CN112440908B - 网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种网络系统，包括：供电系统，具备第一电源系统及第二电源系统；上位装置，与所述第一电源系统的第一电源及所述第二电源系统的第二电源连接；第一中间装置，构成为与所述第一电源系统的所述第一电源连接，控制对第一下位装置的电力供给；以及第二中间装置，构成为与所述第二电源系统的所述第二电源连接，控制对作为所述第一下位装置的冗余构成的、第二下位装置的电力供给。

Description

网络系统
技术领域
本发明涉及搭载于车辆等的网络系统。
背景技术
车辆搭载有多个被称为ECU(Electronic Control Unit)的电子设备、电子部件等装置。这些装置分担并执行车辆的各种功能。
作为包括多个装置的网络系统，日本特开2015-067187公开了具有树型连接拓扑的网络系统。在该日本特开2015-067187记载的网络系统中，作为上位节点的多个中继ECU通过通信线彼此连接，各中继ECU分别与作为下位节点的多个下位装置连接。
在日本特开2015-067187那样的网络系统中，考虑了将上位节点设为将用于车辆控制的功能集成而得的高性能的装置，将多个下位节点设为被上位节点控制的、简易化的装置。此外，考虑了在上位节点与下位节点之间还设置具有网关功能的中位节点的构成。
近年来，基于向车辆导入故障操作(Fail Operation)的观点，在上述那样构成的网络系统中，需要电源的冗余化。针对这样的需求，此前为了实现故障操作而需要冗余化的下位装置的数量少，例如在将日本特开2015-067187所记载的网络系统冗余电源化的情况下，通过从冗余化的各电源线至需要冗余化的各下位装置利用单独的配线分别连接并供给电力，就已足够。
然而，在自动驾驶功能等的需要冗余化的下位装置进一步增加的情况下，如果与此前一样通过单独的配线从各电源线向各下位装置直接供给电力，则配线会复杂化。因此，存在探讨不变得复杂化而用于向各下位装置供给电力的冗余电源构成的余地。
发明内容
本发明提供一种即使在需要冗余化的装置增加的情况下，也能够不使构成复杂化而实现冗余电源构成的网络系统。
本发明的第一方式是网络系统。所述网络系统包括：供电系统，冗余地具备第一电源系统及第二电源系统；上位装置，与第一电源系统的第一电源及第二电源系统的第二电源连接；第一中间装置；以及第二中间装置。所述第一中间装置构成为，与上位装置以能够通信的方式连接，并与第一电源系统的第一电源连接，控制对第一下位装置的电力供给。所述第二中间装置构成为，与上位装置以能够通信的方式连接，并与第二电源系统的电源连接，控制对作为第一下位装置的冗余构成的第二下位装置的电力供给。
在所述第一方式中，所述第一中间装置也可以构成为，经由构成为进行断开控制的第一设备向包括所述第一下位装置的多个第三下位装置供给电力。所述第二中间装置也可以构成为，经由构成为进行断开控制的第二设备向包括所述第二下位装置的多个第四下位装置供给电力。在所述第一电源系统发生了故障的情况下，所述上位装置也可以控制所述第二设备，针对多个所述第四下位装置之中的无需工作的至少一个所述第四下位装置停止电力供给，在所述第二电源系统发生了故障的情况下，所述上位装置也可以控制所述第一设备，针对多个所述第三下位装置之中的无需工作的至少一个所述第三下位装置停止电力供给。
根据上述本发明的第一方式，即使在需要冗余化的装置增加的情况下，也能够不使构成复杂化而实现冗余电源构成。
附图说明
下面参照附图描述本发明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是本发明的一个实施方式所涉及的网络系统的概略图；
图2是示出在第一电源系统的电源发生了故障的情况下的网络系统的状态的图；
图3是本实施方式的变形例所涉及的网络系统的概略图；
图4是本实施方式的应用例所涉及的网络系统的概略图。
具体实施方式
在本发明的一个实施方式中，网络系统具备从不同的电源系统供给电力的2个通信系统。此外，网络系统具备具有同等功能的2个下位装置，这些下位装置通过不同的通信系统与上位装置通信。由此能够对网络系统适当地赋予冗余性，能够针对一方的电源系统的故障执行故障操作。
[实施方式]
以下，针对本发明的一个实施方式，参照附图详细地说明。
＜构成＞
图1示出了本实施方式所涉及的网络系统1的概略图。该网络系统1能够搭载于混合动力车辆(HV)、电动车辆(EV)等车辆。
