CN115344031B - 一种汽车区架构系统和汽车 - Google Patents
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Abstract
一种汽车区架构系统和汽车，涉及车载领域。包括面向信号的架构单元和面向服务的架构单元；面向信号的架构单元包括总线网络和至少一个执行单元；面向服务的架构单元包括中央计算单元、四个区域控制器和以太网主干网；区域控制器通过总线网络与对应区域的执行单元通信连接；区域控制器通过以太网主干网与中央计算单元通信连接；执行单元收集传感器采集的信号以生成信号流；区域控制器通过总线网络获取对应执行单元的信号流，将信号流转换为初始服务信号流队列在队列传输时间内进行传输并生成服务信号流，服务信号流通过以太网主干网在调度周期内发送给中央计算单元；中央计算机单元对服务信号流进行处理，并将处理结果对应发送给各区域控制器。
Description
技术领域
本发明涉及车载领域，具体涉及一种汽车区架构系统和汽车。
背景技术
汽车区架构是目前汽车电子电器架构融合发展的研究热点，与域架构不同，区架构是将汽车功能按物理区域（前、后、左、右）进行划分，而不是按照逻辑区域（动力域、车身域等）进行划分，一般可将汽车分为左前区域、右前区域、后区域等多个区域，每个区域分别负责所属范围内的不同功能的实现。例如：左前区域和右前区域主要有人机交互、智能驾驶和智能座舱等新增功能，后区域可能会分布能力管理与分配、能量回收等功能。
区域划分与功能分配可能因主机厂商不同而有所差异，但有一个共性的问题：由于区域按空间分配，而空间所支配的功能不尽相同，因此在不同工况及驾驶的人的个性功能选择下，汽车所启动的功能不同，各区域的流量和负载率也就不同，会导致在某些场景及工况下（特别是功能启用与转换工况下），区域之间的流量负载差异悬殊，不利于车载网络管理的稳定性、信号传输的实时性及网络负载的均衡性。
由于面向信号的通讯架构存在的扩展性差、功能定义固化、更新迭代困难等缺陷逐渐显现，面向服务的通讯架构（Service Oriented Architecture，SOA）开发在汽车领域逐渐兴起。面向服务与面向信号的通讯在汽车架构中的融合既可以发挥两者的优势，又可以在汽车行业上下游中实现平稳高效过度，已是业内的热门研究方向，目前各主机厂及供应商正积极布局。由于SOA早在互联网技术领域应用多年，其基本思想已趋于成熟，但SOA与汽车的结合目前国内仍处于探索阶段。因此目前存在的技术问题是：面向服务的通讯架构与面向信号的通讯架构如何在具体汽车架构中实现结合与转换，以及服务与信号转换的存在位置与实现逻辑还有待商榷；在这种分层缓和架构及新兴技术影响下，控制器的设计逻辑有待明确。
发明内容
本发明为解决上述问题，本发明提供一种汽车区架构系统和汽车。
根据第一方面，一种实施例中提供一种汽车区架构系统，其特征在于，包括面向信号的架构单元和面向服务的架构单元；
所述面向信号的架构单元包括总线网络和至少一个执行单元；
所述面向服务的架构单元包括：中央计算单元、第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器、第四区域控制器和以太网主干网；
所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器通过总线网络与对应区域的执行单元通信连接；所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器通过以太网主干网与所述中央计算单元通信连接；
所述执行单元用于收集与所述执行单元连接的传感器采集的信号以生成信号流；第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器通过总线网络获取对应执行单元生成的信号流，并将所述信号流转换为初始服务信号流队列，控制所述初始服务信号流队列在队列传输时间内进行传输，并生成服务信号流，将所述服务信号流在调度周期内通过以太网主干网发送给所述中央计算单元；中央计算机单元对所述服务信号流进行处理，并将处理结果对应发送给第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器。
一种实施例中，所述中央计算单元包括：集成收发器、动态加权调度器、负载监控模块、权重分配模块、中央计算处理器；
