CN112373416B - 一种车身域控制器系统架构及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车身域控制器系统架构及车辆。所述车身域控制器系统架构包括硬件体系架构，该硬件体系架构包括若干个运算类硬件平台、若干个可扩展运算类硬件平台和若干个控制类硬件平台。运算类硬件平台上设置有运算单元、平台间通信单元和平台组合体间通信单元。可扩展运算类硬件平台上设置有运算单元预留位、平台间通信单元和平台组合体间通信单元。控制类硬件平台上设置有控制单元、平台间通信单元和平台组合体间通信单元。所述车辆包含有上述车身域控制器系统架构。根据本发明，能够解决现有基于CAN总线的车载分布式功能ECU架构可扩展性差和通用性差的问题。

Description

一种车身域控制器系统架构及车辆

技术领域

本发明属于汽车电子领域，更具体地，涉及一种车身域控制器系统架构及车辆。

背景技术

随着车辆的电子化程度逐渐提高，电子控制单元(ECU)占领了整个汽车，从防抱死制动系统、四轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统，逐渐延伸到了车身安全、网络、娱乐、传感控制系统等。就相关统计数据显示，各级别汽车ECU数量都在逐年递增，尽管目前的汽车平均约采用25个ECU，但一些高端车型却已突破百个。

现有车辆中的数量众多的ECU并非孤岛，它们之间通常由CAN总线相连，以实现信息的交换，并构成基于CAN总线的分布式功能ECU架构。这种基于CAN总线的分布式功能ECU架构存在通用性差、可扩展性差、系统冗余复杂、配套成本高和资源无法共享等诸多弊端，继续延用将无法适应未来汽车智能化和网联化发展的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有基于CAN总线的车载分布式功能ECU架构可扩展性差和通用性差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种车身域控制器系统架构及车辆。

