CN116653814A - 一种域控网络架构及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车通信领域，具体涉及一种域控网络架构及车辆，该架构中中央计算层包括中央计算中心；输入采集输出控制层包括多个输入输出控制单元，且多个输入输出控制单元设置于车辆中不同的位置；末端传感与执行层包括车辆中多个末端设备对应的输入执行模块；中央计算中心通信连接输入采集输出控制层中的各输入输出控制单元，以及设有与外部通信的接口；各输入输出控制单元分别连接对应的输入执行模块；中央计算中心用于与各输入输出控制单元交互信息，负责车辆域功能的逻辑处理及算法实现；各输入输出控制单元用于与其距离近的输入执行模块交互信息；由此，本发明解决了现有网络架构的计算能力分散、计算资源利用率低和线束较长的问题。
Description
技术领域
本发明属于汽车通信技术领域，具体涉及一种域控网络架构及车辆。
背景技术
当前商用车的网络架构以分布式架构方案为主，整车电子电气功能分配在不同的模块或控制单元中，各控制单元作为独立的功能承接设备，以网络节点的形式通过CAN、LIN等总线进行连接，整车系统功能新增时，常以新增ECU(电子控制单元)为主，因此整车电子电气计算资源算力分散，且利用率低。相对于域控网络架构，分布式架构适用于配置较低和功能需求简单的车型，在这类产品上，整车电子电气功能对计算资源要求较低，网络节点少，因此分布式架构较为适合该类车型。
由于分布式网络架构对输入和输出常接入总成或零部件，其无法实现就近输入采集、输出驱动和组网，因此整车线束较长，且随电子电气功能需求的增加，线束长度增加较多。
而现有技术中，域控架构的研究和开发方案大多运用于乘用车，而且通常是以域控制器+分布式控制器组成网络架构方案，但是，其对于商用车在功能需求的满足和物理布置位置的考虑方面，不适用于商用车，比如商用车和乘用车功能上存在差异；功能上乘用车大多考虑的对象是驾驶员及前、中排乘客，商用车考虑的重心除驾驶员外，对乘客及交通参与者(如准备乘坐公交的人)亦需要相关电器功能的支持；物理布置位置上乘用车大多考虑前舱和底盘等区域，而商用车则多位仪表台处、司机位上方、电器舱体和后舱体等。
总之，使用分布式网络架构的车辆，整车电子电气计算资源计算能力分散，且计算资源利用率低，整车线束较长，而现有域控架构的研究和开发方案又不能满足商用车的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种域控网络架构及车辆，用以解决现有技术中分布式网络架构的车辆计算资源计算能力分散、计算资源利用率低、和整车线束较长的问题。
为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
本发明的一种域控网络架构，该架构包括：中央计算层、输入采集输出控制层和末端传感与执行层；中央计算层包括中央计算中心；输入采集输出控制层包括n个输入输出控制单元，且n个输入输出控制单元设置于车辆中不同的位置，n＞1；末端传感与执行层包括车辆中多个末端设备对应的输入执行模块；
中央计算中心通信连接输入采集输出控制层中的各输入输出控制单元，以及设有与外部通信的接口；各输入输出控制单元分别连接对应的输入执行模块；
中央计算中心用于处理各输入输出控制单元采集的信息，负责车辆自身域功能的逻辑处理及算法实现，向各输入输出控制单元发送控制指令，以及用于与外部通讯；
各输入输出控制单元为域网关，用于获取与其距离近的末端设备对应的输入执行模块的信息，和/或发送控制信息到与其距离近的末端设备对应的输入执行模块；
各输入执行模块用于采集末端设备的输入数据、驱动末端设备动作、实现末端设备的供配电和实现末端设备组网中至少一项功能。
