CN202135147U - 动力can网络系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动力CAN网络系统，包括多个节点，且每个节点都连接到动力CAN总线上；所述节点包括电子控制单元ECU和电源管理模块；所述电子控制单元ECU包括相互连接的睡眠控制模块、网络控制模块和准备睡眠控制模块。本实用新型实施例能够实现动力CAN网络在各种工况下有序地通讯，并且降低电量消耗。

Description

动力CAN网络系统

技术领域

本实用新型涉及汽车电子技术领域，尤其涉及一种动力CAN网络系统。

背景技术

信息社会的快速发展使汽车电子化、网络化成为汽车发展不可扭转的方向。汽车进入电子控制时代的标志是ECU（Electric Control Unit，电子控制单元）的应用。随着汽车中ECU的不断增多，各个ECU之间需要相互交换信息，于是就诞生了在汽车控制系统中应用的互联网络。其中，CAN协议是汽车中应用比较多的现场总线，其良好的实时性、可靠性、经济性能够满足汽车网络底层通信的需要。随着ECU在发动机、ABS等复杂部件上应用的增多，ECU设计要求变得异常复杂。ECU提供商在每次的开发过程中都要进行不少重复性的工作，而且，汽车控制系统的扩展性、移植性都很差。为了解决这些问题，德国BOSCH公司提出了CAN总线，CAN总线是现场总线技术的一种，具有实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好和价格低廉等特点，因此CAN总线被广泛应用航天、石化、医疗和汽车等各个领域中。

目前，在动力CAN网络系统中，随着ECU不断地增加，越来越多的ECU不仅仅在钥匙打开时工作，在关闭钥匙的情况下也需要工作，同时又彼此需要其他ECU的信息。部分主机厂会将车身CAN总线的网络管理方法套用在动力CAN总线上，这就增加了系统的复杂性，并且在错误发生时不能进行有效的监控和管理。因此，必须有一种机制对动力CAN网络进行统一管理。

实用新型内容

本实用新型实施例提出一种动力CAN网络系统，能够实现动力CAN网络在各种工况下有序地通讯，并且降低电量消耗。

本实用新型实施例提供的动力CAN网络系统，包括多个节点，且每个节点都连接到动力CAN总线上；所述节点包括电子控制单元ECU和电源管理模块；

所述电子控制单元ECU包括相互连接的睡眠控制模块、网络控制模块和准备睡眠控制模块； 

所述睡眠控制模块控制ECU进入睡眠模式，关闭网络通讯，且控制电源管理模块处于节电状态；在检测到ECU存在网络通讯需求时，启动所述网络控制模块，切换到网络模式；

所述网络控制模块控制ECU接收或发送网络管理报文，并启动定时器Ttimeout；在ECU每发出或收到一帧网络管理报文时，重启定时器Ttimeout；在定时器Ttimeout定时溢出时，启动所述准备睡眠控制模块，切换到准备睡眠模式；

所述准备睡眠控制模块启动定时器TWBS，并停止网络通讯；在定时器TWBS定时期间检测到ECU存在网络通讯需求时，启动所述网络控制模块，切换到网络模式；否则，在定时器TWBS定时溢出后，启动所述睡眠控制模块，切换到睡眠模式。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

本实用新型实施例提供的动力CAN网络系统，加入网络管理报文参与网络通讯，实现动力CAN网络在各种工况下有序地通讯，实现网络信息共享；保证在没有网络需求的情况下，ECU能够使蓄电池供电的ECU进入睡眠模式，从而降低电量消耗。

附图说明

图1是本实用新型提供的动力CAN网络系统的第一实施例的结构图；

图2是本实用新型提供的动力CAN网络系统的第二实施例的结构图；

图3是本实用新型提供的动力CAN网络系统的管理流程示意图；

图4是本实用新型实施例提供的多个ECU的网络管理逻辑示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本实用新型提供的动力CAN网络系统的第一实施例的结构图。

本实施例提供的动力CAN网络系统包括多个节点，如图1所示的节点1、节点2、…节点n，其中n≥2。每个节点都连接到动力CAN总线上，所述节点包括电子控制单元ECU和电源管理模块；电子控制单元ECU和电源管理模块相连接。

参见图2，是本实用新型提供的动力CAN网络系统的第二实施例的结构图。

动力CAN网络系统包括EMS（Engine Manegement System，发动机管理系统）、DLC（Data Link Control，数据链路控制）系统、ESP（牵引力控制系统）、TCM（自动变速箱电脑盒）、EPS（Electronic Power Steering，电控转向助力系统）、SAS（Safety Alarm System，安全预警系统）、BCM（Body Control Module，车身控制器）等多个节点，每个节点都具有电子控制单元ECU，且每个节点都连接到动力CAN总线上。具体实施时，动力CAN网络系统中的节点可以包括图2所示的EMS、DLC、ESP、TCM、EPS、SAS、BCM中的至少一种，还可以是其他的汽车部件的ECU。