根据本发明的第一方面，提供了一种车身域控制器系统架构，该车身域控制器系统架构包括硬件体系架构；

所述硬件体系架构包括若干个运算类硬件平台、若干个可扩展运算类硬件平台和若干个控制类硬件平台；

所述运算类硬件平台上设置有运算单元、平台间通信单元和平台组合体间通信单元；

所述可扩展运算类硬件平台上设置有运算单元预留位、平台间通信单元和平台组合体间通信单元；

所述控制类硬件平台上设置有控制单元、平台间通信单元和平台组合体间通信单元。

作为优选的是，任意一个运算类硬件平台构成第一类域控制器，以及任意两个以上运算类硬件平台互联为第一类域控制器；

任意个运算类硬件平台与任意个可扩展运算类硬件平台互联为第二类域控制器；

任意个运算类硬件平台与任意个控制类硬件平台互联为第三类域控制器；

任意个运算类硬件平台、任意个可扩展运算类硬件平台与任意个控制类硬件平台互联为第四类域控制器。

作为优选的是，同一域控制器内的两个硬件平台基于各自的平台间通信单元实现互联；

两个域控制器基于各自的预定的硬件平台的平台组合体间通信单元实现互联。

作为优选的是，所述平台间通信单元包括预定协议类型的通信接口和第一I/O接口，所述平台组合体间通信单元包括第二I/O接口。

作为优选的是，所述硬件体系架构还包括支撑框架和系统散热器；

所述若干个运算类硬件平台、所述若干个可扩展运算类硬件平台和所述若干个控制类硬件平台基于所述支撑框架构成叠层式结构；

所述系统散热器用于同时为所有硬件平台散热；

每个硬件平台均配置有平台散热器。

作为优选的是，所述运算单元包括运算芯片及其外围电路，所述控制单元包括控制芯片及其外围电路。

作为优选的是，所述车身域控制器系统架构还包括软件体系架构，所述软件体系架构包括应用于所述运算单元的第一软件体系架构；

所述第一软件体系架构基于预定的软件垂直解耦策略划分为相应的功能层；

每个功能层基于预定的软件水平解耦策略划分为相应的功能层分区，每个功能层分区内分布有相应的功能组件。

作为优选的是，所述软件垂直解耦策略为面向信号的软件解耦，所述软件水平解耦策略为面向服务的软件解耦。

作为优选的是，所述第一软件体系架构划分为基础层和服务层；

所述基础层划分为面向运算单元性能核的第一基础层分区和面向运算单元控制核的第二基础层分区；

所述第一基础层分区包括自下而上分布的虚拟机、可移植操作系统、安卓操作系统、自适应汽车开放式系统架构软件平台和面向服务的互操作层；

所述第二基础层分区包括自下而上分布的经典汽车开放式系统架构软件平台和实时环境层。

作为优选的是，所述服务层划分为面向运算单元性能核的第一服务层分区和面向运算单元控制核的第二服务层分区；

所述第一服务层分区包括自下而上分布的基础服务组件、扩展服务组件和应用服务APP；

所述第二服务层包括自下而上分布的基础功能服务组件、扩展功能服务组件和应用功能服务组件。

根据本发明的第二方面，提供了一种车辆，该车辆包含上述任一种车身域控制器系统架构。

本发明的有益效果在于：

本发明的车身域控制器系统架构，提供了一种新型的车身域控制器硬件体系架构。该硬件体系架构包含三种硬件平台，即运算类硬件平台、可扩展运算类硬件平台和控制类硬件平台。其中，控制类硬件平台作为车身域控制器的基础结构单元，在该基础机构单元的基础上，根据车辆实际应用软件需求，可基于平台间通信单元自由扩展运算类硬件平台和控制类硬件平台，以及基于平台组合体间通信单元自由扩展硬件平台组合体。当车辆实际应用软件需求发生改变时，可自由的扩展或裁减相应的硬件资源。由此可知，本发明的车身域控制器系统架构具有极佳的通用性和可扩展性。能够充分地满足未来汽车智能化和网联化发展的需求。

本发明的车辆包含上述车身域控制器系统架构，与上述车身域控制器系统架构属于一个总的发明构思，与上述车身域控制器系统架构具有相同的有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的实施例的车身域控制器的硬件体系架构图。

图2示出了根据本发明的实施例的基于车身域控制器的电子电气体系架构图。

图3示出了根据本发明的实施例的车身域控制器的第一软件体系架构图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例：图1示出了根据本发明的实施例的车身域控制器的硬件体系架构图。参照图1，本实施例的车身域控制器系统架构包括硬件体系架构；

硬件体系架构包括可扩展运算类硬件平台1、运算类硬件平台2和控制类硬件平台3；

在可扩展运算类硬件平台1上设置有运算单元预留位、平台间通信单元和平台组合体间通信单元；

在运算类硬件平台2上设置有运算单元、平台间通信单元和平台组合体间通信单元；

在控制类硬件平台3上设置有控制单元、平台间通信单元和平台组合体间通信单元。

可扩展运算类硬件平台1上的运算单元预留位用于安装扩展的运算单元。

运算单元包括决策运算类芯片4和作为决策运算类芯片4的外围电路的决策运算类集成电路5，决策运算类芯片4为高性能控制芯片。

控制单元包括基础控制类芯片6和作为基础控制类芯片6的外围电路的基础控制类集成电路7，基础控制类芯片6包括感知ECU、执行ECU和动力系统控制ECU。

本实施例中，平台间通信单元包括预定协议类型的通信接口8和第一I/O接口9，平台组合体间通信单元包括第二I/O接口10。其中，通信接口8支持CAN、LIN、FLexRay、Ethernet和PCI通信协议中的一种或多种，主要用于连接扩展的硬件平台；第一I/O接口9包括通用I/O接口和电源I/O接口，主要用于连接扩展的硬件平台。第二I/O接口10包括通用I/O接口和电源I/O接口，主要用于连接扩展的硬件平台组合体，即域控制器。

