CN109412751A - 车载通信系统及通信方法 - Google Patents

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王学栋
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Abstract

本发明揭示了一种车载通信系统及通信方法，所述车载通信系统至少包括:智联处理系统，包括：CAN接口，其连接到车身CAN网络，接收车身CAN网络的信息；BR接口，其连接到车载以太网，接收车载以太网数据；USB接口，其连接非车载设备，与之建立通信通道传输自定义协议；以及，智能设备，通过USB接口基于USB总线与智联处理系统连接；本发明车载通信系统的优点在于：解决传统中控系统成本较高，更新换代的速度较慢，功能升级能力差等问题，本发明车载通信系统与传统中控系统相比，成本更低，功能更强大，可扩展性更高。

Description

车载通信系统及通信方法
技术领域
本发明涉及一种汽车电子技术领域，尤其涉及一种车载通信系统及通信方法。
背景技术
现有的车载中控系统是一套完整的、一体化的嵌入式信息处理系统。现有的车载中控系统与手机等外部智能设备的互联多建立在信息共享(例如蓝牙同步手机通讯录)、单向映射(例如Mirrolink、Carplay)、以及车外控制(例如手机APP控制车身电子部件)等,成本较高，更新换代的速度较慢。
目前随着外部智能设备的飞速发展，尤其是智能手机的发展和迭代的速度远远超过汽车电子，功能强大而且拥有非常好的用户体验；而车载中控系统上的一些设备和智能手机的一些功能相同，例如触控显示屏、多媒体播放器、蓝牙/wifi、GPS导航、语音控制等，这也造成一定的功能冗余，越来越多的人在开车的时候使用智能手机导航来代替车载导航等；且随着技术的进步，消费者日益注重驾驶的连接性体验，结果就是，车载电子产品的数量和复杂性日益增长。如今，车载中控系统的功能日益复杂和多样化，因此车载设备以及车载网络之间保持连接所需要的技术日益提高。
由于车载电子设备的数量和复杂性显著增加，对低成本、高传输速率和高带宽的网络解决方案的需求呈上升趋势。现有的汽车通讯技术，如面向媒体的系统传输(MOST)和低电压差分信号(LVDS)技术等已不能满足需求，因为这些技术没有可扩展性，不能为新增加的外部设备或服务和应用提供支持。而另一方面，基于车载以太网的通信技术则是一个符合成本效益和可扩展的解决方案，能够支持多个系统和设备，提供高数据传输速率。
从目前现有技术发展的趋势及进展的方面来看，智能汽车的发展主要包括智能驾驶系统、生活服务系统、安全防护系统、位置服务系统及用车服务系统等。现有技术的汽车制造商在整车的电子系统规格设计中，仍然主要以集中式系统架构为主，当然,现有技术的集中式系统缺陷非常明显：终端较多时，开发成本高，响应速度变慢，效率低，扩展性差，稳定性差，系统比较脆弱，主机出现问题，可能使整个系统停止工作。因此,现有技术的中控系统的通信技术及通信系统已不能满足汽车智能化的日益发展，一种新的通信方式及通信系统的需求日益凸现。
综上所述,为了规避现有的车载中控综合系统的集中式通信技术模式的缺陷,实现高性能，低成本，可扩展，稳定，安全的通信方法的一种车载通信系统及通信方法地发明是势在必行的。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种车载通信系统及通信方法,解决传统车载中控系统成本较高，更新换代的速度较慢，扩展性差、功能升级能力差的问题，本发明车载通信系统及通信方法与传统车载中控系统相比，成本更低，功能更强大，可扩展性更高、功能升级能力更强。
依据上述目的，本发明提供一种车载通信系统，其至少包括:智联处理系统，包括：CAN接口，其连接到车身CAN网络，接收车身CAN网络的信息；BR接口，其连接到车载以太网，接收车载以太网数据；USB接口，其连接非车载设备，与之建立通信通道传输自定义协议；以及，智能设备，通过USB接口基于USB总线与智联处理系统连接。
所述的车载通信系统，其所述非车载设备包括智能设备,所述智能设备包括Android设备和|或iOS设备。
所述的车载通信系统，其所述智联处理系统根据CAN总线报文的定义对接收的CAN信息进行提取，并通过USB接口发送给智能设备显示车辆信息；所述智联处理系统将车身控制命令按照CAN总线报文定义发送给车身CAN网络。