在动力CAN网络系统中，越来越多的ECU不仅仅在钥匙打开时工作，在关闭钥匙的情况下，也需要工作，同时又彼此需要其他ECU的信息。本实用新型实施例提供的动力CAN网络系统，在钥匙关闭情况下，能够实现动力CAN网络有序的通讯，实现网络信息共享；而且，在没有网络需求的情况下，能够使蓄电池供电的ECU进入睡眠模式，从而降低电量消耗。

本实用新型根据动力CAN网络需求和ECU的应用需要，将动力CAN网络划分为三种模式，分别为睡眠模式、准备睡眠模式和网络模式；在网络模式下，又将动力CAN网络划分为三种状态，分别为重复报文状态、正常操作状态和等待睡眠状态。具体如下：

（一）睡眠模式

在睡眠模式下，总线通讯关闭，每个ECU的唤醒机制被激活，电源消耗处于睡眠模式下的节电状态。

如果ECU重接蓄电池，ECU将进行初始化网络管理，并切换到睡眠模式。

如果在睡眠模式下存在网络通讯需求，ECU将离开睡眠模式，并切换到网络模式下的重复报文状态。

在网络模式下，如果在Ttimeout +TWBS定时时间内没有任何网络管理报文在总线上，那么ECU将进入睡眠模式。

其中，Ttimeout是正常操作状态下网络管理定时，TWBS是准备睡眠模式下网络管理定时。具体实施时，可根据实际需要设置定时器Ttimeout 和定时器TWBS的定时时间。

（二）准备睡眠模式

当进入准备睡眠模式时，总线通讯被停止，ECU会启动一个等待睡眠的定时器TWBS，在此段定时之后，ECU将离开准备睡眠模式，切换到睡眠模式。

如果在TWBS定时期间收到网络管理报文或存在网络请求，则ECU将切换到网络模式下的重复报文状态，并发送网络管理报文，然后被动唤醒。

（三）网络模式

网络模式是总线网络进入激活的一种状态，ECU具备总线接收和发送报文能力。在网络模式下，如果ECU有通讯需求，将周期性发送网络管理报文。否则，停止发送网络管理报文。同时，启动网络管理超时检测机制，每收到或发送一帧网络管理报文都会重启定时器Ttimeout，如果定时溢出，则进入等待睡眠状态。

3.1 重复报文状态

重复报文状态是网络模式的一个子状态，在此模式下，ECU必须周期性地发送网络管理报文。重复报文状态确保ECU从睡眠模式或准备睡眠模式切换到网络模式对于网络其他节点是可见的，同时保证激活的ECU保持最小的工作时间TRptMsg。如果存在网络请求，ECU将在TRptMsg定时溢出后切换到正常操作状态；如果网络释放，ECU将在TRptMsg定时溢出后切换到等待睡眠状态。

3.2 正常操作状态

正常操作状态是确保存在网络请求条件下，网络处于激活状态，ECU之间可以正常通讯。每个ECU周期性地发送网络管理报文。同时会启动定时器Ttimeout，检测网络管理报文的超时，定时溢出时重启定时器Ttimeout。

在正常操作状态下，如果ECU需要释放网络（没有网络通讯需求，不需要从网络收取报文），那么ECU将从正常操作状态切换到等待睡眠状态；如果存在重复报文请求或收到重复报文指示，则切换到重复报文状态。

3.3 等待睡眠状态

在此状态下，如果网络管理报文监测时间Ttimeout超时，ECU将离开等待睡眠状态进入准备睡眠模式；如果收到重复报文指示或存在重复报文请求，ECU将离开等待睡眠状态进入重复报文状态；如果存在网络请求，则重新回到正常操作状态。

具体的，本实用新型提供的动力CAN网络系统，其节点上的电子控制单元ECU包括相互连接的睡眠控制模块、网络控制模块和准备睡眠控制模块；如下：

所述睡眠控制模块控制ECU进入睡眠模式，关闭网络通讯，且控制电源管理模块处于节电状态；在检测到ECU存在网络通讯需求时，启动所述网络控制模块，切换到网络模式；

所述网络控制模块控制ECU接收或发送网络管理报文，并启动定时器Ttimeout；在ECU每发出或收到一帧网络管理报文时，重启定时器Ttimeout；在定时器Ttimeout定时溢出时，启动所述准备睡眠控制模块，切换到准备睡眠模式；

