CN111917709A - 车载时序同步系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车载时序同步系统，系统由同步时序控制器101通过以太网103及CAN总线104使用PTP、gPTP，通过数字同步信号102使用PPS信号对汽车内传感器激光雷达系统105，毫米波雷达106，摄像头系统107，车联网控制器108及整车控制器109进行时序同步，使整车的传感器和控制器具有高精度的同步时钟信息。本发明通过采用同步时序控制器101，为智能传感器105，106，107与控制器108，109间的数据提供准确时间信息，解决了汽车传感器与控制器间数据同步及数据融合的问题。
Description
技术领域
本发明涉及通信网络技术领域，具体地，涉及一种车载时序同步系统。尤其地，涉及一种汽车智能传感器与控制器时序同步系统。
背景技术
车载以太网及相关应用技术的发展是当今汽车电子系统的前沿发展方向。汽车以太网架构可提供信息传递，同步时序，信息转接等多种功能。
专利文献CN106254518A公开了一种车载以太网系统，包含用于数据传输及数据记录的以太网通信模块，提供以太网和CAN网络的数据转发，数据采集及诊断。
现有技术的不足之处是无法提供准确的不同通信网络(以太网，CAN总线)之间的时序同步功能，在该专利中，对以太网网络的拓扑定义绘制错误，无法实现总线形式的多控制器连接。无法对多种类型的汽车智能传感器(毫米波雷达，激光雷达系统，摄像头系统)进行准确时间同步。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种车载时序同步系统。
根据本发明提供的一种车载时序同步系统，包括：
同步时序控制器、车联网控制器、整车控制器、一个或多个激光雷达系统、一个或多个毫米波雷达和一个或多个摄像头系统；
同步时序控制器与车联网控制器、整车控制器、一个或多个激光雷达系统、一个或多个毫米波雷达、一个或多个摄像头系统分别相连。
优选地，所述同步时序控制器对与之连接的车联网控制器、整车控制器、一个或多个激光雷达系统、一个或多个毫米波雷达、一个或多个摄像头系统进行精确时序同步；
同步时序控制器作为同步时序主机设备，与之连接的车联网控制器、整车控制器、一个或多个激光雷达系统、一个或多个毫米波雷达、一个或多个摄像头系统作为同步时序从机设备。
优选地，所述同步时序控制器可使用以太网gPTP协议对毫米波雷达、激光雷达系统、车联网控制器以及摄像头系统进行时序同步。
优选地，所述同步时序控制器可使用以太网PTP协议对毫米波雷达、激光雷达系统、车联网控制器以及摄像头系统进行时序同步。
优选地，所述同步时序控制器可使用数字同步信号PPS信号对毫米波雷达及激光雷达系统进行时序同步。
优选地，所述同步时序控制器使用CAN总线PTP协议对整车控制器进行时序同步。
优选地，所述同步时序控制器接收CAN总线上来自整车控制器的车辆信息数据，并使用以太网转发数据到激光雷达系统及毫米波雷达。
优选地，所述gPTP协议进行时序同步的过程包括：
通信延迟测量步骤：与主机连接的从机设备进行通信延迟测量，测量流程为：
从机设备向主机设备发送请求通信延迟信号，同时记录时间T1；
主机接收请求通信延迟信号，同时记录时间T2；
主机发送通信延迟应答信号，记录T3；
从机接收通信延迟应答信号，同时记录T4；
主机发送通信延迟跟随信号，信号包含主机发送及接收时间标签T3及T2；
从机计算与主机的通信延迟T延迟
同步时序步骤：在主从设备完成通信延迟测量后，主机向从机发送带有时间标签的同步时钟信号，从机接收到同步时钟信号后，在主机时间标签上增加通信延迟信号，完成时钟同步；
同步时序流程在主机和从机系统中间隔一段时间t自动进行，确保主机和所有从机的系统时钟同步一致。
优选地，所述PTP协议进行时序同步的过程包括：
通信延迟测量步骤：与主机连接的从机设备进行通信延迟测量，测量流程为：
从机设备向主机设备发送请求通信延迟信号，同时记录时间T1；
