基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构及通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构，车载电控单元分域为按照电控单元功能类型划分的多个集合域，包括车身控制系统各电控单元等所组成的车身控制域，传动系统和动力总成控制系统各电控单元等所组成的动力控制域，被动安全系统和主动安全系统各电控单元所组成安全控制域，辅助控制系统和传感器系统各电控单元等所组成的辅助感知域，娱乐、导航通讯系统各电控单元所组成的多媒体控制域；各个分域与互联网接口均连入网状网络的节点，分域内部采用总线型网络拓扑结构，将分域所包含的各个电控单元ECU以CAN协议相互连接。本发明专利技术采用网状网络拓扑结构，克服了以太网络通信的不可靠性，最大限度地提升了以太网络通信实时性。

Sub domain type mesh communication network structure and communication method of electric vehicle based on vehicle Ethernet

The invention discloses an electric vehicle Ethernet sub domain mesh communication network architecture based on the domain for the vehicle electronic control unit in accordance with the number of set domain partition function type of ECU, including body control domain composed of body control system of the electronic control unit and transmission power control domain system and powertrain control the electronic control unit of the electronic control unit of passive safety system and active safety system which consists of security control domain, auxiliary sensing domain control system and sensor system of the electronic control unit composed of the multimedia control domain consisting of the electronic control unit for entertainment, navigation and communication systems; each node domain and Internet interface are connected to the network, using Fenwick internal bus network topology, each control unit will be included in the ECU domain to CAN protocol. Mutual connection. The invention adopts a mesh network topology structure to overcome the unreliability of the Ethernet network communication and maximize the real-time performance of the Ethernet communication.