所述准备睡眠控制模块启动定时器TWBS，并停止网络通讯；在定时器TWBS定时期间检测到ECU存在网络通讯需求时，启动所述网络控制模块，切换到网络模式；否则，在定时器TWBS定时溢出后，启动所述睡眠控制模块，切换到睡眠模式。

更为具体的，所述网络控制模块包括相互连接的重复报文控制单元、正常操作控制单元和等待睡眠控制单元；

所述重复报文控制单元控制ECU周期性地发送网络管理报文，并启动定时器TRptMsg；在定时器TRptMsg定时期间，若检测到ECU存在网络通讯需求，则在定时器TRptMsg定时溢出后启动所述正常操作控制单元，切换到正常操作状态；否则，在定时器TRptMsg定时溢出后，启动所述等待睡眠控制单元，切换到等待睡眠状态；

所述正常操作控制单元控制ECU接收或发送网络管理报文，与其他ECU进行通讯，并启动定时器Ttimeout；在ECU每发出或收到一帧网络管理报文时，重启定时器Ttimeout；在检测到ECU需要释放网络时，启动所述等待睡眠控制单元，切换到等待睡眠状态；在检测到ECU需要发送重复报文请求或收到重复报文指示时，启动所述重复报文控制单元，切换到重复报文状态；

所述等待睡眠控制单元在定时器Ttimeout定时溢出前，检测到ECU需要发送重复报文请求或收到重复报文指示时，启动所述重复报文控制单元，切换到重复报文状态；在检测到ECU存在网络通讯需求时，启动所述正常操作控制单元，切换到正常操作状态；否则当定时器Ttimeout定时溢出后，启动所述准备睡眠控制模块，切换到准备睡眠模式。

从动力CAN系统的管理和功能需求考虑，需要在网络管理帧中实现以下功能才能保证网络安全有序的通讯：

1. 发送节点地址的声明；

ECU发送的网络管理报文中，包含所述ECU的物理地址。

具体的，ECU在发送网络管理报文时，必须包含ECU自身的物理地址，其物理地址是唯一的。其他ECU在接收到网络管理报文时，就能获知网络管理报文的发送方，在所有ECU发送完成第一帧网络管理报文后，每一个ECU就能够掌握哪些节点在总线上，哪些节点不在总线上，从而进行有效的网络配置。

2. 重复发送报文的指示；

ECU发送的网络管理报文中，包含重复发送报文的指示位；所述指示位用于指示其他的ECU发送表明自己在总线上的网络管理报文。

具体的，ECU在发送网络管理报文时，也必须包含一个报文重复发送的指示位，当一个ECU在不知道网络配置的情况下，可以设置报文重复发送的指示位，其他节点在收到此指示位后，不管有无网络通讯需求，均必须发送网络管理报文，以声明自己在总线上。

参见图3，是本实用新型提供的动力CAN网络系统的管理流程示意图，具体包括以下步骤：

S1、网络关闭；

S11、判断ECU是否断开供电电源，若是，则执行S1，否则执行S2；

S2、ECU进入睡眠模式，总线通讯关闭，ECU的电源消耗处于节电状态；

S21、在睡眠模式下，ECU检测本身是否存在网络需求或接收到其他节点发送的网络管理报文，若是，进入S3；若否，则维持此状态；

S3、ECU进入重复报文状态，周期性地发送网络管理报文，并启动定时器TRptMsg；

S31、判断定时器TRptMsg是否溢出；若是，则执行S32，否则维持在S3状态；

S32、判断ECU是否存在网络通讯需求，若是，则执行S4，否则执行S5；

S4、ECU进入正常操作状态，ECU接收或发送网络管理报文，与其他ECU进行通讯，并启动定时器Ttimeout；ECU在每发出或收到一帧网络管理报文时，重启定时器Ttimeout；在正常操作状态下，执行S41；

S41、判断ECU是否需要发送重复报文请求或收到重复报文指示；若是，则不论ECU是否有网络通讯需求，均从正常操作状态切换到S3的重复报文状态；若否，则执行S42；

S42、判断ECU是否有网络通讯需求；若是，则维持在S4的正常操作状态，否则执行S5；

S5、ECU进入等待睡眠状态；

S51、在等待睡眠状态下，判断ECU是否需要发送重复报文请求或收到重复报文指示；若是，则不论ECU是否有网络通讯需求，均从等待睡眠状态切换到S3的重复报文状态；若否，则执行S52；

