CN112262555A - 陆地机动车辆的通信网络段以及相关联的陆地机动车辆 - Google Patents

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Abstract

一种陆地机动车辆(100、200)的通信网络段,包括计算机(101,201)、开关模块(108、208)和保护模块(107、207)。这些网络段的元件允许以受控的方式在车辆诊断接口(OBD接口)与设置有车辆的至少一个发动机控制计算机的车辆通信网络的关键部分之间建立点对点链接。

Description

陆地机动车辆的通信网络段以及相关联的陆地机动车辆
技术领域
本发明涉及陆地机动车辆(专用车辆、轻型实用车辆、重型货车、长途汽车、公共汽车、露营车、建筑车辆、农用车辆、军用车辆、四轮车、三轮车、摩托车、边车)的通信网络领域。本发明尤其涉及陆地机动车辆的通信网络段。本发明尤其适用于机动车辆。
背景技术
如图1所示,当前车辆中的各种车载多路复用通信网络(高速CAN、CAN FD(Flexible Data Rate(灵活数据速率))、低速容错CAN、LIN、Flexray)中的大多数连接至充当这些网络之间的网关的BCM(Body Control Module(车身控制模块))中央计算机。集成到BCM中央计算机或可能被转移到专用计算机的该网关允许在车辆的不同车载通信网络之间传递信息(信号或帧),这些通信网络可以具有不同的性质(例如:CAN/LIN)或不同的速度(例如125Kbit/s的CAN LSFT(CAN Low Speed Fault Tolerant(低速容错CAN))/500kbit/s的CAN HS(CAN High Speed(高速CAN))。例如,由位于CAN HS网络上的CMM(CalculateurMoteur Multifonctions(多功能发动机计算机))计算出的发动机转速可以与位于CANLSFT网络上的仪表板通信,以通过网关控制转速表。
网关还通过“诊断”CAN HS网络(CAN DIAG)和OBD(On Board Diagnosis(车载诊断))接口连接到下文中称为“DIAG”工具的外部工具,以确保:
-该网关的诊断、远程编码和下载(在工厂或售后处),
-通过使用网关功能,对位于车辆的(特别是驾驶室方面)车载网络上的某些计算机进行诊断、远程编码和下载(在工厂或售后处)。
然而,在工厂中,有必要在短时间内在车辆组装线上执行某些计算机的下载,这对应于该生产线的一个步骤,以免减慢车辆的生产流程。必须在生产线上下载的计算机特别是各自包括数兆字节数据的“大型”计算机的中央计算机(BCM)、CMM或自动变速箱(BVA),以及其他更“小型”的计算机。
为了优化下载持续时间,可以并行执行:
-中央计算机(BCM)以及“小型”驾驶室计算机的下载,以及
-CMM的下载。
为此,“DIAG”工具具有至少2个CAN HS硬件端口,从而允许并行执行以下的下载:
-通过经由OBD接口将中央计算机(BCM)连接至“DIAG”工具(点对点链接)的CANDIAG专用网络进行中央计算机(BCM)的下载,然后通过网关进行“小型”驾驶室计算机的下载,
-通过同样经由OBD接口直接连接至“DIAG”工具的第二端口的“动力总成和底盘”CAN HS车载网络(“发动机罩下”网络)进行CMM的下载。
在新车的开发和调试阶段,“动力总成和底盘”CAN HS在OBD接口上的直接连接、以及连接有车辆的车载通信网络中的大部分的一个(或多个)专用仪表连接器的添加还允许轻松连接仪表工具,以便监测在网络上流通的帧,并直接测量电信号(信号的振幅、采样点等)。
然而,如所实施的车辆车载网络在OBD接口和仪表连接器上的直接连接具有某些缺点:
-连接至OBD接口和仪表连接器的这些网络的分支构成“天线”,从电磁兼容性的角度来看,“天线”可能会损害这些网络的耐用性,