所述集成收发器用于接收第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器发送的服务信号流；
所述负载监控模块根据所述服务信号流，与权重分配模块联合计算所述服务信号流对应的当前工况下第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器的调度周期权重值；
所述动态加权调度器获取所述调度周期权重值和中央计算处理器产生的同步信号，并根据所述调度周期权重值和同步信号确定所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期；所述动态加权调度器还获取所述服务信号流，将所述服务信号流发送给中央计算处理器；中央计算处理器对所述服务信号流进行处理，并将处理结果发送给所述动态加权调度器；所述动态加权调度器将所述处理结果和所述调度周期发送给所述集成收发器；所述集成收发器将第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器的服务信号流对应的处理结果，按照第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期，对应发送给第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器。
一种实施例中，所述负载监控模块根据所述服务信号流，与权重分配模块联合计算所述服务信号流对应的当前工况下第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期权重值，包括：
所述调度周期权重值满足如下约束条件，以防止各区域控制器宕机：
其中，γ为各区域控制器调度周期的下限容忍值；αi为第i个区域控制器的调度周期权重值；n为区域控制器的个数。
一种实施例中，所述动态加权调度器获取所述调度周期权重值和中央计算处理器产生的同步信号，并根据所述调度周期权重值和同步信号确定所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期，包括：
所述调度周期通过如下公式获得：
其中，Ti为第i个区域控制器的调度周期；αi为第i个区域控制器的调度周期权重值；Tsample为系统的采样周期；n为区域控制器的个数。
一种实施例中，所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器结构相同；
其中，所述第一区域控制器包括：信号流输入模块、服务-信号转换模块、服务流标识模块、服务流分类模块、服务中间件、协议转换模块、区域调度器和服务信号流输出端口；
所述信号流输入模块用于通过总线网络获取对应执行单元生成的信号流；
所述服务-信号转换模块用于将所述信号流转换为初始服务信号流；
所述服务流标识模块用于按照需求对所述初始服务信号流进行等级标识；
所述服务流分类模块用于根据所述等级标识对所述初始服务信号流进行分类，以生成多个初始服务信号流队列；
所述服务中间件用于对所述初始服务信号流队列进行打包；
所述协议转换模块用于将打包后的初始服务信号流的通信协议转换为所述以太网主干网的通信协议，以生成服务信号流；所述服务信号流通过所述区域调度器传输给服务信号流输出端口；所述服务信号流输出端口通过以太网主干网发送给中央计算单元。
一种实施例中，所述第一区域控制器还包括：权重映射模块；
所述权重映射模块接收所述动态加权调度器发送的调度周期权重值和调度周期，根据预设的权重映射策略和所述调度周期权重值，确定所述初始服务信号流队列的队列传输权重值，根据所述队列传输权重值确定所述初始服务信号队列的队列传输时间；
所述区域调度器在所述调度周期内将所述服务信号流传输给服务信号流输出端口；所述区域调度器控制所述初始服务信号流队列按照所述队列传输时间进行传输。
一种实施例中，所述区域调度器在所述调度周期内将所述服务信号流传输给服务信号流输出端口；所述区域调度器控制所述初始服务信号流队列按照所述队列传输时间进行传输，包括：
所述调度周期和所述队列传输时间满足如下约束条件：
Tsample_sync为调度周期中采样同步信号所占用的周期，所述采样同步信号通过动态加权调度器确定，以对所述调度周期进行协调；
为传输调度周期权重值的时间；αi为第i个区域控制器的调度周期权重值；
为所述初始服务信号队列的队列传输时间；βi，j为第i个区域控制器的第j个初始服务信号流队列；Ti为第i个区域控制器的调度周期；Tsample为系统的采样周期。