上述技术方案的有益效果为：本发明将主要计算能力集中到中央计算中心，算力集中且计算资源得到充分的利用，中央计算中心负责整车域功能的逻辑处理及算法实现，然后通过输入采集输出控制层中各输入输出控制单元就近采集末端设备对应的输入执行模块信息，或者就近控制末端设备对应的输入执行模块动作。又由于本发明输入输出控制单元分布在车辆不同位置，仅负责与其距离近的末端设备对应的输入执行模块，从而节省了线束长度。由此，本发明解决现有网络架构算力分散和资源利用率较低的问题，满足了智能网联汽车的快速迭代需求。
进一步地，为了与外部通信以让外部分担计算负担以及接收外部的监控，该架构还包括云控制层，云控制层与中央计算层通信连接。
进一步地，为了支持更多功能的车型，中央计算层还包括：与中央计算中心连接的智能交互计算中心和智能驾驶计算中心中至少一项计算中心；智能交互计算中心通信连接智能驾驶计算中心；智能交互计算中心为人机智能交互的计算中心，用于处理人机交互信息；智能驾驶计算中心为智能驾驶的计算中心，用于环境数据融合、路径规划和行为决策。
进一步地，为了增加网络架构的可靠性，中央计算中心与智能交互计算中心和智能驾驶计算中心之间均采用双路通信。
进一步地，所述双路通信的通信类型包括：Ethernet通信和CANFD通信中至少一种通信类型。
进一步地，为了增强网络架构的可靠性，中央计算中心与输入采集输出控制层中各输入输出控制单元之间均采用双路通信。
进一步地，中央计算中心还用于与域控设备、整车IO设备、基础信息交互设备、诊断设备、动力设备、高压设备和底盘设备中至少两项设备连接，以获取设备信息和/或控制设备。
进一步地，1＜n≤6。
进一步地，输入输出控制单元在车辆中设置的位置包括：车前舱/前围内、车顶部、车后舱和车底部中至少2个位置。
本发明提供的一种车辆，包括车辆本体，该车辆本体采用的网络架构为本发明的一种域控网络架构。
上述技术方案的有益效果为：本发明车辆将主要计算能力集中到中央计算中心，算力集中且计算资源得到充分的利用，中央计算中心负责整车域功能的逻辑处理及算法实现，然后通过输入采集输出控制层中各输入输出控制单元就近采集末端设备对应的输入执行模块信息，或者就近控制末端设备对应的输入执行模块动作。又由于本发明车辆中输入输出控制单元分布在车辆不同位置，仅负责与其距离近的末端设备对应的输入执行模块，从而节省了线束长度。由此，本发明解决现有车辆网络架构算力分散和资源利用率较低的问题，满足了智能网联汽车的快速迭代需求。
附图说明
图1是本发明的一种域控网络架构的网络层次示意图；
图2是本发明的一种域控网络架构的网络架构图。
具体实施方式
随着汽车电子电气的不断进步，智能化、网联化、数字化等均对传统的分布式架构提出来更高的要求，也逐步凸显了分布式架构在逻辑的集中计算方面的算力分散性和资源利用率较低等问题。由此，如图1所示，本发明基于分层式理念，设计了一种算力集中、IO分布采集/驱动、末端智能化的域控式网络架构，并适应不同车辆产品配置需求。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
域控网络架构实施例：
本发明的一种域控网络架构实施例，该分层式域控网络架构中包括4个层，云控制层、中央计算层、输入采集/输出控制层和末端传感与执行层。云控制层与中央计算层通过4G或者5G通信，云控制层主要作用含远程控制、OTA等业务，还可用于分担中央计算层的计算压力，以及远程监控中央计算层。
如图2所示，中央计算层包括中央计算中心(Central Computing Unit)、智能交互计算中心(intelligent Cockpit Domain Controller)和智能驾驶计算中心(AutopilotDomain Controller)。中央计算中心、智能交互计算中心和智能驾驶计算中心是域控制器，集中整车优势算力资源，分功能处理对应逻辑及算法。
