CN105703993B - 一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，包括两个以上彼此独立通信、功能不同的环形局域网，所述的网络架构中，一个整车控制器(1)作为各所述的环形局域网的共同节点，所述的整车控制器(1)设有多对接口，每对接口对应一个环形局域网。与现有技术相比，本发明可实现各环形局域网同时运行；各环形局域网的运行方向均包括顺时针方向和逆时针方向，保证通讯可靠性；转向控制系统和制动控制系统均为冗余结构，保证可靠性和安全性；第一环形局域网中传输的数据设有字节限制及冗余，数据在顺时针和逆时针两个方向上分别正序和逆序发送，定时判断传输过程是否出错，保证实时性和可靠性。

Description

一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构

技术领域

本发明涉及一种电动汽车通信网络架构，尤其是涉及一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构。

背景技术

智能车是未来汽车发展的必然趋势，通信网络拓扑结构的设计是智能车最重要的技术之一。在智能车运行过程中，为了监视智能车运行状态、实现智能车故障诊断、达到智能车运行自动控制等目的，车内相关监视和控制设备会产生大量与智能车运行状态、智能车故障诊断、智能车运行控制指令相关的数据。这些数据的产生和消费往往位于不同的车载设备之中，因而需要在智能车内部构建一个通信网络，将这些数据从其生产设备传输到其消费设备。智能车通信网络能够为挂载于其上的终端设备提供端到端数据传输服务。基于不同通信技术以及不同拓扑类型的通信网络的安全性、实时性、可靠性以及相关通信性能指标存在着较大的差异。因而，开发出基于更高性能的通信技术和更加可靠的拓扑类型的通信网络一直是轨道交通通信技术领域中智能车网络控制的重要研究内容。

以太网是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，也是应用最为广泛的局域网。近年来以太网开始进入车载LAN系统，从车载摄像头的影像传输系统开始，其应用范围逐渐扩大到信息、安全和控制等系统。

目前，智能车的通信网络采用总线型拓扑结构。虽然总线型拓扑结构具备较高的安全性和实时性，但是由于其自身物理特性、技术特点、拓扑类型等多方面原因，使其很难具备较高的可靠性以及较好的网络性能指标(如传输速率、带宽等)。这使得后续开发实现如车载数据单点高速上载和下载、指导智能车入库维护的数据自动传输、车内娱乐多媒体数据的高速传输、故障诊断数据的传输等涉及智能车信息化和智能化方面的应用功能受到了极大限制。

近年来，由于汽车功能的不断丰富，可靠性和扩展性已经成为汽车通信网络的重要元素。环形拓扑网络具有的优势在于：因为即使中间节点有错误，环形拓扑网络也可以通过其他路径通信，所以可以确保网络的可靠性。然而，配置环形拓扑网络的此种典型方法具有的缺点在于：因为此方法只是对连接节点为环状感兴趣，所以网络的扩展性降低。例如，因为支持环形拓扑网络的节点的以太网端口的数量限于两个，所以很难配置各种形状的网络。而且，一旦环形拓扑网络被配置，将不考虑连接至除了相应环形拓扑网络以外的网络，并且很难将先前建立的若干网络集成和管理成单个的网络。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可靠性高、扩展性和实时性强的基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，其特征在于，包括两个以上彼此独立通信、功能不同的环形局域网，所述的网络架构中，一个整车控制器作为各所述的环形局域网的共同节点，所述的整车控制器设有多对接口，每对接口对应一个环形局域网。

所述的环形局域网包括传输行车控制数据的第一环形局域网。

所述的第一环形局域网为闭环结构，第一环形局域网的节点包括整车控制器、电池管理系统、电压变换器、转向控制系统、电动助力转向系统、制动控制系统、驱动控制系统、车身控制系统、车载诊断系统和车载充电机，所述的转向控制系统和制动控制系统分别设有两个以上，均为冗余结构。

所述的第一环形局域网中传输的数据设有字节限制及冗余。

所述的第一环形局域网中的数据帧在顺时针方向以正序和逆序分别发送，并在逆时针方向以正序和逆序分别发送，逆序发送指将数据帧的内容反过来发送，节点定时比较顺时针方向的正序和逆序的传输数据是否相同，逆时针方向的正序和逆序的传输数据是否相同，以判断传输过程是否出错。

所述的环形局域网包括传输多媒体数据的第二环形局域网。

所述的第二环形局域网的运行方向均包括顺时针方向和逆时针方向，为开环或闭环结构。

所述的第二环形局域网的节点包括整车控制器、环境感知系统、北斗导航系统、车与外界信息交换系统、远程监控系统、人机交换系统和车载娱乐系统。

所述的环境感知系统包括设长距雷达、摄像头、超声波发生器和短距雷达，所述的长距雷达和摄像头设置在整车前端，所述的短距雷达设有4个，分别设置在整车前后左右，所述的超声波发生器设有24个，其中整车前端和后端分别设有4个，整车左端和右端分别设有8个，环境感知系统感应范围覆盖汽车周围水平360°。