一种实施例中，所述总线网络包括CAN/CAN-FD总线。
一种实施例中，所述以太网主干网包括标准以太网的时间敏感网络。
根据第二方面，一种实施例中提供一种汽车，包括上述的汽车区架构系统。
根据上述实施例的汽车区架构系统和汽车，融合面向服务和面向信号的汽车区架构，通过总线网络接收信号流，在各区域控制器内将信号流转换为服务信号流，通过以太网主干网将服务信号流发送给中央计算单元，以实现面向服务的通讯架构与面向信号的通讯架构在具体汽车区架构中的结合与转换。
附图说明
图1为一种实施例中汽车区架构系统的逻辑架构图；
图2为一种实施例中汽车区架构系统的物理架构图；
图3为一种实施例中各区域控制器内部服务-信号转换逻辑图；
图4为一种实施例中动态加权分数型基本周期柔性时间调度示意图；
图5为一种实施例中动态加权分数型基本周期柔性时间调度方法流程图；
图6为一种以自动驾驶功能的协同式自适应巡航系统为场景的汽车区架构系统实施例示意图；
图7为一种实施例中动态加权分数型基本周期柔性时间调度时序图。
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）。
面向信号的通讯是传统汽车的主要设计方式，其技术也最为成熟，即信息发送者不关心谁接收，而只负责将信号发送出去，接收者也不关心是谁发送，只负责接收信号，这便导致了各功能软硬件之间是高度耦合的，使得硬件资源不能充分利用，同时也使得开发周期长，更新扩展困难，因为新增一个功能必然会设计信号的变化，从而会牵涉到多个ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）的软件变更，带来大量的开发与测试工作量。但面向信号的通讯也有其优势：如开发成本低，通讯实时性和稳定性强，在汽车行业上下游供应顺畅，兼容性强等。由于面向信号通讯的缺点和软件定义汽车的发展趋势，以及汽车电动化、智能化、网联化的发展需求，需要将SOA引入汽车架构设计中来。
面向服务的通讯架构（SOA）不是一种具体技术，而是一种E/E架构（Electronicand Electric Architecture，电子电器架构）策略层面的指导思想：将应用程序的不同功能进行拆分，将功能抽象为不同的服务、不同功能的实现，也可以通过服务之间的组合来实现，服务之间通过定义和访问标准化的服务接口进行访问、联系与扩展。SOA可以根据需求，通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用，其概念可以扩展到从传统电子控制单元到外部设备的端到端范围。SOA具有松耦合、可复用、可组合，代码灵活性强、可扩展性强、支持汽车自动驾驶大数据动态交互和功能再分配的优势，有利于汽车功能的扩展和系统的低成本更新升级，加快车辆与互联网的互联互通，缩短车辆开发时间。
目前，SOA应用于汽车架构设计已成为行业内的一种趋势和共识，但如何与架构融合，以及SOA引入给架构设计和开发带来的改变仍处在研究和探索阶段。本申请就结合SOA与面向信号的通讯在汽车区架构中的融合实现提出了一种架构方案，并结合所设计的动态加权调度方法，进行了架构中的各区域控制器、中央计算单元的控制逻辑设计。
汽车区域架构是汽车E/E架构发展的最新形态，其特点是将汽车功能根据物理空间分布进行划分，划分为若干区域，每个区域有区域控制器进行控制。目前只有少数汽车厂商将区域架构落地实现，而绝大多数车企的架构方案仍为传统分布式架构或者域架构形态。
由于区域架构是将功能按物理空间划分，因而在不同工况下，以及不同驾驶人的个性化操作情况下，汽车所启用的功能是不同的，这就导致了区域之间流量负载率的波动和不均衡性。通俗而言，就是有的区域传输顺畅，传输任务较轻松，而有的区域传输负担繁重、拥堵，造成整车区域之间负载率差异的悬殊和资源的浪费，不利于车载网络管理的稳定性、信号传输的实时性及网络负载的均衡性。
针对此问题，本申请基于负载监控进行动态加权调度，以充分利用系统采样和处理周期，将整车资源协同运用，实现各区域之间的负载率动态调整，提高传输的实时性和稳定性。
本申请提供的汽车区架构系统为面向服务和信号通讯的分层式汽车区架构系统，分层体现在面向信号的通讯架构与面向服务的通讯架构的分层。底层为区域子网，包含CAN/CAN-FD及所挂接的传感器的ECU节点，为面向信号的架构。上层包含区域控制器和中央计算处理器，包含各区域控制器、以太网主干网和中央计算处理器，为面向服务的架构，分层架构之间通过区域控制器中的服务-信号转换模块进行信号转换，在经过区域控制器内部逻辑进行信号流分类、协议转换与通信调度。