本实施方式中的网络系统1具备供电系统50，该供电系统50冗余地具有以第一电池54为电源进行电力供给的第一电源系统51和以第二电池55为电源进行电力供给的第二电源系统52。第一电池54及第二电池55采用构成为能够充放电的锂离子电池等二次电池。第一电池54可以经由未图示的DCDC转换器与交流发电机(ALT)、其他电池连接。在第一电源系统51(第一电池54)与第二电源系统52(第二电池55)之间插入有继电器53(机械继电器、半导体继电器等)，该继电器53能够在各电源系统无异常的正常时导通，而在一方的电源系统发生了故障等异常时断开。
此外，实施方式中的网络系统1具备上位节点、中位节点及下位节点。作为一个例子，上位节点是集中执行用于各种车辆控制功能的运算的相对高性能的ECU。作为一个例子，下位节点是分别控制传感器、致动器或者这两者的、具有相对专用的功能的ECU。作为一个例子，中间节点是作为将上位节点与下位节点之间的通信进行中继的网关来发挥功能的ECU。
网络系统1设置上位装置10作为上位节点。此外，在上位装置10之下，1个以上的作为中位节点的中间装置通过例如树型的连接拓扑而连接。即，在图1所示的例子中，第一中间装置21及第二中间装置22分别与上位装置10连接。
上位装置10具有第一通信系统及第二通信系统的通信功能，并包括进行第一通信系统的通信的第一系统通信部11和进行第二通信系统的通信的第二系统通信部12。作为一个例子，该第一系统通信部11及第二系统通信部12分别构成为包括电源IC、微控制器单元(MCU)及以太网(注册商标)交换机(SW)等。
上位装置10通过电源线111与第一电源系统51连接，通过电源线121与第二电源系统52连接。上位装置10通过经由电源线111从第一电源系统51供给的电力使第一系统通信部11工作，执行预定的第一通信系统的处理并将其结果经由通信线211输出至第一中间装置21。此外，上位装置10通过经由电源线121从第二电源系统52供给的电力使第二系统通信部12工作，执行预定的第二通信系统的处理并将其结果经由通信线221输出至第二中间装置22。
在第一中间装置21及第二中间装置22之下，分别连接有1个以上的作为下位节点的下位装置。即，在图1示出的例子中，第一下位装置31、第三下位装置33及第五下位装置35与第一中间装置21连接，第二下位装置32、第四下位装置34及第五下位装置35各自与第二中间装置22连接。
第一中间装置21和第二中间装置22分别作为将在上位装置10与各下位装置之间的通信及电力供给进行中继的网关来发挥功能，作为一个例子，构成为包括电源IC、微控制器单元(MCU)、以太网交换机(SW)及控制器局域网收发器(CAN收发器)等。
第一中间装置21通过电源线112与第一电源系统51连接。第一中间装置21将经由电源线112从第一电源系统51供给的电力分别经由电源线113供给到第一下位装置31及第五下位装置35，经由电源线114供给到第三下位装置33。此外，第一中间装置21通过经由电源线112从第一电源系统51供给的电力执行预定的第一通信系统的处理，将其结果经由通信线212输出至第一下位装置31、第三下位装置33及第五下位装置35。
第二中间装置22通过电源线122与第二电源系统52连接。第二中间装置22将经由电源线122从第二电源系统52供给的电力分别经由电源线123供给到第二下位装置32及第五下位装置35，经由电源线124供给到第四下位装置34。此外，第二中间装置22通过经由电源线122从第二电源系统52供给的电力执行预定的第二通信系统的处理，将其结果经由通信线222输出至第二下位装置32、第四下位装置34及第五下位装置35。
各下位装置31～35例如是分别控制传感器、致动器或者这两者的、具有相对专用的功能的ECU。在本实施方式中，第一下位装置31和第二下位装置32是用于在异常时等实现要求故障操作功能的装置，彼此具有冗余性的关系。在此，具有冗余性的关系可以指在物理上将电动助力转向(EPS)、电动制动器(EBS)等具有完全相同的功能的构成设置2个的关系，也可以指如Radar(Radio detection and Ranging)方式的传感器和Lidar(Laser ImagingDetection and Ranging)方式的传感器那样，彼此能够代替对方的功能的关系。此外，第五下位装置35是以单一构成而具有冗余性的装置，构成为能够通过从第一电源系统51供给的电力来工作，也能够通过从第二电源系统52供给的电力来工作。
