CN109532720A - 一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车 - Google Patents

Abstract

一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其包括具备6路CAN总线接口、4路以太网接口和集成式TBOX的以太网网关，以太网网关包含：电源模块接口、IO模块接口、RF前端、MCU、ARM7 Cortex、CAN模块接口、Ethemet 100BaseTX、Ethemet Switch 100BaseT1；以太网网关具有后配置功能，在保证硬件不变的情况下，将网关路由软件进行分层设计；当信号需求变更时，通过配置软件将需求变更表导入并生成HEX文件，将配置信息下载到网关软件中，以实现快速的应对需求的变化，避免软件的重复开发验证。

Description

一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车

技术领域

本发明关于一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车。

背景技术

随着自动驾驶、车联网、大数据、云计算、人工智能等领域技术的融入使汽车交互更为复杂。智能汽车中车载电子设备的数量和复杂性显著增加，对低成本、高带宽网络解决方案的需求也呈上升趋势。越来越多的传感器、控制器以及接口对带宽的要求越来越高，车内不同的计算单元和不同的域之间彼此通信的需求越来越强。

传统汽车网络通讯主要以CAN、LIN为主，高端架构以独立网关为核心，根据功能域进行网段的划分，包括动力CAN、底盘CAN、车身CAN、娱乐CAN、诊断CAN，不同网段信号的路由转发由独立网关来实现；低端架构一般以车身控制器为网关，划分为车身CAN、动力CAN。对于新增加网络节点，需要信号路由导致网关软件变动，不利于平台化。

同时，现有的网络架构存在网络负载率较高，数据通讯速率低、功能域划分简单不利于平台化设计，不利于架构优化拓展、大数据软件包更新时间长等问题。

全液晶仪表、ADAS等系统涉及众多的图像、视觉处理，内部存储大量的数据图片等信息，更新软件包大。现有CAN总线最高采用500Kbps速率进行软件更新，售后软件更新时间极长。以某控制器为例：软件为90M左右，通过OBD口进行刷新，时间大致为150min。

自动驾驶、车联网、全景环视系统等技术领域的应用，集成式的域控制器已逐渐替代现有的部分控制器，通过外部的感知系统获取车辆的图片、视频等信息，进行集成的数据决策并对车辆进行实时控制。因图片、音视频数据量级的增加，现有的CAN总线通讯已无法满足速率要求，迫切需要更高的传输速率以实现功能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种具备后配置功能的以太网网关系统及环形智能汽车电子电器架构。

为实现上述技术目的，本发明提供一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其包括：具备6路CAN总线接口、4路以太网接口和集成式TBOX的以太网网关，其中：所述以太网网关包含：电源模块接口、IO模块接口、RF前端、MCU、ARM7 Cortex、CAN模块接口、Ethemet 100BaseTX、Ethemet Switch 100BaseT1；所述以太网网关具有后配置功能，在保证硬件不变的情况下，将网关路由软件进行分层设计；当信号需求变更时，通过配置软件将需求变更表导入并生成HEX文件，将配置信息下载到网关软件中，以实现快速的应对需求的变化，避免软件的重复开发验证。

作为进一步的改进，所述网关路由软件分为CAN报文整帧转发模块、CAN报文信号路由转发模块，CAN到以太网转发模块、以太网到CAN转发模块；所述CAN报文整帧转发模块功能为当接收到源网段有报文时直接转发出去，将验证ID设置为参数变量，并与配置表信息进行关联；所述CAN报文信号路由转发模块功能为当接收到源网段有报文时进行重组定义转发出去，将验证ID、报文周期、信号内容设置为参数变量，并与配置表信息进行关联；所述CAN到以太网、以太网到CAN转发模块按照CAN报文帧及以太网帧格式的内容进行重组发送，将报文中的内容进行协议转换。

作为进一步的改进，所述信号内容包括：起始位、长度、精度、偏移、默认值；所述以太网帧格式包含：源地址、目标地址、长度、数据字段。

作为进一步的改进，所述电源模块接口与整车电源、地连通，实现整车12V转化为5V/3.3V；所述IO模块接口用于采集电平信号，高低电平可以通过软件配置，连接到整车E-CALL开关上；所述RF前端用于连接4G天线；所述MCU用于处理IO口及电源信息，及实现网络管理功能；所述ARM7Cortex、CAN模块接口用于处理4G信号，实现以太网网关与外界的连接；所述CAN模块接口包含6路CAN收发器及电路；所述Ethemet 100BaseTX包含2个TX、2个RX的工业以太网收发器，用于连接到OBD口上，用于实现诊断、刷新功能；所述Ethemet Switch100BaseT1为以太网交换机，可以实现4路100Mbps数据传输，通过双绞线连接到各域控制器上。