一些实施例中，中央计算单元采用分数型周期，所谓分数型基本周期，即在中央计算单元采样周期的基础上，将采样周期进一步细分为多个子周期，每个子周期对应一个区域，各区域控制器在所在的子周期内传输信息，如系统采样周期为T，设整车系统设有五个区域控制器，即取区域控制器个数n=5，则每个区域控制器所占用的周期为T/n，即所谓的分数型基本周期。在一个系统采样周期内，左前区域、右前区域、左后区域、右后区域、车云互联区域分别在基本周期中传输信息，这样在一个系统采样时间内，中央计算单元也能同时收到全部区域所传输的信息。
这样会存在一个问题：区架构中由于各区域按物理位置进行布局，不同区域控制器所承担的功能任务不同，这就导致在不同工况和应用场景下，存在个别区域负载率陡增的情况。此时按照简单的分数型基本周期进行通讯调度时，并不会对车辆工况和网络负载产生良性作用，因此本申请引入流量负载监控机制和权重系数，通过监控以太网主干网各区域控制器的流量负载，以分数型基本周期为基础，加入权重系数，对各区域的调度子周期进行动态调整，使得负载率较高的区域分配更高的权重系数，进而占有更多的通讯传输时间，从而缓解该区域高负载的拥堵状况，使整个架构的各支路实现负载的动态均衡调整。
请参考图1，本申请一实施例中提供一种汽车区架构系统，包括面向信号的架构单元和面向服务的架构单元。
面向信号的架构单元包括总线网络和至少一个执行单元，执行单元用于收集与执行单元连接的传感器采集的信号以生成信号流。
一实施例中，执行单元为执行器ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）与总线网络连接。
一实施例中，总线网络为CAN/CAN-FD总线，既可增强冗余容错性，又可以在负载率较高的时候与区域调度器配合，通过调用冗余通道实现快速的数据采用供给。
面向服务的架构单元包括：中央计算单元、第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器、第四区域控制器和以太网主干网。一实施例中，第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制分别对应图1中的左前区域控制器、右前区域控制器、左后区域控制器和右后区域控制器。
第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器通过总线网络与对应区域的执行单元通信连接。执行器ECU通过CAN/CAN-FD总线连接到各区域控制器。
第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器通过以太网主干网与中央计算单元通信连接。第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器通过总线网络获取对应执行单元生成的信号流，并将信号流转换为初始服务信号流队列，控制初始服务信号流队列在队列传输时间内进行传输，并生成服务信号流，将服务信号流在调度周期内通过以太网主干网发送给中央计算单元；中央计算机单元对服务信号流进行处理，并将处理结果对应发送给第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器。
一实施例中，以太网主干网为TSN（Time-Sensitive Network，时间敏感网络），采用TSN机制增强传输可靠性。TSN是基于标准以太网的时间敏感网络，因以太网具有高带宽、低时延的传输特性，特别适合应对车辆智能化所导致的大数据流传输的需求，目前汽车域架构及区架构中普遍采用以太网作为传输主干网络。TSN可以通过增强时间同步、确定性流掉度及高可靠冗余等机制实现高可靠和确定有界低时延的流传送服务。
中央计算单元包括：集成收发器、动态加权调度器、负载监控模块、权重分配模块、中央计算处理器。
集成收发器，用于接收第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器发送的服务信号流。集成收发器是一个数据传输的器件，利用集成收发器将各区域控制器的服务信号流发送给中央计算单元。
负载监控模块根据所述服务信号流，与权重分配模块联合计算服务信号流对应的当前工况下第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器的调度周期权重值。