S52、判断ECU是否有网络通讯需求；若是，则切换到S4的正常操作状态，否则执行S6；

S6、ECU进入准备睡眠模式，启动定时器TWBS；

S61、判断定时器TWBS是否溢出；若是，则执行S2，否则维持在S6状态。

本实用新型实施例提供的动力CAN网络系统，基于分布式直接网络管理，网络管理同步逻辑主要基于周期性网络管理，ECU接收到网络管理报文，说明该报文的发送节点需要网络保持正常通讯。如果一个ECU准备进入睡眠模式，该ECU将停止发送网络管理报文，但是只要收到网络管理报文，该ECU将推迟进入睡眠模式。如果在规定时间内，没有收到网络管理报文，每个ECU将进入睡眠模式。

参见图4，是本实用新型实施例提供的多个ECU的网络管理逻辑示意图。

ECU1在上电或存在唤醒条件情况下，ECU1本身没有网络通讯需求，因此在重复报文状态定时TRptMsg超时后，切换到等待睡眠状态，等待和其他ECU同步睡眠。ECU2和ECU3都存在网络通讯需求，当需要释放网络时，切换到等待睡眠模式。在网络没有任何通讯需求情况下，ECU等待Ttimeout +TWBS时间后，进入睡眠模式。

使各个ECU同步睡眠，能够保证有功能需求的节点得到其他节点的信号，如转速，车速，温度等。而且，在关闭钥匙的情况下，通过网络管理保证蓄电池供电的所有ECU进入低功耗状态。

本实用新型实施例提供的动力CAN网络系统，加入网络管理报文参与网络通讯，实现动力CAN网络在各种工况下有序地通讯，实现网络信息共享；保证在没有网络需求的情况下，ECU能够使蓄电池供电的ECU进入睡眠模式，从而降低电量消耗。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种动力CAN网络系统，其特征在于，包括多个节点，且每个节点都连接到动力CAN总线上；所述节点包括电子控制单元ECU和电源管理模块；

所述电子控制单元ECU包括相互连接的睡眠控制模块、网络控制模块和准备睡眠控制模块； 

所述睡眠控制模块控制ECU进入睡眠模式，关闭网络通讯，且控制电源管理模块处于节电状态；在检测到ECU存在网络通讯需求时，启动所述网络控制模块，切换到网络模式；

所述网络控制模块控制ECU接收或发送网络管理报文，并启动定时器Ttimeout；在ECU每发出或收到一帧网络管理报文时，重启定时器Ttimeout；在定时器Ttimeout定时溢出时，启动所述准备睡眠控制模块，切换到准备睡眠模式；

所述准备睡眠控制模块启动定时器TWBS，并停止网络通讯；在定时器TWBS定时期间检测到ECU存在网络通讯需求时，启动所述网络控制模块，切换到网络模式；否则，在定时器TWBS定时溢出后，启动所述睡眠控制模块，切换到睡眠模式。

2.如权利要求1所述的动力CAN网络系统，其特征在于，所述网络控制模块包括相互连接的重复报文控制单元、正常操作控制单元和等待睡眠控制单元；

所述重复报文控制单元控制ECU周期性地发送网络管理报文，并启动定时器TRptMsg；在定时器TRptMsg定时期间，若检测到ECU存在网络通讯需求，则在定时器TRptMsg定时溢出后启动所述正常操作控制单元，切换到正常操作状态；否则，在定时器TRptMsg定时溢出后，启动所述等待睡眠控制单元，切换到等待睡眠状态；

所述正常操作控制单元控制ECU接收或发送网络管理报文，与其他ECU进行通讯，并启动定时器Ttimeout；在ECU每发出或收到一帧网络管理报文时，重启定时器Ttimeout；在检测到ECU需要释放网络时，启动所述等待睡眠控制单元，切换到等待睡眠状态；在检测到ECU需要发送重复报文请求或收到重复报文指示时，启动所述重复报文控制单元，切换到重复报文状态；

所述等待睡眠控制单元在定时器Ttimeout定时溢出前，检测到ECU需要发送重复报文请求或收到重复报文指示时，启动所述重复报文控制单元，切换到重复报文状态；在检测到ECU存在网络通讯需求时，启动所述正常操作控制单元，切换到正常操作状态；否则当定时器Ttimeout定时溢出后，启动所述准备睡眠控制模块，切换到准备睡眠模式。

3.如权利要求2所述的动力CAN网络系统，其特征在于，所述节点包括发动机管理系统、数据链路控制系统、牵引力控制系统、自动变速箱电脑盒、电控转向助力系统、安全预警系统和车身控制器中的至少一种。

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