-在不提供保护的情况下,OBD接口和仪表连接器可能出现DES(静电放电)的风险,
-在导电异物进入插针之间的情况下,OBD接口和仪表连接器可能出现故障风险。
-在“DIAG”工具出现故障或使用不当的情况下,可以想象到,“DIAG”工具可能发射不需要的通信帧或信号,这可能导致一个或多个网络元件的损坏或运行不当。
发明内容
本发明旨在提供一种克服这些缺点的方法。
本发明尤其旨在提供一种系统,该系统在保留终端工厂中的计算机的下载期限的同时,通过尤其允许继续并行地执行通过CAN DIAG网络的中央计算机(BCM)的下载以及“动力总成和底盘”CAN HS网络(例如CMM,BVA)的计算机的下载,为陆地机动车辆的通信网络的某些部分提供更好的安全性,避免有可能被发送的不需要的通信帧或电信号。
为此目的,本发明涉及一种陆地机动车辆的通信网络段,其包括计算机,该计算机设置有:接口装置,通过允许通信帧和/或电信号在适于连接至至少一个数据总线的至少一个第一硬件端口与适于连接至至少一个数据总线的第二硬件端口之间传输,该接口装置承担网关的作用;计算装置,通过允许解释包含在由第一硬件端口接收到的认证请求中的至少一个数据以确定控制命令,该计算装置至少承担认证作用;过滤装置,适于阻止通过接口装置传输至少一个不相关的通信帧。该网络段还包括至少一个保护模块和至少一个开关模块,该至少一个保护模块适于阻止过电压在网络段的至少一个部分上传播,该开关模块连接至该保护模块,并且适于根据在通过有线链路连接至计算机的控制硬件端口上接收到的控制命令,处于允许通信帧在开关模块的输入和输出之间传输的传输位置。
根据变型,计算机和开关模块可以设置在同一壳体内。
根据另一变型,保护模块、计算机和开关模块可以设置在同一壳体内。
根据另一变型,开关模块和保护模块可以设置在同一壳体内。
根据另一变型,保护模块和计算机可以设置在第一壳体内,而开关模块可以设置在独立的第二壳体内。
根据另一变型,开关模块可以连接至计算机的适于连接到数据总线的第三硬件端口,并且保护模块可以连接至计算机的适于连接到数据总线的第四硬件端口。
根据另一变型,保护模块可以连接至计算机的适于连接到数据总线的第三硬件端口。
根据另一变型,开关模块可以包括由公共线圈控制的两个开关元件。
本发明还涉及一种包括如上所述的网络段的陆地机动车辆。
附图说明
通过审阅以下详细描述和附图,本发明的其他特征和优点将显现,在附图中:
-图1是现有技术中已知的陆地机动车辆的通信网络的框图,
-图2是根据本发明的第一实施例的包括网络段的陆地机动车辆的通信网络的框图,
-图3是根据本发明的第一实施例的包括网络段的陆地机动车辆的通信网络的框图,并且
-图4是根据本发明的第二实施例的包括网络段的陆地机动车辆的通信网络的框图。
具体实施方式
根据图2所示的本发明的第一实施例,陆地机动车辆的通信网络由多个不同类型的车载通信子网组成,这些子网通过包括中央计算机101的通信网络段100连接在一起。
计算机101设置在壳体内并且具有接口装置102,接口装置102通过特别允许通信帧和/或电信号在至少第一硬件端口103和第二硬件端口104之间传输来承担网关的作用。优选地,硬件端口103和104适于连接到数据总线,并且车载通信子网尤其可以是高速CAN、CAN FD、低速容错CAN、Flexray、LIN等类型。
确保网关功能的计算机101还连接至一个或多个子网,特别通过硬件端口103连接至一个或多个子网,该子网专用于与工具的接口,该工具允许:
-诊断、远程编码和下载计算机(在工厂或售后处),
-例如通过使用集成在启动中的网关功能,诊断、远程编码以及下载(在工厂或售后处)位于车辆的车载子网上的所有计算机,以便允许计算机在其自身下载的同时确保其他计算机的下载,
-车辆的合格性检查(技术检查、策略检查(
Figure BDA0002828482540000051
