电动物流车、电动公交车、市内电动汽车等，它们的工作工况都比较恶劣。由于新能源汽车的出现是为了解决日益污染严重的环境和日益枯竭的能源问题，但是由于新能源汽车的工作工况，这些问题还不能得到很完善的解决，还需新的技术、新的核心领域相互融合；所以，汽车工业又向着智能汽车方向技术迈进。

在新能源和智能汽车发展的同时，人们越来越重视汽车的安全性、舒适性和能源的节约，保障人身及汽车安全、实时监控整车行驶道路工况的汽车实时智能网络通信设备，在汽车的智能化技术方面有着巨大的潜力，同时，还具有保护汽车安全的巨大影响力。现有的汽车还不能实时的监控汽车在道路上行驶时的工况，尤其是在城市道路工况，人口密集度高，不能够获得汽车与旁车、行人、红绿灯的距离，也不能够获取邻车的实时的速度、转向、刹车等信息，以至于驾驶员在行驶的过程中，遇到紧急情况没有足够的反应时间，从而出现交通事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种在汽车行驶过程中，能实时与通信设备交换信息的汽车智能网络实时通信设备及其通信方法，通过无线传输装置获取道路中的实时工况，解决汽车在行驶中驾驶员无法判断盲区、道路红绿灯、道路中行驶的汽车等具有移动终端设备的实时工况的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：汽车智能网络实时通信设备，该设备包括整车电子控制单元、通信电子控制单元和存储单元，整车电子控制单元包括一个控制器局域网模块、一个串行外设接口模块和一个控制模块，通信电子控制单元包括一个异步收发传输器模块、两个串行外设接口模块、两个控制器局域网模块、一个控制模块和一个USB模块；该设备还包括GPS模块、4G模块、控制器局域网总线以及两个控制器局域网收发器，其中，GPS模块的输出端与异步收发传输器模块的输入端连接，利用异步收发传输器模块通信实现GPS模块与通信电子控制单元的单向数据传输，获取GPS模块发出的定位信息；4G模块与USB模块双向通信，通信电子控制单元的其中一个串行外设接口模块与整车电子控制单元中的串行外设接口模块连接，另一个串行外设接口模块与存储单元连接，实现通信电子控制单元对存储单元的数据存取功能；其中一个控制器局域网收发器与整车电子控制单元中的控制器局域网模块双向通信，用于汽车信息收集和整车电子控制单元中的控制模块的控制命令的发送；另一个控制器局域网收发器与通信电子控制单元中的控制器局域网模块双向通信，用于收集附近车载wifi无线网络所发出的车载信息，整合信息后发送到本车的触摸显示屏上，用户利用触摸显示屏通过通信电子控制单元向整车电子控制单元发送控制命令。

进一步的，该设备还包括一个与通信电子控制单元中另一个控制器局域网模块双向通信的控制器局域网收发器，该控制器局域网收发器接收通信电子控制单元中控制模块的控制命令，发送到整车电子控制单元。

利用汽车智能网络实时通信设备实施的通信方法，包括：（1）、整车电子控制单元通过控制器局域网模块与控制器局域网收发器相连接，采集汽车在行驶过程中的车外传感器、车速、转向和刹车信息数据，通过整车电子控制单元的串行外设接口模块与通信电子控制单元的串行外设接口模块相连接，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（2）、通信电子控制单元通过异步收发传输器模块与GPS模块相连接，采集汽车当前的GPS定位数据，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（3）、通信电子控制单元通过USB模块与4G模块相连接，收集汽车当前道路工况带有移动终端的行人的GPS定位数据信息，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（4）、通信电子控制单元通过控制器局域网模块与控制器局域网收发器相连接，采集道路上附近汽车WiFi所发出的的汽车当前车速、转向、刹车信息数据和智能红绿灯发出的红绿灯时间数据，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（5）、存储单元中的数据经过通信电子控制单元整合处理后，将这些数据经过通信电子控制单元的控制器局域网模块发送到触摸显示屏上，为驾驶员提供判断依据；