所述的车载通信系统，其所述Android设备通过USB接口与智联处理系统连接的通信模式为配件模式，配件模式是指Android设备充当从机，与智联处理系统建立AOA通信连接，车载设备充当主机并为USB总线供电。
所述的车载通信系统，其所述当Android设备与智联处理系统连接时，检测是否支持AOA协议,如果支持AOA协议，则启动Android设备的配件模式，建立USB通信。
所述的车载通信系统，其所述iOS设备通过USB接口与智联处理系统连接的通信模式分为主机模式和从机模式,当iOS设备与智联处理系统连接时，检测是否支持IAP协议，如果支持IAP协议，建立iAP连接，进行认证，认证通过后USB即可正常通信。
所述的车载通信系统，其所述USB总线传输USB数据格式包括:同步数据；USB数据包类型：包标示，表示这包数据的作用；智联处理系统自定义协议数据；以及,校验数据：CRC16校验。
所述的车载通信系统，其特征在于，所述USB总线传输USB数据格式为：
所述的车载通信系统，其所述自定义协议格式包括：
数据类型：本包USB数据的类型；通道：预留；
数据标识/序号：标识本包USB数据具体命令；当传输大数据时，该字节用于大数据连续传输的序号；
数据长度：是指用户数据的长度；
用户数据：实际传输的数据。
所述的车载通信系统，其所述自定义协议格式为：
依据上述目的，本发明还提供一种车载通信方法，其所述智联处理系统通过CAN接口连接到车身CAN网络，接收车身CAN网络的信息；通过BR接口连接到车载以太网，接收车载以太网数据；通过USB接口连接智能设备，与之建立通信通道传输自定义协议实现双向通信；所述智能设备包括Android设备和|或iOS设备。
所述的车载通信方法，其所述智联处理系统根据CAN总线报文的定义对接收的CAN信息进行提取，并通过USB接口发送给智能设备显示车辆信息；所述智联处理系统将车身控制命令按照CAN总线报文定义发送给车身CAN网络。
所述的车载通信方法，其所述Android设备通过USB接口与智联处理系统连接的通信模式为配件模式，配件模式是指Android设备充当从机，与智联处理系统建立AOA通信连接，车载设备充当主机并为USB总线供电；当Android设备与智联处理系统连接时，检测是否支持AOA协议,如果支持AOA协议，则启动Android设备的配件模式，建立USB通信；
所述当iOS设备通过USB接口与智联处理系统连接的通信模式分为主机模式和从机模式,当iOS设备与智联处理系统连接时，检测是否支持IAP协议，如果支持IAP协议，建立iAP连接，进行认证，认证通过后USB即可正常通信。
所述的车载通信方法，其还包括：
车速信息接收,CAN报文经由CAN总线输入,智联处理系统提取输入的车速信号,根据车辆CAN报文的定义将提取出的车速信号根据自定义协议进行编码并将编码后数据通过USB输出到外部智能设备；
当智能设备检测到空调打开被触发，则将开空调命令按照自定义协议编码，通过与整车连接的USB将编码后的数据输入到车内系统，智联处理系统根据自定义协议取出空调命令，再按照CAN报文定义将开空调命令打包成CAN报文，经由CAN BUS作用于整车CAN网络；
车载以太网摄像头经由BR接口输入数据，智联处理系统根据摄像头传输协议提取出视频信号，将视频数据按照自定义协议编码，将编码后的数据经由USB输入到智能设备上，并将视频信号进行解码显示。
所述的车载通信方法，其所述USB总线传输USB数据格式包括:同步数据；USB数据包类型：包标示，表示这包数据的作用；智联处理系统自定义协议数据；以及,校验数据：CRC16校验。
所述的车载通信方法，其所述USB总线传输USB数据格式为：
所述的车载通信方法，其所述自定义协议格式包括：
数据类型：本包USB数据的类型；通道：预留；
数据标识/序号：标识本包USB数据具体命令；当传输大数据时，该字节用于大数据连续传输的序号；
数据长度：是指用户数据的长度；
用户数据：实际传输的数据。
所述的车载通信系统，其所述自定义协议格式为：
依据上述技术特征,本发明车载通信系统急通信方法与传统车载中控系统相比，成本更低，功能更强大，可扩展性更高，稳定，安全。
本发明的其他优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1是本发明车载通信系统的框架结构示意图；