主机接收请求通信延迟信号，同时记录时间T2；
主机发送通信延迟应答信号，记录T3；
从机接收通信延迟应答信号，同时记录T4；
主机发送通信延迟跟随信号，信号包含主机发送及接收时间标签T3及T2；
从机计算与主机的通信延迟T延迟
同步时序步骤：在主从设备完成通信延迟测量后，主机向从机发送带有时间标签的同步时钟信号，从机接收到同步时钟信号后，在主机时间标签上增加通信延迟信号，完成时钟同步；
同步时序流程在主机和从机系统中间隔一段时间t自动进行，确保主机和所有从机的系统时钟同步一致。
优选地，所述PPS信号进行时序同步的过程包括：
主机设置时钟同步点，例如：在系统运行的第5秒开始发送同步时序脉冲，每1秒发送一个脉冲，脉冲宽度和相位保持相同；
从机启动后接收来自主机的脉冲，通过记录接收到脉冲的时间同步系统时钟，确保从机时钟与主机一致。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明通过采用同步时序控制器(101)，为智能传感器(105，106，107)与控制器(108，109)间的数据提供准确时间信息，解决了汽车传感器与控制器间数据同步及数据融合的问题。
2.本发明通过支持以太网(103)，数字同步信号(102)及CAN总线(104)的同步时序功能，为汽车内多种智能传感器(105，106，107)和控制器(108，109)提供采用统一控制的时序同步方案，解决了不同传感器和控制器，不同通信协议的时序同步归一化的问题。
3.本发明通过采用以太网(103)gPTP,PTP协议，CAN总线(104)时序同步及精确控制的数字同步信号(102)，解决了汽车内多种传感器和控制器时序同步精度的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的车载时序同步系统结构示意图。
图2为本发明提供的PTP与gPTP同步时序流程示意图。
图3为本发明提供的PTP与gPTP同步时序方案的整体系统时序同步示意图。
图中示出：顺序流程
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种车载时序同步系统，包括：
同步时序控制器101、车联网控制器108、整车控制器109、一个或多个激光雷达系统105、一个或多个毫米波雷达106、一个或多个摄像头系统107；
同步时序控制器101与车联网控制器108、整车控制器109、一个或多个激光雷达系统105、一个或多个毫米波雷达106、一个或多个摄像头系统107分别相连。
具体地，所述同步时序控制器101对与之连接的车联网控制器108、整车控制器109、一个或多个激光雷达系统105、一个或多个毫米波雷达106、一个或多个摄像头系统107进行精确时序同步；
同步时序控制器101作为同步时序主机设备，与之连接的车联网控制器108、整车控制器109、一个或多个激光雷达系统105、一个或多个毫米波雷达106、一个或多个摄像头系统107作为同步时序从机设备。
具体地，所述同步时序控制器101可使用以太网103gPTP协议对毫米波雷达106、激光雷达系统105、车联网控制器108以及摄像头系统107进行时序同步。
具体地，所述同步时序控制器101可使用以太网103PTP协议对毫米波雷达106、激光雷达系统105、车联网控制器108以及摄像头系统107进行时序同步。
具体地，所述同步时序控制器101可使用数字同步信号102PPS信号对毫米波雷达106及激光雷达系统105进行时序同步。
具体地，所述同步时序控制器101使用CAN总线104PTP协议对整车控制器109进行时序同步。
具体地，所述同步时序控制器101接收CAN总线104上来自整车控制器109的车辆信息数据，并使用以太网103转发数据到激光雷达系统105及毫米波雷达106。
具体地，所述gPTP协议进行时序同步的过程包括：
通信延迟测量步骤：与主机连接的从机设备进行通信延迟测量，测量流程为：
从机设备向主机设备发送请求通信延迟信号，同时记录时间T1；