（6）、触摸显示屏显示的数据判断当前汽车是否处于安全工况；如果不是，由驾驶员作出相应操作，经过整车电子控制单元的控制模块向汽车发送控制命令，使汽车处在安全工况；也可通过触摸显示屏向通信电子控制单元的控制模块发出命令，使汽车处于安全工况。

本发明中，整车电子控制单元的串行外设接口芯片通过控制器局域网总线与通信电子控制单元的串行外设接口芯片连接，通过控制器局域网总线传输的整车工况信息和收发通信电子控制单元传输的实时的道路工况数据，实现两个电子控制单元的信息交换功能。

本发明中，4G模块为通信电子控制单元与行人所带的智能通信设备实时通信；GPS模块用于接受实时的定位信息数据，GPS模块利用4G通信获得车与行人的定位信息，得到车与行人的距离，wifi模块利用GPS定位信息得到车与车、车与智能交通信号灯的距离和红绿灯的时间数据。wifi模块用于与汽车行驶中道路上车与车的实时的数据交换，得到道路车辆的实时信息，wifi模块还可以利用4G移动网络，让手机、笔记本电脑、平板电脑等移动设备上网；控制器局域网总线信息也可以用WiFi发送到无线网络调试设备进行数据分析和总线判断；接收故障信息，用于故障诊断。

控制器局域网模块用于实现各个模块之间的实时数据准确通信；控制器局域网模块基于ISO15765标准的网络链路层和数据链路层实现通信，网络链路层是根据标准，完成控制器局域网数据的打包、解包、控制器局域网节点通信的配置；数据链路层根据标准，完成网络层数据到控制器局域网帧标准格式的转换以及报文的过滤、仲裁、通信波特率设置。

GPS模块和wifi模块获得数据，将数据传递给通信电子控制单元判断汽车当前工况，向整车电子控制单元发出指令，从而控制汽车的发动机或电动机的转速。4G模块和wifi模块获得当前行驶工况，将数据传递给通信电子控制单元，将数据传递给显示屏模块，显示出本车与道路行驶中的智能设备间的距离，从而提醒驾驶员作出相应的判断；必要时，整车电子控制单元可以向控制模块发出指令，强制使汽车处于安全工况。

有益效果：1、本发明按照汽车的国际标准ISO11898，标准的控制器局域网通信协议SAE J1939，确保系统的安全性和可靠性，便于使用的通用性；整车电子控制单元只需要通过串行外设接口模块发送一些汽车数据，外加控制模块，不涉及整车控制器核心内容，保证了整车控制器的保密性；且预留第3路控制器局域网总线接收模块，确保新能源汽车控制器局域网总线数据采集的要求。

2、本发明提供了一种能够实时的实现汽车相互交换数据智能网络通信设备，利用32位的双单片机通信技术，基于汽车电子控制单元的整车控制器的基础上，增加一个通信电子控制单元，通过wifi、4G无线网络与行驶中的汽车车载无线网络和移动通信设备相连接，利用无线网络通信技术实时进行数据交换；利用控制器局域网总线技术实时采集本车数据、利用wifi无线网络技术收集周围的汽车行驶工况和利用4G收集道路有无线通讯设备的行人行走数据，并且可以利用4G和GPS来获取定位信息数据，将数据传输到显示屏，为驾驶员提供实时的周围道路工况，提供判断依据，减少车祸的发生。

3、本发明汽车实时智能网络通信设备采用双32位单片机控制，有足够的空间使采集汽车行驶过程中的总线数据，可以满足通信设备在使用过程中的信息大量计算和整合，确保数据总线的完整性和通信设备使用的准确性。利用了4G技术和GPS技术，确保信息收集的完整性和精准性。整车实时数据采集及存储功能，为之后数据的精确计算和故障分析提供了真实的依据，并且可以为整车性能测试分析提供数据依据。这些功能可以为驾驶员和汽车性能分析人士提供来了极大的便利。