输入采集/输出控制层(输入采集输出控制层)设置有输入输出单元IOU(又称输入输出控制单元)，输入输出单元IOU包括：前输入输出单元FIOU(Front Input and OutputUnit)、顶输入输出单元TIOU(Top Input and Output Unit)、后输入输出单元RIOU(RearInput and Output Unit)和底输入输出单元BIOU(Bottom Input and Output Unit)。
末端传感与执行层中包括各末端设备对应的输入执行模块。
需要解释的是图2中i开头的词，其中i为：intelligent，智能的(如雨刮等)；ESC：Electronic Stability Control，电子稳定程序。
下面逐层进行介绍该网络架构。
1.中央计算层。
中央计算中心是整车的控制中心，负责车身域(含灯光系统、门系统、锁系统、雨刮系统等)、动力域(如扭矩管理、定速巡航等)、底盘域(换挡管理、加减速控制等)及网关等功能的逻辑处理及算法的实现；中央计算中心硬件架构方案采用多核高频的MCU为核心芯片，具备8～12路CANFD作为实时通讯通道，在逻辑链路上分别连接：域控设备(DCANFD)、整车IO设备(V1CAN、V2CAN)、基础信息交互设备(ICAN)、诊断设备(DCAN)、动力设备(PCAN)、高压设备(HVCAN)、底盘设备(CCAN)；具备2～4路LIN低速通讯通道和2～6路Ethernet通道。中央计算中心软件架构方案采用CP Autosar，支持Autosar网关管理和UDS诊断，支持功能安全。集中处理输入输出单元IOU采集的传感信息(开关信号、数字及模拟传感器信号等)，基于计算结果向输入输出单元IOU下达驱动控制指令，并负责整车的能源管理及电源管理。
在网络通信方面，中央计算中心与输入输出单元IOU之间采用双通道CANFD通信通道(即V1CAN与V2CAN)，通过逻辑和物理线束走向，实现双环路冗余通信数据传输，以增强域控网络架构的可靠性。
具体地，中央计算中心通过Ethernet通道1(Eth1)与智能交互计算中心连接；另一环路中，中央计算中心通过域控设备DCANFD与智能交互计算中心连接。中央计算中心通过Ethernet通道2(Eth2)与智能驾驶计算中心连接；另一环路中，中央计算中心通过域控设备DCANFD与智能驾驶计算中心连接。
中央计算中心通过整车IO设备(V1CAN)与输入输出单元IOU连接；另一环路中，中央计算中心通过整车IO设备(V2CAN冗余通道)与输入输出单元IOU连接。
中央计算中心通过基础信息交互设备(ICAN)与多功能方向盘MfSW(Multi-function steering wheel)等基础交互部件连接，通过诊断设备(DCAN)与在线诊断接口OBD(On Board Diagnostic)等诊断与远程控制相关部件连接，通过动力设备(PCAN)与发动机电控单元ECU(Engine Control Unit)等传统动力部件连接，通过底盘设备(CCAN)与电子稳定程序ESC等底盘部件连接。
智能交互计算中心是人机智能交互的计算中心，用于处理各人机交互信息，硬件方面通常采用高性能SOC+MCU的硬件架构，软件方面采用QNX+Android等双系统软件架构。在通信通道方面，采用高速Ethernet+CANFD通道与中央计算中心及智能驾驶计算中心进行数据交互。具体地，智能交互计算中心通过整车IO设备(V1CAN)与输入输出单元IOU连接。
智能驾驶计算中心是智能驾驶的计算中心，负责进行环境数据(感知数据)融合，并进行路径规划和行为决策，其硬件上根据车辆智能化程度区分为L0～L2级驾驶辅助和L3～4级自动驾驶等多版本域控制器方案。在通信通道方面，智能驾驶计算中心采用高速Ethernet+CANFD通道与中央计算中心及智能交互中心进行数据交互。智能驾驶计算中心另外考虑到智能驾驶对动力和底盘的冗余控制，其通过RCAN分别与电子稳定程序ESC、发动机电控单元ECU连接。
2.输入采集/输出控制层。