本实施例中，硬件体系架构还包括支撑框架和系统散热器；

可扩展运算类硬件平台1、运算类硬件平台2和控制类硬件平台3基于支撑框架构成叠层式结构；

系统散热器用于同时为可扩展运算类硬件平台1、运算类硬件平台2和控制类硬件平台3散热；

可扩展运算类硬件平台1、运算类硬件平台2和控制类硬件平台3均配置有平台散热器。

本实施例的支撑框架包括第一左叠层支架11、第一右叠层支架12、第二左叠层支架13和第二右叠层支架14，可扩展运算类硬件平台1与运算类硬件平台2基于第一左叠层支架11和第一右叠层支架12构成叠层式结构，运算类硬件平台2与控制类硬件平台3基于第二左叠层支架13和第二右叠层支架14构成叠层式结构。

本实施例的系统散热器包括左散热器15和右散热器(图1中未示出)，左散热器15设置在由可扩展运算类硬件平台1、运算类硬件平台2和控制类硬件平台3构成的叠层式结构的左侧，右散热器设置在该叠层式结构的右侧。

本实施例的平台散热器包括上散热器(图1中未示出)和下散热器16。上散热器设置在对应硬件平台的上侧，下散热器16设置在对应硬件平台的下侧。

本实际应用中，硬件体系架构包括多个可扩展运算类硬件平台1、多个运算类硬件平台2和多个控制类硬件平台3。

其中，任意一个运算类硬件平台2可以构成第一类域控制器，以及任意两个以上运算类硬件平台2可以互联为第一类域控制器。任意两个以上运算类硬件平台2互联的方式为：相应的通信接口8互连，相应的第一I/O接口9互连。左散热器15和右散热器以及相应的上散热器和下散热器16可为第一类域控制器提供全方位散热，散热方式可根据实际需要采用自然散热、风冷散热或水冷散热形式。

其中，任意个运算类硬件平台2与任意个可扩展运算类硬件平台1互联为第二类域控制器。例如：本实施例的运算类硬件平台2与可扩展运算类硬件平台1互联为第二类域控制器，具体地，运算类硬件平台2的通信接口8与可扩展运算类硬件平台1的通信接口8相连，运算类硬件平台2的第一I/O接口9与可扩展运算类硬件平台1的第一I/O接口9相连。左散热器15和右散热器以及相应的上散热器和下散热器16可为第二类域控制器提供全方位散热，散热方式可根据实际需要采用自然散热、风冷散热或水冷散热形式。

其中，任意个运算类硬件平台2与任意个控制类硬件平台3互联为第三类域控制器。例如：本实施例的运算类硬件平台2与控制类硬件平台3互联为第三类域控制器，具体地，运算类硬件平台2的通信接口8与控制类硬件平台3的通信接口8相连，运算类硬件平台2的第一I/O接口9与控制类硬件平台3的第一I/O接口9相连。左散热器15和右散热器以及相应的上散热器和下散热器16可为第三类域控制器提供全方位散热，散热方式可根据实际需要采用自然散热、风冷散热或水冷散热形式。

其中，任意个运算类硬件平台、任意个可扩展运算类硬件平台与任意个控制类硬件平台互联为第四类域控制器。例如：本实施例的运算类硬件平台2、可扩展运算类硬件平台1和控制类硬件平台3互联为第四类域控制器，具体地，可扩展运算类硬件平台1的通信接口8和控制类硬件平台3的通信接口8均与运算类硬件平台2的通信接口8相连，可扩展运算类硬件平台1的第一I/O接口9和控制类硬件平台3的第一I/O接口9均与运算类硬件平台2的第一I/O接口9相连。左散热器15和右散热器以及相应的上散热器和下散热器16可为第四类域控制器提供全方位散热，散热方式可根据实际需要采用自然散热、风冷散热或水冷散热形式。

图2示出了本实施例的基于车身域控制器的电子电气体系架构图。参照图2，第一类域控制器、第二类域控制器、第三类域控制器和第四类域控制器可以通过不同组合来满足以高速总线和域控制器为特征的新型电子电气架构的实现。

