CN113401077A - 智能车辆动态可重构网络系统及网络调度方法 - Google Patents

Abstract

一种智能车辆动态可重构网络系统及网络调度方法，该系统包括中央计算单元、底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器，中央计算单元与底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器分别通过网络连接，底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器分别包括多个域内ECU并分别与多个域内ECU通过网络连接。通过动态激活或待机网络系统中的网络节点，实时改变车辆网络拓扑结构，从源头上避免无效信息传输对网络资源的浪费，从而提高了网络资源的利用率；动态变更可重构网络调度的基本周期、域控制器的采样周期和域内信息传输的波特率，进而实现智能车辆全工况下网络消息的实时性和网络带宽的高利用率。

Description

智能车辆动态可重构网络系统及网络调度方法

技术领域

本发明涉及智能汽车技术领域，具体涉及一种智能车辆动态可重构网络系统及网络调度方法。

背景技术

近年来，智能汽车已然成为学术界的研究热点和汽车产业增长的新动力，智能汽车集成了环境感知、规划决策、动力学控制和人机工程等多项高复杂度技术，也融合了操作系统、现代传感、人工智能和信息通信等多领域的前沿科技。智能汽车大幅度改善了驾驶的便利性，对提升道路交通安全与交通效率有着很大的促进作用。汽车智能化的快速发展进一步提高了车辆的电气化程度，越来越多的电子电气部件（如相机、雷达、控制器和车机等等）被集成到车辆的网络系统上以实现多样化的功能。然而，愈发增多的电子电气部件也使得网络信息量大幅度增加和网络信息传输路径进一步复杂，这对车辆网络系统的信息传输的实时性和稳定性带来了巨大挑战。

为解决上述问题，目前可以采用静态的网络调度方法，对所有的网络负载情景采用相同的控制参数。但是，通过该方法得到的车辆网络系统中仍然会存在一些无效电子电气部件占用网络资源，导致网络资源的利用率较低，并且该方法不能及时地适应网络负载的高低变化，难以同时兼顾高负载和低负载时的网络带宽的高利用率与网络信息的实时性。

发明内容

本发明实施例提供一种智能车辆动态可重构网络系统及网络调度方法，用以提高网络资源和网络带宽的利用率以及确保传输信息的实时性。

根据第一方面，一种实施例中提供一种智能车辆动态可重构网络系统，所述系统包括中央计算单元、底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器，所述中央计算单元与所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器分别通过网络连接，所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器分别包括多个域内电子控制单元ECU并且分别与多个所述域内ECU通过网络连接，所述底盘域控制器用于控制车辆的底盘系统，所述娱乐域控制器用于控制车辆的多媒体娱乐系统，所述智驾域控制器用于控制车辆的自动驾驶系统，所述车身域控制器用于控制车辆的车身电子系统；

所述中央计算单元，用于获取驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，根据所述驾驶员操作指令信息和所述车辆运行状态信息，确定中央调度指令信息，并将所述中央调度指令信息发送至所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器，其中，所述中央调度指令信息包括：域控制器触发信息、节点控制信息和域控制器周期信息，所述节点控制信息包括需要激活或待机的域控制器和/或需要激活或待机的ECU；

所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器，用于接收并解析所述中央调度指令信息，根据所述节点控制信息，更新自身域控制器的工作状态和连接的各所述域内ECU的工作状态，所述工作状态包括：激活状态和待机状态；处于激活状态的所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器或者所述车身域控制器根据所述域控制器周期信息、车辆运行状态信息和与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，确定域内综合控制指令信息，并将所述域内综合控制指令信息发送至连接的各所述域内ECU，其中，所述域内综合控制指令信息包括所述中央调度指令信息、向各所述域内ECU发送信息的波特率数值和对各所述域内ECU的控制指令；

处于激活状态的各所述域内ECU，用于接收所述域内综合控制指令信息，并根据所述域内综合控制指令信息，控制所连接的电子电气部件。

根据第二方面，一种实施例中提供一种网络调度方法，应用于第一方面提供的智能车辆动态可重构网络系统，所述方法包括：

中央计算单元获取驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，根据所述驾驶员操作指令信息和所述车辆运行状态信息，确定中央调度指令信息，并将所述中央调度指令信息发送至所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器，其中，所述中央调度指令信息包括：域控制器触发信息、节点控制信息和域控制器周期信息，所述节点控制信息包括需要激活或待机的域控制器和/或需要激活或待机的域内ECU；

所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器接收并解析所述中央调度指令信息，根据所述节点控制信息，更新自身域控制器的工作状态和连接的各所述域内ECU的工作状态，所述工作状态包括：激活状态和待机状态；处于激活状态的所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器或所述车身域控制器根据所述域控制器周期信息、车辆运行状态信息和与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，确定域内综合控制指令信息，并将所述域内综合控制指令信息发送至连接的各所述域内ECU，其中，所述域内综合控制指令信息包括所述中央调度指令信息、向各所述域内ECU发送信息的波特率数值和对各所述域内ECU的控制指令；