主机接收请求通信延迟信号，同时记录时间T2；
主机发送通信延迟应答信号，记录T3；
从机接收通信延迟应答信号，同时记录T4；
主机发送通信延迟跟随信号，信号包含主机发送及接收时间标签T3及T2；
从机计算与主机的通信延迟T延迟
同步时序步骤：在主从设备完成通信延迟测量后，主机向从机发送带有时间标签的同步时钟信号，从机接收到同步时钟信号后，在主机时间标签上增加通信延迟信号，完成时钟同步；
同步时序流程在主机和从机系统中间隔一段时间t自动进行，确保主机和所有从机的系统时钟同步一致。
具体地，所述PTP协议进行时序同步的过程包括：
通信延迟测量步骤：与主机连接的从机设备进行通信延迟测量，测量流程为：
从机设备向主机设备发送请求通信延迟信号，同时记录时间T1；
主机接收请求通信延迟信号，同时记录时间T2；
主机发送通信延迟应答信号，记录T3；
从机接收通信延迟应答信号，同时记录T4；
主机发送通信延迟跟随信号，信号包含主机发送及接收时间标签T3及T2；
从机计算与主机的通信延迟T延迟
同步时序步骤：在主从设备完成通信延迟测量后，主机向从机发送带有时间标签的同步时钟信号，从机接收到同步时钟信号后，在主机时间标签上增加通信延迟信号，完成时钟同步；
同步时序流程在主机和从机系统中间隔一段时间t自动进行，确保主机和所有从机的系统时钟同步一致。
具体地，所述PPS信号进行时序同步的过程包括：
主机设置时钟同步点，例如：在系统运行的第5秒开始发送同步时序脉冲，每1秒发送一个脉冲，脉冲宽度和相位保持相同；
从机启动后接收来自主机的脉冲，通过记录接收到脉冲的时间同步系统时钟，确保从机时钟与主机一致。
下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。
优选例1：
车载时序同步系统包括具备以太网信号接口，数字同步信号输出和CAN总线的同步时序控制器(101)，具备以太网接口或数字同步信号输入的毫米波雷达(106)，具备以太网接口或数字同步信号输入的激光雷达系统(105)，具备以太网接口的摄像头系统(107)，具备以太网接口的车联网控制器(108)以及具备CAN总线接口的整车控制器(109)组成。
系统可支持一个或多个毫米波雷达(106),一个或多个激光雷达系统(105)及一个或多个摄像头系统(107)。
同步时序控制器(101)对与之连接的其他设备进行精确时序同步，同步时序控制器(101)作为同步时序主机设备，其他设备作为同步时序从机设备。
同步时序控制器(101)可使用以太网(103)gPTP协议对毫米波雷达(106)，激光雷达系统(105)，车联网控制器(108)及摄像头系统(107)进行时序同步。gPTP协议为IEEE802.1As定义。
同步时序控制器(101)可使用以太网(103)PTP协议对毫米波雷达(106)，激光雷达系统(105)，车联网控制器(108)及摄像头系统(107)进行时序同步。PTP与gPTP的区别为不同的IEEE协议硬件与软件支持。二者同时使用以太网作为传输媒介，使用不同的报文内容(PTP为以太网ISOO/OSI Layer3，gPTP为以太网ISO/OSI Layer2)二者功能类似，精度不同，取决于软硬件功能限制可选择使用。
同步时序控制器(101)可使用数字同步信号(102)PPS信号对毫米波雷达(106)，激光雷达系统(105)进行时序同步。
同步时序控制器(101)使用CAN总线(104)PTP协议对整车控制器(109)进行时序同步。使用PTP信号的CAN总线属于创新应用，CAN总线是一种通信总线，可用于传递通信报文，控制器借助CAN总线传递带有时间信息和通信延迟的报文，实现一种基于CAN总线的PTP同步时序，同步时序方案同以太网PTP，仅物理层不同。
同步时序控制器(101)接收CAN总线(104)上来自整车控制器(109)的车辆信息数据，并使用以太网(103)转发数据到激光雷达系统(105)及毫米波雷达(106)。
同步时序方案解释：
