CN212828223U - 车载网络及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种车载网络及车辆，其中，车载网络包括：多个区域网关、中央计算平台；其中，中央计算平台包括至少一个功能处理单元，其中，至少一个功能处理单元通过第一环型网络结构相连接；多个区域网关中不同的区域网关分别设置于车载网络的不同网络区域中，其中，车载网络包含多个网络区域，多个网络区域是基于位置划分得到的；多个区域网关中，每一个区域网关通过对应的第二环形网络结构与至少一个功能处理单元中的至少部分功能处理单元相连接。本申请实施例的技术方案利用环形网络结构，可确保网络区域内的关键数据能够通过多条路径与功能处理单元交互，能够满足车载网络在通信过程中的可靠性的要求。

Description

车载网络及车辆

技术领域

本申请涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种车载网络及车辆。

背景技术

随着车辆中功能处理单元的日益增多，车载应用将朝着功能更高级、更复杂的方向发展。例如，随着自动驾驶技术的发展，自动驾驶系统中ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)数量越来越多，车载以太网将会成为自动驾驶汽车中的通信主干网。ECU在通信过程中对拓扑灵活性、传输网络的可靠性有更高的要求。但目前的车载以太网存在单链路故障的问题，无法满足ECU在通信过程中的可靠性的要求。

实用新型内容

本申请实施例提供一种车载网络及车辆，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。

作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供一种车载网络，包括：多个区域网关、中央计算平台；其中，

中央计算平台包括至少一个功能处理单元，其中，至少一个功能处理单元通过第一环型网络结构相连接；

多个区域网关中不同的区域网关分别设置于车载网络的不同网络区域中，其中，车载网络包含多个网络区域，多个网络区域是基于位置划分得到的；多个区域网关中，每一个区域网关通过对应的第二环形网络结构与至少一个功能处理单元中的至少部分功能处理单元相连接。

在一种实施方式中，上述车载网络还包括：

时间感知整形器，设置于多个区域网关中每一个区域网关的端口，用于对通过区域网关传输的信号进行传输调度。

在一种实施方式中，上述车载网络还包括：

多个传感器，设置于多个网络区域中，通过区域网关连接车载网络；

传感器，用于采集测量数据，以及将测量数据转化成测量信号。

在一种实施方式中，多个区域网关中每一个区域网关，用于通过对应的第二环形网络结构将测量信号发送给中央计算平台的至少部分功能处理单元；其中，测量数据包括车辆的工作状态数据和环境数据中的至少一种。

在一种实施方式中，上述车载网络还包括：

多个执行器，设置于多个网络区域中，通过区域网关连接车载网络；

执行器，用于接收功能处理单元的控制信号，并执行与控制信号对应的操作。

在一种实施方式中，功能处理单元用于接收测量信号，并根据测量信号产生控制信号，通过第二环形网络结构以及区域网关将控制信号发送给执行器。

作为本申请实施例的另一个方面，本申请实施例提供一种车辆，包括上述任一种实施方式中的车载网络。

本申请实施例采用上述技术方案利用具有拓扑灵活性的环形网络结构，可以确保网络区域内的关键数据能够通过多条路径与功能处理单元交互，能够满足车载网络在通信过程中的可靠性的要求。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1示出根据本申请实施例的车载网络的结构框图；

图2示出根据本申请实施例的车载网络的结构示意图；

图3示出根据本申请另一实施例的车载网络的结构框图；

图4示出根据本申请另一实施例的车载网络的结构示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

图1示出根据本申请实施例的车载网络的结构框图。如图1所示，该车载网络包括：多个区域网关、中央计算平台；其中，

中央计算平台包括至少一个功能处理单元，其中，至少一个功能处理单元通过第一环型网络结构相连接；

多个区域网关中不同的区域网关分别设置于车载网络的不同网络区域中，其中，车载网络包含多个网络区域，多个网络区域是基于位置划分得到的；多个区域网关中，每一个区域网关通过对应的第二环形网络结构与至少一个功能处理单元中的至少部分功能处理单元相连接。

参见图1，车载网络中包括区域网关110、区域网关120和区域网关130，且各个区域网关通过环形网络结构与中央计算平台中的功能处理单元相连接。车载网络中的中央计算平台(Central computing platform)可用于充当车内应用服务器。中央计算平台可以包括多个功能处理单元，可以提供多个接口为车载设备提供服务。参见图1，中央计算平台包括功能处理单元210、功能处理单元210和功能处理单元230，且各个功能处理单元通过第一环型网络结构相连接。

