CN112217703B - 车载网络系统 - Google Patents

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Abstract

车载网络系统包括电源、上ECU(电子控制单元)、第一中间ECU和第二中间ECU、至少一个第一下ECU和至少一个第二下ECU、电源继电器和设置在第一通信路径和第二通信路径之间的通信继电器。当上ECU检测到在第一中间ECU中发生异常时，电源继电器和通信继电器被控制以使得第一电源路径和第二电源路径相互连接并且第一通信路径和第二通信路径相互连接，以及第二中间ECU执行向第一下ECU的电力供应和第一下ECU的通信管理。

Description

车载网络系统
技术领域
本发明涉及车载网络系统。
背景技术
车辆配备有称为电子控制单元(electronic control unit，ECU)的多个车载装置。多个ECU经由通信线相互连接以构成网络系统。第2011-40912号日本未审查的专利申请公开(JP 2011-40912 A)公开了一种形式的网络系统，在该网络系统中多个ECU(每个ECU被称为管理器)相互连接以构成上层网络，多个管理器ECU中的每个管理器ECU连接到其从属ECU，以针对每个管理器ECU构成下层网络。
发明内容
在JP 2011-40912A中公开的网络系统中，当管理器ECU发生故障并且管理器ECU的用于中继通信消息的中继功能等停止时，即使从属ECU正常工作，功能也变得无法发挥作用。
本发明提供高度稳健的车载网络系统。
根据本发明的第一方面的车载网络系统包括：电源；上电子控制单元；第一中间电子控制单元和第二中间电子控制单元，第一中间电子控制单元和第二中间电子控制单元中的每一者配置为从电源接收电力供应并执行与上电子控制单元的通信；至少一个第一下电子控制单元，其经由第一电源路径和第一通信路径连接至第一中间电子控制单元，通过第一中间电子控制单元执行向第一下电子控制单元的电力供应以及第一下电子控制单元的通信管理；至少一个第二下电子控制单元，其经由第二电源路径和第二通信路径连接至第二中间电子控制单元，通过第二中间电子控制单元执行向第二下电子控制单元的电力供应以及第二下电子控制单元的通信管理；电源继电器，其设置在第一电源路径和第二电源路径之间；和通信继电器，其设置在第一通信路径和第二通信路径之间，其中当上电子控制单元检测到在第一中间电子控制单元中发生异常时，电源继电器和通信继电器被控制以使得第一电源路径和第二电源路径相互连接并且第一通信路径和第二通信路径相互连接，以及通过第二中间电子控制单元执行向第一下电子控制单元的电力供应和第一下电子控制单元的通信管理。
在上述方面中，当上电子控制单元检测到在第二中间电子控制单元中发生异常时，电源继电器和通信继电器可以被控制以使得第一电源路径和第二电源路径相互连接并且第一通信路径和第二通信路径相互连接，以及可以通过第一中间电子控制单元执行向第二下电子控制单元的电力供应和第二下电子控制单元的通信管理。
在上述方面中，上电子控制单元可以配置为，当第二中间电子控制单元执行第一下电子控制单元的通信管理时，更新存储在第二中间电子控制单元中的信息。
在上述方面中，第二中间电子控制单元可以配置为，当第二中间电子控制单元执行第一下电子控制单元的通信管理时，更新要被用于执行通信管理的信息，并且第一中间电子控制单元可以配置为，当第一中间电子控制单元执行第二下电子控制单元的通信管理时，更新要被用于执行通信管理的信息。
根据本发明的第二方面的车载网络系统包括：电源；上电子控制单元；多个中间电子控制单元，其配置为从电源接收电力供应并执行与上电子控制单元的通信；多个下电子控制单元，其经由电源路径和通信路径连接至多个中间电子控制单元中的任何一者，通过与多个下电子控制单元中的每个下电子控制单元连接的中间电子控制单元执行向多个下电子控制单元中的每个下电子控制单元的电力供应以及多个下电子控制单元中的每个下电子控制单元的通信管理；电源继电器，其设置在多个中间电子控制单元中的每个中间电子控制单元的电源路径与多个中间电子控制单元中的其他两个或更多个中间电子控制单元中的每个中间电子控制单元的电源