输入输出单元IOU是按区域进行分布式布置的输入采集和输出驱动模块，用于就近采集对应的末端设备的数据，就近驱动对应的末端设备执行动作，就近实现末端设备的其他功能。比如，就近采集开关、传感器等输入数据，就近驱动执行器、继电器，就近实现末端设备的供配电，就近实现CAN和LIN组网，其中CAN为Controller Area Network，控制器区域网，LIN为Local Interconnect Network，本地链接网络。基于商用车特点，前输入输出单元FIOU适宜布置在前舱/前围内，同时可按IO接口数量需求情况，增加一个FIOU模块(即分左右两个FIOU)。FIOU负责满足车辆头部电子电气需求，如组合开关信号采集、雨刮控制、灯光驱动；顶输入输出单元TIOU适宜布置在车顶部(如司机头顶风道内)，负责满足车辆顶部电子电气需求，如天线数据采集、箱灯驱动、电子路牌等；后输入输出单元RIOU适宜布置在后舱体内，负责满足车辆尾部电子电气需求，如尾灯驱动、舱温传感器信号采集等；底输入输出单元BIOU适宜布置在车辆底部，负责满足底盘电子电气需求，如蓄电池传感器信号采集、行李舱灯驱动、乘客USB供电等。
前输入输出单元FIOU、顶输入输出单元TIOU、后输入输出单元RIOU和底输入输出单元BIOU根据电器部件分布情况布置在不同的域内，前输入输出单元FIOU作为前舱区域网关，其负责采集子网段为FIOU Local Interconnect Network(简称FLIN)上的末端设备对应的输入执行模块的信息；顶输入输出单元TIOU作为车顶区域网关，其负责采集子网段为TIOULocal Interconnect Network(简称TLIN)上的末端设备对应的输入执行模块的信息，；后输入输出单元RIOU作为后舱区域网关，其负责采集子网段为RIOU LocalInterconnect Network(简称RLIN)上的末端设备对应的输入执行模块的信息；底输入输出单元BIOU作为底盘区域网关，其负责采集子网段为BIOU Local Interconnect Network(简称BLIN)上的末端设备对应的输入执行模块的信息。各个IOU与末端设备对应的输入执行模块的具体连接如下：
前输入输出单元FIOU通过FLIN1连接组合开关与翘板iSwitch等LIN模块，通过FLIN2连接智能雨刮电机iMotor等LIN模块，通过FBCAN连接智能前组合灯iLamp。
顶输入输出单元TIOU通过TLIN1连接智能箱灯iLight等LIN模块，通过TLIN2连接智能天线iAntenna等LIN模块，通过高速网络Hi Spd连接智能电视iScreen等部件。
后输入输出单元RIOU通过高速网络Hi Spd连接广告屏iScreen等显示模块，通过RLIN1连接启动发电一体机ISG等LIN模块(Intelligent Starter and Generator)。
底输入输出单元BIOU通过BLIN1连接蓄电池传感器IBS等LIN模块(IntelligentBattery Sensor)，通过BLIN2连接制动器智能放水阀等iActuator智能执行器LIN模块，通过BLIN3连接轮速传感器等智能传感器iSensorLIN模块。
3.末端传感与执行层。
末端传感与执行层中服务的末端设备包括智能前组合灯iLamp(intelligentlamps)、智能灯光(如箱灯/顶灯/阅读灯/氛围灯等)iLight(intelligent lights)、智能天线iAntenna(intelligent antenna)、智能显示器(电视/车内屏/路牌等)iScreen(intelligent screen)、智能电机(如雨刮电机/洗涤器电机等)iMotor(intelligentmotor)、智能执行器(如智能放水阀、加热器等)iActuator(intelligent actuator)、智能传感器(如轮速、刹车蹄片磨损度采集等)iSensor(intelligent sensor)、启动发电一体机ISG(intelligent Starter and generator)、蓄电池传感器IBS(intelligent batterysensor)，末端设备通过对应的输入执行模块就近接入输入输出单元IOU。