处于激活状态的各所述域内ECU接收所述域内综合控制指令信息，并根据所述域内综合控制指令信息，控制所连接的电子电气部件。

可选的，所述域控制器触发信息包括：规划智能汽车网络调度的基本周期，所述基本周期包括触发时间段、节点控制时间段、异步时间段、空闲时间段和同步时间段，所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器在触发时间段内读取各自对应的所述域控制器周期信息，在异步时间段内基于事件触发进行随机性通信，在空闲时间段内不进行通信，在同步时间段根据各自对应的所述域控制器周期信息与连接的各所述域内ECU进行周期性通信。

可选的，所述根据所述驾驶员操作指令信息和所述车辆运行状态信息，确定中央调度指令信息，包括：

根据所述车辆的速度、加速度和横摆角速度与在上一个所述基本周期从所述中央计算单元进出的网络流量和网络容量，确定所述域控制器触发信息；

根据所述驾驶员操作指令信息和预设节点控制规则，确定所述节点控制信息；

根据所述车辆的速度、加速度和横摆角速度、在上一个所述基本周期从所述中央计算单元进出的网络流量和网络容量与在上一个采样周期分别从所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器进出的事件触发信息和周期性信息的数量，确定所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器各自对应的域控制器周期信息；

将所述域控制器触发信息、所述节点控制信息和各所述域控制器的域控制器周期信息打包得到所述中央调度指令信息。

可选的，所述处于激活状态的所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器或所述车身域控制器根据所述域控制器周期信息、车辆运行状态信息和与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，确定域内综合控制指令信息，包括：

根据在上一个采样周期分别从所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器进出的事件触发信息和周期性信息的数量与所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器各自对应的域控制器周期信息，得到所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器向连接的各所述域内ECU发送信息的波特率数值；

处于激活状态的所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器或所述车身域控制器在各自对应的所述域控制器采样周期内，获取与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，并根据与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息和所述车辆运行状态信息，确定连接的各所述域内ECU的控制指令；

将所述中央调度指令信息、向连接的各所述域内ECU发送信息的波特率数值和对连接的各所述域内ECU的控制指令打包得到所述域内综合控制指令信息。

可选的，所述将所述中央调度指令信息发送至所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器，包括：

将所述中央调度指令信息广播至所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器。

可选的，所述将所述域内综合控制指令信息发送至连接的各所述域内ECU，包括：

将所述域内综合控制指令信息广播至连接的各所述域内ECU。

可选的，当所述节点控制信息包括需要待机的域控制器时，

所述根据所述节点控制信息，更新自身域控制器的工作状态和连接的各所述域内ECU的工作状态，包括：

将需要待机的域控制器和与所述需要待机的域控制器连接的各所述域内ECU的工作状态更新为待机状态。

根据第三方面，一种实施例中提供一种智能车辆，包括：第一方面所述的智能车辆动态可重构网络系统；存储器，用于存储程序；处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现上述第二方面中任一项所述的网络调度方法。

根据第四方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第二方面中任一项所述的网络调度方法。

本发明实施例提供一种智能车辆动态可重构网络系统及网络调度方法，该系统包括中央计算单元、底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器，中央计算单元与底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器分别通过网络连接，底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器分别包括多个域内电子控制单元ECU并且分别与多个域内ECU通过网络连接，底盘域控制器用于控制车辆的底盘系统，娱乐域控制器用于控制车辆的多媒体娱乐系统，智驾域控制器用于控制车辆的自动驾驶系统，车身域控制器用于控制车辆的车身电子系统；中央计算单元，用于获取驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，根据驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，确定中央调度指令信息，并将中央调度指令信息发送至底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器，其中，中央调度指令信息包括：域控制器触发信息、节点控制信息和域控制器周期信息，节点控制信息包括需要激活或待机的域控制器和/或需要激活或待机的ECU；底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器，用于接收并解析中央调度指令信息，根据节点控制信息，更新自身域控制器的工作状态和连接的各域内ECU的工作状态，工作状态包括：激活状态和待机状态；处于激活状态的底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器或者车身域控制器根据域控制器周期信息、车辆运行状态信息和与各域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，确定域内综合控制指令信息，并将域内综合控制指令信息发送至连接的各域内ECU，其中，域内综合控制指令信息包括中央调度指令信息、向各域内ECU发送信息的波特率数值和对各域内ECU的控制指令；处于激活状态的各域内ECU，用于接收域内综合控制指令信息，并根据域内综合控制指令信息，控制所连接的电子电气部件。通过根据驾驶员意愿及车辆运行行驶状态，动态地激活或者待机网络系统中的一些网络节点，实时改变车辆的网络拓扑结构，从源头上避免无效信息的传输对网络资源的浪费，从而提高了网络资源的利用率。此外，网络系统中处于激活状态的节点动态变化，使得网络系统中传输的数据量也动态变化，本发明提出的网络调度方法可以根据车辆运行状态和网络系统中网络信息的传输情况，动态地变更可重构网络调度的基本周期、域控制器的采样周期和域内信息传输的波特率，进而实现智能车辆全工况下网络消息的实时性和网络带宽的高利用率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的第一种智能车辆动态可重构网络系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种网络调度方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的第二种智能车辆动态可重构网络系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种中央调度命令的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种基本周期的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第三种智能车辆动态可重构网络系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种中央调度命令的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的第四种智能车辆动态可重构网络系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