路径之间；和通信继电器，其设置在多个中间电子控制单元中的每个中间电子控制单元的通信路径与多个中间电子控制单元中的其他两个或更多个中间电子控制单元中的每个中间电子控制单元的通信路径之间，其中：当上电子控制单元检测到在多个中间电子控制单元中的任何一者中发生异常时，电源继电器和通信继电器被控制以使得发生异常的中间电子控制单元与从其他两个或更多个中间电子控制单元中选择出的所选中间电子控制单元的电源路径之间的连接和通信路径之间的连接被建立，以及通过所选中间电子控制单元执行向连接至发生异常的中间电子控制单元的下电子控制单元的电源供应和该下电子控制单元的通信管理。
在上述方面中，所选中间电子控制单元可以是其他两个或更多个中间电子控制单元中具有最小的通信路径的通信负荷的中间电子控制单元。
根据本发明，当在ECU中发生异常时，其他ECU代替异常ECU并且执行向异常ECU的从属ECU的电力供应和该从属ECU的通信管理。因此，本发明可以提供高度稳健的车载网络系统。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元素，并且其中：
图1是根据本发明的实施例的网络系统的配置图；
图2是例示根据本发明的实施例的网络系统中发生异常时的处理的流程图；
图3是根据本发明的第一修改例的网络系统的配置图；和
图4是根据本发明的第二修改例的网络系统的配置图。
具体实施例
在根据本发明的网络系统中，当电子控制单元(ECU)发生异常时，异常ECU的多个从属ECU通过继电器连接到其他ECU，并且其他ECU执行向该异常ECU的电力供应和该异常ECU的通信管理。这使得即使当ECU发生异常时，也能够允许多个从属ECU的功能连续发挥作用。因此，可以进一步增强网络系统的稳健性。
实施例
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。
配置
图1示出根据实施例的网络系统1的配置图。
网络系统1包括树型连接拓扑。图1示出其中两个中间节点被布置在一个上节点之下，并且三个下节点被布置在每个中间节点之下的配置。在图1中，上ECU 11作为上节点。第一中间ECU 21和第二中间ECU 22是中间节点。第一下ECU 31是布置在第一中间ECU 21之下的下节点，而第二下ECU 32是在第二中间ECU 22之下的下节点。网络系统1搭载在车辆上，并且包括上述多个ECU以及向多个ECU供应电力的电源10。在以下描述中，作为中间节点，提供了两个ECU，即，第一中间ECU 21和第二中间ECU 22。但是，中间节点的数量和每个中间节点的从属下节点的数量没有特别限制。
作为示例，上ECU 11是集中地执行各种车辆控制功能的计算的相对高功能性ECU。
例如，下ECU(例如第一下ECU 31和第二下ECU 32)是设置在车辆的相应的部分中的ECU，并且包括相对地专用于每个传感器或每个执行器的单独控制的功能。
中间ECU(例如第一中间ECU 21和第二中间ECU 22)是用作网关以中继上ECU 11和下ECU之间的通信的ECU。第一中间ECU 21基于第一管理信息(路由图)执行通信管理，该通信管理包括上ECU 11和第一下ECU 31之间的通信的中继以及多个第一下ECU 31之间的通信的管理。第一中间ECU 21可以预先存储作为用于第一中间ECU 21的管理信息的第一管理信息，并且可以当第一中间ECU 21被激活时从上ECU 11接收第一管理信息并存储该信息。类似地，第二中间ECU 22基于第二管理信息(路由图)执行通信管理，该通信管理包括上ECU11和第二下ECU 32之间的通信的中继以及多个第二下ECU 32之间的通信的管理。第二中间ECU 22可以预先存储作为用于第二中间ECU 22的管理信息的第二管理信息，或者可以当第二中间ECU 22被激活时从上ECU 11接收第二管理信息并存储该信息。
上述多个ECU中的每个ECU通常被配置为包括控制部分(例如处理器或微型计算机)以及存储器。