以上各装置典型地构成为处理器或微型计算机那样包括控制部及存储器，但是下位装置之中可以有包括传感器、致动器、但不包括控制部或存储器的装置。
另外，上位装置10与第一中间装置21可以在其间经由1个以上的其他中间装置而连接，该其他中间装置均采用由第一电源系统51供给电力的构成。此外，上位装置10与第二中间装置22可以在其间经由1个以上的其他中间装置而连接，该其他中间装置均采用由第二电源系统52供给电力的构成。
此外，第一下位装置31及第三下位装置33的电力也可以不由第一中间装置21供给，而是由第一电源系统51直接供给，第二下位装置32及第四下位装置34的电力也可以不由第二中间装置22供给，而是由第二电源系统52直接供给。此外，第五下位装置35的电力也可以并非分别由第一中间装置21和第二中间装置22供给，而是由第一电源系统51和第二电源系统52之中的一方或双方直接供给。
＜状态＞
接下来，说明在本实施方式所涉及的网络系统1中，一方的电源系统发生了故障时的状态。图2是示出在第一电源系统51发生了接地故障的情况下的网络系统1的状态的图。
像这样，在第一电源系统51发生了接地故障的情况下，不对上位装置10的第一系统通信部11、第一中间装置21、第一下位装置31、第三下位装置33及第五下位装置35的第一电源系统输入端进行电力供给，其结果是第一系统通信部11、第一中间装置21、第一下位装置31及第三下位装置33的工作(第一系统通信)停止(图2的浅色的细线部位)。另一方面，第二电源系统52不受接地故障的影响，因此对上位装置10的第二系统通信部12、第二中间装置22、第二下位装置32、第四下位装置34及第五下位装置35的第二电源系统输入端继续供给电力，维持它们的工作(第二系统通信)(图2的深色的实线部位)。
＜作用·效果＞
如以上那样，根据本发明的一个实施方式所涉及的网络系统1，构成为具备冗余地具有2个电源系统的供电系统，接受来自不同的电源系统的电力供给的2个中间装置之下分别设置有冗余化的2个下位装置，对各下位装置使用与其连接的中间装置相同的电源系统分别供给电力。
根据该构成，即使一方的电源系统发生了故障，也能通过另一方的电源系统的电力来维持冗余构成之中的任意装置的工作，能够发挥故障操作所要求的功能。
此外，通过采用将多个中间装置的电源系统分为2个的构成，即使在需要冗余化的下位装置增加的情况下，也能够不使构成复杂化而容易地实现冗余构成。此外，对于需要冗余化的单一构成的下位装置，只要采用分别从电源系统不同的中间装置接受电力供给的构成，则也能够发挥在电源系统故障等异常时的故障操作所要求的功能。
此外，采用并非从电源系统的干线直接进行对各下位装置的电力供给，而是从与该装置连接的中间装置进行对各下位装置的电力供给的构成，从而线束(W/H)的设计自由度变高，能够最优地设计成适于各台车辆的W/H。
此外，进行第一系统通信的上位装置、中间装置及下位装置均与一方的电源系统连接，进行第二系统通信的上位装置、中间装置及下位装置均与另一方的电源系统连接，因此即使由于一方的电源系统故障导致一方的系统通信中断，基于另一方的系统通信的、从上位装置经由中间装置中继而到下位装置的通信也不会中断。因此，作为电源系统故障的对策，不需要为了控制上位装置和下位装置而由专用通信线来连接，因此不需要针对每种车型单独设计上位装置。
[变形例]
图3示出了本实施方式的变形例所涉及的网络系统2的概略图。本变形例中的网络系统2具有分别以第一中间装置23及第二中间装置24代替上述本实施方式所涉及的网络系统1的第一中间装置21及第二中间装置22的构成。
第一中间装置23与第一中间装置21在以下方面不同：在与第一电源系统51连接的电源线112和与第一下位装置31及第五下位装置35连接的电源线113之间设置有设备T1，在与第一电源系统51连接的电源线112和与第三下位装置33连接的电源线114之间设置有设备T2。
第二中间装置24与第二中间装置22在以下方面不同：在与第二电源系统52连接的电源线122和与第二下位装置32及第五下位装置35连接的电源线123之间设置有设备T3，在与第二电源系统52连接的电源线122和与第四下位装置34连接的电源线124之间设置有设备T4。