动态加权调度器获取调度周期权重值和中央计算处理器产生的同步信号，并根据调度周期权重值和同步信号确定第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期。
动态加权调度器还获取服务信号流，将服务信号流发送给中央计算处理器。中央计算处理器对服务信号流进行处理，并将处理结果发送给动态加权调度器；动态加权调度器将处理结果和调度周期发送给集成收发器；集成收发器将第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器的服务信号流对应的处理结果，按照第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期，对应发送给第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器。动态加权调度器的上行通路负责将服务信号流传输给中央计算处理器，下行通路将处理结果按所分配的调度周期经集成收发器发送到以太网主干网，然后通过各区域控制器和总线网络，与所需的执行单元互联。
一些实施例中，请参考图2，集成收发器一方面将服务信号流经动态加权调度器传输到中央计算处理器，经服务接口进入SOA处理进程；另一方面将各区域控制器的服务信号流对应的流量数据传输给负载监控模块，负责监控模块与权重分配模块协同，根据当前工况下各区域控制器负载率的不同，对各区域控制器所需的调度周期进行动态权重分配，并将调度周期权重值传输给动态加权调度器，由动态加权调度器根据系统采样周期和各区域控制器的调度周期权重值，进行各区域调度周期的分配调度。并将调度结果通过数据流同步给区域调度器，使得对应区域的以太网主干网传输按照所分配的调度周期进行。
一些实施例中，中央计算处理器内部为SOA架构，并且分为智驾模块、中央计算模块和智能座舱三个子模块，服务信号在模块之间及模块内部通过SOA机制进行服务调用和任务处理，处理结果以服务信号流的形式再经服务接口输出到动态加权调度器和集成收发器，再由以太网主干网按照调度周期传送到各区域控制器，经过各区域控制器的内部逻辑转换，将面向服务的通信再转换为面向信号的通信，再经过区域CAN/CAN-FD子网传输给执行单元。
一些实施例中，调度周期权重值满足如下约束条件，以防止各区域控制器宕机：
其中，γ为各区域控制器调度周期的下限容忍值；αi为第i个区域控制器的调度周期权重值；n为区域控制器的个数。
一些实施例中，调度周期通过如下公式获得：
其中，T i 为第i个区域控制器的调度周期；αi为第i个区域控制器的调度周期权重值；T sample 为系统的采样周期；n为区域控制器的个数。
第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器结构相同。其中，请参考图3，第一区域控制器包括：信号流输入模块、服务-信号转换模块（StS）、服务流标识模块、服务流分类模块、服务中间件、协议转换模块、区域调度器和服务信号流输出端口。
信号流输入模块用于通过总线网络获取对应执行单元生成的信号流。服务-信号转换模块用于将信号流转换为初始服务信号流。服务流标识模块用于按照需求对初始服务信号流进行等级标识。服务流分类模块用于根据等级标识对初始服务信号流进行分类，以生成多个初始服务信号流队列，一些实施例中，服务流分类可分为与车辆传动、控制相关的强时性服务、与车辆信息娱乐相关的次时性服务和与诊断、OTA（空中下载技术）升级相关的弱时性服务。服务中间件用于对初始服务信号流队列进行打包。协议转换模块用于将打包后的初始服务信号流的通信协议转换为以太网主干网的通信协议，以生成服务信号流。服务信号流通过区域调度器传输给服务信号流输出端口，服务信号流输出端口通过以太网主干网发送给中央计算单元。
第一区域控制器还包括权重映射模块，权重映射模块接收动态加权调度器发送的调度周期权重值和调度周期，根据预设的权重映射策略和调度周期权重值，确定初始服务信号流队列的队列传输权重值，根据队列传输权重值确定初始服务信号队列的队列传输时间。区域调度器在调度周期内将服务信号流传输给服务信号流输出端口，区域调度器控制初始服务信号流队列按照队列传输时间进行传输。