par la police),扫描工具等),
-例如在考虑到行驶距离和/或驾驶类型的保险合同(“pay as you drive(按里程付费)”)的范围下,将车辆与外设服务(通过GSM连接、或者通过蓝牙或WIFI连接至用户的智能手机的“软件狗(dongle)”进行“空中”对接,用户有时将该外设服务连接到OBD(On BoardDiagnosis(车载诊断))接口,
在本文的后续部分中,这些工具称为“DIAG”工具。专用于与这些“DIAG”工具对接的子网通常是高速CAN类型,并且开始向以太网络转变(对于新车辆,从2023年起是强制性的),这些网络连接到OBD(On Board Diagnosis(车载诊断))接口。在下文中,这些网络称为“CAN DIAG”。
此外,计算机101设置有计算装置105,计算装置105尤其包括微控制器和一个或多个软件元件。如将在下文中更详细地阐述的,通过特别允许基于包括在第一硬件端口103上所接收到的认证请求中的数据来确定控制命令,微控制器和软件元件一起承担认证作用。
计算机101还设置有过滤装置106,过滤装置106以与防火墙相同的方式起作用,以分析通信帧,并可选地防止通过网关传输可能在计算机的硬件端口中的一个处、尤其是第一硬件端口103处被接收的不需要的通信帧。例如,过滤装置106可以配置成禁止“软件狗”在车辆的车载子网中写入,或者将该写入限制在不会对车辆、其乘客和其他道路使用者造成潜在危险的授权帧(过滤装置106例如阻止了向车辆的车载子网发送加速、制动或激活转向的控制帧的可能性)。
根据第一实施例,网络段100还包括设置在计算机101的壳体内的保护模块107和开关模块108。
实际上,为了减少具有最大内存大小的计算机(例如CMM)在工厂的下载时间,并允许在开发或工业化阶段结束后对所有或部分车载通信子网进行检测,计算机101根据请求控制开关模块108暂时将以下网络转接到“DIAG”工具:
-车辆的主要车载通信网络,通常是“动力总成和底盘”CAN HS(CMM,ESP,BVA等位于其上),或
-可替代地,如上所述,多个车载通信子网(高速CAN、CAN FD、低速容错CAN、Flexray、LIN等类型),根据所使用的连接技术(仅OBD接口或仪表连接器)并根据工具上可用的通信端口的数量和类型,交替或同时地将该多个车载通信子网转接到“DIAG”工具。
此外,为了保护车载通信网络免受由操作人员在连接或断开工具时产生的静电放电,网络段100还包括保护模块107,保护模块107至少适于防止可能通过开关模块108传输的过电压的传播。为此目的,保护模块107通过有线链路直接连接至开关模块108。
优选地,开关模块108设置有诸如机电继电器或电子开关(MOS晶体管)的两个开关元件。在是机电继电器的情况下,可以考虑使用包括两个开关元件(断路器)的双继电器,两个开关元件各自确保一个线路(例如CAN高位和CAN低位)的开关,两个开关元件通过公共线圈控制。然而也可以考虑使用两个简单的继电器。
上述所有元件共同起作用以实施以下方法。
在标准使用模式下,开关模块108的开关元件是断开的。因此,避免了将车载通信子网连接到OBD接口或仪表连接器的以下固有风险:
-由于这些子网的连接至OBD接口和仪表连接器的分支构成“天线”而导致的增大的电磁兼容性风险,
-增大的静电放电风险,
-在导电异物进入插针之间的情况下的故障风险,
-传输不需要的通信帧的风险。
根据优选运行方法的第一步骤,“DIAG”工具通过CAN DIAG子网与计算装置105进行通信,并提交认证请求,该认证请求优选地涉及使用允许实现加密交换的通信安全功能。
根据第二步骤,在“DIAG”工具被认证为被授权访问车载通信子网的工具时,“DIAG”工具请求计算装置105访问(多个)车载通信子网。
