CN109167712B - 车辆网络拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种车辆网络拓扑结构，包括多条与车辆的电子控制器直连的总线、以及安全网关，多个总线与安全网关连接，与同一总线直连的电子控制器之间的报文通过直连的总线发送，与不同的总线直连的电子控制器之间的报文通过安全网关转发，总线包括操纵驾驶总线、以及一个或多个辅助总线；电子控制器包括与操纵驾驶总线直连的操纵驾驶相关电子控制器、以及与辅助总线直连的操纵驾驶无关电子控制器。本发明根据操纵驾驶相关性对电子控制器进行网络划分，使得即使联网的电子控制器遭黑客攻击或者网关本身疲劳老化导致网关转发报文功能异常后，由于操纵驾驶相关电子控制器之间的通讯不需要网关转发，车辆依然可以保证基本的行驶功能。

Description

车辆网络拓扑结构
技术领域
本发明涉及车辆相关技术领域，特别是一种车辆网络拓扑结构。
背景技术
控制器局域网总线(CAN，Controller Area Network)是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，可以用于汽车中各种不同元件之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。
现有汽车配置有大量的电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)，以控制车辆的不同装置，帮助车辆行驶。
现有技术的车辆网络拓扑结构，有如下方式：
1、当ECU数目较少时(小于等于15)并且总线负载率低于50％时，车辆通常只有一路CAN。
2、当ECU数目较多或者总线负载率大于50％时，通常分为车载娱乐系统-CAN(娱乐相关ECU)、动力-CAN(动力相关ECU)、车身舒适-CAN(车身相关ECU)、底盘-CAN(底盘相关ECU)、以及DT-CAN(诊断)，不同网络之间通过网关转发报文实现相互通讯。
现有技术的车辆网络拓扑结构，根据电子控制器单元所控制设备的距离进行划分网络。因此，会将动力相关ECU、车身相关ECU、与底盘相关ECU划分到不同网络。虽然不同网络之间可以网关转发报文，然而，随着车联网技术的逐渐应用，T-Box面临着越来越多的网络攻击，一旦T-BOX攻击后，由于T-BOX一般直接和网关连接，网关也可能会受到攻击，网关如果被攻击导致转发功能异常或者网关本身由于疲劳老化导致转发功能异常，可能导致动力相关ECU、车身相关ECU、或与底盘相关ECU之间的通讯由于网关转发功能的异常而异常，从而可能导致车辆的基本操纵驾驶出现异常，造成严重的安全威胁，比如可能会导致刹车异常。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术划分网络结构不合理，容易影响驾驶，造成安全隐患的技术问题，提供一种车辆网络拓扑结构。
本发明提供一种车辆网络拓扑结构，包括多条与车辆的电子控制器直连的总线、以及安全网关，多个总线与所述安全网关连接，与同一总线直连的电子控制器之间的报文通过直连的总线发送，与不同的总线直连的电子控制器之间的报文通过所述安全网关转发：
所述总线包括操纵驾驶总线、以及一个或多个辅助总线；
所述电子控制器包括与所述操纵驾驶总线直连的操纵驾驶相关电子控制器、以及与所述辅助总线直连的操纵驾驶无关电子控制器。
进一步的，所述车辆为燃油汽车，所述操纵驾驶相关电子控制器包括：车身电子控制器、转向助力电子控制器、安全气囊控制器、防抱死系统控制器、智能钥匙控制器、变速器控制器、和/或发动机控制器。
进一步的，所述车辆为电动车，所述操纵驾驶相关电子控制器包括：车身电子控制器、安全气囊控制器、车身稳定系统控制器、电压系统控制器、电池管理系统控制器、逆变器系统控制器、和/或电动车整车控制器。