为了提高网络资源和网络带宽的利用率以及确保传输信息的实时性，本发明实施例提供了一种智能车辆动态可重构网络系统及网络调度方法，以下分别进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种智能车辆动态可重构网络系统的结构示意图，如图1所示，该系统可以包括底盘域控制器10、智驾域控制器20、娱乐域控制器30、车身域控制器40和中央计算单元50。中央计算单元50与底盘域控制器10、智驾域控制器20、娱乐域控制器30和车身域控制器40分别通过网络连接，底盘域控制器10、智驾域控制器20、娱乐域控制器30、车身域控制器40和车身域控制器50分别包括多个域内电子控制单元（ElectronicControl Unit，ECU）并且分别与多个域内ECU通过网络连接。例如，在图1中，底盘域控制器10与域内ECU101、域内ECU102和域内ECU103通过网络连接；智驾域控制器20与域内ECU201、域内ECU202和域内ECU203通过网络连接；娱乐域控制器30与域内ECU301、域内ECU302和域内ECU303通过网络连接；车身域控制器40与域内ECU401、域内ECU402和域内ECU403通过网络连接。底盘域控制器10可以用于控制车辆的底盘系统，智驾域控制器20可以用于控制车辆的自动驾驶系统，娱乐域控制器30可以用于控制车辆的多媒体娱乐系统，车身域控制器40可以用于控制车辆的车身电子系统。

中央计算单元50，用于获取驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，根据驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，确定中央调度指令信息，并将中央调度指令信息发送至底盘域控制器10、娱乐域控制器30、智驾域控制器20和车身域控制器40，其中，中央调度指令信息包括：域控制器触发信息、节点控制信息和域控制器周期信息，节点控制信息包括需要激活或待机的域控制器和/或需要激活或待机的ECU。

底盘域控制器10、娱乐域控制器30、智驾域控制器20和车身域控制器40，用于接收并解析中央调度指令信息，根据节点控制信息，更新自身域控制器的工作状态和连接的各域内ECU的工作状态，工作状态包括：激活状态和待机状态；处于激活状态的底盘域控制器10、娱乐域控制器30、智驾域控制器20或者车身域控制器40根据域控制器周期信息、车辆运行状态信息和与各域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，确定域内综合控制指令信息，并将域内综合控制指令信息发送至连接的各域内ECU，其中，域内综合控制指令信息包括中央调度指令信息、向各域内ECU发送信息的波特率数值和对各域内ECU的控制指令。

处于激活状态的各域内ECU，用于接收域内综合控制指令信息，并根据域内综合控制指令信息，控制所连接的电子电气部件。

本发明实施例提供的智能车辆动态可重构网络系统，根据驾驶员意愿及车辆运行行驶状态，动态地激活或者待机网络系统中的一些网络节点，实时改变车辆的网络拓扑结构，从源头上避免无效信息的传输对网络资源的浪费，从而提高了网络资源的利用率。此外，网络系统中处于激活状态的节点动态变化，使得网络系统中传输的数据量也动态变化，本发明提出的网络调度方法可以根据车辆运行状态和网络系统中网络信息的传输情况，动态地变更可重构网络调度的基本周期、域控制器的采样周期和域内信息传输的波特率，进而实现智能车辆全工况下网络消息的实时性和网络带宽的高利用率。

图2为本发明实施例提供的一种网络调度方法的流程示意图，该方法应用于上述实施例提供的智能车辆动态可重构网络系统。如图2所示，本实施例提供的网络调度方法可以包括：

S201，中央计算单元获取驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，根据驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，确定中央调度指令信息。

中央计算单元可以实时接收各传感器收集的车辆运行状态信息和驾驶员发出的操作指令（如开启自动驾驶模式、关闭娱乐设备），并根据获取到的驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，计算出适合车辆当前运行状态和驾驶员意愿的中央调度指令信息。

其中，中央调度指令信息可以由域控制器触发信息、节点控制信息和域控制器周期信息组成。具体的，域控制器触发信息用于实现智能汽车可重构网络调度的基本周期T_Basic的动态规划，基本周期可以由中央计算单元发送两次相邻的触发信息的时间间隔构成，基本周期可以被依次划分为触发时间段T_Tri、节点控制时间段T_NT、异步时间段T_AT、空闲时间段T_FT和同步时间段T_ST。

具体的，基本周期T_Basic可以根据公式T_Basic=F(v,a,ω,f_c,c_c)计算得到。其中，v、a和ω分别为车辆的速度、加速度和横摆角速度，f_c和c_c为在上一个基本周期从中央计算单元进出的网络流量和网络容量。

