專利名稱：電動汽車多現(xiàn)場總線融合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動汽車通訊控制網(wǎng)絡(luò)裝置。
背景技術(shù)：
目前，公知的純電動汽車總線系統(tǒng)基本是直接采用傳統(tǒng)汽車中已經(jīng)成熟的CAN總線系統(tǒng)，沒有符合純電動汽車的總線系統(tǒng)，純電動汽車中車內(nèi)溫度變化大，電子干擾和其他電子噪聲比燃油汽車更強，環(huán)境惡劣，使得網(wǎng)絡(luò)在純電動汽車內(nèi)的運行可靠性顯得尤為重要。車載電子裝置按通訊的數(shù)據(jù)類型和性能需求可以劃分為四類信息娛樂系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、車身電子系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)。由于這四類系統(tǒng)的傳輸速率有很大不同，CAN總線的帶寬范圍、通訊能力和通訊速度已不能完全滿足電動汽車中多媒體娛樂應(yīng)用的需求。這樣就不能形成一個整車成熟完整的通訊控制網(wǎng)絡(luò)。隨著下一代的高檔乘用車的電子裝置的迅速增多，多總線融合，分層控制的總線系統(tǒng)將會使整車控制網(wǎng)絡(luò)形成“局部成網(wǎng)、區(qū)域互聯(lián)”的格局，在信息娛樂系統(tǒng)采用傳輸速率較高的現(xiàn)場總線，在動力傳動系統(tǒng)使用可靠性高的現(xiàn)場總線，將不同的車載電子系統(tǒng)子網(wǎng)通過車內(nèi)設(shè)計的網(wǎng)關(guān)融合成車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)利用率和通訊可靠性，這已經(jīng)逐步成為車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。華中科技大學(xué)學(xué)報2009年04期《基于CAN的純電動轎車車載信息系統(tǒng)》一文中提出了一種技術(shù)解決方案，即信息系統(tǒng)的分別采用高速CAN和低速CAN構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，沒有考慮純電動車的多媒體娛樂系統(tǒng)的應(yīng)用，隨著純電動汽車的不斷發(fā)展，始終要面臨更高速的通訊需求，該網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)仍然不能完全滿足的純電動汽車的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求。制造業(yè)自動化2009年02期《基于電動汽車的TTCAN調(diào)度算法的研究》中，為了解決消息傳輸時刻不可預(yù)知、低優(yōu)先級消息容易被阻塞、總線符合不平均等，引用時間觸發(fā)機制，形成了 TTCAN協(xié)議，該協(xié)議還是基于傳統(tǒng)的CAN總線拓撲結(jié)構(gòu)，主要區(qū)別在應(yīng)用層和會話層的協(xié)議，雖然有所改進但還是沒能根本實現(xiàn)分層網(wǎng)絡(luò)思想，不能滿足多媒體設(shè)備應(yīng)用需求?，F(xiàn)有技術(shù)中，對構(gòu)建純電動汽車的整車網(wǎng)絡(luò)缺乏實際、可行的方案。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了構(gòu)建一種符合純電動汽車的整車控制網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化整車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)利用率和保障通訊可靠性，實現(xiàn)多現(xiàn)場總線融合，充分發(fā)揮不同現(xiàn)場總線優(yōu)勢。本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，提出一種適合底層通訊的高速、穩(wěn)定的車載現(xiàn)場總線以及多總線分層控制、網(wǎng)絡(luò)融合的裝置。本實用新型所述的裝置是以以太網(wǎng)總線(本實用新型又稱NCU_BUS)、CAN總線、 LIN總線，構(gòu)成多層分布式總線系統(tǒng)。以太網(wǎng)總線層連接通訊數(shù)據(jù)量較大娛樂設(shè)備，如便攜式娛樂設(shè)備、后座娛樂系統(tǒng)、DVD等信息娛樂設(shè)備，并通過整車控制系統(tǒng)(NCU-VMS-02，含 NCU_BUS-CAN網(wǎng)關(guān))與CAN總線實現(xiàn)不同總線間的信息交互；CAN總線層連接通訊速率相對較低的設(shè)備，如電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等電子設(shè)備及車座模塊等，并通過 CAN-LIN網(wǎng)關(guān)與LIN總線實現(xiàn)不同總線間的信息交互；LIN總線層連接后視鏡、操作面板、門鎖、車窗等設(shè)備。在圖1所示結(jié)構(gòu)圖中，在底層NCU_BUS通訊總線上掛載通訊數(shù)據(jù)量較大的設(shè)備，例如后座娛樂系統(tǒng)、車載電視等，整車控制系統(tǒng)(NCU-VMS-02)為基于NCU_BUS總線的第二代智能整車控制系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅具有整車控制單元，而且集成網(wǎng)關(guān)功能，采用ARM9設(shè)計，能完全滿足NCU_BUS總線層與CAN總線層的數(shù)據(jù)交換需求；在CAN總線層連接電機控制系統(tǒng)和純電動汽車電池管理系統(tǒng)(NCU-BMS-Ol)，車門模塊和車座模塊都是帶有網(wǎng)關(guān)的子網(wǎng)模塊， 這樣可以減輕CAN總線層的通訊壓力，在模塊內(nèi)部采用成本更低的LIN總線，既降低成本也可以提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定性，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分層控制的優(yōu)勢。