进一步的，所述辅助总线包括信息娱乐总线、电器总线、和/或诊断总线，所述操纵驾驶无关电子控制器包括与所述信息娱乐总线直连的信息娱乐电子控制器、与所述电器总线直连的电器电子控制器、和/或与所述诊断总线直连的诊断电子控制器。
更进一步的：
所述信息娱乐电子控制器包括：娱乐主机、车载通信终端、和/或组合仪表控制器；
所述电器电子控制器包括：自动后背门控制器、自动空调控制器、自动座椅控制器、前方预警自动刹车系统控制器、360度环绕系统控制器、和/或胎压监测系统控制器；
所述诊断电子控制器包括：诊断仪。
更进一步的，所述安全网关与所述信息娱乐总线的连接端口设置第一防火墙。
再进一步的，所述安全网关与所述操纵驾驶总线的连接端口设置第二防火墙。
再进一步的，所述第一防火墙的安全级别高于或等于所述第二防火墙的安全级别。
再进一步的，所述总线包括多个所述操纵驾驶总线，多个所述操纵驾驶总线并联后与所述安全网关连接。
再进一步的，根据所述操纵驾驶相关电子控制器的报文实时性要求以及报文重要程度，确定所述操纵驾驶相关电子控制器所发送的报文的报文周期和报文标识号。
本发明根据操纵驾驶相关性对电子控制器进行网络划分，使得即使由于联网电子控制器(T-BOX)遭黑客攻击或者由于网关本身疲劳老化导致网关转发报文功能异常后，由于操纵驾驶相关电子控制器之间的通讯不需要网关转发，车辆依然可以保证基本的行驶功能(刹车、转向、启停发动机、换挡、车门开闭等功能)，从而大大地提高了车辆的安全性能。
附图说明
图1所示为本发明一种车辆网络拓扑结构的结构示意图；
图2所示为本发明一实施例一种车辆网络拓扑结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示为本发明一种车辆网络拓扑结构的结构示意图，包括多条与车辆的电子控制器直连的总线、以及安全网关1，多个总线与所述安全网关连接，与同一总线直连的电子控制器之间的报文通过直连的总线发送，与不同的总线直连的电子控制器之间的报文通过所述安全网关转发：
所述总线包括操纵驾驶总线2、以及一个或多个辅助总线；
所述电子控制器包括与所述操纵驾驶总线2直连的操纵驾驶相关电子控制器、以及与所述辅助总线直连的操纵驾驶无关电子控制器。
具体来说，本发明将总线分为操纵驾驶总线2、以及辅助总线，并将操纵驾驶相关电子控制器与操纵驾驶总线2直连，使得操纵驾驶相关电子控制器组成一个网络，而操纵驾驶无关电子控制器组成另外的网络，不同网络之间通过安全网关通信。因此，操纵驾驶相关电子控制器与操纵驾驶无关电子控制器将被安全网关隔离，通信由安全网关转发。由于网络攻击主要来自操纵驾驶无关电子控制器，因此操纵驾驶相关电子控制器的安全得以提高。
本发明根据操纵驾驶相关性对电子控制器进行网络划分，使得即使联网的电子控制器遭黑客攻击功能破坏后，由于操纵驾驶相关电子控制器之间的通讯不需要网关转发，车辆依然可以保证基本的行驶功能，从而大大地提高了车辆的安全性能。
如图1所示，在其中一个实施例中，所述车辆为燃油汽车，所述操纵驾驶相关电子控制器包括：车身电子控制器41、转向助力电子控制器42、安全气囊控制器43、防抱死系统控制器44、智能钥匙控制器45、变速器控制器46、和/或发动机控制器47。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述车辆为电动车，所述操纵驾驶相关电子控制器包括：车身电子控制器51、安全气囊控制器52、车身稳定系统控制器53、电压系统控制器54、电池管理系统控制器55、逆变器系统控制器56、和/或电动车整车控制器57。
在其中一个实施例中，所述辅助总线包括信息娱乐总线31、电器总线32、和/或诊断总线33，所述操纵驾驶无关电子控制器包括与所述信息娱乐总线直连的信息娱乐电子控制器、与所述电器总线直连的电器电子控制器、和/或与所述诊断总线直连的诊断电子控制器。
本实施例进一步将信息娱乐电子控制器与电器电子控制器、诊断电子控制器隔离，从而进一步提高其他电子控制器的安全。