域控制器周期信息用于实现各域控制器采样周期T_Sample的动态规划。具体的，编号为i的域控制器的采样周期可以根据公式T_Sample,i=G(v,a,ω,f_i,c_i,n_A,i,n_T,i)计算得到。其中，T_Sample,i为编号为i的域控制器的采样周期，v、a和ω分别为车辆的速度、加速度和横摆角速度，f_i和c_i分别为在上一个采样周期从编号为i的域控制器进出的网络流量和网络容量的大小，n_A,i和n_T,i分别为在上一个采样周期从编号为i的域控制器进出的事件触发信息和周期性信息的数量。例如，编号1可以为底盘域控制器，编号2可以为智驾域控制器，编号3可以为娱乐域控制器和编号4可以为车身域控制器。

节点控制信息用于实现网络系统拓扑的动态规划。具体的，可以根据驾驶员操作指令信息和预设节点控制规则，确定节点控制信息。其中，节点控制信息可以包括需要激活或待机的域控制器和/或需要激活或待机的域内ECU。

中央计算单元将上述计算得到的域控制器触发信息、节点控制信息和各域控制器的域控制器周期信息打包后，得到中央调度指令信息。

S202，中央计算单元将中央调度指令信息发送至底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器。

具体实现时，中央计算单元可以将中央调度指令信息广播至底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器。

S203，底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器接收并解析中央调度指令信息，根据节点控制信息，更新自身域控制器的工作状态和连接的各域内ECU的工作状态。

上述工作状态可以包括：激活状态和待机状态。这里的激活状态是指域控制器或域内ECU维持信息的发送和信息的计算；待机状态是指域控制器或域内ECU维持低功耗的待机模式，不再进行信息的发送和信息的计算。

底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器可以在触发时间段T_Tri内接收中央调度指令信息之后，并读取其中的触发信息。接着各个域控制器在节点控制时间段T_NT读取节点控制信息，例如节点控制信息可以包含需要激活的域控制器和域内ECU的编号N_S,j（j=0，1，2，3，4；101，102，103…，201，202，203…，301，302，303…，401，402，403…，其中，0表示此时没有需要激活的节点，除0之外的一位数字表示域控制器编号，三位数字表示各域内ECU编号）和需要待机的域控制器和域内ECU的编号N_A,k（k=0，1，2，3，4；101，102，103…；201，202，203…；301，302，303…；401，402，403…，其中，0表示此时没有需要待机的节点，除0之外的一位数字表示域控制器编号，三位数字表示各域内ECU编号），各个域控制器在节点控制时间段T_NT与编号进行比对，完成域控制器和域内ECU激活状态或者待机状态的转换，进而实现智能车辆网络系统拓扑的动态变化。各个域控制器还可以在异步时间段T_AT内基于事件触发进行随机性通信，在空闲时间段T_FT内不进行通信，并且在同步时间段T_ST内根据已读取的与自身匹配的域控制器周期信息进行以T_Sample为采样周期的周期性通信。

作为一种可以实施的方式，当节点控制信息包括需要待机的域控制器时，该域控制器收到该节点控制信息后，则向与该域控制器连接的各域内ECU发送待机指令，以使各域内ECU更新自身的工作状态为待机状态，并且该域控制器更新自身的工作状态为待机状态。

S204，处于激活状态的底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器或车身域控制器根据域控制器周期信息、车辆运行状态信息和与各域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，确定域内综合控制指令信息。

其中，域内综合控制指令信息可以由中央调度指令信息、向各域内ECU发送信息的波特率数值和对各域内ECU的控制指令组成。

具体的，编号为i的域控制器的波特率可以根据公式B_i=H(n_A,i,n_T,i,T_Sample,i)计算得到。其中，B_i为编号为i的域控制器的波特率，n_A,i和n_T,i分别为在上一个采样周期从编号为i的域控制器进出的事件触发信息和周期性信息的数量，T_Sample,i为编号为i的域控制器的采样周期。

具体的，处于激活状态的底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器或车身域控制器对各域内ECU的控制指令可以通过以下方式得到：处于激活状态的底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器或车身域控制器在各自对应的域控制器采样周期内，获取与各域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，并根据与各域内ECU连接的电子电气部件的状态信息和车辆运行状态信息，确定连接的各域内ECU的控制指令。

处于激活状态的底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器或车身域控制器分别将中央调度指令信息、向连接的各域内ECU发送信息的波特率数值和对连接的各域内ECU的控制指令打包后，得到各自的域内综合控制指令信息。

S205，处于激活状态的底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器或车身域控制器将域内综合控制指令信息发送至连接的各域内ECU。

具体实现时，处于激活状态的底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器或车身域控制器可以将域内综合控制指令信息广播至连接的各域内ECU。

