一種連接車內(nèi)控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于汽車控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連接車內(nèi)控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，汽車內(nèi)的電控系統(tǒng)越來(lái)越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動(dòng)系統(tǒng) (Antilock Brake System，ABS)、安全氣囊裝置、電動(dòng)門窗、主動(dòng)懸架等等，還有遍布于車身 的各種傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的狀態(tài)信息，并將狀態(tài)信息發(fā)送至對(duì)應(yīng)的控制單元，以在 這些控制單元之間實(shí)現(xiàn)信息共享。比如，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)用于表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與油門踏 板位置的兩個(gè)信號(hào)需要傳遞給自動(dòng)變速器控制單元，自動(dòng)變速器控制單元會(huì)據(jù)此來(lái)發(fā)出升 檔和降檔的操作指令。
[0003]目前，各車內(nèi)控制器之間通過(guò)CAN(Controller Area Network)總線進(jìn)行通信，如 圖1所示，其基于的是一種多主(multi-master)的串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，通信的介質(zhì)可以是雙 絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維等。CAN總線采用多主競(jìng)爭(zhēng)式的總線結(jié)構(gòu)，在通信接口中集成了 CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊 編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。汽車上CAN總線的連接方式主要有兩種，一種是 用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速CAN總線，速率可達(dá)到500kb/s，高速CAN總線主要連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單 元、ABS控制單元、安全氣囊控制單元、組合儀表等這些與汽車行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)，這些系 統(tǒng)由于信息傳輸量較大且對(duì)于信息傳輸速率有很高的要求，所以需要高速CAN總線來(lái)滿足 其要求;另一種是用于車身系統(tǒng)的低速CAN總線，速率為100kb/ S，車身系統(tǒng)的CAN總線主要 連接中控鎖、電動(dòng)門窗、后視鏡、車內(nèi)照明燈等對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的車身系統(tǒng)上。
[0004] 然而，CAN總線采用的是多主的串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，目前只能實(shí)現(xiàn)集線器(HUB)通 信模式，在C/S結(jié)構(gòu)的Hub模式下，網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障的問(wèn)題，如果主要的信息發(fā)布者發(fā) 生故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚蜁?huì)出現(xiàn)問(wèn)題，降低了汽車電控系統(tǒng)的可靠性和安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種連接車內(nèi)控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以解決目前汽 車電控系統(tǒng)的可靠性和安全性低的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種連接車內(nèi)控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括：
[0007] 基于全分布的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，將各車內(nèi)控制器分別作為所述對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中地位相等的節(jié) 點(diǎn)，構(gòu)成車內(nèi)局域網(wǎng)；
[0008] 所述車內(nèi)控制器包括電子控制單元ECU、整車控制器VMS、自動(dòng)防抱死ABS、自動(dòng)變 速箱AMT及其他控制單元；
[0009] 所述車內(nèi)控制器基于所述對(duì)等網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，共享硬件資源并提供服務(wù)。
[0010] 本發(fā)明實(shí)施例中，采用全分布拓?fù)涞膶?duì)等網(wǎng)絡(luò)將各車內(nèi)控制器相連，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具 備去中心化、健壯性、高性價(jià)比和易于擴(kuò)展的特點(diǎn)，提高了汽車電控系統(tǒng)的可靠性和安全 性。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述 中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些 附圖獲得其他的附圖。
[0012] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的連接車內(nèi)控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的連接車內(nèi)控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的對(duì)車內(nèi)控制器進(jìn)行改進(jìn)的示意圖；