各所述的环形局域网采用以太网进行通信，各节点分别集成了以太网交换机，每个以太网交换机均设有用于形成所述环形局域网的连接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整车控制器上的以太网交换机设有诊断接口。

各所述的环形局域网采用以太网进行通信，各节点分别集成了以太网交换机，通过对以太网交换机的端口进行配置，将环形局域网隔离成彼此独立通信的局域网，用于传输不同类型的数据，每个以太网交换机都有用于形成所述环形局域网的连接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整车控制器上的以太网交换机还有诊断接口。各节点内部可使用以太网接口采用以太网进行通信，例如环境感知系统；或使用可转换成其它网络的网关，采用其它网络进行通信，例如车身控制系统。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)网络架构包括两个以上彼此独立通信的环形局域网，各环形局域网的节点包含同一个整车控制器，可实现各环形局域网同时运行，且分别传输不同类型数据。

(2)各环形局域网的运行方向均包括顺时针方向和逆时针方向，保证通讯可靠性。

(3)环形局域网包括传输行车控制数据的第一环形局域网和传输多媒体数据的第二环形局域网，能够达到同时传输智能车运行控制指令、运行状态数据和诊断数据的目的。

(4)转向控制系统和制动控制系统分别设有两个以上，均为冗余结构，保证可靠性和安全性。

(5)第一环形局域网中传输的数据设有字节限制及冗余。字节限制具体内容根据具体传输要求而定，目的是保证数据传输的实时性和可靠性。数据在顺时针和逆时针两个方向上分别正序和逆序发送，逆序发送即指将数据帧的内容反过来发送。接收节点定时比较顺时针方向的正序和逆序的传输数据是否相同，逆时针方向的正序和逆序的传输数据是否相同，相当于一种校验机制，判断传输过程是否出错。

(6)环境感知系统感应范围覆盖汽车周围水平360°，信息覆盖广。

(7)第一环形局域网为闭环，所述的第二环形局域网为开环或闭环，适应不同网络中不同的故障容错要求。

(8)各环形局域网采用以太网进行通信，各节点分别集成了以太网交换机，通过对以太网交换机的端口进行配置，将环形局域网隔离成彼此独立通信的局域网，用于传输不同类型的数据，每个以太网交换机都有用于形成环形局域网的连接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整车控制器上的以太网交换机还有诊断接口，便于进行功能扩展。

附图说明

图1为本发明网络系统架构示意图；

图2为本发明环境感知系统网络架构示意图；

图3为本发明车身控制系统网络架构示意图。

附图标记：

1—整车控制器

2—电池管理系统

3—以太网交换机

4—电压变换器

5—网关或以太网接口

6—转向控制系统

7—转向控制系统

8—电动助力转向系统

9—制动控制系统

10—制动控制系统

11—驱动控制系统

12—车身控制系统

121—车窗

122—车镜

123—车锁

124—座椅

14—车载充电机

15—有或无信道

16—环境感知系统

161—长距雷达

162—摄像头

163—超声波发生器

164—短距雷达

165—以太网接口

17—顺时针信道

18—北斗导航系统

19—逆时针信道

20—车与外界信息交换系统

21—远程监控系统

22—人机交互系统

23—车载娱乐系统

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，包括两个彼此独立通信、功能不同的环形局域网，各环形局域网的节点包含同一个整车控制器1，即整车控制器1通过以太网交换机将各环形局域网连接到一起。为确保通信可靠性，各环形局域网的运行方向均包括顺时针方向和逆时针方向，即信道包括顺时针信道17和逆时针信道19。

环形局域网包括传输行车控制数据的第一环形局域网，第一环形局域网的节点包括整车控制器1、电池管理系统2、电压变换器4、转向控制系统6、7、电动助力转向系统8、制动控制系统9、10、驱动控制系统11、车身控制系统12、车载诊断系统13和车载充电机14。其中转向控制系统6作为转向控制系统7的冗余，制动控制系统9作为制动控制系统10的冗余，保证运行的可靠性和安全性。该环形局域网对故障容错要求较高，因此该环形局域网必须是闭环。

第一环形局域网中传输的数据设有字节限制及冗余。字节限制具体内容根据具体传输要求而定，目的是保证数据传输的实时性和可靠性。

第一环形局域网中的数据在顺时针和逆时针两个方向上分别正序和逆序发送，逆序发送即指将数据帧的内容反过来发送。接收节点定时比较顺时针方向的正序和逆序的传输数据是否相同，逆时针方向的正序和逆序的传输数据是否相同，相当于一种校验机制，判断传输过程是否出错。