图2是本发明车速信息接收通信流程示意图；
图3是本发明智联处理系统对整车CAN总线协议解析的通信模型结构示意图；
图4是本发明CAN消息解析过程示意图；
图5是本发明USB协议通信模型流程示意图；
图6是本发明智联处理系统和外部智能设备之间系统通信流程示意图；
图7是本发明听歌识曲功能通信流程示意图；
图8是本发明倒车影像功能通信流程示意图；
图9是本发明车身状态显示功能通信流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供了一种车载通信系统及通信方法,与现有的传统的中控系统相比，本发明技术的实现成本更低，功能更强大，可扩展性更高。
本发明车载通信系统用外部智能设备通过USB与智联处理系统相连，外部智能设备的屏幕替代现有技术的传统的车载中控系统中的显示屏，同时智联处理系统通过CAN(Controller Area Network)总线，BR口与车辆车身网络通信，这样智联处理系统将所连接的外部智能设备和整车很好连接在一起，从而实现导航、多媒体(包括音视频播放，听歌识曲，FM等)、倒车影像、行车记录仪、ADAS、车身状态以及车辆控制等诸多功能的同步、通用或可选的替代。当然，为了实现上述功能，智联处理系统通过CAN总线接口与整车的车身网络连接，通过BR口与车载以太网口连接，通过USB与智能设备连接，所述外部的智能设备可选的包括Android设备和iOS设备等。
所述CAN总线是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，目前的汽车电子技术中大部分设备之间也都采用CAN总线通信，最大支持8字节数据传输。
CAN报文格式：
ID(11bit或29bit) Byte 0～Byte7
其中，ID为标识符，长度为11bit或29bit，用于标识该帧报文；Byte0-Byte7为该帧报文的数据部分。智联处理系统可根据CAN总线报文的定义即可对接收的CAN消息进行提取，并通过USB发送给外部智能设备，即可显示车辆状态等信息；当智联处理系统需要发送车身控制命令时，将车身控制命令按照CAN报文定义发送给整车网络。以接收车速信号和空调控制命令为例：如附图2所示,车速信息接收,CAN报文经由CAN总线输入,智联处理系统提取出输入的车速信号,根据车辆CAN报文的定义将提取出的车速信号根据自定义协议进行编码并将编码后数据通过USB输出到外部智能设备。开空调命令发送的流程与车速信息接收流程相逆且类似：当外部智能设备上的APP检测到空调打开被触发，则将开空调命令按照自定义协议编码，通过与整车连接的USB将编码后的数据输入到车内系统，智联处理系统根据自定义协议取出空调命令，再按照CAN报文定义将开空调命令打包成CAN报文，经由CANBUS作用于整车CAN网络。同样，车载以太网摄像头经由BR口输入数据，智联处理系统根据摄像头传输协议提取出视频信号，将视频数据按照自定义协议编码，将编码后的数据经由USB输入到外部智能设备的APP上，并将视频信号进行解码显示。所述BR口是指BroadR-Reach车载以太网接口，与车载以太修订版网摄像头连接，接收车载以太网数据，车载以太网摄像头的数据传输协议有UDP、IEEE1722等，智联处理系统根据摄像头的数据传输协议提取出视频数据，并通过USB发送给手机，即可实现倒车影像功能。
CAN协议：智联处理系统对整车CAN总线协议解析的通信模型如附图3所示，CAN消息解析过程如附图4所示：CAN驱动用于收发整车CAN数据信息，根据收到的CAN ID定义区分该消息类型(分为应用消息，网络管理消息以及诊断消息)，应用消息通过应用信息分析模块(signal analysis layer)，对CAN驱动收发的应用消息进行解析和打包，并提供相应的接口给应用层，网络管理消息用过网络管理模块，对CAN驱动收发的网络管理消息进行处理，解析和打包，并提供相应的接口给应用层，诊断消息用过诊断管理模块，对CAN驱动收发的诊断管理消息进行处理，解析和打包，并提供相应的接口给应用层。