为此,根据第三步骤,通过优选地使用计算装置105,计算机101控制开关模块108以将车载通信子网(“动力总成和底盘”CAN)连接到工具。
在开关模块108被激活时,也就是说当开关模块108在硬件控制端口上接收到使开关模块108处于传输位置、即允许通信帧在开关模块108的输入和输出之间传输的闭合位置的控制命令时,工具可以完全访问车载通信子网。
因此,在下载模式下,例如可以在不通过中央计算机的网关的情况下下载CMM。
在仪表模式下,该工具直接访问(多个)网络的物理信号以监测(信号振幅、采样点等)。
根据工具通过(多个)DIAG子网要求结束操作,或者在失去通过(多个)DIAG子网与工具的通信的情况下或在计时结束时,计算机101停用开关模块108,即将开关元件置于禁止通信帧传输的断开位置,并且计算机101返回到对应于标准使用模式的配置。
根据图3所示的替代方案,网络段100与上述网络段的不同之处在于,将多个保护模块107和多个开关模块108设置在计算机101的壳体内。
在这种情况下,计算机101配置成通过其计算装置105同时地、独立地和/或根据选择的顺序来控制每个开关模块108。
此外,根据所使用的连接技术(仅OBD接口或调适连接器)并且根据该工具上可用的硬件端口的数量和类型,多个车载通信子网(“ADAS”CAN、“动力总成和底盘”CAN)可以各自依次或同时连接至该工具。因此,所实施的方法与上述方法基本相同,不同之处在于,“DIAG”工具可以请求独立于其他子网地访问子网中的一个。
根据图4所示的本发明的第二实施例,网络段200包括设置在壳体内的计算机201,计算机201设置有与接口装置102类似的接口装置202,并且还通过特别允许通信帧和/或电信号至少在第一硬件端口203和第二硬件端口204之间传输而承担网关的作用。优选地,硬件端口203和204也适于连接到数据总线。确保网关功能的计算机201还连接至一个或多个子网,特别是通过硬件端口203连接至一个或多个子网。
如前所述,计算机201还设置有计算装置205,计算装置205尤其包括微控制器以及一个或多个软件元件。在此,通过特别允许基于包括在由第一硬件端口203接收到的认证请求中的数据来确定(多个)控制命令,微控制器和软件元件一起承担认证的作用。
如前所述,计算机201还设置有过滤装置206,过滤装置206以与防火墙相同的方式起作用,以分析通信帧,并可选地阻止通过网关传输在计算机的硬件端口中的一个、尤其是在第一硬件端口203处接收的不需要的通信帧。此处,过滤装置206也可以配置成禁止“加密狗”在车辆车载网络上的写入,或者将该写入限制在不会对车辆、其乘客和其他道路使用者构成潜在危险的授权帧(过滤装置206例如阻止了向车辆的车载网络发送加速、制动或激活转向的控制帧的可能性)。
根据第二实施例的网络段200的特征在于,开关模块208设置在独立的壳体中。在这种情况下,开关模块208在区别于第一硬件端口203和第二硬件端口204的第三硬件端口处连接至计算机201,优选地,保护模块207连接至该第三硬件端口,保护模块207设置在计算机201的壳体内,并且承担与如上所述的保护模块107相同的作用。在这种情况下,保护模块通过计算机201的第四硬件端口连接至通信子网。
如前所述,优选地,开关模块208设置有例如机电继电器或电子开关(MOS晶体管)的两个开关元件。在是机电继电器的情况下,可以考虑使用包括两个开关元件(断路器)的双继电器,两个开关元件各自确保一个线路(例如CAN高位和CAN低位)的开关,两个开关元件通过公共线圈控制。然而,也可以考虑使用两个简单的继电器。
根据第一替代实施例,保护模块207没有设置在与计算机相同的壳体中,而是设置在与开关模块208相同的壳体中。
根据第二替代实施例,网络段200包括设置在独立壳体内的多个开关模块207。作为选择,一个或多个保护模块207设置在计算机201的壳体或开关模块208的壳体中,以分别连接至开关模块208。在这种情况下,所有的开关模块208是相同的并具有上述特征。