【技术实现步骤摘要】
基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构及通信方法
本专利技术涉及电动汽车通信领域，具体涉及基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构及通信方法。
技术介绍
近年来，汽车产业蓬勃发展，原有的传统燃油汽车已经无法满足当今社会对驾驶舒适性，环境保护性等的要求，电动汽车逐步占据市场主导地位。电动汽车中的大部分结构都是选用电控结构代替了原有的机械结构，车内各种电控单元之间的协调控制需要可靠性强，稳定性高的车内通信网络来支持。目前各大汽车生产厂商都选用CAN总线作为车内通信网络，它具有传输稳定性高，实时性强，结构简单等优点，可以满足当前的使用要求。然而随着智能网联汽车的快速发展，汽车需要连入车辆自组网、车辆云端网络，车内数据流量也会大大增加，此时CAN总线通信距离短、通讯速率低、无法连入互联网、无法实现远程共享的弊端就会暴露无遗，因此未来单一的车载CAN总线通信定会被淘汰，汽车领域需要功能更为强大和更为可靠的车内通信网络来支持电动汽车的发展。以太网是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。它拥有系统兼容性强、互操作性好、资源共享能力强、数据传输距离长、信息传输速度快、易与因特网服务器连接的众多优点，是功能非常强大的通信网络架构。但是由于以太网采用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD)，无法保证数据传输的实时性要求，这对于车内的通信网络来说是致命的。宝马汽车公司曾将工业以太网应用于车内通信网络，采用传输速率极高的光纤作为通信缆线，将每个车载电控单元连接起来，实现了汽车通过以太网进行车内通信。但是存在光纤价格昂贵，车载电控单元数量繁多等缺陷，因此车载以太网的普及需要一个革新性的网络架构和相应的通信方法支撑。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术依据车内通信网络实时性和制造成本要求，提供一种结构简单，易于实施，实时性强，价格低廉，稳定可靠的以太网分域式网状通信网络架构及通信方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：车载电控单元按照电控单元功能类型划分为多个集合域，包括由车身控制系统各电控单元所组成的车身控制域，由传动系统和动力总成控制系统各电控单元所组成的动力控制域，由被动安全系统和主动安全系统各电控单元所组成安全控制域，由辅助控制系统和传感器系统各电控单元等所组成的辅助感知域，由娱乐、导航通讯系统各电控单元所组成的多媒体控制域；上述的各个分域与互联网接口均连入网状网络的节点，分域内部采用总线型网络拓扑结构，将分域所包含的各个电控单元通过CAN总线协议相互连接。在上述技术方案中，所述车载电控单元分域在分域内总线设置上级网状网络的接入节点，上级网状网络的接入节点包括集线装置和以太网CAN数据转换装置。在上述技术方案中，电动汽车分域式网状通信的数据传输包括同分域车内ECU间数据传输，跨分域车内ECU间数据传输以及车内ECU与互联网间数据传输。基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构的通信方法，所述同分域车内ECU间数据传输方法包括以下几个步骤：步骤1：发送ECU向所在分域的CAN总线发送数据；步骤2：接收ECU从所在分域的CAN总线接收数据；所述跨分域车内ECU间数据传输通过以下几个步骤实现：步骤1：发送ECU向所在分域的CAN总线发送数据；步骤2：发送ECU所在分域的以太网CAN数据转换装置检测总线上的数据是否需要向以太网发送，如果需要将对应的CAN数据包转换为以太网数据包发送集线装置；步骤3：集线装置识别接收到的数据包，判断该数据包的接收ECU所在的分域，然后将数据包通过以太网专用通道发送到目的分域集线装置；步骤4：目的分域的集线装置接收到数据包，通过以太网CAN数据转换装置转为CAN数据包后发送到目的分域的内部CAN总线；步骤5：接收ECU从所在分域的CAN总线接收数据；所述车内ECU与互联网间数据传输通过以下几个步骤实现：步骤1：发送ECU向所在分域的CAN总线发送数据；步骤2：发送ECU所在分域的以太网CAN数据转换装置检测CAN总线上的数据是否需要向以太网发送，如果需要则将对应的CAN数据包转换为以太网数据包传入集线装置；步骤3：集线装置识别接收到的数据包，判断该数据包是否需要发往互联网，如果需要发送则将数据包通过发起分域到互联网接口之间的以太网专用通道发送到互联网接口，进而上传至互联网。上述CAN协议是指：控制器局域网总线(CAN，ControllerAreaNetwork)是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。上述的网络拓扑结构属于以太网网络结构的一种，它是将网络上的所有节点通过传输线连接起来，并且每个节点至少与其他两个节点相连。上述ECU是指：ElectronicControlUnit，电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器。它和普通的电脑一样，由微处理器(CPU)、存储器(ROM、、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。本专利技术具有以下技术效果和优点：1、本专利技术将以太网络协议应用于电动汽车内部通信网络，大幅度提升了网络通信带宽和速度，为以后车辆内部网络通信数据大量化，多元化，复杂化提供了硬件支持。2、本专利技术采用网状网络拓扑结构，虽然相比环状网络拓扑结构成本略高，但是网状网络拓扑结构克服了以太网络通信的不可靠性，最大限度的提升了以太网络通信实时性，使以太网应用于车辆内部控制网络成为可能，不会出现响应严重延迟于指令的情况，满足了汽车内部控制网络最重要的功能需求。3、本专利技术对电动汽车内众多ECU进行了域划分，并仅在域之间使用以太网连接，使整个车内网络中负载最大的线路传输速度得到了提升，而其他负载小的线路选用CAN协议，资源分配合理，总成本相比全部使用以太网降低很多。4、本专利技术的网络结构易于将电动汽车连入互联网，顺应了车联网与智能网联汽车的发展，极大的便利了车内数据的上传和下载，有利于云平台的大数据收集共享。5、本专利技术中所述的集合域数目可以根据实际需求进行改动，按照负载需求可以增减集合域的数量，面向对象范围广。附图说明图1为本专利技术分域内总线拓扑结构CAN网络示意图。图2为本专利技术基于车载以太网的电动汽车分域式网状网络架构结构示意图。具体实施方式为便于更好的理解本专利技术的目的、结构、特征以及功效等，现结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。如图1所示，基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构，为车载电控单元划分所属分域，采用网状拓扑结构将所划分的分域通过以太网协议相互连接，分域内部选用CAN总线协议将分域所包含的电控单元连接，在此基础上进行数据传输。车载电控单元分域为按照电控单元功能类型划分的多个集合域，包括由车身控制系统各电控单元等所组成的车身控制域，由传动系统和动力总成控制系统各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构，其特征在于：车载电控单元按照电控单元功能类型划分为多个集合域，包括由车身控制系统各电控单元所组成的车身控制域，由传动系统和动力总成控制系统各电控单元所组成的动力控制域，由被动安全系统和主动安全系统各电控单元所组成安全控制域，由辅助控制系统和传感器系统各电控单元等所组成的辅助感知域，由娱乐、导航通讯系统各电控单元所组成的多媒体控制域；上述的各个分域与互联网接口均连入网状网络的节点，分域内部采用总线型网络拓扑结构，将分域所包含的各个电控单元通过CAN总线协议相互连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构，其特征在于：车载电控单元按照电控单元功能类型划分为多个集合域，包括由车身控制系统各电控单元所组成的车身控制域，由传动系统和动力总成控制系统各电控单元所组成的动力控制域，由被动安全系统和主动安全系统各电控单元所组成安全控制域，由辅助控制系统和传感器系统各电控单元等所组成的辅助感知域，由娱乐、导航通讯系统各电控单元所组成的多媒体控制域；上述的各个分域与互联网接口均连入网状网络的节点，分域内部采用总线型网络拓扑结构，将分域所包含的各个电控单元通过CAN总线协议相互连接。2.根据权利要求1所述的基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构，其特征在于：所述车载电控单元分域在分域内总线设置上级网状网络的接入节点，上级网状网络的接入节点包括集线装置和以太网CAN数据转换装置。3.根据权利要求2所述的基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构，其特征在于：电动汽车分域式网状通信的数据传输包括同分域车内ECU间数据传输，跨分域车内ECU间数据传输以及车内ECU与互联网间数据传输。4.根据权利要求3所述的基于车载以太网的电动汽车分域式网状通信网络架构的通信方法，其特征在于：所述同分域车内ECU间数据传输方法包括以下几个步...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦洪懋，黄磊，王云鹏，余贵珍，冀浩杰，周云水，吴新开，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11