作为进一步的改进，其还包括以所述以太网网关为核心的环形智能汽车电子电器架构；所述电子电器架构包含：车载OBD、所述以太网网关、智能驾驶域控制器及子系统、车身域控制器及子系统、座舱域控制器及子系统、动力CAN系统、底盘CAN系统。

作为进一步的改进，所述车载OBD口包含：一路诊断CAN、一路以太网及激活线连接到所述以太网网关中，当外部诊断设备连接到OBD口时，所述激活线上的电平由悬空变为高电平；所述以太网网关根据功能域进行网段的划分并连接所述智能驾驶域控制器、所述车身域控制器、所述座舱域控制器。

作为进一步的改进，所述智能驾驶域控制器通过CAN4连接车身稳定系统ESC、通过CAN1连接所述车身域控制器；所述车身域控制器通过CAN2连接所述座舱域控制器；所述座舱域控制器通过通过CAN3连接EMS；

作为进一步的改进，所述动力CAN系统、所述底盘CAN系统通过所述以太网网关进行路由连接。

作为进一步的改进，路由机制主要依据：信号的内容和数据量的大小、功能安全等级、最大延迟时间来定义；对不同网段之间大数据量的音视频数据传输，通过以太网传输；对时间敏感、响应较快的信号通过CAN传输；对安全等级要求的，进行冗余设计，优先使用CAN总线数据，以太网广播数据进行校验使用。

相应的，本发明还提供一种后配置以太网网关的方法，所述以太网网关具备6路CAN总线接口、4路以太网接口和集成式TBOX，所述方法包括：

S1：利用配置工具将信号路由表导入，并生成HEX文件；

S2：通过诊断命令进入以太网预编程阶段：进入编程会话模式；将以太网网关设置为禁止故障检测记录模式；通讯控制，禁止非诊断报文的收发；通过安全访问，请求种子、发送秘钥；例程控制，擦除配置区域；请求下载网络配置文件；

S3：判断网关路由软件类型，并根据网关软件类型设置的参数变量替换到软件对应的存储区内；

S4：通过诊断命令进入以太网后编程阶段：恢复通讯；恢复故障检测记录；

S5：控制器硬件复位重启后，软件执行更改后的路由配置信息。

本发明环形智能汽车电子电器架构，根据功能进行定义，满足了大数据传输、实时响应性的要求，利于平台化。

附图说明

图1为以太网网关框架示意图；

图2为智能汽车环形电子电器架构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其包括：具备6路CAN总线接口、4路以太网接口和集成式TBOX的以太网网关，其中：所述以太网网关包含：电源模块接口、IO模块接口、RF前端、MCU、ARM7 Cortex、CAN模块接口、Ethemet 100BaseTX、Ethemet Switch100BaseT1；所述以太网网关具有后配置功能，在保证硬件不变的情况下，将网关路由软件进行分层设计；当信号需求变更时，通过配置软件将需求变更表导入并生成HEX文件，将配置信息下载到网关软件中，以实现快速的应对需求的变化，避免软件的重复开发验证。

作为进一步的改进，所述网关路由软件分为CAN报文整帧转发模块、CAN报文信号路由转发模块，CAN到以太网转发模块、以太网到CAN转发模块；所述CAN报文整帧转发模块功能为当接收到源网段有报文时直接转发出去，将验证ID设置为参数变量，并与配置表信息进行关联；所述CAN报文信号路由转发模块功能为当接收到源网段有报文时进行重组定义转发出去，将验证ID、报文周期、信号内容设置为参数变量，并与配置表信息进行关联；所述CAN到以太网、以太网到CAN转发模块按照CAN报文帧及以太网帧格式的内容进行重组发送，将报文中的内容进行协议转换。

作为进一步的改进，所述信号内容包括：起始位、长度、精度、偏移、默认值；所述以太网帧格式包含：源地址、目标地址、长度、数据字段。

为了更加清楚的描述上述后配置的方法，其步骤如下：

S1：利用配置工具将信号路由表导入，并生成HEX文件；

S2：通过诊断命令进入以太网预编程阶段：进入编程会话模式(诊断命令10 02)；将以太网网关设置为禁止故障检测记录模式(诊断命令85 82)；通讯控制，禁止非诊断报文的收发(28 81)；通过安全访问，请求种子(诊断命令27 07)、发送秘钥(诊断命令27 08)；例程控制，擦除配置区域(诊断命令31FF01)；请求下载网络配置文件(诊断命令34 0044)