其中，第一类域控制器和第二类域控制器可组合使用并自由扩展，从成本角度考虑，可以单独对第一类域控制器进行自由扩展，以单独对第二类域控制器进行自由扩展，扩展个数没有限制，具体视整车功能和软件代码需求而定。连接方式通过相应的第二I/O接口10实现，具体连接方式视组合方式和形式而定。

其中，第三类域控制器和第四类域控制器可组合使用并自由扩展，从成本角度考虑，可以单独对第三类域控制器进行自由扩展，以单独对第四类域控制器进行自由扩展，扩展个数没有限制，具体视整车功能和软件代码需求而定。连接方式通过相应的第二I/O接口10实现，具体连接方式视组合方式和形式而定。

其中，第一类域控制器、第二类域控制器、第三类域控制器和第四类域控制器可组合使用自由扩展，从成本角度考虑，可对四类域控制器进行不同方式的组合和扩展(单独重复组合，两两组合，三三组合，或整体组合)，第一类域控制器、第二类域控制器、第三类域控制器和第四类域控制器的扩展个数没有限制，具体视整车功能和软件代码需求而定。连接方式通过相应的第二I/O接口10实现，具体连接方式视组合方式和形式而定。

本实施例的车身域控制器系统架构还包括软件体系架构，该软件体系架构包括应用于安装于可扩展运算类硬件平台1的运算单元和运算类硬件平台2的运算单元的第一软件体系架构；

第一软件体系架构基于预定的软件垂直解耦策略划分为相应的功能层；

每个功能层基于预定的软件水平解耦策略划分为相应的功能层分区，每个功能层分区内分布有相应的功能组件。

本实施例中，软件垂直解耦策略为面向信号的软件解耦，软件水平解耦策略为面向服务的软件解耦。

图3示出了本实施例的车身域控制器的第一软件体系架构图。参照图3，本实施例的第一软件体系架构划分为基础层和服务层，其中，基础层划分为面向运算单元性能核的第一基础层分区和面向运算单元控制核的第二基础层分区，服务层划分为面向运算单元性能核的第一服务层分区和面向运算单元控制核的第二服务层分区；

第一基础层分区包括自下而上分布的虚拟机、POSIX操作系统、Android操作系统、AdaptiveAUTOSAR软件平台和SOA互操作层。其中，POSIX操作系统和Android操作系统可以根据应用服务软件需求灵活裁定，SOA互操作层为中间件。

POSIX操作系统为可移植操作系统，具体可以采用黑莓的QXN操作系统、VxWorks操作系统或者定制Liuxs操作系统。

AUTOSAR，全称为Automotive Open System Architecture，即汽车开放系统架构。它是由全球各家汽车制造商、零部件供应商以及各种研究、服务机构共同参与的一种汽车电子系统的合作开发框架，并建立了一个开放的汽车控制器(ECU)标准软件架构。AUTOSAR包括ClassicAUTOSAR和AdaptiveAUTOSAR两种软件组件平台。

SOA，面向服务的架构，是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)进行拆分，并通过这些服务之间定义良好的接口和协议联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种各样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

第二基础层分区包括自下而上分布的ClassicAUTOSAR软件平台和RTE层。其中，RTE层为中间件，RTE全称Run-time environment，运行时环境，为APP层的运行提供环境，方便更好的做到软硬件分离，从而使APP能复用。

第一服务层分区包括自下而上分布的多个基础服务组件、多个扩展服务组件和多个应用服务APP。基础服务组件是应用服务软件中复用率较高的软件组件，最常用最底层的服务组件，如数据的生成、数据的处理等。扩展服务组件是具有一定功能特征的服务组件。应用服务APP是服务需求窗口，实现复杂功能和复杂过程的服务组件。