同步时序方案1：gPTP:IEEE 802.1As
时序同步方案：
系统构成：
需要时序同步的设备需用以太网连接，所有设备的以太网控制器必须支持IEEE802.1AS标准规定的功能。
系统中包含一个时序同步主机设备，该设备负责对所有其他设备进行时序同步。
下述流程均为IEEE802.1AS标准定义的同步时序流程：
同步时序流程：
1.通信延迟测量：
与主机连接的从机设备进行“通信延迟测量”，测量流程为：
1.从机设备向主机设备发送“请求通信延迟”信号，同时记录时间T1。
2.主机接收请求“通信延迟”信号，同时记录时间T2。
3.主机发送“通信延迟”应答信号，记录T3。
4.从机接收“通信延迟”应答信号，同时记录T4。
5.主机发送“通信延迟”跟随信号，信号包含主机发送及接收时间标签T3及T2。
6.从机计算与主机的通信延迟T延迟
2.同步时序：
在主从设备完成通信延迟测量后，主机向从机发送带有时间标签的“同步时钟”信号，从机接收到“同步时钟”信号后，在主机时间标签上增加通信延迟信号，完成时钟同步。
同步时序流程在主机和从机系统中间隔一段时间t自动进行，确保主机和所有从机的系统时钟同步一致。
gPTP同步时序要求所有设备支持IEEE802.1AS标准规定的功能，所有的以太网报文及信号均由硬件负责时间标签的添加，记录和修改，保证系统精确性，所有以太网报文及信号均为以太网OSI层次中的Layer2信号。gPTP无法用于不支持IEEE802.1AS规范的设备。顺序流程如图2所示(主-从同步)。整体系统时序同步如图3所示。
同步时序方案2：PTP：IEEE 1588
时序同步方案：
系统构成：
需要时序同步的设备需用以太网连接，所有设备的以太网控制器需要IEEE1588标准规定的功能。支持IEEE 802.1AS协议的设备也可以使用PTP时需同步。
系统中包含一个时序同步主机设备，该设备负责对所有其他设备进行时序同步。
下述流程均为IEEE1588标准定义的同步时序流程：
同步时序流程：
1.通信延迟测量：
与主机连接的从机设备进行“通信延迟测量”，测量流程为：
1.从机设备向主机设备发送“请求通信延迟”信号，同时记录时间T1。
2.主机接收请求“通信延迟”信号，同时记录时间T2。
3.主机发送“通信延迟”应答信号，记录T3。
4.从机接收“通信延迟”应答信号，同时记录T4。
5.主机发送“通信延迟”跟随信号，信号包含主机发送及接收时间标签T3及T2。
6.从机计算与主机的通信延迟T延迟
2.同步时序：
在主从设备完成通信延迟测量后，主机向从机发送带有时间标签的“同步时钟”信号，从机接收到“同步时钟”信号后，在主机时间标签上增加通信延迟信号，完成时钟同步。
同步时序流程在主机和从机系统中间隔一段时间t自动进行，确保主机和所有从机的系统时钟同步一致。
PTP同步时序要求所有设备支持IEEE1588标准规定的功能，所有的以太网报文及信号可由软件负责时间标签的添加，记录和修改。所有以太网报文及信号均为以太网OSI层次中的Layer3信号。PTP时序同步可用于支持IEEE 802.1AS及IEEE1588标准的设备。
同步时序方案3:PPS秒脉冲同步信号
主机和从机使用数字IO信号进行基于脉冲的时序同步。
系统构成为：主机与从机采用IO信号线连接
同步时序流程为：
1.主机设置时钟同步点，例如：在系统运行的第5秒开始发送同步时序脉冲，每1秒发送一个脉冲，脉冲宽度和相位保持相同。
2.从机启动后接收来自主机的脉冲，通过记录接收到脉冲的时间同步系统时钟，确保从机时钟与主机一致。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种车载时序同步系统，其特征在于，包括：
同步时序控制器(101)、车联网控制器(108)、整车控制器(109)、一个或多个激光雷达系统(105)、一个或多个毫米波雷达(106)和一个或多个摄像头系统(107)；