不妨以第一区域控制器为例，第一区域控制器的区域子网上的传感器按照固定周期采集传感信号，通过CAN/CAN-FD传输给信号流输入模块，经过信号流输入模块输入到第一区域控制器，此段通信为面向信号的通信。信号流通过第一区域控制器中的服务-信号转换模块转换为面向服务的初始服务信号流。初始服务信号流经过服务流标识模块，对初始服务信号流进行实时性需求等级标识，经过服务流分类模块，根据标识对初始服务信号流进行分类，使其进入队栈中相应的传输队列，以生成多个初始服务信号流队列。多个初始服务信号流队列再经过服务中间件模块进行打包。经过协议转换模块根据所配置的通讯协议进行协议转换和打包，并通过以太网主干网按照动态加权调度器所分配的各区域控制器对应的调度周期传输给中央计算单元的集成收发器。
一些实施例中，请参考图4，权重映射模块接收动态加权调度器所分配的本区域控制器的调度周期权重系数α，通过内置的权重映射策略将区域调度周期权重系数α映射为当前区域控制器内的队栈中各初始服务信号流队列的队列传输权重值β，并将调度周期权重系数α和队列传输权重值β传输给区域调度器。区域调度器一方面按照动态加权调度器确定的各区域控制器的调度周期进行以太网主干网的通信传输，另一方面控制各区域控制器内的初始服务信号流队列按相应的队列传输权重值β所决定的队列传输时间进行传输，使实时性高的服务信号流多传输一些。既保证了上下游动态调度的一致性，又可在降低区域网络负载率的情况下增强服务信号流传输的实时性。
以5个区域控制器为例，将中央计算单元采样周期Tsample分为五个加权周期（具体个数可根据需求调整），每个周期包含采样同步信号、调度周期权重值和服务信号流。其中，采样同步信号由动态加权调度器根据从中央计算处理器获得的系统采样周期确定，作为各加权调度周期协调的同步信号；调度周期权重值为由权重分配模块和负载监控模块根据负载情况动态求得，该调度周期权重值决定了调度周期的长度；初始服务信号流队列为当前区域控制器在调度周期中所传输的初始服务信号流队列，每个初始服务信号流队列根据其所在队栈中所映射的队列传输权重值，确定占据区域调度周期中对应的队列传输时间。车辆启动时，各区域调度周期一致，为分数型基本周期，此时的调度周期权重值为出厂标定的均衡值，当负载大幅波动时，负载监控和动态调度启动，对调度周期权重值进行调整，进而动态调整区域调度周期。在该调度过程中，应满足如下约束条件：
负载动态均衡的约束条件：
其中，T i 为第i个区域控制器的调度周期；p i 为第i个区域的流量负载率。
区域调度周期长度约束条件：
其中，T sample 为系统的采样周期；T i 为第i个区域控制器的调度周期；αi为第i个区域控制器的调度周期权重值；T为各区域控制器的初始分数型基本周期；n为区域控制器的个数。
区域调度周期和队列传输时间的的约束条件：
其中，Tsample_sync为调度周期中采样同步信号所占用的周期，采样同步信号通过动态加权调度器确定，以对调度周期进行协调；
为传输调度周期权重值的时间；αi为第i个区域控制器的调度周期权重值；
为初始服务信号队列的队列传输时间；β i.j 为第i个区域控制器的第j个初始服务信号流队列；T i 为第i个区域控制器的调度周期；T sample 为系统的采样周期。
一些实施例中，在确定调度周期、调度周期权重值和队列传输时间后，通过如下过程进行调度。请参考图5，中央计算单元中的中央计算处理器将系统采样周期同步给动态加权调度器，动态加权调度器生成系统采样同步信号，作为周期采样的起点，每两个同步信号之间为一个系统采样周期。车辆启动时，以太网主干网各区域控制器负载为初始校准的均匀负载，负载监控模块通过监控集成收发器所获得的区域流量数据，对各区域控制器连接的以太网主干网的流量负载率进行监控，并与权重分配模块进行协调决策，对区域主干网的调度周期权重值进行分配，权重分配模块将各区域调度周期权重值反馈给动态加权调度器，在动态加权调度器中，计算决策出各区域所占用的调度周期，并通过数据流同步给区域调度器，区域调度器便按所分配的调度周期进行数据传输。
同时，调度周期和调度周期权重值的确定也会影响各区域控制器的传输，为避免“供不应求”的情况。调度周期权重值确定以后，动态加权调度器将该调度周期权重值同步到区域控制器中的权重映射模块，根据权重映射模块中预定义的权重映射表，映射出各初始服务信号流队列所对应的队列传输权重值，各队列依据队列传输权重值，决定占据区域调度周期中对应的队列传输时间，从而实现上层主干网到下层区域子网的协同调度。同时，区域调度器会根据分配的调度周期权重值和队列传输时间，对权重分配模块进行信息反馈，使权重分配模块决策稳定且有预测性。
请参考图6，以自动驾驶功能的协同式自适应巡航系统(Cooperative AdaptiveCruise Control，CACC)为场景，对本申请进行阐述。