本實用新型所述的整車控制系統(tǒng)(參見附圖2)，包括控制系統(tǒng)MCU、以太網(wǎng)總線控制器、CAN總線控制器、整車控制執(zhí)行電路、顯示模塊、GPRS模塊、GPS模塊等，以太網(wǎng)總線控制器通過隔離器與以太網(wǎng)總線連接，CAN總線控制器通過收發(fā)器與CAN總線連接，GPRS模塊、GPS模塊連接到控制系統(tǒng)MCU。整車控制系統(tǒng)集成了 GPS模塊與GPRS模塊，可以通過整車電路執(zhí)行模塊對整車設(shè)備進行管理，連接CAN控制器和NCU_BUS控制器，CAN總線和NCU_BUS總線通過MCU進行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)傳輸，MCU作為兩層總線的網(wǎng)關(guān)，既能中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)也起到數(shù)據(jù)隔離的作用，保證多層總線互不干擾提高通訊穩(wěn)定性。本實用新型所述的CAN-LIN網(wǎng)關(guān)(參見附圖3)，包括中央控制器(網(wǎng)關(guān))、CAN總線接口電路、LIN總線接口電路。CAN總線通過CAN總線接口電路連接至中央控制器(網(wǎng)關(guān))，LIN總線通過LIN總線接口電路連接至中央控制器(網(wǎng)關(guān))。數(shù)據(jù)通過中央控制器的MCU中轉(zhuǎn)并對總線間數(shù)據(jù)作物理隔離，保證CAN、LIN總線間通訊穩(wěn)定。本實用新型在NCU_BUS軟件設(shè)計的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層采用 IEEE802. 3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在傳輸層采用一套簡化的總線傳輸協(xié)議，即取消上層TCP/IP協(xié)議，在以太幀頭的類型和填充字段內(nèi)采用簡化協(xié)議包括幀長度O字節(jié))、幀序號O字節(jié))、分段標志O字節(jié))、校驗和O字節(jié))、數(shù)據(jù)02-1492字節(jié))。本實用新型既簡化了上層TCP/IP協(xié)議繁復(fù)的操作步驟，也保留了以太網(wǎng)單幀傳輸數(shù)據(jù)量大的特點，同時保證總線傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。這樣就克服了 CAN現(xiàn)場總線傳輸數(shù)據(jù)量小的缺點，高速穩(wěn)定，適用于電動汽車的現(xiàn)場總線傳輸規(guī)范。本實用新型在NCU_BUS總線通訊層連接便攜式娛樂設(shè)備、后座娛樂系統(tǒng)、DVD等信息娛樂設(shè)備，并設(shè)計基于該總線的整車控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以做整車控制網(wǎng)絡(luò)單元，也可以作為NCU_BUS總線層與CAN總線層的通訊網(wǎng)關(guān)，完成不同總線信息交互。在CAN總線層連接通訊速率相對較低的電池管理系統(tǒng)(NCU-BMS-Ol)、電機控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等電子設(shè)備， 可以同時掛載多個不同設(shè)備。為了減輕CAN總線層通訊壓力，簡化網(wǎng)絡(luò)，降低成本，在低端網(wǎng)絡(luò)中采用成本更低的LIN總線構(gòu)建通訊子網(wǎng)，然后通過CAN-LIN網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)不同通訊層之間數(shù)據(jù)交互。[0019]本實用新型在純電動汽車總線設(shè)計上實現(xiàn)基于以太網(wǎng)總線(NCU_BUS)、成熟CAN 總線、LIN總線的多層分布式總線系統(tǒng)的設(shè)計，充分利用各種總線優(yōu)勢，底層的NCU_BUS可以穩(wěn)定高速的實現(xiàn)大流量數(shù)據(jù)設(shè)備之間的信息交互，為上層數(shù)據(jù)交互提供可靠支撐，保障汽車電子控制一體化、信息統(tǒng)一化的實現(xiàn)。本實用新型在滿足現(xiàn)有電動汽車整車控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建要求的基礎(chǔ)上，將不同設(shè)備通訊需求分層化，融合不同現(xiàn)場總線優(yōu)勢，既保證了通訊需求和通訊速率，又提供整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為電動汽車的多媒體信息化發(fā)展構(gòu)建可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)。