附图说明

图1为本发明的框架图；

图2为本发明通信电子控制单元的采集信息图；

图3为本发明具体应用于汽车时，显示屏高速道路工况的显示图；

图4为本发明具体应用于汽车时，显示屏城市道路工况的显示图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的汽车智能网络实时通信设备及其通信方法作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

汽车智能网络实时通信设备，如图1所示，该设备包括整车电子控制单元、通信电子控制单元和存储单元，整车电子控制单元包括一个控制器局域网模块、一个串行外设接口模块和一个控制模块，通信电子控制单元包括一个异步收发传输器模块、两个串行外设接口模块、两个控制器局域网模块、一个控制模块和一个USB模块；该设备还包括GPS模块、4G模块、控制器局域网总线以及两个控制器局域网收发器，其中，GPS模块的输出端与异步收发传输器模块的输入端连接，利用异步收发传输器模块通信实现GPS模块与通信电子控制单元的单向数据传输，获取GPS模块发出的定位信息；4G模块与USB模块双向通信，通信电子控制单元的其中一个串行外设接口模块与整车电子控制单元中的串行外设接口模块连接，另一个串行外设接口模块与存储单元连接，实现通信电子控制单元对存储单元的数据存取功能；其中一个控制器局域网收发器与整车电子控制单元中的控制器局域网模块双向通信，用于汽车信息收集和整车电子控制单元中的控制模块的控制命令的发送；另一个控制器局域网收发器与通信电子控制单元中的控制器局域网模块双向通信，用于收集附近车载wifi无线网络所发出的车载信息，整合信息后发送到本车的触摸显示屏上，用户利用触摸显示屏通过通信电子控制单元向整车电子控制单元发送控制命令。

其中，该设备还包括一个与通信电子控制单元中另一个控制器局域网模块双向通信的控制器局域网收发器，该控制器局域网收发器接收通信电子控制单元中控制模块的控制命令，发送到整车电子控制单元。

利用汽车智能网络实时通信设备实施的通信方法，包括：（1）、整车电子控制单元通过控制器局域网模块与控制器局域网收发器相连接，采集汽车在行驶过程中的车外传感器、车速、转向和刹车信息数据，通过整车电子控制单元的串行外设接口模块与通信电子控制单元的串行外设接口模块相连接，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（2）、通信电子控制单元通过异步收发传输器模块与GPS模块相连接，采集汽车当前的GPS定位数据，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（3）、通信电子控制单元通过USB模块与4G模块相连接，收集汽车当前道路工况带有移动终端的行人的GPS定位数据信息，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（4）、通信电子控制单元通过控制器局域网模块与控制器局域网收发器相连接，采集道路上附近汽车WiFi所发出的的汽车当前车速、转向、刹车信息数据和智能红绿灯发出的红绿灯时间数据，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（5）、存储单元中的数据经过通信电子控制单元整合处理后，将这些数据经过通信电子控制单元的控制器局域网模块发送到触摸显示屏上，为驾驶员提供判断依据；

（6）、触摸显示屏显示的数据判断当前汽车是否处于安全工况；如果不是，由驾驶员作出相应操作，经过整车电子控制单元的控制模块向汽车发送控制命令，使汽车处在安全工况；也可通过触摸显示屏向通信电子控制单元的控制模块发出命令，使汽车处于安全工况。