S3：判断网关路由软件类型，并根据网关软件类型设置的参数变量替换到软件对应的存储区内；

S4：通过诊断命令进入以太网后编程阶段：恢复通讯(诊断命令28 8003)；恢复故障检测记录(诊断命令85 81)；

S5：控制器硬件复位(11 01)重启后，软件执行更改后的路由配置信息。

作为进一步的改进，所述电源模块接口与整车电源、地连通，实现整车12V转化为5V/3.3V；所述IO模块接口用于采集电平信号，高低电平可以通过软件配置，连接到整车E-CALL开关上；所述RF前端用于连接4G天线；所述MCU用于处理IO口及电源信息，及实现网络管理功能；所述ARM7Cortex、CAN模块接口用于处理4G信号，实现以太网网关与外界的连接；所述CAN模块接口包含6路CAN收发器及电路；所述Ethemet 100BaseTX包含2个TX、2个RX的工业以太网收发器，用于连接到OBD口上，用于实现诊断、刷新功能；所述Ethemet Switch100BaseT1为以太网交换机，可以实现4路100Mbps数据传输，通过双绞线连接到各域控制器上。

作为进一步的改进，其还包括以所述以太网网关为核心的环形智能汽车电子电器架构；所述电子电器架构包含：车载OBD、所述以太网网关、智能驾驶域控制器及子系统、车身域控制器及子系统、座舱域控制器及子系统、动力CAN系统、底盘CAN系统。

作为进一步的改进，所述车载OBD口包含：一路诊断CAN、一路以太网及激活线连接到所述以太网网关中，当外部诊断设备连接到OBD口时，所述激活线上的电平由悬空变为高电平；所述以太网网关根据功能域进行网段的划分并连接所述智能驾驶域控制器、所述车身域控制器、所述座舱域控制器。

作为进一步的改进，所述智能驾驶域控制器通过CAN4连接车身稳定系统ESC、通过CAN1连接所述车身域控制器；所述车身域控制器通过CAN2连接所述座舱域控制器；所述座舱域控制器通过通过CAN3连接EMS；

作为进一步的改进，所述动力CAN系统、所述底盘CAN系统通过所述以太网网关进行路由连接。

作为进一步的改进，路由机制主要依据：信号的内容和数据量的大小、功能安全等级、最大延迟时间来定义；对不同网段之间大数据量的音视频数据传输，通过以太网传输；对时间敏感、响应较快的信号通过CAN传输；对安全等级要求的，进行冗余设计，优先使用CAN总线数据，以太网广播数据进行校验使用。

同时，上述系统的连接具有顺序要求，根据功能实现进行定义。如智能驾驶域控制器实现对车辆的纵向横向控制，是通过ESC进行实现的，信号路径为CAN4；智能驾驶设计的音视频传输则是通过以太网网关实现传输。

相应的，本发明还提供一种后配置以太网网关的方法，所述以太网网关具备6路CAN总线接口、4路以太网接口和集成式TBOX，所述方法包括：

S1：利用配置工具将信号路由表导入，并生成HEX文件；

S2：通过诊断命令进入以太网预编程阶段：进入编程会话模式；将以太网网关设置为禁止故障检测记录模式；通讯控制，禁止非诊断报文的收发；通过安全访问，请求种子、发送秘钥；例程控制，擦除配置区域；请求下载网络配置文件；

S3：判断网关路由软件类型，并根据网关软件类型设置的参数变量替换到软件对应的存储区内；

S4：通过诊断命令进入以太网后编程阶段：恢复通讯；恢复故障检测记录；

S5：控制器硬件复位重启后，软件执行更改后的路由配置信息。

本发明环形智能汽车电子电器架构，根据功能进行定义，满足了大数据传输、实时响应性的要求，利于平台化。基于路由机制设计的环形网络，具有顺序的特点，满足了对数据有效传输的要求；具备后配置功能的以太网网关，可以在硬件平台的基础上，在报文信号变更时，减少软件的重复开发，快速的响应变更的需求。

本发明基于功能定义的环形智能汽车架构、采用多重冗余路由机制，保证了信息的准确和及时；集成无线通讯功能的以太网网关系统框架；采用诊断的方式实现以太网网关路由后配置功能。

应了解本发明所要保护的范围不限于非限制性实施方案，应了解非限制性实施方案仅仅作为实例进行说明。本申请所要要求的实质的保护范围更体现于独立权利要求提供的范围，以及其从属权利要求。

Claims (10)

1.一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其包括：具备6路CAN总线接口、4路以太网接口和集成式TBOX的以太网网关，其特征在于：