第二服务层包括自下而上分布的基础功能服务组件、扩展功能服务组件和应用功能服务组件。基础功能服务组件是应用服务软件中复用率较高的软件组件，最常用最底层的服务组件，如数据的生成、数据的处理等。扩展功能服务组件是具有一定功能特征的服务组件。应用功能服务组件是集成化功能模块，实现复杂功能和复杂过程的服务组件。

本实施例的第一软件体系架构为混合架构(基于信号的架构和面向服务架构-SOA的混合)，可以实现软件系统的水平和垂直方向解耦，最终使复杂的软件系统分解为独立软件模块。

本实施例中，硬件平台的性能核基于SOA互操作层搭载面向服务架构-SOA(借助AdaptiveAUTOSAR或Android操作系统)，硬件平台的控制核基于RTE层搭载面向信号的架构(借助ClassicAUTOSAR)。同时，硬件平台还搭载有板级安全启动模块，其具备硬件资源权限管理和身份认证等功能。本实施例的板级安全启动模块采用安全启动与授权操作系统实现，在实际应用中，板级安全启动模块可以不使用操作系统。

本实施例中，硬件平台上的基础层和服务层的所有服务软件组件需要遵循基于面向服务架构SOA的设计方法和Restful协议，进行服务组件解耦，使服务软件在水平方面解耦，实现服务软件组件标准化和零部件化。Restful协议是一种网络应用程序的设计风格和开发方式，一种服务互操作协议。

本实施例中，硬件平台性能核上的基础层内的ClassicAUTOSAR软件平台与服务层内的所有服务组件可以通过SOA互操作层进行服务互操作，以实现服务的自治理、自学习和自适用。

本实施例的控制类硬件平台3主要以控制内核实现为主，其软件体系架构与硬件平台控制核上的软件体系架构相似，但可以不用操作系统，如ClassicAUTOSAR。

相应地，本实施例还提出一种车辆。本实施例的车辆包含上述本实施例的车身域控制器系统架构。

当前汽车进入智能化和网联化时代，汽车电子系统向着高度集成化和复杂化(软件代码指数级增加)方向发展，这带来汽车控制技术开发门槛大幅提高，开发费用急剧增加。设计开发通用共性域控制器平台，有利于减少行业重复开发，减少行业资源浪费，节约平台开发费用，降低未来产品配套成本。同时，现有以CAN总线为特征的分布式功能ECU架构，无论其硬件架构和软件构架都无法满足车辆自身功能拓展的需求，也无法满足车辆联网后自外部网络平台的未知需求。为了解决以上问题，本实施例从系统架构的角度，基于软、硬件两个维度提出一种可灵活扩展的车载通用域控制器软、硬件体系架构，通过车辆域控制器软硬件架构定制设计，重点解决车辆域控制器平台的通用性和可扩展性等技术问题，以实现车辆电子电气架构的可扩展性、可资源共享性和服务互操作性，以实现域控制器平台的低成本开发。

本实施例提出的可灵活扩展的通用域控制器硬件体系架构，可以通过高速总线通道，根据车辆实际应用软件需求，通过扩展板卡或扩展板卡上的资源，自由拓展或裁减域控制器硬件系统资源，如增加控制类内核资源、运算类内核资源、存储资源、高速PCIe、网关加速器、Security安全模块、网络加速器、接口资源、感知处理电路和执行驱动电路等，从而打破现有以CAN总线为特征的分布式功能ECU硬件开发模式。

现有车辆控制系统的软件架构Autosarclassic和Autosaradaptative两个开放的汽车标准软件架构为基础，但Autosar规范仅实现垂直方向软、硬件体系架构解耦，在车辆智能网联时代因缺少互操作中间层，并没有使底层软件和应用层软件完全解耦，因底层平台(包括操作系统、通讯管理和基础软件等要素)的差异性，使得车载系统和车外系统无法实现技术服务的互操作性。同时，水平方向应用软件的解耦不标准和不系统，从而使得系统资源无法共享、软件架构不易扩展和软件平台兼容性差等问题，严重制约车辆控制技术的发展和应用。为了解决以上问题，本实施例提出一种可资源共享、可全面系统解耦、可灵活扩展、可服务互操作和可良好兼容的面向服务的软件分层架构,即车载SOA架构。