在一个示例中，中央计算平台可支持面向服务的体系结构(SoA，Service-Oriented Architecture)，可连接到边缘服务器和云端服务器。其中，边缘服务器，也称为前端服务器。随着互联网及应用的快速发展，以单台服务器来支撑整个网站的系统已无法满足客户需求，取而代之的是采用两层架构到三层架构的一组服务器。第一层架构是跟用户直接发生联系的边缘服务器。边缘服务器为用户提供一个进入网络的通道和与其它服务器设备通讯的功能。通常边缘服务器是一组完成单一功能的服务器，如防火墙服务器、高速缓存服务器、负载均衡服务器或DNS(Domain Name System，域名系统)服务器等。第二层架构是中间层，也称为应用服务器，包括Web(全球广域网)表现服务器、Web应用服务器等。第三层是后端数据库服务器。

图2示出根据本申请实施例的车载网络的结构示意图。参见图2，中央计算平台包括功能处理单元1、功能处理单元2和功能处理单元3。中央计算平台包括的各个功能处理单元通过标号为4的第一环型网络结构相连接。图2中的虚线框内所包含的部分示出了中央计算平台以及其包含的3个功能处理单元相连接的第一环型网络结构。在一个示例中，功能处理单元可包括电子控制单元ECU，ECU可由微处理器、存储器、输入/输出接口、模数转换器以及整形、驱动等大规模集成电路组成。

在一个示例中，车载网络可采用基于位置的区域体系架构。以车载以太网为例，可基于位置将车载以太网划分为多个区域，在每个区域设置区域网关(Zonal Gateway)。如图2所示，基于位置将车载以太网划分为车辆的前部、前部左侧、前部右侧、中部左侧、中部右侧、后部左侧和后部右侧共7个网络区域。在每个网络区域分别设置一个对应的区域网关。

参见图1和图2，每个所述区域网关通过第二环型网络结构与中央计算平台中的至少一个功能处理单元相连接。在图2中，车辆的前部的网络区域中的区域网关、车辆的前部左侧的网络区域中的区域网关和车辆的前部右侧的网络区域中的区域网关，通过标号为5的第二环型网络结构与中央计算平台中的功能处理单元1相连接。车辆的中部左侧的网络区域中的区域网关、车辆的中部右侧的网络区域中的区域网关、车辆的后部左侧的网络区域中的区域网关和车辆的后部右侧的网络区域中的区域网关，通过标号为6的第二环型网络结构与中央计算平台中的功能处理单元2和功能处理单元3相连接。

参见图1和图2，以车载以太网为例，车载网络可包括至少一个环型网络结构，每个所述环型网络结构中可包括至少一个区域网关和至少一个功能处理单元。连接区域网关的第二环形网络结构以及连接功能处理单元的第一环形网络结构构成以太网骨干网。在包括第一环形网络结构和第二环形网络结构的各个环形网络结构中，关键数据可通过多路径冗余备份传输，提高可靠性。车内的各传感器和执行器可连接到最近的区域网关上，各个区域网关通过以太网骨干网交换和汇聚数据。

本申请实施例的技术方案利用具有拓扑灵活性的环形网络结构，使得关键数据通过多路径冗余备份传输。区域网关通过对应的第二环形网络结构与功能处理单元相连接，可确保网络区域内的关键数据能够通过多条路径与功能处理单元交互，能够满足车载网络在通信过程中的可靠性的要求。

在一个示例中，中央计算平台可作为全局主时钟(GM，grandmaster)，为所有区域网关提供时间同步信息。其中，网络主节点上的时钟可称为主时钟，网络从节点上的时钟可称为从时钟。

在又一个示例中，以太网骨干网通信可基于以太网上成熟协议封装。在网络区域内(Inside zone)可采用的网络协议可包括：ETH(Ethernet，以太网)协议、CAN(ControllerArea Network，控制器局域网络)和LIN(Local Interconnect Network，局域互联网络)中的至少一种。在网络区域外(Outside zone)可采用的网络协议可包括ETH协议。ETH协议可包括SOME/IP(Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP)和AVTP(Audio/VideaTransport Protocol，音视频传输协议)中的至少一种。其中，SOME/IP是车载以太网面向服务的通信方式。当客户端想要调用或订阅服务器提供的服务，首先通过SOME/IP定位系统中服务的位置，以及确定服务状态从而实现后续处理。对于跨区域的数据传输，使用以太网上的成熟协议，例如SOME/IP或AVTP，采用统一的数据传输协议可降低中央处理单元对不同总线协议转换的依赖。