S206，处于激活状态的各域内ECU接收域内综合控制指令信息，并根据域内综合控制指令信息，控制所连接的电子电气部件。

智能车辆在运行过程中，其网络系统中的各电子电气部件即网络节点并不需要全部一直处于工作状态，如智能汽车处于驾驶员驾驶状态时，不需要前置相机、激光雷达、侧边相机、倒车雷达和后置相机等部件提供功能。如果这些部件一直处于工作状态，不断地向网络系统中传输大量的数据，网络资源将被占用，进而影响其他网络信息的传输；车辆在行驶过程中，可能会反复开启和关闭娱乐媒体设备、空调和通风装置等，这些部件的采样信息和控制信息若一直占用网络，也会造成网络的拥堵；此外，当车辆的行车工况不同，其对控制系统的实时性要求是不同的，如加速超车、转向和换道等工况，控制系统的快速反应更能保证行车的安全性，而低速直行等工况对控制系统的实时性要求相对更低。而本发明实施例提供的网络调度方法，根据驾驶员意愿及车辆运行行驶状态，动态地激活或者待机网络系统中的一些网络节点，实时改变车辆的网络拓扑结构，从源头上避免无效信息的传输对网络资源的浪费，从而提高了网络资源的利用率。此外，网络系统中处于激活状态的节点动态变化，使得网络系统中传输的数据量也动态变化，本发明提出的网络调度方法可以根据车辆运行状态和网络系统中网络信息的传输情况，动态地变更可重构网络调度的基本周期、域控制器的采样周期和域内信息传输的波特率，进而实现智能车辆全工况下网络消息的实时性和网络带宽的高利用率。

下面以两个具体的实现方式为例对本发明实施例提供的根据行车工况的变化实时调整信息传输方式的网络调度方法进行说明，以满足各种工况下信息的实时性和网络带宽的高利用率。

第一个实现方式如下：

智能车辆在自动驾驶状态时，需要自行完成感知、决策与控制这一套复杂的流程，这需要智驾域、底盘域和车身域内的域控制器和分别与这些域控制器连接的大量域内ECU的实时参与，才能保证车辆自主运行时的安全。

在起始时刻，智能车辆以近似恒定的速度自主直行，所有域控制器和域内ECU均处于激活状态，此时的车辆网络拓扑结构如图3所示。在图3中，首先介绍中央计算单元，中央计算单元集成了驾驶员指令处理模块、信息预处理模块、动态周期计算模块、动态响应模块和动态可重构调度模块。其中，信息预处理模块与驾驶员指令处理模块、动态周期计算模块和动态响应模块相连，动态可重构调度模块与动态周期计算模块和动态响应模块相连。驾驶员指令处理模块用以直接接收来自驾驶员的一条或者多条操作指令（如开启自动驾驶模式、关闭娱乐设备），其将操作指令处理后发送至信息预处理模块。信息预处理模块可将来自驾驶员指令处理模块的信息和来自域控制器中信息融合模块的车辆状态信息，转换成同样的数据格式，然后发送至动态响应模块和动态周期计算模块。信息预处理模块也可将来自某一或某些域控制器的信息融合模块的信息，转换为相同的数据格式，然后发送至另一或另一些域控制器的信息融合模块，以实现跨域通信。动态响应模块用以接收来自信息预处理模块的信息，决策出节点控制信息，即需要激活或待机的域控制器的编号和需要激活或待机的域内ECU的编号，并将节点控制信息发送至动态可重构调度模块。动态周期计算模块用以接收来自信息预处理模块的信息，实时计算出可重构网络调度的基本周期T_Basic和各个域控制器的采样周期T_Sample,i的大小，并将上述周期信息发送至动态可重构调度模块。动态可重构模块用以将来自动态响应模块和动态周期计算模块的信息打包形成中央调度命令（即上文所述的中央调度指令信息），然后将该命令广播发送至各域控制器。

其次，介绍图3中的智能车辆动态可重构网络系统所包括的各域控制器。此时的智能车辆动态可重构网络系统包括底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器，每个域控制器中都集成了信息融合模块、动态波特率计算模块、决策控制计算模块、调度命令接收模块和动态可重构调度模块。其中，信息融合模块与动态波特率计算模块和决策控制计算模块相连，动态可重构调度模块与动态波特率计算模块、决策控制计算模块和调度命令接收模块相连。并且，底盘域控制器与ECU101、ECU102和ECU103通过网络连接；智驾域控制器与ECU201、ECU202和ECU203通过网络连接；娱乐域控制器与ECU301、ECU302和ECU303通过网络连接；车身域控制器与ECU401、ECU402和ECU403通过网络连接。

在各域控制器中，调度命令接收模块用以接收来自中央计算单元的中央调度命令，并将其转发至动态可重构调度模块；信息融合模块用以接收来自本域内各ECU的信息和来自中央计算单元中信息预处理模块的信息，并将上述信息进行整合和校准，然后发送至决策控制计算模块、动态波特率计算模块和中央计算单元的信息预处理模块；决策控制计算模块利用信息融合模块传来的信息，运算出针对域内各ECU的控制命令，然后将控制命令发送至动态可重构调度模块；动态波特率计算模块利用信息融合模块传来的信息，实时运算出域控制器向域内各ECU发送信息的波特率的大小；动态可重构调度模块用以接收和打包来自决策控制计算模块的控制命令、来自动态波特率计算模块的波特率数值和来自调度命令接收模块的中央调度命令，形成域内综合控制命令（即上文所述的域内综合控制指令信息），然后广播发送至域内各ECU，域内ECU根据域内综合控制命令做出响应。