本实施例的车身域控制器系统架构的创新之处在于可灵活扩展的车载通用域控制器软、硬件基础架构，区别与一般域控制开发方式，本实施例的重点强调平台的良好通用性和良好可扩展性。该域控制方案可自由组合实现不同物理特征的电子电气架构，同时未来的软件功能可资源共享，自由扩展。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (13)

1.一种车身域控制器系统架构，其特征在于，包括硬件体系架构；

所述硬件体系架构包括若干个运算类硬件平台、若干个可扩展运算类硬件平台和若干个控制类硬件平台；

所述运算类硬件平台上设置有运算单元、平台间通信单元和平台组合体间通信单元；

所述可扩展运算类硬件平台上设置有运算单元预留位、平台间通信单元和平台组合体间通信单元；

所述控制类硬件平台上设置有控制单元、平台间通信单元和平台组合体间通信单元；

任意一个运算类硬件平台构成第一类域控制器，以及任意两个以上运算类硬件平台互联为第一类域控制器；

同一域控制器内的两个硬件平台基于各自的平台间通信单元实现互联；

两个域控制器基于各自的预定的硬件平台的平台组合体间通信单元实现互联。

2.根据权利要求1所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，任意个运算类硬件平台与任意个可扩展运算类硬件平台互联为第二类域控制器。

3.根据权利要求1所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，任意个运算类硬件平台与任意个控制类硬件平台互联为第三类域控制器。

4.根据权利要求1所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，任意个运算类硬件平台、任意个可扩展运算类硬件平台与任意个控制类硬件平台互联为第四类域控制器。

5.根据权利要求1所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，所述平台间通信单元包括预定协议类型的通信接口和第一I/O接口，所述平台组合体间通信单元包括第二I/O接口。

6.根据权利要求1所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，所述硬件体系架构还包括支撑框架；

所述若干个运算类硬件平台、所述若干个可扩展运算类硬件平台和所述若干个控制类硬件平台基于所述支撑框架构成叠层式结构。

7.根据权利要求1所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，所述硬件体系架构还包括系统散热器；

所述系统散热器用于为所有硬件平台散热；

所述硬件平台配置有平台散热器。

8.根据权利要求1所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，所述运算单元包括运算芯片及其外围电路，所述控制单元包括控制芯片及其外围电路。

9.根据权利要求1所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，还包括软件体系架构，所述软件体系架构包括应用于所述运算单元的第一软件体系架构；

所述第一软件体系架构基于预定的软件垂直解耦策略划分为相应的功能层；

每个功能层基于预定的软件水平解耦策略划分为相应的功能层分区，每个功能层分区内分布有相应的功能组件。

10.根据权利要求9所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，所述软件垂直解耦策略为面向信号的软件解耦，所述软件水平解耦策略为面向服务的软件解耦。

11.根据权利要求9所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，所述第一软件体系架构划分为基础层和服务层；

所述基础层划分为面向运算单元性能核的第一基础层分区和面向运算单元控制核的第二基础层分区；

所述第一基础层分区包括自下而上分布的虚拟机、可移植操作系统、安卓操作系统、自适应汽车开放式系统架构软件平台和面向服务的互操作层；

所述第二基础层分区包括自下而上分布的经典汽车开放式系统架构软件平台和实时环境层。

12.根据权利要求11所述的车身域控制器系统架构，其特征在于，所述服务层划分为面向运算单元性能核的第一服务层分区和面向运算单元控制核的第二服务层分区；

所述第一服务层分区包括自下而上分布的基础服务组件、扩展服务组件和应用服务APP；

所述第二服务层包括自下而上分布的基础功能服务组件、扩展功能服务组件和应用功能服务组件。

13.一种车辆，其特征在于，包含如权利要求1-12任一项所述的车身域控制器系统架构。

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