在其中一个实施例中：
所述信息娱乐电子控制器包括：娱乐主机61、车载通信终端62、和/或组合仪表控制器63；
所述电器电子控制器包括：自动后背门控制器71、自动空调控制器72、自动座椅控制器73、前方预警自动刹车系统控制器74、360度环绕系统控制器75、和/或胎压监测系统控制器76；
所述诊断电子控制器包括：诊断仪81。
在其中一个实施例中，所述安全网关与所述信息娱乐总线的连接端口设置第一防火墙。
由于网络攻击主要来自联网的信息娱乐电子控制器，因此，本实施例在安全网关与信息娱乐总线的连接端口设置第一防火墙，以进一步提高安全性。
在其中一个实施例中，所述安全网关与所述操纵驾驶总线的连接端口设置第二防火墙。
本实施例进一步在安全网关与操纵驾驶总线的连接端口设置第二防火墙，以进一步保证操纵驾驶相关电子控制器的安全。
在其中一个实施例中，所述第一防火墙的安全级别高于或等于所述第二防火墙的安全级别。
由于不同安全级别的防火墙，其成本不同，本实施例对不同的防火墙采用不同的安全级别，在保证安全的基础上，进一步降低成本。
在其中一个实施例中，所述总线包括多个所述操纵驾驶总线，多个所述操纵驾驶总线并联后与所述安全网关连接。
由于操纵驾驶相关电子控制器数量较多，因此通过各ECU的CAN通信报文，计算各个回路的CAN总线负载率，确定负载率是否符合标准，如果超过标准可通过将操纵驾驶相关电子控制器，例如车身电子控制器或发动机控制器等增加一路CAN的方法来降低负载率，从而使负载率符合标准。
在其中一个实施例中，根据所述操纵驾驶相关电子控制器的报文实时性要求以及报文重要程度，确定所述操纵驾驶相关电子控制器所发送的报文的报文周期和报文标识号。
具体来说，可以设置如下报文ID和周期分配机制：(1)根据信号实时性要求以及信号重要程度的不同，可以分配不同的周期和ID，比如发动机相关信号实时性要求很高，其报文ID可以为0X150，报文周期为10ms；而对于仪表和车身电子控制器的信号，实时性要求较低，相关报文ID可以分配为0X356，报文周期可以为100ms。(2)报文的数据场充分利用，不够用再分配新的ID。(3)报文的DLC长度不大于实际使用的数据场的长度。
作为本发明燃油车最佳实施例，如图1所示，一种车辆网络拓扑结构的结构示意图，包括多条与车辆的电子控制器直连的总线、以及安全网关1，多个总线与所述安全网关连接，与同一总线直连的电子控制器之间的报文通过直连的总线发送，与不同的总线直连的电子控制器之间的报文通过所述安全网关转发：
所述总线包括操纵驾驶总线2、信息娱乐总线31、电器总线32、以及诊断总线33；
所述电子控制器包括与所述操纵驾驶总线2直连的操纵驾驶相关电子控制器、以及与所述辅助总线直连的操纵驾驶无关电子控制器。
所述操纵驾驶相关电子控制器包括：车身电子控制器41、转向助力电子控制器42、安全气囊控制器43、防抱死系统控制器44、智能钥匙控制器45、变速器控制器46、以及发动机控制器47；
所述操纵驾驶无关电子控制器包括与所述信息娱乐总线直连的信息娱乐电子控制器、与所述电器总线直连的电器电子控制器、以及与所述诊断总线直连的诊断电子控制器，其中：
所述信息娱乐电子控制器包括：娱乐主机61、车载通信终端62、以及组合仪表控制器63；
所述电器电子控制器包括：自动后背门控制器71、自动空调控制器72、自动座椅控制器73、前方预警自动刹车系统控制器74、360度环绕系统控制器75、以及胎压监测系统控制器76；
所述诊断电子控制器包括：诊断仪81。
所述安全网关与所述信息娱乐总线的连接端口设置第一防火墙，所述安全网关与所述操纵驾驶总线的连接端口设置第二防火墙。所述第一防火墙的安全级别高于或等于所述第二防火墙的安全级别。
作为本发明电动车最佳实施例，如图2所示，一种车辆网络拓扑结构的结构示意图，包括多条与车辆的电子控制器直连的总线、以及安全网关1，多个总线与所述安全网关连接，与同一总线直连的电子控制器之间的报文通过直连的总线发送，与不同的总线直连的电子控制器之间的报文通过所述安全网关转发：