经过一段时间后，驾驶员发出关闭娱乐系统的指令，中央计算单元的驾驶员指令处理模块对该指令进行分析，然后发送至信息预处理模块。信息预处理模块将来自驾驶员指令处理模块的信息和来自域控制器中信息融合模块的车辆运行状态信息（如纵向速度、纵向加速度、横向速度、横向加速度、方向盘转角等）转换为相同的数据格式，以便动态周期计算模块和动态响应模块的进一步处理。由于此时车辆近似匀速直线前行，车辆状态信息较为稳定，因此动态周期计算模块根据公式T_Basic=F(v,a,ω,f_c,c_c)和公式T_Sample,i=G(v,a,ω,f_i,c_i,n_A,i,n_T,i)实时计算出中央计算单元的基本周期T_Basic和各域控制器采样周期T_Sample,i(i=1，2，3，4)的大小基本维持不变，分别为60ms和20ms。动态响应模块解析信息预处理模块发来的驾驶员指令信息和车辆运行状态信息，决策出节点控制信息，即此时需要待机的节点为娱乐域控制器（编号为4）及该域下所有的域内ECU节点、需要激活的节点为空，然后将节点控制信息发送至可重构调度模块。

可重构调度模块把待机节点编号N_A,3、激活节点编号N_S,0和各域控制器采样周期T_Sample,1、T_Sample,2、T_Sample,3和T_Sample,4打包成信息帧，并把触发信息Tri作为帧头，最终形成中央调度命令如图4所示，然后将该形成的中央调度命令广播发送至智驾域控制器、底盘域控制器、娱乐域控制器和车身域控制器。

可重构网络调度的基本周期T_Basic等于相邻的两条包含触发信息的中央调度命令的发送时间间隔，而且基本周期T_Basic进一步地被划分为触发时间段T_Tri、节点控制时间段T_NT、异步时间段T_AT、空闲时间段T_FT和同步时间段T_ST，如图5所示。在触发时间段T_Tri内，各个域控制器中的调度命令接收模块接收中央调度命令并读取其中的触发信息，接着在节点控制时间段T_NT内读取节点控制信息即待机节点编号N_A,3和激活节点编号N_S,0，然后发送至动态可重构调度模块。其中，智驾域控制器、底盘域控制器和车身域控制器中的动态可重构调度模块对此节点控制信息不做出反应。而娱乐域控制器的动态可重构调度模块则向域内所有ECU节点广播待机命令以待机域内所有节点，接着娱乐域控制器自身也进入待机状态，自此整个娱乐域进入待机状态，此时的车辆网络拓扑如图6所示。

在异步时间段T_AT内，各域控制器基于事件触发进行随机性通信（如电池警告消息、前方碰撞提醒消息、加速或制动踏板位置消息、方向盘转角消息等）；在空闲时间段T_FT内不进行通信；在同步时间段T_ST内，各域控制器读取中央调度命令中的与其匹配的域控制器周期信息，并分别进行以T_Sample,1=20ms、T_Sample,2=20ms、T_Sample,3=20ms和T_Sample,4=20ms为采样周期的周期性通信（如速度信息、加速度信息、电池温度信息、电机控制命令等）。除了娱乐域控制器之外的其他域控制器在异步时间段T_AT和同步时间段T_ST内利用信息融合模块，接收来自各自域内ECU和中央计算单元中信息预处理模块的信息，并将上述信息进行整合和校准，然后发送至决策控制计算模块、动态波特率计算模块和中央计算单元的信息预处理模块。决策控制计算模块利用信息融合模块传来的信息，运算出针对域内各ECU的控制命令（如驱动电机力矩、转向电机力矩、制动压力、空调电机力矩、灯光电压等等），然后将控制命令发送至动态可重构调度模块。动态波特率计算模块利用信息融合模块传来的信息，实时运算出域控制器向域内各ECU发送信息的波特率的大小。车辆现阶段工况较为平稳，对各个执行器的响应速度要求不高，因而此时波特率维持在一般速率大小。动态可重构调度模块用以接收和打包来自决策控制计算模块的控制命令、来自动态波特率计算模块的波特率数值和来自调度命令接收模块的中央调度命令，形成域内综合控制命令，然后广播发送至域内各ECU，各域内ECU根据域内综合控制命令做出响应。

第二个实现方式如下：

当智能车辆自主超车经历加速和变道时，中央计算单元中的信息预处理模块接收并处理来自域控制器中信息融合模块的车辆运行状态信息，然后发送至动态响应模块和动态周期计算模块。由于此时车辆加速和换道行驶，车辆状态信息变化较快，因此，动态周期计算模块实时计算出的可重构网络调度的基本周期T_Basic和智驾域控制器采样周期T_Sample,2都相应地变小，比如T_Basic变为50ms，智驾域控制器采样周期T_Sample,2变为10ms，其他域控制器采样周期维持在20ms。并且动态响应模块解析信息预处理模块发来驾驶员开启车机的命令和车内气温的信息，决策出此时需要待机的节点为车身域中的空调ECU节点（例如N_A,403）、需要激活的节点为娱乐域中的车机ECU节点（例如N_S,301），然后将节点控制信息发送至可重构调度模块。