环形局域网还包括传输多媒体数据的第二环形局域网，第二环形局域网的节点包括整车控制器1、环境感知系统16、北斗导航系统18、车与外界信息交换系统20、远程监控系统21、人机交换系统22和车载娱乐系统23。其中，环境感知系统16包括包括长距雷达161、摄像头162、超声波发生器163和短距雷达164，所述的长距雷达161和摄像头162设置在整车前端，所述的短距雷达164设有4个，分别设置在整车前后左右，所述的超声波发生器163设有24个，其中整车前端和后端分别设有4个，整车左端和右端分别设有8个，环境感知系统16感应范围覆盖汽车周围水平360°。

该环形局域网对故障容错要求较低，因此该环形局域网可开选择开环或闭环，如图1中点线表示在整车通信网络设计阶段可选择此处连接或断开；对实时性和可靠性要求较低，每帧无字节限制，发送无冗余。

通信主干网络，即各环形局域网采用以太网进行通信，各节点分别集成了以太网交换机3，太网交换机3包括电压变换器4和网关或以太网接口5，通过对以太网交换机3的端口进行配置，将环形局域网隔离成彼此独立通信的局域网，用于传输不同类型的数据，每个以太网交换机3都有用于形成所述环形局域网的连接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整车控制器1上的以太网交换机3还有诊断接口。通信主干网络采用以太网，各系统内部可使用以太网接口继续采用以太网进行通信，例如环境感知系统，如图2所示；或使用可转换成其它网络的网关，采用其它网络进行通信，例如图3所示的车身控制系统12，包括网关或以太网接口5，网关或以太网接口5与车镜122、车窗121、车锁123、座椅124连接。

本发明提供的基于以太网的分布式环形拓扑智能车通信网络不仅能够达到传输智能车运行控制指令、运行状态数据和诊断数据的目的，而且增强了车内网络通信的安全性、实时性和可靠性，减短了车内电缆长度，方便了后续扩展应用的开发。

Claims (8)

1.一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，其特征在于，包括两个以上彼此独立通信、功能不同的环形局域网，所述的网络架构中，一个整车控制器(1)作为各所述的环形局域网的共同节点，所述的整车控制器(1)设有多对接口，每对接口对应一个环形局域网，所述的环形局域网包括传输行车控制数据的第一环形局域网，所述的第一环形局域网中的数据帧在顺时针方向以正序和逆序分别发送，并在逆时针方向以正序和逆序分别发送，逆序发送指将数据帧的内容反过来发送，节点定时比较顺时针方向的正序和逆序的传输数据是否相同，逆时针方向的正序和逆序的传输数据是否相同，以判断传输过程是否出错。

2.根据权利要求1所述的一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，所述的第一环形局域网为闭环结构，第一环形局域网的节点包括整车控制器(1)、电池管理系统(2)、电压变换器(4)、转向控制系统(6、7)、电动助力转向系统(8)、制动控制系统(9、10)、驱动控制系统(11)、车身控制系统(12)、车载诊断系统(13)和车载充电机(14)，所述的转向控制系统(6、7)和制动控制系统(9、10)分别设有两个以上，均为冗余结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，其特征在于，所述的第一环形局域网中传输的数据设有字节限制及冗余。

4.根据权利要求1所述的一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，其特征在于，所述的环形局域网包括传输多媒体数据的第二环形局域网。

5.根据权利要求4所述的一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，其特征在于，所述的第二环形局域网的运行方向均包括顺时针方向和逆时针方向，为开环或闭环结构。

6.根据权利要求4所述的一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，其特征在于，所述的第二环形局域网的节点包括整车控制器(1)、环境感知系统(16)、北斗导航系统(18)、车与外界信息交换系统(20)、远程监控系统(21)、人机交换系统(22)和车载娱乐系统(23)。

7.根据权利要求6所述的一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，其特征在于，所述的环境感知系统(16)包括设长距雷达(161)、摄像头(162)、超声波发生器(163)和短距雷达(164)，所述的长距雷达(161)和摄像头(162)设置在整车前端，所述的短距雷达(164)设有4个，分别设置在整车前后左右，所述的超声波发生器(163)设有24个，其中整车前端和后端分别设有4个，整车左端和右端分别设有8个，环境感知系统(16)感应范围覆盖汽车周围水平360°。

8.根据权利要求1所述的一种基于车载以太网的电动汽车分布式环形通信网络架构，其特征在于，各所述的环形局域网采用以太网进行通信，各节点分别集成了以太网交换机，每个以太网交换机均设有用于形成所述环形局域网的连接接口和用于拓展其它功能的拓展接口，整车控制器(1)上的以太网交换机设有诊断接口。