USB协议：通信模型如附图5所示：从通信模型上看，智联处理系统与智能设备之间通信是在基于USB总线的基础上，通过建立通信通道(与android设备建立AOA连接，与iOS设备建立iAP连接)来传输智联处理系统自定义协议。与Android设备的USB通信模式有两种，分为主机模式和配件模式，主机模式是指Android设备充当USB主机并为总线充电，配件模式是指Android设备充当从机，外部设备充当主机并为总线供电。本应用中Android设备的USB通信模式为配件模式，即建立AOA通信连接。当Android设备连接上时，检测是否支持AOA协议(Android设备标准协议)，如果支持AOA协议，则启动Android设备的USB配件模式，建立USB通信。
与iOS设备的USB通信模式也有两种，分为主机模式和从机模式。当iOS设备连接上时，检测是否支持IAP协议(苹果设备标准协议)，如果支持IAP协议，建立iAP连接，进行认证，认证通过后USB即可正常通信。
所述自定义协议格式如下：
具体为：
数据类型：是指本包USB数据的类型(摄像头数据，车身控制命令等)；通道：预留；
数据标识/序号：用于标识本包USB数据具体命令(空调开，空调关等)；当传输大数据时，该字节用于大数据连续传输的序号；
数据长度：是指用户数据的长度；
用户数据：实际传输的数据；
SYNC(同步)：同步数据；
PID(USB数据包类型)：包标示，表示这包数据的作用；
智联处理系统自定义协议数据：见上面描述；
CRC16(校验)：CRC16校验。
所述智联处理系统和外部智能设备之间系统通信流程如附图6所示：判断是否有外部智能设备连接，若有，则进一步判定是iOS设备还是Android设备；若为iOS设备则进一步确认是否支持IAP协议，如果支持IAP协议，建立iAP连接，进行认证，认证通过后USB即可正常通信；若为Android设备则需进一步确认检测是否支持AOA协议(Android设备标准协议)，如果支持AOA协议，则启动Android设备的USB配件模式，建立USB通信；在建立的USB通道的基础上传输音视频、车身状态、车身控制等数据。
智联处理系统协议流程：智联处理系统与智能设备建立通信通路后，便可以传输智联处理系统自定义协议包括有音频，视频，车身状态以及车身控制等数据流。从而实现导航，多媒体(包括音视频播放，听歌识曲，FM等)，倒车影像，行车记录仪，ADAS，车身状态显示以及车辆控制等功能。下面以听歌识曲，倒车影像以及车身状态显示为例，详细描述该系统通信流程。从对智联处理系统协议描述来看，智联处理系统协议是基于标准的USB协议传输的，下述的通信流程只对智联处理系统自定义协议进行描述。
如附图7所示为听歌识曲功能通信流程：听歌识区功能是指当在收音机模式下播放音乐时，按下听歌识去按键后即可在APP上显示该歌曲的名称和演唱者。智联处理系统将采集收音机模块的PCM音频数据流通过USB发送给智能设备，智能设备将对音频流进行分析并查询歌曲名称和演唱者。
如附图8所示为倒车影像功能通信流程：倒车影像功能是指当车辆开始倒车时，APP自动跳转到倒车影像界面显示，该系统可支持AVB数字高清摄像头。智联处理系统将采集的摄像头视频数据流通过USB传输给智能设备，智能设备解码并显示。
如附图9所示为车身状态显示功能通信流程：车身状态显示主要用于在使用车辆是显示一些必要的信息，以便提示车主车辆是否正常，比如胎压状态，车门状态等。智联处理系统将通过CAN总线和整车网络通信，将采集的车身状态通过USB传输给智能设备，智能设备进行界面并在界面上显示相应的状态。
所属领域的技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (18)

1.一种车载通信系统，其特征在于,其至少包括:
智联处理系统，包括：CAN接口，其连接到车身CAN网络，接收车身CAN网络的信息；BR接口，其连接到车载以太网，接收车载以太网数据；USB接口，其连接非车载设备，与之建立通信通道传输自定义协议；以及，
智能设备，通过USB接口基于USB总线与智联处理系统连接。
2.如权利要求1所述的车载通信系统，其特征在于，所述非车载设备包括智能设备,所述智能设备包括Android设备和|或iOS设备。
3.如权利要求2所述的车载通信系统，其特征在于，所述智联处理系统根据CAN总线报文的定义对接收的CAN信息进行提取，并通过USB接口发送给智能设备显示车辆信息；所述智联处理系统将车身控制命令按照CAN总线报文定义发送给车身CAN网络。
4.如权利要求2所述的车载通信系统，其特征在于，所述Android设备通过USB接口与智联处理系统连接的通信模式为配件模式，所述配件模式为Android设备充当从机，与智联处理系统建立AOA通信连接，车载设备充当主机并为USB总线供电。