可重构调度模块把来自待机节点编号N_A,403、激活节点编号N_S,301和各域控制器采样周期T_Sample,1、T_Sample,2、T_Sample,3和T_Sample,4打包成信息帧，并把触发信息Tri作为帧头，最终形成中央调度命令，如图7所示。然后将该形成的中央调度命令广播发送至智驾域控制器、底盘域控制器、娱乐域控制器和车身域控制器。在节点控制时间段T_NT内，各域控制器的调度命令接收模块读取节点控制信息，即待机节点编号N_A,403和激活节点编号N_S,301，然后发送至动态可重构调度模块。其中智驾域控制器和底盘域控制器中的动态可重构调度模块对此节点控制信息不做出反应。娱乐域控制器的动态可重构调度模块则先将自身的工作状态转换为激活状态，然后向自身域内所有ECU节点广播激活命令，车机节点N_S,301接收到激活命令后将自身的工作状态转换为激活状态，域内其他节点仍维持待机状态。车身域控制器中的动态可重构调度模块向域内所有ECU节点广播待机命令，空调ECU节点N_A,403接收到待机命令后，将自身的工作状态由激活状态转换为待机状态，域内其他节点仍维持激活状态。此时的车辆网络拓扑如图8所示。

在异步时间段T_AT内，各个域控制器基于事件触发进行随机性通信；在空闲时间段T_FT内不进行通信；在同步时间段T_ST内，各个域控制器读取中央控制命令中的与其匹配的域控制器周期信息，并分别进行以T_Sample,1=10ms、T_Sample,2=20ms、T_Sample,3=20ms和T_Sample,4=20ms为采样周期的周期性通信。各个域控制器在异步时间段T_AT和同步时间段T_ST内利用信息融合模块，接收来自各自域内ECU和中央计算单元中信息预处理模块的信息，并将上述信息进行整合和校准，然后发送至决策控制计算模块、动态波特率计算模块和中央计算单元的信息预处理模块。决策控制计算模块利用信息融合模块传来的信息，运算出针对域内各ECU的控制命令，然后将控制命令发送至动态可重构调度模块。动态波特率计算模块利用信息融合模块传来的信息，实时运算出域控制器向域内各ECU发送信息的波特率的大小。

车辆在加速换道时工况复杂，对相机、雷达、驱动电机、转向电机等ECU的响应速度要求较高，因而此时智驾域和底盘域中的动态波特率计算模块实时计算出的波特率增大，以提升域内信息的实时性，娱乐域和车身域的波特率仍维持在一般速率大小。各个域控制器中的动态可重构调度模块接收和打包来自决策控制计算模块的控制命令、来自动态波特率计算模块的波特率数值和来自调度命令接收模块的中央调度命令，形成域内综合控制命令，然后广播发送至域内各ECU，各域内ECU根据域内综合控制命令做出响应，进而完成智能车辆的加速和换道过程。

本发明实施例提供的智能车辆动态可重构网络系统及网络调度方法，根据驾驶员意愿及车辆运行行驶状态，动态地激活或者待机网络系统中的一些网络节点，实时改变车辆的网络拓扑结构，从源头上避免无效信息的传输对网络资源的浪费，从而提高了网络资源的利用率。此外，网络系统中处于激活状态的节点动态变化，使得网络系统中传输的数据量也动态变化，本发明提出的网络调度方法可以根据车辆运行状态和网络系统中网络信息的传输情况，动态地变更可重构网络调度的基本周期、域控制器的采样周期和域内信息传输的波特率，进而实现智能车辆全工况下网络消息的实时性和网络带宽的高利用率。

另外，相应于上述实施例所提供的网络调度方法，本发明实施例还提供了一种智能车辆，该智能车辆可以包括：上述实施例所提供的智能车辆动态可重构网络系统；存储器，用于存储程序；处理器，用于通过执行存储器存储的程序以实现本发明实施例提供的网络调度方法的所有步骤。

另外，相应于上述实施例所提供的网络调度方法，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时实现本发明实施例的网络调度方法的所有步骤。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种智能车辆动态可重构网络系统，其特征在于，所述系统包括中央计算单元、底盘域控制器、娱乐域控制器、智驾域控制器和车身域控制器，所述中央计算单元与所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器分别通过网络连接，所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器分别包括多个域内电子控制单元ECU并且分别与多个所述域内ECU通过网络连接，所述底盘域控制器用于控制车辆的底盘系统，所述娱乐域控制器用于控制车辆的多媒体娱乐系统，所述智驾域控制器用于控制车辆的自动驾驶系统，所述车身域控制器用于控制车辆的车身电子系统；