上ECU 11和第一中间ECU 21通过通信线111连接。第一中间ECU 21和多个第一下ECU 31通过通信线(总线)(第一通信路径)211连接。上ECU 11和第二中间ECU 22通过通信线112连接。第二中间ECU 22和多个第二下ECU 32通过通信线(总线)(第二通信路径)212连接。上ECU 11和第一中间ECU 21之间的通信以及上ECU 11和第二中间ECU 22之间的通信是根据例如以太网(Ethernet)(注册商标)标准执行的。然而，通信标准不限于此。第一中间ECU 21与多个第一下ECU 31之间的通信以及第二中间ECU 22与多个第二下ECU 32之间的通信是根据例如控制器局域网(Controller Area Network，CAN；注册商标)标准来执行的。然而，通信标准不限于此。
电源10通过电力线101连接到第一中间ECU 21和第二中间ECU 22。第一中间ECU21和多个第一下ECU 31通过电力线(第一电源路径)201连接。第二中间ECU 22和多个第二下ECU 32通过电力线(第二电源路径)202连接。例如，第一中间ECU 21和第二中间ECU 22各自包括继电器(未图示)。电力线101和电力线201经由第一中间ECU 21的继电器相互连接。电力线101和电力线202经由第二中间ECU 22的继电器相互连接。利用该配置，从电源10供应的电力分别经由第一中间ECU 21和第二中间ECU 22被供应到多个第一下ECU 31和多个第二下ECU 32。第一中间ECU 21和第二中间ECU 22可以通过控制相应的继电器来向多个第一下ECU 31和多个第二下ECU 32供应电力。尽管未图示，但是电源10和上ECU 11可以通过电力线101相互连接，或者可以通过与上述电力线分开设置的其他电力线相互连接。
上ECU 11例如从控制传感器的多个第一下ECU 31和多个第二下ECU 32收集关于车辆和车辆的周围状况的信息。该信息可以包括例如执行器等的运行状况、车辆的行驶状况(例如车辆速度和加速度)、车辆的环境状况(例如车辆周围的道路和交通标志)、乘员的就座状况以及针对车辆的每个部分执行的操作的细节。上ECU 11基于该信息执行计算并生成控制数据。控制数据是用于控制车辆的各种功能(例如自动驾驶功能、自动停车功能以及包括碰撞避免、车道保持、前车跟随和维持速度的驾驶辅助功能，以及对发动机、变速器、冷却装置和空调的操作控制、电池的充电和放电控制、根据照度的前照灯的亮灯，基于使用移动装置(电子钥匙)的认证来解锁门的许可，以及向用户呈现信息)的数据。上ECU 11根据需要将控制数据发送至控制执行器的多个第一下ECU 31和多个第二下ECU 32以使执行器根据控制数据运行。在网络系统1中，通过将车辆的各种控制功能集中在上ECU 11中并代替地使多个第一下ECU 31和多个第二下ECU 32的配置相对地简化来降低成本。
网络系统1包括继电器部分41。继电器部分41设置在第一中间ECU 21和第二中间ECU 22之间，并且包括电源继电器48和通信继电器49。电源继电器48可以在电力线201未连接至电力线202的状态和电力线201连接至电力线202的状态之间切换。通信继电器49可以在通信线211未连接至通信线212的状态和通信线211连接至通信线212的状态之间切换。在图示的示例中，继电器部分41由上ECU 11控制。
处理
下面将描述在根据实施例的网络系统1中发生异常时要执行的处理。图2是例示当异常发生时的处理的流程图。在此将参考图2以在第一中间ECU 21中发生异常时的处理为例进行描述。在开始该处理的时刻，没有异常发生，并且网络系统1正常运行。在该状态下，继电器部分41中的电源继电器48和通信继电器49都断开。
在步骤S101中，当在多个中间ECU中的任何中间ECU中已经发生异常时，上ECU 11可以检测这种异常的发生。当上ECU 11检测到在多个中间ECU中的任何中间ECU中已经发生异常时，处理进入到步骤S102。当上ECU 11未检测到异常的发生时，上ECU 11重复步骤S101中的处理。上ECU 11可以基于例如来自中间ECU的通信的中断和来自中间ECU的通知异常的消息的接收来检测异常的发生。
在步骤S102中，上ECU 11基于检测到的异常的细节来指定已经发生异常的对应的中间ECU。作为一个示例，上ECU 11在此将第一中间ECU 21指定为其中已经发生异常的中间ECU。