末端传感与执行层包括车辆中多个末端设备对应的输入执行模块；输入执行模块包括输入模块、执行模块和驱动模块。输入模块用于输入数据，包括：iAntenna输入模块、iSensor输入模块、启动发电一体机ISG输入模块、蓄电池传感器IBS输入模块和iSwitch输入模块。执行模块用于依据输入采集输出控制层发送的控制信息执行对应的动作，包括：智能前组合灯执行模块iLamp(intelligent lamps)、和iLight执行模块。驱动模块用于依据输入采集输出控制层发送的控制信息驱动末端设备执行对应的动作，包括：iScreen驱动模块、iMotor驱动模块和iActuator驱动模块。
中央计算中心可视为“1”，其可满足整车标准基础配置需求，是整车必备设备。智能交互计算中心可视为“2”，是智能化的人机交互中心，是升级版的人机交互系统，可作为选配设备。智能驾驶计算中心可视为“3”，是智能化驾驶辅助或自动驾驶，感知融合、路径规划及行为决策计算中心，随智能驾驶等级区分不同硬件设备，亦可作为选配设备。上述“1”、“2”、“3”可进行如下组合，实现变形成不同配置车型的网络架构，即：方案“1”；方案“1+2”；方案“1+3”；方案“1+2+3”。
对于输入输出单元IOU，随电子电气配置情况，可选用输入输出单元IOU中的2～6个IOU模块，其中，前输入输出单元FIOU、顶输入输出单元TIOU、后输入输出单元RIOU和底输入输出单元BIOU均成为IOU模块。比如：2个IOU模块：FIOU+RIOU；3个IOU模块：FIOU+TIOU+RIOU；4个IOU模块：FIOU+TIOU+RIOU+MIOU；5个IOU模块：2个FIOU+TIOU+RIOU+MIOU；6个IOU模块：2个FIOU+2个TIOU+RIOU+MIOU。具体实施过程中可通过中央计算层和IO层(输入采集/输出控制层)的不同配置组合实现车型的开发和应用。
最后，对于整个架构的网络连接关系补充说明的是：
xCAN是基于CAN2.0协议的通信通道；xCANFD是基于CANFD协议的通信通道；Eth是基于100/1000BaseT1的以太网通信通道；xLIN是基于LIN(如LIN2.1等)的通信通道；HihSpd是高速通信通道，如常见的HDMI\USB等。
关于“中央计算层”与“输入采集/输出控制层”间采用双CAN通道，通过一主(V1CAN)一辅(V2CAN)进行冗余通信，根据链路需求必要性，可增加Ethernet等高速通信通道。
关于“中央计算层”各计算单元间采用多模网络通信(即CANFD(或可用Flexray替代)+Ethernet)，其中CANFD通道以传输实时控制指令为主，Ethenet通道以传输状态数据、诊断数据、刷写数据等为主。
本实施例中，中央计算层设置了中央计算中心、智能交互计算中心和智能驾驶计算中心，在其他可行的实施例中，也可以采用以下优化方案：
优化方案1：将中央计算中心与智能驾驶计算中心集成在一起，优化中央计算层资源；
优化方案2：将智能驾驶计算中心与智能驾驶计算中心集成在一起，优化中央计算层资源；
优化方案3：将中央计算中心、智能驾驶计算中心与智能驾驶计算中心集成在一起，优化中央计算层资源；
优化方案4：将中央计算中心与某IOU模块集成在一起，实现中央计算层+IO层的融合应用。
本发明将主要计算能力集中到中央计算中心，算力集中且计算资源得到充分的利用，中央计算中心负责整车域功能的逻辑处理及算法实现，然后通过输入采集输出控制层中各输入输出控制单元就近采集末端设备对应的输入执行模块信息，或者就近控制末端设备对应的输入执行模块动作。又由于本发明输入输出控制单元分布在车辆不同位置，仅负责与其距离近的末端设备对应的输入执行模块，从而节省了线束长度。由此，本发明解决现有网络架构算力分散和资源利用率较低的问题，满足了智能网联汽车的快速迭代需求。