[0015] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)圖；
[0016] 圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的對(duì)車內(nèi)控制器進(jìn)行改進(jìn)的示意圖；
[0017] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞抡鎴D；
[0018] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下描述中，為了說(shuō)明而不是為了限定，提出了諸如特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)之類的具 體細(xì)節(jié)，以便透切理解本發(fā)明實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在沒有這些具體 細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它情況中，省略對(duì)眾所周知的系統(tǒng)、裝置、電 路以及方法的詳細(xì)說(shuō)明，以免不必要的細(xì)節(jié)妨礙本發(fā)明的描述。
[0020] 在本發(fā)明實(shí)施例中，采用對(duì)等(P2P)網(wǎng)絡(luò)將各車內(nèi)控制器相連，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特 點(diǎn)主要體現(xiàn)在：
[0021] 1、非中心化：網(wǎng)絡(luò)中的資源和服務(wù)分散在所有節(jié)點(diǎn)上，信息的傳輸和服務(wù)的實(shí)現(xiàn) 都直接在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，可以無(wú)需中間環(huán)節(jié)和服務(wù)器的介入，避免了可能的瓶頸。對(duì)等網(wǎng)絡(luò) 的非中心化基本特點(diǎn)，帶來(lái)了其在可擴(kuò)展性、健壯性等方面的優(yōu)勢(shì)。
[0022] 2、可維護(hù)性:在對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，隨著用戶的加入，不僅服務(wù)的需求增加了，系統(tǒng)整體 的資源和服務(wù)能力也在同步地?cái)U(kuò)充，始終能比較容易地滿足用戶的需要。理論上其可拓展 性幾乎可以認(rèn)為是無(wú)限的。
[0023] 3、健壯性:對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)天生具有耐攻擊、高容錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。由于服務(wù)是分散在各 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行的，部分節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)遭到破壞對(duì)其它部分的影響很小。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)一般在部 分節(jié)點(diǎn)失效時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)整整體拓?fù)?，保持其它?jié)點(diǎn)的連通性。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通常都是以自組 織的方式建立起來(lái)的，并允許節(jié)點(diǎn)自由地加入和離開。
[0024] 4、負(fù)載均衡:對(duì)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是服務(wù)器又是客戶機(jī)，減少了對(duì)傳 統(tǒng)C/S結(jié)構(gòu)服務(wù)器計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力的要求，同時(shí)因?yàn)橘Y源分布在多個(gè)節(jié)點(diǎn)，更好的實(shí)現(xiàn) 了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡。
[0025] 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系可以包括中心化拓?fù)?、全分布拓?fù)浜桶敕植纪負(fù)?，在本發(fā)明 實(shí)施例中，為了保證各車內(nèi)控制器在網(wǎng)絡(luò)中的地位相等，以降低單點(diǎn)故障所帶來(lái)的系統(tǒng)癱 瘓風(fēng)險(xiǎn)，采用全分布的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其使用隨機(jī)圖的組織方式，從而可以較快發(fā)現(xiàn)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)， 加快傳播速率。同時(shí)，面對(duì)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化，全分布的拓?fù)溥€體現(xiàn)了較好的容錯(cuò)能力，因此 具有較好的可用性。如圖2所示，基于全分布的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，各車內(nèi)控制器分別作為該對(duì)等網(wǎng) 絡(luò)中地位相等的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成車內(nèi)局域網(wǎng)，其中，車內(nèi)控制器包括但不限于電子控制單元 (Electronic Control Unit，E⑶）（又稱"行車電腦"、"車載電腦"等）、ABS、整車控制器 (Vehicle Management System，VMS)、自動(dòng)變速箱（Automated Mechanical Transmission， AMT)及其他控制單元，各車內(nèi)控制器基于對(duì)等網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，共享硬件資源并提供服 務(wù)，這些硬件資源提供的服務(wù)和內(nèi)容能被其它對(duì)等節(jié)點(diǎn)（Peer)直接訪問(wèn)，無(wú)需經(jīng)過(guò)中間實(shí) 體，使得各車內(nèi)控制器既是信息/數(shù)據(jù)提供者(Server)，又是信息/數(shù)據(jù)獲取者(Client)，一 旦某個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出了故障，也不會(huì)影響到其他車內(nèi)控制器的運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具備去中心化、 健壯性、高性價(jià)比和易于擴(kuò)展的特點(diǎn)，提高了汽車電控系統(tǒng)的可靠性和安全性。