在步骤S103中，上ECU 11更新第二中间ECU 22的管理信息。作为一个示例，上ECU11预先存储要由每个中间ECU使用的管理信息。上ECU 11在此将用于第一中间ECU 21的第一管理信息发送到第二中间ECU 22。第二中间ECU 22基于所接收的第一管理信息和存储在第二中间ECU 22中的第二管理信息，将包含所接收的第一管理信息和所存储的第二管理信息的内容的管理信息设定为要使用的新的管理信息。替代性地，作为另一示例，上ECU 11可以向第二中间ECU 22发送将第一管理信息包括在新的管理信息中的命令。在该情况下，第二中间ECU 22预先存储要由每个中间ECU使用的管理信息，并且基于从上ECU 11接收的命令，将第一管理信息的内容添加到当前使用中的第二管理信息中，以设定新的管理信息。
在步骤S104中，上ECU 11使继电器部分41的电源继电器48闭合并连接电力线201和电力线202，并使通信继电器49闭合并连接通信线211和通信线212。代替于上ECU 11，每个中间ECU可以执行继电器部分41的控制。在该情况下，上ECU 11向正在正常运行的第二中间ECU 22发送命令以控制继电器部分41的电源继电器48和通信继电器49闭合，并且接收该命令的第二ECU 22执行该控制。
利用以上处理，当在第一中间ECU 21中发生异常时，第一中间ECU 21之下的多个第一下ECU 31连接到第二中间ECU 22，同时，第二中间ECU 22更新要由第二中间ECU 22使用的管理信息。这允许第二中间ECU 22代替于第一中间ECU 21执行上ECU 11与多个第一下ECU 31之间的通信中继以及多个第一下ECU 31之间的通信管理。第二中间ECU 22还继续多个第二下ECU 32和上ECU 11之间的通信中继以及多个第二下ECU 32之间的通信管理。
在以上示例中，描述了在第一中间ECU 21中发生异常的情况。即使在第二中间ECU22中发生异常时，第一中间ECU 21也可以作为第二中间ECU 22的替代而通过执行相同的或类似的处理来执行上ECU 11和多个第二下ECU 32之间的通信中继以及多个第二下ECU 32之间的通信管理。如上所述，当在相同组的多个中间ECU中的一个中间ECU中发生异常时，多个ECU中的其他中间ECU可以对在这两个中间ECU之下的多个下ECU执行通信管理。
第一修改例
网络系统2包括六个中间ECU。多个从属下ECU连接到每个中间ECU。然而，在此省略了这些下ECU的图示。在图中也省略了连接电源或上ECU 11和每个中间ECU的电力线和通信线。如图3所示，作为示例，每个中间ECU分散地布置在车辆的每个部分中。图3示出根据第一修改例的网络系统2的配置图。
在网络系统2中，电力线201和电力线202经由继电器部分41相互连接。电力线201连接第一中间ECU 21及其多个从属下ECU，而电力线202连接第二中间ECU 22及其多个从属下ECU。通信线211和通信线212经由继电器部分41相互连接。通信线211连接第一中间ECU21及其多个从属下ECU，通信线212连接第二中间ECU 22及其多个从属下ECU。
电力线203经由继电器部分42连接到电力线204。电力线203连接第三中间ECU 23及其多个从属下ECU，而电力线204连接第四中间ECU 24及其多个从属下ECU。通信线213和通信线214经由继电器部分42相互连接。通信线213连接第三中间ECU 23及其多个从属下ECU，而通信线214连接第四中间ECU 24及其多个从属下ECU。继电器部分42可以具有连接电力线203和电力线204的电源继电器以及连接通信线213和通信线214的通信继电器。
电力线205和电力线206经由继电器部分43相互连接。电力线205连接第五中间ECU25及其多个从属下ECU，而电力线206连接第六中间ECU 26及其多个从属下ECU。通信线215和通信线216经由继电器部分43相互连接。通信线215连接第五中间ECU 25及其多个从属下ECU，而通信线216连接第六中间ECU 26及其多个从属下ECU。继电器部分43可以具有连接电力线205和电力线206的电源继电器以及连接通信线215和通信线216的通信继电器。