在一种实施方式中，上述车载网络还包括：

时间感知整形器，设置于多个区域网关中每一个区域网关的端口，用于对通过区域网关传输的信号进行传输调度。

车载网络是用于连接汽车内的各种组件的物理网络。在车载网络中，各种不同的数据类型的报文数据通常对应于不同的传输时延要求。例如，时延敏感类数据对于传输时延有很高的要求，而非时延敏感类数据对于传输时延的要求相对较低。在一个示例中，时延敏感类数据可包括对于安全性要求高的控制类数据。在检测到时延敏感类数据开始传输的情况下，可控制除时延敏感类数据之外的其他类数据停止传输。在时延敏感类数据传输完毕之后，才允许非时延敏感类数据开始传输。本申请实施例中，利用时间感知整形器的传输门的开关状态，可控制除时延敏感类数据之外的其他类数据停止传输，以降低时延敏感类数据的传输时延。

本申请实施例中，可在车载以太网的区域网关的端口上设置基于硬件门控队列的时间感知整形器(TAS，Time Aware Shaper)。时间感知整形器通过开关门的机制，来控制数据的发送。在区域网关的端口上，可预先创建至少一个硬件门控队列，用于存储待传输的报文数据。获取到待传输的报文数据之后，将报文数据添加到各自的输出队列中等待传输。在时间感知整形器中，可控制硬件门控队列在某一时刻的开关门状态，只有在某个输出队列对应的“门”处于开门的状态时才可以进行发送。本申请实施例中，在时延敏感类数据发送前和发送中，可将其他数据对应的“门”置于关闭状态，以保证时延敏感类数据不会受到其他数据的影响，从而为时延敏感类数据提供超低的延时保证。因此，利用时间感知整形器可保障时延要求严苛的数据免受其它网络信息的干扰。利用硬件门控队列控制除时延敏感类数据之外的其他类数据停止传输，可降低时延敏感类数据的传输时延。在车载以太网的应用场景中，对于安全要求高的控制类数据，可确保数据发送时延小于500us，能够满足车载网络在通信过程中的传输时延的要求。

在一种实施方式中，上述车载网络还包括：

多个传感器，设置于多个网络区域中，通过区域网关连接车载网络；

传感器，用于采集测量数据，以及将测量数据转化成测量信号。

图3示出根据本申请另一实施例的车载网络的结构框图。如图3所示，每个网络区域中的传感器通过该网络区域中的区域网关连接到车载网络。

图4示出根据本申请另一实施例的车载网络的结构示意图。4中的实心圆圈表示车载网络中的传感器。如图3和图4所示，在每个网络区域中可包括至少一个传感器。每个网络区域中的传感器通过该网络区域中的区域网关连接到车载网络的以太网骨干网上。在基于位置的区域体系架构中，车内的各传感器可连接到最近的区域网关上，各个区域网关通过以太网骨干网交换和汇聚数据。可以通过每个网络区域中的区域网关将该网络区域中的传感器采集到的测量数据传输到以太网骨干网，再通过以太网骨干网聚合数据，从而更有效地使用已有的资源。在基于位置的区域体系架构中，网络区域中的传感器通过区域网关连接车载网络，这种结构上的布置可将大大减少所需的布线，从而降低重量和成本。

在一种实施方式中，多个区域网关中每一个区域网关，用于通过对应的第二环形网络结构将测量信号发送给中央计算平台的至少部分功能处理单元；其中，测量数据包括车辆的工作状态数据和环境数据中的至少一种。

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。连接车载网络的传感器可包括：进气压力传感器、空气流量计、节气门位置传感器、水温传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、爆震传感器、氧传感器和进气温度传感器中的至少一种。通过各种传感器可检测到车辆的工作状态数据和环境数据。例如，进气压力传感器和空气流量计检测发动机进气量来控制喷油量。节气门位置传感器是检测节气门打开角度以用来控制基本喷油量。曲轴位置传感器是检测发动机转速及转角以用来控制喷油脉宽和点火时间。爆震传感器检测爆震频率以用来控制推迟点火时间。

参见图1至图4，每个所述区域网关通过第二环型网络结构与中央计算平台中的至少一个功能处理单元相连接。区域网关通过对应的第二环形网络结构，将传感器采集到的测量信号发送给中央计算平台的至少部分功能处理单元。例如在图4中，连接到车辆的前部左侧的网络区域中的区域网关的传感器，可通过标号为5的第二环型网络结构将测量信号发送给中央计算平台中的功能处理单元1。连接到车辆的中部左侧的网络区域中的区域网关的传感器，可通过标号为6的第二环型网络结构将测量信号发送给中央计算平台中的功能处理单元2和功能处理单元3中的至少一个。