所述中央计算单元，用于获取驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，根据所述驾驶员操作指令信息和所述车辆运行状态信息，确定中央调度指令信息，并将所述中央调度指令信息发送至所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器，其中，所述中央调度指令信息包括：域控制器触发信息、节点控制信息和域控制器周期信息，所述节点控制信息包括需要激活或待机的域控制器和/或需要激活或待机的ECU；

所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器，用于接收并解析所述中央调度指令信息，根据所述节点控制信息，更新自身域控制器的工作状态和连接的各所述域内ECU的工作状态，所述工作状态包括：激活状态和待机状态；处于激活状态的所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器或者所述车身域控制器根据所述域控制器周期信息、车辆运行状态信息和与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，确定域内综合控制指令信息，并将所述域内综合控制指令信息发送至连接的各所述域内ECU，其中，所述域内综合控制指令信息包括所述中央调度指令信息、向各所述域内ECU发送信息的波特率数值和对各所述域内ECU的控制指令；

处于激活状态的各所述域内ECU，用于接收所述域内综合控制指令信息，并根据所述域内综合控制指令信息，控制所连接的电子电气部件。

2.一种网络调度方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的智能车辆动态可重构网络系统，所述方法包括：

中央计算单元获取驾驶员操作指令信息和车辆运行状态信息，根据所述驾驶员操作指令信息和所述车辆运行状态信息，确定中央调度指令信息，并将所述中央调度指令信息发送至所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器，其中，所述中央调度指令信息包括：域控制器触发信息、节点控制信息和域控制器周期信息，所述节点控制信息包括需要激活或待机的域控制器和/或需要激活或待机的域内ECU；

所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器接收并解析所述中央调度指令信息，根据所述节点控制信息，更新自身域控制器的工作状态和连接的各所述域内ECU的工作状态，所述工作状态包括：激活状态和待机状态；处于激活状态的所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器或所述车身域控制器根据所述域控制器周期信息、车辆运行状态信息和与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，确定域内综合控制指令信息，并将所述域内综合控制指令信息发送至连接的各所述域内ECU，其中，所述域内综合控制指令信息包括所述中央调度指令信息、向各所述域内ECU发送信息的波特率数值和对各所述域内ECU的控制指令；

处于激活状态的各所述域内ECU接收所述域内综合控制指令信息，并根据所述域内综合控制指令信息，控制所连接的电子电气部件。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述域控制器触发信息包括：规划智能汽车网络调度的基本周期，所述基本周期包括触发时间段、节点控制时间段、异步时间段、空闲时间段和同步时间段，所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器在触发时间段内读取各自对应的所述域控制器周期信息，在异步时间段内基于事件触发进行随机性通信，在空闲时间段内不进行通信，在同步时间段根据各自对应的所述域控制器周期信息与连接的各所述域内ECU进行周期性通信。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述驾驶员操作指令信息和所述车辆运行状态信息，确定中央调度指令信息，包括：

根据所述车辆的速度、加速度和横摆角速度与在上一个所述基本周期从所述中央计算单元进出的网络流量和网络容量，确定所述域控制器触发信息；

根据所述驾驶员操作指令信息和预设节点控制规则，确定所述节点控制信息；

根据所述车辆的速度、加速度和横摆角速度、在上一个所述基本周期从所述中央计算单元进出的网络流量和网络容量与在上一个采样周期分别从所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器进出的事件触发信息和周期性信息的数量，确定所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器各自对应的域控制器周期信息；

将所述域控制器触发信息、所述节点控制信息和各所述域控制器的域控制器周期信息打包得到所述中央调度指令信息。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述处于激活状态的所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器或所述车身域控制器根据所述域控制器周期信息、车辆运行状态信息和与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，确定域内综合控制指令信息，包括：

根据在上一个采样周期分别从所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器进出的事件触发信息和周期性信息的数量与所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器各自对应的域控制器周期信息，得到所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器向连接的各所述域内ECU发送信息的波特率数值；

处于激活状态的所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器或所述车身域控制器在各自对应的所述域控制器采样周期内，获取与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息，并根据与各所述域内ECU连接的电子电气部件的状态信息和所述车辆运行状态信息，确定连接的各所述域内ECU的控制指令；

将所述中央调度指令信息、向连接的各所述域内ECU发送信息的波特率数值和对连接的各所述域内ECU的控制指令打包得到所述域内综合控制指令信息。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述中央调度指令信息发送至所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器，包括：

将所述中央调度指令信息广播至所述底盘域控制器、所述娱乐域控制器、所述智驾域控制器和所述车身域控制器。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述域内综合控制指令信息发送至连接的各所述域内ECU，包括：

将所述域内综合控制指令信息广播至连接的各所述域内ECU。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述节点控制信息包括需要待机的域控制器时，

所述根据所述节点控制信息，更新自身域控制器的工作状态和连接的各所述域内ECU的工作状态，包括：

将需要待机的域控制器和与所述需要待机的域控制器连接的各所述域内ECU的工作状态更新为待机状态。

9.一种智能车辆，其特征在于，包括：权利要求1所述的智能车辆动态可重构网络系统；存储器，用于存储程序；处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现如权利要求2-8所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求2-8中任一项所述的方法。

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