车辆实施例：
本发明的一种车辆实施例，包括车辆本体，车辆本体的网络架构采用域控网络架构实施例中介绍的一种域控网络架构。该域控网络架构将车辆的主要计算能力集中到中央计算中心，算力集中且计算资源得到充分的利用，中央计算中心负责整车域功能的逻辑处理及算法实现，然后通过输入采集输出控制层中各输入输出控制单元就近采集末端设备对应的输入执行模块信息，或者就近控制末端设备对应的输入执行模块动作。又由于本发明车辆中输入输出控制单元分布在车辆不同位置，仅负责与其距离近的末端设备对应的输入执行模块，从而节省了线束长度。由此，本发明车辆中网络架构算力集中和资源利用率较高，满足智能网联汽车的快速迭代需求。
Claims (10)
1.一种域控网络架构，其特征在于：该架构包括：中央计算层、输入采集输出控制层和末端传感与执行层；中央计算层包括中央计算中心；输入采集输出控制层包括n个输入输出控制单元，且n个输入输出控制单元设置于车辆中不同的位置，n＞1；末端传感与执行层包括车辆中多个末端设备对应的输入执行模块；
中央计算中心通信连接输入采集输出控制层中的各输入输出控制单元，以及设有与外部通信的接口；各输入输出控制单元分别连接对应的输入执行模块；
中央计算中心用于处理各输入输出控制单元采集的信息，负责车辆自身域功能的逻辑处理及算法实现，向各输入输出控制单元发送控制指令；
各输入输出控制单元为域网关，用于获取与其距离近的末端设备对应的输入执行模块的信息，和/或发送控制信息到与其距离近的末端设备对应的输入执行模块；
各输入执行模块用于采集末端设备的输入数据、驱动末端设备动作、实现末端设备的供配电和实现末端设备组网中至少一项功能。
2.根据权利要求1所述的域控网络架构，其特征在于：该架构还包括云控制层，云控制层与中央计算层通信连接。
3.根据权利要求1所述的域控网络架构，其特征在于：中央计算层还包括：与中央计算中心连接的智能交互计算中心和智能驾驶计算中心中至少一项计算中心；智能交互计算中心通信连接智能驾驶计算中心；智能交互计算中心为人机智能交互的计算中心，用于处理人机交互信息；智能驾驶计算中心为智能驾驶的计算中心，用于环境数据融合、路径规划和行为决策。
4.根据权利要求3所述的域控网络架构，其特征在于：中央计算中心与智能交互计算中心和智能驾驶计算中心之间均采用双路通信。
5.根据权利要求4所述的域控网络架构，其特征在于：所述双路通信的通信类型包括：Ethernet通信和CANFD通信中至少一种通信类型。
6.根据权利要求1所述的域控网络架构，其特征在于：中央计算中心与输入采集输出控制层中各输入输出控制单元之间均采用双路通信。
7.根据权利要求1所述的域控网络架构，其特征在于：中央计算中心还用于与域控设备、整车IO设备、基础信息交互设备、诊断设备、动力设备、高压设备和底盘设备中至少两项设备连接，以获取设备信息和/或控制设备。
8.根据权利要求1至7任一项所述的域控网络架构，其特征在于：1＜n≤6。
9.根据权利要求1至7任一项所述的域控网络架构，其特征在于：输入输出控制单元在车辆中设置的位置包括：车前舱/前围内、车顶部、车后舱和车底部中至少2个位置。
10.一种车辆，包括车辆本体，其特征在于：该车辆本体采用的网络架构为权利要求1-9任一项所述的域控网络架构。
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2022
- 2022-12-06 CN CN202211558889.6A patent/CN116653814A/zh active Pending
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