如前所述,所有这些元件都有助于实施与参照本发明的第一实施例所述的方法基本相似的方法。因此,在执行认证步骤之后,根据(多个)控制硬件端口上接收到的(多个)控制命令,“DIAG”工具得以通过(多个)开关模块208来访问(多个)车载子网。
根据本发明的网络段100、200允许:
-通过允许继续并行执行以下操作而保留终端工厂中的计算机的下载持续时间:
o通过CAN DIAG网络下载中央计算机(BCM),
o在不通过网关的情况下,下载“动力总成和底盘”CAN HS网络的计算机(CMM,BVA……),
-在开发过程中或在工厂进行预系列化阶段中,通过将工具连接到OBD接口或专用连接器,保持轻松检测众多计算机(BCM、CMM、BVA、ESP、DAE(电动助力转向)等)所使用的“动力总成和底盘”CAN HS的可能性,
-通过仅允许经过认证的工具访问子网并且通过过滤通信帧以区分可能的不需要的通信帧,提高安全性,
-保持对网络的物理访问以进行检测(允许直接读取物理信号而不存在任何时间偏差),
-下载位于交换网络上(特别是“动力总成和底盘”CAN HS)的计算机,而无需任何转移时间,并且
-根据某些实施例,使对中央计算机(BCM)的微控制器的尺寸的影响最小化。
本发明不限于上述仅作为示例提出的实施例和替代实施例。实际上,与实施例中的一个相关联描述的某些特征可以与参照其他实施例描述的其他特征组合,以得出落入权利要求范围内的其他实施例。

Claims (10)

1.一种陆地机动车辆(100、200)的用于通信的网络段,其特征在于,包括计算机(100、201),所述计算机设置有接口装置(102、202)、计算装置(105、205)和过滤装置(106、206),所述接口装置通过允许通信帧和/或电信号在适于连接到至少一个数据总线的至少一个第一硬件端口(103、203)与适于连接到至少一个数据总线的第二硬件端口(104、204)之间传输而承担网关的作用,所述计算装置通过允许解释包含在由所述第一硬件端口接收到的认证请求中的至少一个数据以确定控制命令而至少承担认证的作用,所述过滤装置适于阻止通过所述接口装置传输至少一个不相关的通信帧,所述网络段还包括至少一个保护模块(107、207)和至少一个开关模块(108、208),所述保护模块适于阻止过电压在所述网络段的至少一个部分上传播,所述开关模块连接至所述保护模块,并且适于根据在通过有线链路连接至所述计算机的控制硬件端口上接收到的控制命令,处于允许通信帧在所述开关模块的输入和输出之间传输的传输位置。
2.根据权利要求1所述的网络段,其特征在于,所述计算机和所述开关模块设置在同一壳体内。
3.根据权利要求1所述的网络段,其特征在于,所述保护模块、所述计算机和所述开关模块设置在同一壳体内。
4.根据权利要求1所述的网络段,其特征在于,所述开关模块和所述保护模块设置在同一壳体内。
5.根据权利要求1所述的网络段,其特征在于,所述保护模块和所述计算机设置在第一壳体内,而所述开关模块设置在独立的第二壳体内。
6.根据权利要求3所述的网络段,其特征在于,所述开关模块连接至所述计算机的适于连接到数据总线的第三硬件端口,并且所述保护模块连接至所述计算机的适于连接到数据总线的第四硬件端口。
7.根据权利要求5所述的网络段,其特征在于,所述保护模块连接至所述计算机的适于连接到数据总线的第三硬件端口。
8.根据前述权利要求中任一项所述的网络段,其特征在于,所述接口装置连接至所述保护模块。
9.根据前述权利要求中任一项所述的网络段,其特征在于,所述开关模块可以包括由公共线圈控制的两个开关元件。
10.一种陆地机动车辆,其特征在于,包括根据前述权利要求中任一项所述的网络段。
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