本申请实施例的技术方案中区域网关通过对应的第二环形网络结构将测量信号发送给功能处理单元，使得测量信号通过多路径冗余备份传输，可提高数据传输的可靠性。

在一种实施方式中，上述车载网络还包括：

多个执行器，设置于多个网络区域中，通过区域网关连接车载网络；

执行器，用于接收功能处理单元的控制信号，并执行与控制信号对应的操作。

如图3所示，每个网络区域中的执行器通过该网络区域中的区域网关连接到车载网络。

在一个示例中，连接车载网络的执行器可包括：电磁阀、马达、压电晶体喷油嘴、怠速控制阀和喷油器中的至少一种。如图3和图4所示，在每个网络区域中可包括至少一个执行器。每个网络区域中的执行器通过该网络区域中的区域网关连接到车载网络的以太网骨干网上。在基于位置的区域体系架构中，车内的各执行器可连接到最近的区域网关上，各个区域网关通过以太网骨干网交换和汇聚数据。可以通过每个网络区域中的区域网关将来自功能处理单元的控制信号传输给该网络区域中的执行器。在基于位置的区域体系架构中，网络区域中的执行器通过区域网关连接车载网络，这种结构上的布置可将大大减少所需的布线，从而降低重量和成本。

例如在图4中，连接到车辆的前部左侧的网络区域中的区域网关的执行器，可通过标号为5的第二环型网络结构接收来自中央计算平台中的功能处理单元1的控制信号。连接到车辆的中部左侧的网络区域中的区域网关的执行器，可通过标号为6的第二环型网络结构接收来自中央计算平台中的功能处理单元2和功能处理单元3的控制信号。

执行器接收到功能处理单元的控制信号之后，可根据控制信号的指示执行与控制信号对应的操作。以喷油器为例，可根据接收到的指示喷油量的控制信号执行喷油操作，在执行喷油操作时按照控制信号中的指示信息控制喷油量。

本申请实施例的技术方案中区域网关通过对应的第二环形网络结构接收来自功能处理单元的控制信号，使得控制信号通过多路径冗余备份传输，可提高数据传输的可靠性。

在一种实施方式中，功能处理单元用于接收测量信号，并根据测量信号产生控制信号，通过第二环形网络结构以及区域网关将控制信号发送给执行器。

例如，功能处理单元接收到来自节气门位置传感器的测量信号。节气门位置传感器的测量信号中包括检测到的节气门打开角度。功能处理单元根据节气门打开角度产生用于指示喷油量的控制信号，并通过第二环形网络结构以及区域网关将控制信号发送给对应的执行器。在这个示例中，用于执行喷油操作的对应的执行器可以是喷油器。喷油器接收到控制信号后执行喷油操作，在执行喷油操作时按照控制信号中的指示信息控制喷油量。

为本申请实施例的另一个方面，本申请实施例提供一种车辆，包括上述任一种实施方式中的车载网络。

以车载以太网为例，应用环形网络结构组网，可避免发生单链路失效问题，提高数据传输可靠性。另外，在网络区域中，使用基于时间感知整形器的硬件调度方案，可对通过区域网关传输的信号进行高效有序的传输调度，保障了数据传输时延要求。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种车载网络，其特征在于，包括：多个区域网关、中央计算平台；其中，

所述中央计算平台包括至少一个功能处理单元，其中，所述至少一个功能处理单元通过第一环型网络结构相连接；

所述多个区域网关中不同的区域网关分别设置于车载网络的不同网络区域中，其中，所述车载网络包含多个网络区域，所述多个网络区域是基于位置划分得到的；所述多个区域网关中，每一个区域网关通过对应的第二环形网络结构与至少一个功能处理单元中的至少部分功能处理单元相连接。

2.根据权利要求1所述的车载网络，其特征在于，还包括：

时间感知整形器，设置于多个区域网关中每一个区域网关的端口，用于对通过所述区域网关传输的信号进行传输调度。

3.根据权利要求1或2所述的车载网络，其特征在于，还包括：

多个传感器，设置于所述多个网络区域中，通过所述区域网关连接所述车载网络；

所述传感器，用于采集测量数据，以及将所述测量数据转化成测量信号。

4.根据权利要求3所述的车载网络，其特征在于，

所述多个区域网关中每一个区域网关，用于通过对应的所述第二环形网络结构将所述测量信号发送给所述中央计算平台的所述至少部分功能处理单元；其中，所述测量数据包括车辆的工作状态数据和环境数据中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的车载网络，其特征在于，还包括：

多个执行器，设置于所述多个网络区域中，通过所述区域网关连接所述车载网络；

所述执行器，用于接收所述功能处理单元的控制信号，并执行与所述控制信号对应的操作。

6.根据权利要求5所述的车载网络，其特征在于，所述功能处理单元用于接收所述测量信号，并根据所述测量信号产生所述控制信号，通过所述第二环形网络结构以及所述区域网关将所述控制信号发送给所述执行器。

7.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的车载网络。

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