在网络系统2中，对一组第一中间ECU 21和第二中间ECU 22、一组第三中间ECU 23和第四中间ECU 24以及一组第五中间ECU 25和第六中间ECU 26执行与以上实施例中描述的处理相似的处理。当在多个组中的每个组中的多个中间ECU中的一个中间ECU中发生异常时，相同组中的其他中间ECU可以执行对应组中的多个从属下ECU的通信管理。
第二修改例
图4示出根据第二修改例的网络系统3的配置图。在网络系统3中，更多的继电器部分被添加到网络系统2。
在网络系统3中，电力线201和电力线203经由继电器部分44连接。通信线211和通信线213经由继电器部分44相互连接。
电力线203和电力线205经由继电器部分45相互连接。通信线213和通信线215经由继电器部分45相互连接。
电力线202和电力线204经由继电器部分46相互连接。通信线212和通信线214经由继电器部分46连接。
电力线204和电力线206经由继电器部分47相互连接。通信线214和通信线216经由继电器部分47连接。
如上所述，在网络系统3中，每个中间ECU在其自身与多个其他中间ECU之间相应地设置有继电器部分。在该修改例中，从如上描述的实施例中的处理如下改变在中间ECU中发生异常时的处理。下面将描述在该修改例中相对于上述实施例的改变。
在上述实施例中，当在相同组的多个中间ECU中的一个中间ECU中发生异常时，唯一地确定的其他ECU替代异常ECU。在该修改例中，多个其他中间ECU中所选择的任何一个其他中间ECU替代异常ECU。
因此，在步骤S103中，上ECU 11例如在各自在其自身与异常ECU之间具有继电器部分的多个其他正常中间ECU中选择例如具有最小通信负荷的中间ECU。可以基于例如最近的规定时段的总线负荷来导出通信负荷。该总线负荷由上ECU 11通过连续地监视每个中间ECU及其从属下ECU之间的通信线(总线)的负荷来获得的。然而，替代ECU的选择的方法不限于此。在步骤S103中，上ECU 11更新所选择的中间ECU的管理信息。在步骤S104中，上ECU 11控制设置在异常的中间ECU与所选择的中间ECU之间的继电器部分，以在电力线之间以及在通信线之间建立连接。例如，当在第一中间ECU 21中发生异常时，在其自身与第一中间ECU21之间具有继电器部分41的第二中间ECU 22以及在其自身与第一中间ECU 21之间具有继电器部分44的第三中间ECU 23是供选择的候选ECU。例如，当第三中间ECU 23的通信负荷小于第二中间ECU 22的通信负荷时，选择第三中间ECU 23，并使继电器部分44在第一中间ECU21和第三中间ECU 23的电力线之间建立连接，并在第一中间ECU 21和第三中间ECU 23的通信线之间建立连接。第三中间ECU 23除了执行第三中间ECU 23之下的多个下ECU的通信管理之外，还执行第一中间ECU 21之下的多个下ECU的通信管理。
在该修改例中，每个中间ECU可以在其自身与三个或更多个中间ECU之间设置有继电器部分。在该情况下，在步骤S103中，当在每个中间ECU中发生异常时，可以选择在三个或更多个中间ECU中具有最小通信负荷的中间ECU。
效果
在根据实施例和修改例的网络系统1、网络系统2和网络系统3中，当中间ECU中发生异常时，其多个从属下ECU使用继电器与其他中间ECU连接，并且该其他中间ECU替代异常ECU，并执行向多个下ECU的电源供应和该多个下ECU的通信管理。利用该配置，即使当中间ECU中发生异常时，多个下ECU的功能也可以继续发挥作用。这使得能够增强网络系统的稳健性。
此外，如在根据第二修改例的网络系统3中，多个中间ECU中具有最小通信负荷的一个中间ECU执行在异常ECU之下的多个下ECU的通信管理。利用该配置，与实施例和第一修改例相比，即使当通信负荷增加时，也可以降低超过可允许负荷范围的可能性，从而进一步增强网络系统的稳健性。
本发明不限于网络系统，并且可以体现为控制该网络系统的方法、要由具有处理器和存储器的ECU执行的用于该网络系统的控制程序、存储该控制程序的计算机可读非瞬时性存储介质，以及配备有该网络系统的车辆等。此外，本发明可以应用于除搭载在车辆上的网络系统以外的网络系统。