圖1為本實用新型的整車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。其中NCU-VMS_02(網(wǎng)關(guān))為整車控制系統(tǒng)， 其包含了 NCU_BUS-CAN網(wǎng)關(guān)(以太網(wǎng)-CAN網(wǎng)關(guān))；NCU-BMS-Ol為電池管理系統(tǒng)；車門模塊 (網(wǎng)關(guān))為CAN-LIN網(wǎng)關(guān)。圖2為本實用新型的整車網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實用新型的CAN-LIN網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)圖。圖4為本實用新型NCU_BUS協(xié)議幀格式圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。本實施例整車控制系統(tǒng)MCU芯片為S3C2440，以太網(wǎng)總線控制器芯片為RTL8019， CAN總線控制器芯片為MCP2510，中央控制器(網(wǎng)關(guān))芯片為SST89E516RD2。以以太網(wǎng)總線、CAN總線、LIN總線，構(gòu)成多層分布式總線系統(tǒng)。以太網(wǎng)總線通訊層連接便攜式娛樂設(shè)備、后座娛樂系統(tǒng)、DVD,并通過整車控制系統(tǒng)與CAN總線實現(xiàn)不同總線間的信息交互；CAN總線層連接通訊速率相對較低的電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)，并通過CAN-LIN網(wǎng)關(guān)與LIN總線實現(xiàn)不同總線間的信息交互；LIN總線層連接后視鏡、 操作面板、門鎖、車窗。在NCU_BUS軟件設(shè)計的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層采用IEEE802. 3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在傳輸層采用一套簡化的總線傳輸協(xié)議，即取消上層TCP/IP協(xié)議，在以太幀頭的類型和填充字段內(nèi)采用簡化協(xié)議包括幀長度(2字節(jié))、幀序號(2字節(jié))、分段標志(2字節(jié))、 校驗和(2字節(jié))、數(shù)據(jù)(42-1492字節(jié))。所述的整車控制系統(tǒng)(參見附圖2)，包括控制系統(tǒng)MCU、以太網(wǎng)總線控制器、CAN總線控制器、整車控制執(zhí)行電路、顯示模塊、GPRS模塊、GPS模塊，以太網(wǎng)總線控制器通過隔離器與以太網(wǎng)總線連接，CAN總線控制器通過收發(fā)器與CAN總線連接。GPRS模塊、GPS模塊連接到控制系統(tǒng)MCU。所述的CAN-LIN網(wǎng)關(guān)(參見附圖3)，包括中央控制器(網(wǎng)關(guān))、CAN總線接口電路、 LIN總線接口電路。CAN總線通過CAN總線接口電路連接至中央控制器(網(wǎng)關(guān))，LIN總線通過LIN總線接口電路連接至中央控制器(網(wǎng)關(guān))。
權(quán)利要求1.一種電動汽車多現(xiàn)場總線融合裝置，其特征是由以太網(wǎng)總線、CAN總線、LIN總線構(gòu)成多層分布式總線系統(tǒng)，以太網(wǎng)總線層連接便攜式娛樂設(shè)備、后座娛樂系統(tǒng)、DVD信息娛樂設(shè)備，并通過整車控制系統(tǒng)與CAN總線實現(xiàn)不同總線間的信息交互；CAN總線層連接通訊速率較低的電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)及車座模塊，并通過CAN-LIN網(wǎng)關(guān)與LIN總線實現(xiàn)不同總線間的信息交互；LIN總線層連接后視鏡、操作面板、門鎖、車窗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是整車控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)MCU、以太網(wǎng)總線控制器、CAN總線控制器、整車控制執(zhí)行電路、顯示模塊、GPRS模塊、GPS模塊，以太網(wǎng)總線控制器通過隔離器與以太網(wǎng)總線連接，CAN總線控制器通過收發(fā)器與CAN總線連接，GPRS模塊、GPS模塊連接到控制系統(tǒng)MCU。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是CAN-LIN網(wǎng)關(guān)，包括中央控制器、CAN總線接口電路、LIN總線接口電路，CAN總線通過CAN總線接口電路連接至中央控制器，LIN總線通過LIN總線接口電路連接至中央控制器。
專利摘要一種電動汽車多現(xiàn)場總線融合裝置，其特征是以以太網(wǎng)總線、CAN總線、LIN總線構(gòu)成多層分布式總線系統(tǒng)，在以太網(wǎng)總線層掛載通訊數(shù)據(jù)量較大的娛樂設(shè)備，在CAN總線層連接通訊速率相對較低的電子設(shè)備及車座模塊，以太網(wǎng)總線與CAN總線之間通過整車控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，CAN總線與LIN總線之間通過CAN-LIN網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)通訊，本實用新型在滿足電動汽車整車控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建要求的基礎(chǔ)上，將不同設(shè)備通訊需求分層化，融合不同現(xiàn)場總線優(yōu)勢，既保證了通訊需求和通訊速率，又提供整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為電動汽車的多媒體信息化發(fā)展構(gòu)建可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號B60R16/023GK201998930SQ20092035015
公開日2011年10月5日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者萬曉鳳, 吳晶晶, 廖遠, 曹銘, 蔡麗香, 黃菊花 申請人:南昌大學(xué)