协同式自适应巡航系统启动后，左前区域子网上的ECU唤醒工作，采集到的信号经过总线网络传输到左前区域控制器，在左前区域控制器内经过服务-信号转换模块转换为面向服务的信号，经过区域控制器内的转换逻辑进行打包、协议转换和调度，并按照动态权重调度器所分配的调度周期向中央计算单元进行传输，服务信号流经过中央计算单元的动态加权调度器，通过服务接口进入中央计算处理器，并在中央计算处理器中进行面向服务的信号通信、处理、运算。其中，中央计算处理器中内置的车云互联模块也以服务的形式接受云端V2V(Vehicle to Vehicle，车辆对车辆)数据，并与车内网络传输的服务信号进行同步运算与处理，最终得出当前状态下车辆的电机力矩和制动力矩的控制量，并以服务信号流的形式经服务接口传到主干网，在经过右后区域控制器的转换后，将服务信号流转为信号通信，经总线网络传递到执行单元，对电机力矩和制动力矩进行控制，实现所设计分层架构上的协同式自适应巡航功能。
此时，若驾驶员同时启动智能座舱功能（假设左前区域控制器控制），负载监控模块检测到左前区域控制器相较于其他区域控制器传输的数据量激增，动态加权调度策略启动，动态加权调度器给左前区域调度周期赋予较大的权值，左前区域控制器的数据在一次系统采样中获得了较长的调度周期分配。
请参考图7，可以发现，左前区域获得了更长的调度周期，而负载率较低的区域控制器通过动态调整，将闲置的传输时间赋予左前区域控制器，实现了调度周期资源利用的最大化，左前区域控制器单位时间内的传输的数据量降低，即通过动态调度实现了该区域控制器负载率的降低，和整车各区域控制器间负载的动态均衡。同时，通过区域控制器权重映射，队栈中实时性高的初始服务信号流队列在周期中占据较大的传输比重，在单位时间内的传输效率更高，在负载均衡的基础上也提高了传输的实时性。
本申请另一种实施例还提供一种车辆，该车辆采用上述一种实施例中的汽车区架构系统，由于汽车区架构系统在上述实施例中已阐述清楚，此处不再赘述。
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 (9)
1.一种汽车区架构系统, 其特征在于，包括面向信号的架构单元和面向服务的架构单元；
所述面向信号的架构单元包括总线网络和至少一个执行单元；
所述面向服务的架构单元包括：中央计算单元、第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器、第四区域控制器和以太网主干网；
所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器通过总线网络与对应区域的执行单元通信连接；所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器通过以太网主干网与所述中央计算单元通信连接；
所述执行单元用于收集与所述执行单元连接的传感器采集的信号以生成信号流；第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器通过总线网络获取对应执行单元生成的信号流，并将所述信号流转换为初始服务信号流队列，控制所述初始服务信号流队列在队列传输时间内进行传输，并生成服务信号流，将所述服务信号流在调度周期内通过以太网主干网发送给所述中央计算单元；中央计算机单元对所述服务信号流进行处理，并将处理结果对应发送给第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器；
所述中央计算单元包括：集成收发器、动态加权调度器、负载监控模块、权重分配模块和中央计算处理器；
所述集成收发器用于接收第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器发送的服务信号流；
所述负载监控模块根据所述服务信号流，与权重分配模块联合计算所述服务信号流对应的当前工况下第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器的调度周期权重值；