本发明对于搭载在车辆等上的网络系统是有利的。

Claims (6)

1.车载网络系统，其特征在于，包括：
电源；
上电子控制单元；
第一中间电子控制单元和第二中间电子控制单元，所述第一中间电子控制单元和所述第二中间电子控制单元中的每一者配置为从所述电源接收电力供应并执行与所述上电子控制单元的通信；
至少一个第一下电子控制单元，其经由第一电源路径和第一通信路径连接至所述第一中间电子控制单元，通过所述第一中间电子控制单元执行向所述第一下电子控制单元的电力供应以及所述第一下电子控制单元的通信管理；
至少一个第二下电子控制单元，其经由第二电源路径和第二通信路径连接至所述第二中间电子控制单元，通过所述第二中间电子控制单元执行向所述第二下电子控制单元的电力供应以及所述第二下电子控制单元的通信管理；
电源继电器，其设置在所述第一电源路径和所述第二电源路径之间；和
通信继电器，其设置在所述第一通信路径和所述第二通信路径之间，其中
当所述上电子控制单元检测到在所述第一中间电子控制单元中发生异常时，所述电源继电器和所述通信继电器被控制以使得所述第一电源路径和所述第二电源路径相互连接并且所述第一通信路径和所述第二通信路径相互连接，以及通过所述第二中间电子控制单元执行向所述第一下电子控制单元的电力供应和所述第一下电子控制单元的通信管理。
2.根据权利要求1所述的车载网络系统，其特征在于，当所述上电子控制单元检测到在所述第二中间电子控制单元中发生异常时，所述电源继电器和所述通信继电器被控制以使得所述第一电源路径和第二电源路径相互连接并且所述第一通信路径和所述第二通信路径相互连接，以及通过所述第一中间电子控制单元执行向所述第二下电子控制单元的电力供应和所述第二下电子控制单元的通信管理。
3.根据权利要求1所述的车载网络系统，其特征在于，所述上电子控制单元配置为，当所述第二中间电子控制单元执行所述第一下电子控制单元的通信管理时，更新存储在所述第二中间电子控制单元中的信息。
4.根据权利要求2所述的车载网络系统，其特征在于，
所述第二中间电子控制单元配置为，当所述第二中间电子控制单元执行所述第一下电子控制单元的通信管理时，更新要被用于执行所述通信管理的信息，并且
所述第一中间电子控制单元配置为，当所述第一中间电子控制单元执行所述第二下电子控制单元的通信管理时，更新要被用于执行所述通信管理的信息。
5.车载网络系统，其特征在于，包括：
电源；
上电子控制单元；
多个中间电子控制单元，其配置为从所述电源接收电力供应并执行与所述上电子控制单元的通信；
多个下电子控制单元，其经由电源路径和通信路径连接至所述多个中间电子控制单元中的任何一者，通过与所述多个下电子控制单元中的每个下电子控制单元连接的中间电子控制单元执行向所述多个下电子控制单元中的每个下电子控制单元的电力供应以及所述多个下电子控制单元中的每个下电子控制单元的通信管理；
电源继电器，其设置在所述多个中间电子控制单元中的每个中间电子控制单元的电源路径与所述多个中间电子控制单元中的其他两个或更多个中间电子控制单元中的每个中间电子控制单元的电源路径之间；和
通信继电器，其设置在所述多个中间电子控制单元中的每个中间电子控制单元的通信路径与所述多个中间电子控制单元中的其他两个或更多个中间电子控制单元中的每个中间电子控制单元的通信路径之间，其中：
当所述上电子控制单元检测到在所述多个中间电子控制单元中的任何一者中发生异常时，所述电源继电器和所述通信继电器被控制以使得发生异常的中间电子控制单元与从所述其他两个或更多个中间电子控制单元中选择出的所选中间电子控制单元的电源路径之间的连接和通信路径之间的连接被建立，以及通过所述所选中间电子控制单元执行向连接至所述发生异常的中间电子控制单元的下电子控制单元的电源供应和该下电子控制单元的通信管理。
6.根据权利要求5所述的车载网络系统，其特征在于，所述所选中间电子控制单元是所述其他两个或更多个中间电子控制单元中具有最小的通信路径的通信负荷的中间电子控制单元。
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