所述以太网网关包含：电源模块接口、IO模块接口、RF前端、MCU、ARM7 Cortex、CAN模块接口、Ethemet 100BaseTX、Ethemet Switch 100BaseT1；

所述以太网网关具有后配置功能，在保证硬件不变的情况下，将网关路由软件进行分层设计；当信号需求变更时，通过配置软件将需求变更表导入并生成HEX文件，将配置信息下载到网关软件中，以实现快速的应对需求的变化，避免软件的重复开发验证。

2.如权利要求1所述的一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其特征在于：

所述网关路由软件分为CAN报文整帧转发模块、CAN报文信号路由转发模块，CAN到以太网转发模块、以太网到CAN转发模块；

所述CAN报文整帧转发模块功能为当接收到源网段有报文时直接转发出去，将验证ID设置为参数变量，并与配置表信息进行关联；

所述CAN报文信号路由转发模块功能为当接收到源网段有报文时进行重组定义转发出去，将验证ID、报文周期、信号内容设置为参数变量，并与配置表信息进行关联；

所述CAN到以太网、以太网到CAN转发模块按照CAN报文帧及以太网帧格式的内容进行重组发送，将报文中的内容进行协议转换。

3.如权利要求2所述的一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其特征在于：所述信号内容包括：起始位、长度、精度、偏移、默认值；所述以太网帧格式包含：源地址、目标地址、长度、数据字段。

4.如权利要求3所述的一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其特征在于：

所述电源模块接口与整车电源、地连通，实现整车12V转化为5V/3.3V；

所述IO模块接口用于采集电平信号，高低电平可以通过软件配置，连接到整车E-CALL开关上；

所述RF前端用于连接4G天线；

所述MCU用于处理IO口及电源信息，及实现网络管理功能；

所述ARM7 Cortex、CAN模块接口用于处理4G信号，实现以太网网关与外界的连接；

所述CAN模块接口包含6路CAN收发器及电路；

所述Ethemet 100BaseTX包含2个TX、2个RX的工业以太网收发器，用于连接到OBD口上，用于实现诊断、刷新功能；

所述Ethemet Switch 100BaseT1为以太网交换机，可以实现4路100Mbps数据传输，通过双绞线连接到各域控制器上。

5.如权利要求4所述的一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其特征在于：

其还包括以所述以太网网关为核心的环形智能汽车电子电器架构；

所述电子电器架构包含：车载OBD、所述以太网网关、智能驾驶域控制器及子系统、车身域控制器及子系统、座舱域控制器及子系统、动力CAN系统、底盘CAN系统。

6.如权利要求5所述的一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其特征在于：

所述车载OBD口包含：一路诊断CAN、一路以太网及激活线连接到所述以太网网关中，当外部诊断设备连接到OBD口时，所述激活线上的电平由悬空变为高电平；

所述以太网网关根据功能域进行网段的划分并连接所述智能驾驶域控制器、所述车身域控制器、所述座舱域控制器。

7.如权利要求6所述的一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其特征在于：

所述智能驾驶域控制器通过CAN4连接车身稳定系统ESC、通过CAN1连接所述车身域控制器；

所述车身域控制器通过CAN2连接所述座舱域控制器；

所述座舱域控制器通过通过CAN3连接EMS。

8.如权利要求7所述的一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其特征在于：所述动力CAN系统、所述底盘CAN系统通过所述以太网网关进行路由连接。

9.如权利要求8所述的一种具有后配置功能的以太网网关的智能汽车，其特征在于：路由机制主要依据：信号的内容和数据量的大小、功能安全等级、最大延迟时间来定义；对不同网段之间大数据量的音视频数据传输，通过以太网传输；对时间敏感、响应较快的信号通过CAN传输；对安全等级要求的，进行冗余设计，优先使用CAN总线数据，以太网广播数据进行校验使用。

10.一种后配置以太网网关的方法，所述以太网网关具备6路CAN总线接口、4路以太网接口和集成式TBOX，其特征在于：所述方法包括：

S1：利用配置工具将信号路由表导入，并生成HEX文件；

S2：通过诊断命令进入以太网预编程阶段：进入编程会话模式；将以太网网关设置为禁止故障检测记录模式；通讯控制，禁止非诊断报文的收发；通过安全访问，请求种子、发送秘钥；例程控制，擦除配置区域；请求下载网络配置文件；

S3：判断网关路由软件类型，并根据网关软件类型设置的参数变量替换到软件对应的存储区内；

S4：通过诊断命令进入以太网后编程阶段：恢复通讯；恢复故障检测记录；

S5：控制器硬件复位重启后，软件执行更改后的路由配置信息。