[0026] 進(jìn)一步地，可以將上述全分布拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓展為結(jié)構(gòu)化。上述全分布拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)準(zhǔn)確 地應(yīng)該定義為全分布非結(jié)構(gòu)化拓?fù)?，在此，可以?gòu)建結(jié)構(gòu)化的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，方法是將分布式散 列表(DHT)引入進(jìn)來(lái)，維護(hù)節(jié)點(diǎn)的位置和路由信息，更加有效地查找信息。
[0027] 進(jìn)一步地，所述其他控制單元可以包括智能移動(dòng)終端，智能移動(dòng)終端可以作為車 內(nèi)控制器的延伸單元，進(jìn)行圖像、溫度等傳感器，或與路邊設(shè)施相溝通，然后與車內(nèi)控制器 通過(guò)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的方式相連。
[0028] 在本發(fā)明實(shí)施例所使用的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，具有很強(qiáng)的 拓展性，傳輸層使用用戶數(shù)據(jù)報(bào)(User Datagram Protocol，UDP)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之 間的數(shù)據(jù)傳輸。UDP協(xié)議是開放式系統(tǒng)互聯(lián)(Open System Interconnection，OSI)參考模型 中一種無(wú)連接的傳輸層協(xié)議，IETF RFC 768是UDP的正式規(guī)范，UDP協(xié)議的主要作用是將網(wǎng) 絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)包的形式，一個(gè)典型的數(shù)據(jù)包就是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的傳輸單位，每 一個(gè)數(shù)據(jù)包的前8個(gè)字節(jié)用來(lái)包含報(bào)頭信息，剩余字節(jié)則用來(lái)包含具體的傳輸數(shù)據(jù)。由于 UDP數(shù)據(jù)擁有比TCP數(shù)據(jù)更高的優(yōu)先通信權(quán)利，這點(diǎn)使得UDP數(shù)據(jù)在通信上更加的快速，同 時(shí)，與TCP協(xié)議相比，UDP協(xié)議沒有TCP中復(fù)雜的擁塞控制算法、繁瑣的握手過(guò)程以及重傳策 略，因此，使用UDP傳輸數(shù)據(jù)速度非?？?，并且，TCP協(xié)議被內(nèi)置在系統(tǒng)協(xié)議棧中，極難被改 進(jìn)，而UDP協(xié)議的使用非常靈活。
[0029] 進(jìn)一步地，在各車內(nèi)控制器之間，采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，節(jié)省布線 成本，降低高度成本，使得硬件而已更加靈活。
[0030] 基于以太網(wǎng)及UDP的通信協(xié)議，采用無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，需要在傳統(tǒng)的車內(nèi)控制 器模塊的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)。由于傳統(tǒng)的車內(nèi)控制器并不支持以太網(wǎng)協(xié)議，為了最大程度 地降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)或改造成本，在本發(fā)明實(shí)施例中，使用CAN-UDP協(xié)議轉(zhuǎn)換器來(lái)解決該 問(wèn)題，以整車控制器為例，對(duì)車內(nèi)控制器的改進(jìn)如圖3所示，其中，傳統(tǒng)的車內(nèi)控制器及相關(guān) 裝置包括了VMS和與VMS連接的CAN控制器，在本發(fā)明實(shí)施例中，在CAN控制器上連接CAN-UDP 協(xié)議轉(zhuǎn)換器，并在CAN-UDP協(xié)議轉(zhuǎn)換器上連接數(shù)據(jù)緩存裝置，CAN-UDP協(xié)議轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)緩 存裝置均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器連接無(wú)線收發(fā)器，從而完成與其他車內(nèi)控制器的數(shù)據(jù)通信。優(yōu)化 后的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖4所示。
[0031] 進(jìn)一步地，所述UDP協(xié)議可以為增強(qiáng)版的UDP協(xié)議，例如基于UDP的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 (UDP-based Data Transfer Protocol，UDT)〇
[0032] 作為本發(fā)明的另一實(shí)施例，有別于圖3所示實(shí)施例，可以直接在車身控制器的基礎(chǔ) 上進(jìn)行無(wú)線傳輸，無(wú)需向下兼容，如圖5所示，整車控制器直接連接數(shù)據(jù)緩存裝置，數(shù)據(jù)緩存 裝置通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器連接無(wú)線收發(fā)器，從而完成與其他輛控制器的數(shù)據(jù)通信。
[0033]作為例子，對(duì)傳統(tǒng)的車內(nèi)控制器模塊所增加的器件的部分選型如下：
[0034] 數(shù)據(jù)緩存裝置由鎖存器74LS3