如图1所示，本发明的通信设备包括整车电子控制单元、通信电子控制单元、4G模块、wifi模块、GPS模块、显示屏模块、SPI模块、控制模块、控制器局部网控制器局域网收发器及总线模块。整车电子控制单元的控制器局域网模块与控制器局域网收发器连接双向通信，用于汽车的信息收集和控制模块的控制命令的发送；通信电子控制单元的控制器局域网模块与控制器局域网收发器连接双向通信，用于收集附近车载wifi无线网络所发出的车载信息，整合信息后发送到显示屏上；触摸显示屏通过通信电子控制单元向整车电子控制单元发送控制命令；通信电子控制单元的控制器局域网模块与控制器局域网收发器3连接双向通信（备用线路），接受控制模块的控制命令，发送到整车控制器；整车电子控制单元的串行外设接口模块与通信电子控制单元模块连接，利用串行外设接口的通信功能，实现双单片机的双向通信，用于相互传输两个电子控制单元的控制信号及控制器局域网总线数据；GPS模块与通信电子控制单元的异步收发传输器模块连接，利用异步收发传输器通信实现GPS模块与通信电子控制单元的单向数据传输，获取GPS模块发出的定位信息；4G模块与通信电子控制单元的USB模块连接，利用4G的高速双向通信功能，实现通信电子控制单元和4G模块的数据传输；存储单元与通信电子控制单元的串行外设接口模块连接，通过串行外设接口通信实现通信电子控制单元对存储单元的数据存取功能；显示屏显示汽车当前状态。

如图2所示，可以利用GPS采集当前汽车的定位信息，利用定位信息判断当前道路上的工况，比如前方是否拥堵，附近道路是否有畅通道路等信息，将信息存储在存储单元中；通过4G与行人所带的移动终端采集行人当前的位置、移动速度和移动方向等信息，将信息存储在存储单元中；利用wifi模块与邻车通信采集附近汽车的当前车速、转向、刹车和与本车的距离等信息，将信息存储在存储单元中；利用wifi模块和GPS模块与红绿灯通信，获取汽车当前与红绿灯的距离；通过通信电子控制单元的计算，判断汽车与行人的距离，并计算汽车安全通过的时间；判断汽车与汽车的距离，当前车速、刹车和是否要打开车门等信息是否能够安全的行驶；判断汽车与红绿灯的距离，利用当前车速和当前道路工况计算出通过当前红绿灯所需要的时间；根据时间的长短来发送命令；如果时间太长，那么可以关闭发动机以减少油耗和污染的排放；利用wifi模块让手机、笔记本电脑、pad等移动设备上网；控制器局域网总线信息也可以用wifi发送到无线网络调试设备进行数据分析和总线判断；还有接受故障信息，用于故障诊断。

如图3所示，利用wifi模块采集汽车①与邻车②③④的位置、车速、转向信号、加速信号、刹车信号等信息，通过通信电子控制单元程序计算出与邻车②③④的距离，判断当前车速是否能安全行驶；如果不能，提醒驾驶员发出相应的控制指令，使汽车出于安全的工况；如果汽车②要超车，则应与①③④实时通信，汽车②应打开左转向，发出加速信息，提醒①③④汽车②要超车。同时还可以通过前方③④⑤⑥车采集到前方道路工况和天气状况，例如前方有车祸或者修路状况，或者前方有大雾和下雨等天气状况，从而及早的提醒驾驶员能够做出提前的准备，使汽车能够安全的通过前方道路。

图4为本发明城市道路工况显示图；首先①车利用GPS定位系统获取当前道路位置信息；然后利用wifi模块采集到②③④⑤车的车速、位置、转向信号、加速信号、刹车信号以及是否要打开车门等信息，通过通信电子控制单元程序计算出与邻车②③④⑤的距离，判断当前车速是否能安全行驶；假如前方②④有打开车门信号，则①车必须减速通过甚至停车；如果驾驶员没有发出控制指令，汽车可以通过智能计算设备来控制汽车减速。wifi模块还可以与智能红绿灯⑥实时通信，计算出到红绿灯的距离和当前道路工况要通过该红绿灯所需要的时间，继而控制发动机的转速，减少油耗和尾气的排放。通过GPS定位行人⑦与①车的距离，判断当前车速和行人的速度，从而计算安全通过的车速和时间；甚至在车右转向时①车与非机动车道上的行人⑦和车辆的安全距离，判断行人⑦是否有被撞击的危险，如果有则汽车自行减速规避行人或者向车的喇叭发出指令，让行人躲避，避免车祸的发生。如果在没有红绿等的路口，判断该路口是否有汽车或行人要通过，如果有汽车⑤或者直行汽车要通过，汽车①要与汽车通信，得到直行汽车通过的时间；汽车①还要与汽车⑤通信，采集⑤是否左转和要通过的车速与时间，从而提醒驾驶员能够安全通过该路口。如果该路口有行人⑦要通过或者直行，则汽车要减速或者提醒行人，使其安全通过。