所述动态加权调度器获取所述调度周期权重值和中央计算处理器产生的同步信号，并根据所述调度周期权重值和同步信号确定所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期；所述动态加权调度器还获取所述服务信号流，将所述服务信号流发送给中央计算处理器；中央计算处理器对所述服务信号流进行处理，并将处理结果发送给所述动态加权调度器；所述动态加权调度器将所述处理结果和所述调度周期发送给所述集成收发器；所述集成收发器将第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器的服务信号流对应的处理结果，按照第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期，对应发送给第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器。
2.如权利要求1所述的汽车区架构系统，其特征在于，所述负载监控模块根据所述服务信号流，与权重分配模块联合计算所述服务信号流对应的当前工况下第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期权重值，包括：
所述调度周期权重值满足如下约束条件，以防止各区域控制器宕机：
其中，γ为各区域控制器调度周期的下限容忍值；α i 为第i个区域控制器的调度周期权重值；n为区域控制器的个数。
3.如权利要求2所述的汽车区架构系统，其特征在于，所述动态加权调度器获取所述调度周期权重值和中央计算处理器产生的同步信号，并根据所述调度周期权重值和同步信号确定所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器对应的调度周期，包括：
所述调度周期通过如下公式获得：
其中，T i 为第i个区域控制器的调度周期；α i 为第i个区域控制器的调度周期权重值；T sample 为系统的采样周期；n为区域控制器的个数。
4.如权利要求1所述的汽车区架构系统，其特征在于，所述第一区域控制器、第二区域控制器、第三区域控制器和第四区域控制器结构相同；
其中，所述第一区域控制器包括：信号流输入模块、服务-信号转换模块、服务流标识模块、服务流分类模块、服务中间件、协议转换模块、区域调度器和服务信号流输出端口；
所述信号流输入模块用于通过总线网络获取对应执行单元生成的信号流；
所述服务-信号转换模块用于将所述信号流转换为初始服务信号流；
所述服务流标识模块用于按照需求对所述初始服务信号流进行等级标识；
所述服务流分类模块用于根据所述等级标识对所述初始服务信号流进行分类，以生成多个初始服务信号流队列；
所述服务中间件用于对所述初始服务信号流队列进行打包；
所述协议转换模块用于将打包后的初始服务信号流的通信协议转换为所述以太网主干网的通信协议，以生成服务信号流；所述服务信号流通过所述区域调度器传输给服务信号流输出端口；所述服务信号流输出端口通过以太网主干网发送给中央计算单元。
5.如权利要求4所述的汽车区架构系统，其特征在于，所述第一区域控制器还包括：权重映射模块；
所述权重映射模块接收所述动态加权调度器发送的调度周期权重值和调度周期，根据预设的权重映射策略和所述调度周期权重值，确定所述初始服务信号流队列的队列传输权重值，根据所述队列传输权重值确定所述初始服务信号流 队列的队列传输时间；
所述区域调度器在所述调度周期内将所述服务信号流传输给服务信号流输出端口；所述区域调度器控制所述初始服务信号流队列按照所述队列传输时间进行传输。
6.如权利要求5所述的汽车区架构系统，其特征在于，所述区域调度器在所述调度周期内将所述服务信号流传输给服务信号流输出端口；所述区域调度器控制所述初始服务信号流队列按照所述队列传输时间进行传输，包括：
所述调度周期和所述队列传输时间满足如下约束条件：
T sample_sync 为调度周期中采样同步信号所占用的周期，所述采样同步信号通过动态加权调度器确定，以对所述调度周期进行协调；
为传输调度周期权重值的时间；α i 为第i个区域控制器的调度周期权重值；
为所述初始服务信号流 队列的队列传输时间；β i，j 为第i个区域控制器的第j个初始服务信号流队列；T i 为第i个区域控制器的调度周期；T sample 为系统的采样周期。
7.如权利要求1所述的汽车区架构系统，其特征在于，所述总线网络包括CAN/CAN-FD总线。
8.如权利要求1所述的汽车区架构系统，其特征在于，所述以太网主干网包括标准以太网的时间敏感网络。
9.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的汽车区架构系统。
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