同步时序控制器(101)与车联网控制器(108)、整车控制器(109)、一个或多个激光雷达系统(105)、一个或多个毫米波雷达(106)、一个或多个摄像头系统(107)分别相连。
2.根据权利要求1所述的车载时序同步系统，其特征在于，所述同步时序控制器(101)对与之连接的车联网控制器(108)、整车控制器(109)、一个或多个激光雷达系统(105)、一个或多个毫米波雷达(106)、一个或多个摄像头系统(107)进行精确时序同步；
同步时序控制器(101)作为同步时序主机设备，与之连接的车联网控制器(108)、整车控制器(109)、一个或多个激光雷达系统(105)、一个或多个毫米波雷达(106)、一个或多个摄像头系统(107)作为同步时序从机设备。
3.根据权利要求1所述的车载时序同步系统，其特征在于，所述同步时序控制器(101)使用以太网(103)gPTP协议对毫米波雷达(106)、激光雷达系统(105)、车联网控制器(108)以及摄像头系统(107)进行时序同步。
4.根据权利要求1所述的车载时序同步系统，其特征在于，所述同步时序控制器(101)使用以太网(103)PTP协议对毫米波雷达(106)、激光雷达系统(105)、车联网控制器(108)以及摄像头系统(107)进行时序同步。
5.根据权利要求1所述的车载时序同步系统，其特征在于，所述同步时序控制器(101)使用数字同步信号(102)PPS信号对毫米波雷达(106)及激光雷达系统(105)进行时序同步。
6.根据权利要求1所述的车载时序同步系统，其特征在于，所述同步时序控制器(101)使用CAN总线(104)PTP协议对整车控制器(109)进行时序同步。
7.根据权利要求1所述的车载时序同步系统，其特征在于，所述同步时序控制器(101)接收CAN总线(104)上来自整车控制器(109)的车辆信息数据，并使用以太网(103)转发数据到激光雷达系统(105)及毫米波雷达(106)。
8.根据权利要求3所述的车载时序同步系统，其特征在于，所述gPTP协议进行时序同步的过程包括：
通信延迟测量步骤：与主机连接的从机设备进行通信延迟测量，测量流程为：
从机设备向主机设备发送请求通信延迟信号，同时记录时间T1；
主机接收请求通信延迟信号，同时记录时间T2；
主机发送通信延迟应答信号，记录T3；
从机接收通信延迟应答信号，同时记录T4；
主机发送通信延迟跟随信号，信号包含主机发送及接收时间标签T3及T2；
从机计算与主机的通信延迟T延迟，
同步时序步骤：在主从设备完成通信延迟测量后，主机向从机发送带有时间标签的同步时钟信号，从机接收到同步时钟信号后，在主机时间标签上增加通信延迟信号，完成时钟同步；
同步时序流程在主机和从机系统中间隔一段时间t自动进行，确保主机和所有从机的系统时钟同步一致。
9.根据权利要求4所述的车载时序同步系统，其特征在于，所述PTP协议进行时序同步的过程包括：
通信延迟测量步骤：与主机连接的从机设备进行通信延迟测量，测量流程为：
从机设备向主机设备发送请求通信延迟信号，同时记录时间T1；
主机接收请求通信延迟信号，同时记录时间T2；
主机发送通信延迟应答信号，记录T3；
从机接收通信延迟应答信号，同时记录T4；
主机发送通信延迟跟随信号，信号包含主机发送及接收时间标签T3及T2；
从机计算与主机的通信延迟T延迟，
同步时序步骤：在主从设备完成通信延迟测量后，主机向从机发送带有时间标签的同步时钟信号，从机接收到同步时钟信号后，在主机时间标签上增加通信延迟信号，完成时钟同步；
同步时序流程在主机和从机系统中间隔一段时间t自动进行，确保主机和所有从机的系统时钟同步一致。
10.根据权利要求5所述的车载时序同步系统，其特征在于，所述PPS信号进行时序同步的过程包括：
主机设置时钟同步点，例如：在系统运行的第5秒开始发送同步时序脉冲，每1秒发送一个脉冲，脉冲宽度和相位保持相同；
从机启动后接收来自主机的脉冲，通过记录接收到脉冲的时间同步系统时钟，确保从机时钟与主机一致。
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