Claims (3)

1.汽车智能网络实时通信设备，其特征在于：该设备包括整车电子控制单元、通信电子控制单元和存储单元，整车电子控制单元包括一个控制器局域网模块、一个串行外设接口模块和一个控制模块，通信电子控制单元包括一个异步收发传输器模块、两个串行外设接口模块、两个控制器局域网模块、一个控制模块和一个USB模块；该设备还包括GPS模块、4G模块、控制器局域网总线以及两个控制器局域网收发器，其中，GPS模块的输出端与异步收发传输器模块的输入端连接，利用异步收发传输器模块通信实现GPS模块与通信电子控制单元的单向数据传输，获取GPS模块发出的定位信息；4G模块与USB模块双向通信，通信电子控制单元的其中一个串行外设接口模块与整车电子控制单元中的串行外设接口模块连接，另一个串行外设接口模块与存储单元连接，实现通信电子控制单元对存储单元的数据存取功能；

其中一个控制器局域网收发器与整车电子控制单元中的控制器局域网模块双向通信，用于汽车信息收集和整车电子控制单元中的控制模块的控制命令的发送；另一个控制器局域网收发器与通信电子控制单元中的控制器局域网模块双向通信，用于收集附近车载wifi无线网络所发出的车载信息，整合信息后发送到本车的触摸显示屏上，用户利用触摸显示屏通过通信电子控制单元向整车电子控制单元发送控制命令。

2.根据权利要求1所述的汽车智能网络实时通信设备，其特征在于：该设备还包括一个与通信电子控制单元中另一个控制器局域网模块双向通信的控制器局域网收发器，该控制器局域网收发器接收通信电子控制单元中控制模块的控制命令，发送到整车电子控制单元。

3.利用权利要求1的汽车智能网络实时通信设备实施的通信方法，其特征在于，包括：（1）、整车电子控制单元通过控制器局域网模块与控制器局域网收发器相连接，采集汽车在行驶过程中的车外传感器、车速、转向和刹车信息数据，通过整车电子控制单元的串行外设接口模块与通信电子控制单元的串行外设接口模块相连接，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（2）、通信电子控制单元通过异步收发传输器模块与GPS模块相连接，采集汽车当前的GPS定位数据，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（3）、通信电子控制单元通过USB模块与4G模块相连接，收集汽车当前道路工况带有移动终端的行人的GPS定位数据信息，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（4）、通信电子控制单元通过控制器局域网模块与控制器局域网收发器相连接，采集道路上附近汽车WiFi所发出的汽车当前车速、转向、刹车信息数据和智能红绿灯发出的红绿灯时间数据，发送至通信电子控制单元的存储单元中，暂存起来；

（5）、存储单元中的数据经过通信电子控制单元整合处理后，将这些数据经过通信电子控制单元的控制器局域网模块发送到触摸显示屏上，为驾驶员提供判断依据；

（6）、触摸显示屏显示的数据判断当前汽车是否处于安全工况；如果不是，由驾驶员作出相应操作，经过整车电子控制单元的控制模块向汽车发送控制命令，使汽车处在安全工况；也可通过触摸显示屏向通信电子控制单元的控制模块发出命令，使汽车处于安全工况。