所述总线包括操纵驾驶总线2、信息娱乐总线31、电器总线32、以及诊断总线33；
所述电子控制器包括与所述操纵驾驶总线2直连的操纵驾驶相关电子控制器、以及与所述辅助总线直连的操纵驾驶无关电子控制器。
所述操纵驾驶相关电子控制器包括：车身电子控制器51、安全气囊控制器52、车身稳定系统控制器53、电压系统控制器54、电池管理系统控制器55、逆变器系统控制器56、以及电动车整车控制器57；
所述操纵驾驶无关电子控制器包括与所述信息娱乐总线直连的信息娱乐电子控制器、与所述电器总线直连的电器电子控制器、以及与所述诊断总线直连的诊断电子控制器，其中：
所述信息娱乐电子控制器包括：娱乐主机61、车载通信终端62、以及组合仪表控制器63；
所述电器电子控制器包括：自动后背门控制器71、自动空调控制器72、自动座椅控制器73、前方预警自动刹车系统控制器74、360度环绕系统控制器75、以及胎压监测系统控制器76；
所述诊断电子控制器包括：诊断仪81。
所述安全网关与所述信息娱乐总线的连接端口设置第一防火墙，所述安全网关与所述操纵驾驶总线的连接端口设置第二防火墙。所述第一防火墙的安全级别高于或等于所述第二防火墙的安全级别。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种车辆网络拓扑结构，包括多条与车辆的电子控制器直连的总线、以及安全网关，多个总线与所述安全网关连接，与同一总线直连的电子控制器之间的报文通过直连的总线发送，与不同的总线直连的电子控制器之间的报文通过所述安全网关转发，其特征在于：
所述总线包括操纵驾驶总线、以及一个或多个辅助总线；
所述电子控制器包括与所述操纵驾驶总线直连的操纵驾驶相关电子控制器、以及与所述辅助总线直连的操纵驾驶无关电子控制器；
所述车辆为燃油汽车，所述操纵驾驶相关电子控制器包括：车身电子控制器、转向助力电子控制器、安全气囊控制器、防抱死系统控制器、智能钥匙控制器、变速器控制器、和/或发动机控制器；或者
所述车辆为电动车，所述操纵驾驶相关电子控制器包括：车身电子控制器、安全气囊控制器、车身稳定系统控制器、电压系统控制器、电池管理系统控制器、逆变器系统控制器、和/或电动车整车控制器。
2.根据权利要求1所述的车辆网络拓扑结构，其特征在于，所述辅助总线包括信息娱乐总线、电器总线、和/或诊断总线，所述操纵驾驶无关电子控制器包括与所述信息娱乐总线直连的信息娱乐电子控制器、与所述电器总线直连的电器电子控制器、和/或与所述诊断总线直连的诊断电子控制器。
3.根据权利要求2所述的车辆网络拓扑结构，其特征在于：
所述信息娱乐电子控制器包括：娱乐主机、车载通信终端、和/或组合仪表控制器；
所述电器电子控制器包括：自动后背门控制器、自动空调控制器、自动座椅控制器、前方预警自动刹车系统控制器、360度环绕系统控制器、和/或胎压监测系统控制器；
所述诊断电子控制器包括：诊断仪。
4.根据权利要求2所述的车辆网络拓扑结构，其特征在于，所述安全网关与所述信息娱乐总线的连接端口设置第一防火墙。
5.根据权利要求4所述的车辆网络拓扑结构，其特征在于，所述安全网关与所述操纵驾驶总线的连接端口设置第二防火墙。
6.根据权利要求5所述的车辆网络拓扑结构，其特征在于，所述第一防火墙的安全级别高于或等于所述第二防火墙的安全级别。
7.根据权利要求1-6任一项所述的车辆网络拓扑结构，其特征在于，所述总线包括多个所述操纵驾驶总线，多个所述操纵驾驶总线并联后与所述安全网关连接。
8.根据权利要求1-6任一项所述的车辆网络拓扑结构，其特征在于，根据所述操纵驾驶相关电子控制器的报文实时性要求以及报文重要程度，确定所述操纵驾驶相关电子控制器所发送的报文的报文周期和报文标识号。
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