5.如权利要求4所述的车载通信系统，其特征在于，所述当Android设备与智联处理系统连接时，检测是否支持AOA协议,如果支持AOA协议，则启动Android设备的配件模式，建立USB通信。
6.如权利要求2所述的车载通信系统，其特征在于，所述iOS设备通过USB接口与智联处理系统连接的通信模式包括主机模式及从机模式,当iOS设备与智联处理系统连接时，检测是否支持IAP协议，如果支持IAP协议，建立iAP连接，进行认证，认证通过后USB接口即可正常通信。
7.如权利要求1所述的车载通信系统，其特征在于，所述USB总线传输USB数据格式包括:同步数据；USB数据包类型：包标示，表示这包数据的作用；智联处理系统自定义协议数据；以及,校验数据：CRC16校验。
8.如权利要求7所述的车载通信系统，其特征在于，所述USB总线传输USB数据格式为：
9.如权利要求7或8任一所述的车载通信系统，其特征在于，所述自定义协议格式包括：
数据类型：本包USB数据的类型；通道：预留；
数据标识/序号：标识本包USB数据具体命令；当传输大数据时，该字节用于大数据连续传输的序号；
数据长度：是指用户数据的长度；
用户数据：实际传输的数据。
10.如权利要求9所述的车载通信系统，其特征在于，所述自定义协议格式为：
11.如权利要求1所述的车载通信方法，其特征在于：
所述智联处理系统通过CAN接口连接到车身CAN网络，接收车身CAN网络的信息；通过BR接口连接到车载以太网，接收车载以太网数据；通过USB接口连接智能设备，与之建立通信通道传输自定义协议实现双向通信；所述智能设备包括Android设备和|或iOS设备。
12.如权利要求11所述的车载通信方法，其特征在于：所述智联处理系统根据CAN总线报文的定义对接收的CAN信息进行提取，并通过USB接口发送给智能设备显示车辆信息；所述智联处理系统将车身控制命令按照CAN总线报文定义发送给车身CAN网络。
13.如权利要求12所述的车载通信方法，其特征在于：所述Android设备通过USB接口与智联处理系统连接的通信模式为配件模式，配件模式是指Android设备充当从机，与智联处理系统建立AOA通信连接，车载设备充当主机并为USB总线供电；当Android设备与智联处理系统连接时，检测是否支持AOA协议,如果支持AOA协议，则启动Android设备的配件模式，建立USB通信；
所述当iOS设备通过USB接口与智联处理系统连接的通信模式分为主机模式和从机模式,当iOS设备与智联处理系统连接时，检测是否支持IAP协议，如果支持IAP协议，建立iAP连接，进行认证，认证通过后USB即可正常通信。
14.如权利要求12所述的车载通信方法，其特征在于，还包括：车速信息接收,CAN报文经由CAN总线输入,智联处理系统提取输入的车速信号,根据车辆CAN报文的定义将提取出的车速信号根据自定义协议进行编码并将编码后数据通过USB输出到外部智能设备；
当智能设备检测到空调打开被触发，则将开空调命令按照自定义协议编码，通过与整车连接的USB将编码后的数据输入到车内系统，智联处理系统根据自定义协议取出空调命令，再按照CAN报文定义将开空调命令打包成CAN报文，经由CAN BUS作用于整车CAN网络；
车载以太网摄像头经由BR接口输入数据，智联处理系统根据摄像头传输协议提取出视频信号，将视频数据按照自定义协议编码，将编码后的数据经由USB输入到智能设备上，并将视频信号进行解码显示。
15.如权利要求11所述的车载通信方法，其特征在于，所述USB总线传输USB数据格式包括:同步数据；USB数据包类型：包标示，表示这包数据的作用；智联处理系统自定义协议数据；以及,校验数据：CRC16校验。
16.如权利要求15所述的车载通信方法，其特征在于，所述USB总线传输USB数据格式为：
17.如权利要求15或16任一所述的车载通信方法，其特征在于，所述自定义协议格式包括：
数据类型：本包USB数据的类型；通道：预留；
数据标识/序号：标识本包USB数据具体命令；当传输大数据时，该字节用于大数据连续传输的序号；
数据长度：是指用户数据的长度；
用户数据：实际传输的数据。
18.如权利要求17所述的车载通信系统，其特征在于，所述自定义协议格式为：
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