各设备T1～T4是能够基于上位装置10或未图示的控制装置等的指示切换导通或断开的状态的开关设备。作为一个例子，该设备T1～T4可以采用场效应晶体管(MOSFET)等半导体元件。另外，在采用MOSFET的情况下，也可以使用将与在源极-漏极间形成的体二极管的整流方向反向串联连接的2个晶体管作为设备T1～T4。
设备T1～T4通常被控制为导通状态，从第一中间装置21向第一下位装置31、第三下位装置33及第五下位装置35供给第一电源系统51的电力，从第二中间装置22向第二下位装置32、第四下位装置34及第五下位装置35供给第二电源系统52的电力。并且，该设备T1～T4在预先确定的情况下被控制为断开状态。
例如，如果图2所示的第一电源系统51的电源发生了故障，则由第二下位装置32及第五下位装置35执行故障操作，在该故障操作期间也可能不需要第四下位装置34的处理。在该情况下，如果即使在故障操作期间仍执行第四下位装置34的处理，则第二电池55的电力被无谓地消耗。于是，在本变形例所涉及的网络系统2中，在这样的情况下，将设备T3控制为导通状态并将设备T4控制为断开状态。
像这样，根据本变形例所涉及的网络系统2，通过在中间装置中使用设备T1～T4，能够安全地执行故障操作，并能够削减功耗。由于能够削减功耗，因此可以期待能够避免用于增大电池容量的设计变更、成本上升。
另外，设备T1～T4还兼具保险丝的功能，因此能够省略内置于图3所示的第一中间装置21及第二中间装置22中的一部分或者全部保险丝。
[应用例]
说明将使用了变形例示出的设备T1～T4的构成应用于具备不具有冗余的电源系统的供电系统的网络系统的应用例。
图4示出了本应用例所涉及的网络系统3的概略图。本应用例中的网络系统3的供电系统50仅具有以第一电池54为电源进行电力供给的电源系统51。因此，上位装置、中间装置及下位装置均从电源系统51接受电力供给。
在该本应用例所涉及的网络系统3中，在电源系统51的电源发生了故障的情况下，虽然无法实现基于需要冗余性的下位装置的故障操作，但能够削减功耗。
例如在第一下位装置31和第二下位装置32是自动驾驶时所需的冗余构成的情况下，在通过驾驶员具有驾驶权限的手动驾驶进行车辆行驶的期间，将设备T3控制为断开状态来使第二下位装置32不工作。由此，在电源系统无异常的通常的手动行驶时，能够削减被第二下位装置32非必要地消耗的电力。
这样的网络系统3能够被表述为“一种网络系统，具备：上位装置；第一中间装置，与所述上位装置以能够通信的方式连接，经由能够断开控制的第一设备控制对第一下位装置的电力供给；以及第二中间装置，与所述上位装置以能够通信的方式连接，经由能够断开控制的第二设备控制对作为所述第一下位装置的冗余构成的、第二下位装置的电力供给”。
以上说明了本发明的一个实施方式，但本发明不限于网络系统，还可以是由如网络系统所包括的装置那样的车载装置、具备处理器和存储器的车载装置执行的控制方法、控制程序、存储有控制程序的计算机可读的非易失性存储介质、具备网络系统的车辆等。此外，本发明还可以应用于除搭载于车辆的网络系统以外的网络系统。
本发明在搭载于车辆等的网络系统中有用。

Claims (2)

1.一种网络系统，其特征在于，包括：
供电系统，冗余地具备第一电源系统及第二电源系统；
上位装置，与所述第一电源系统的第一电源及所述第二电源系统的第二电源连接；
第一中间装置，构成为与所述上位装置以能够通信的方式连接，并仅与所述第一电源系统的所述第一电源连接，控制对第一下位装置的电力供给；以及
第二中间装置，构成为与所述上位装置以能够通信的方式连接，并仅与所述第二电源系统的所述第二电源连接，控制对作为所述第一下位装置的冗余构成的、第二下位装置的电力供给，
在所述第一电源与所述第二电源之间，在一方的电源系统发生了异常时断开连接。
2.根据权利要求1所述的网络系统，其特征在于，
所述第一中间装置构成为，经由构成为进行断开控制的第一设备向包括所述第一下位装置的多个第三下位装置供给电力；
所述第二中间装置构成为，经由构成为进行断开控制的第二设备向包括所述第二下位装置的多个第四下位装置供给电力；并且
在所述第一电源系统发生了故障的情况下，所述上位装置控制所述第二设备，针对多个所述第四下位装置之中的无需工作的至少一个所述第四下位装置停止电力供给，
在所述第二电源系统发生了故障的情况下，所述上位装置控制所述第一设备，针对多个所述第三下位装置之中的无需工作的至少一个所述第三下位装置停止电力供给。
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