一种车用余度异构线传网络及其数据传输方法与流程

本发明属于汽车电子控制技术领域，特别涉及一种车用余度异构线传网络及其数据传输方法。

背景技术：

随着汽车电子控制技术的发展，汽车内越来越多的机械系统呈现电子化的趋势，其中也包括汽车电子油门，汽车线控转向，汽车线控制动等这类关系到汽车行车安全的汽车关键电子系统。汽车电子系统通信控制器(ECU)之间是通过汽车总线进行数据传输的，通信控制器(ECU)、总线收发器，汽车总线以及汽车电源共同构成汽车电子系统线传网络。目前的线传网络架构主要采用单一的CAN总线进行数据传输，对于汽车关键电子系统来说，单总线数据传输的安全可靠性是不够的。在已有的解决汽车关键电子系统数据传输的安全可靠性问题方面，提出的线传网络架构主要采用相同CAN总线备份或者FlexRay总线双通道的架构，即采用两条CAN总线或者两条FlexRay总线进行数据的传输，由于两条总线具有完全相同的工作机制，故存在线传网络共因故障失效等问题；在线传网络数据传输方法方面，已经提出的方法往往采用冷备份的方法进行数据(包括工作状态数据、报警数据以及其他数据)传输，也就是正常情况下，只有一条总线进行数据传输，另一条备份总线处于不工作状态，当工作总线发生故障时才切换到备份总线，继续进行数据传输，由于备份总线长时间处于不工作状态，故存在发生故障时总线通道切换失效等问题，即备份总线也不能进行正常工作。对于汽车关键电子系统来说，一旦线传网络发生故障，就会造成汽车关键电子系统失效，从而带来严重的安全隐患。因此如何解决线传网络架构设计以及线传网络数据传输的安全可靠性具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种车用余度异构线传网络及其数据传输方法，以解决汽车关键电子系统线传网络架构设计以及线传网络数据传输的安全可靠性问题。

本发明提出的一种车用余度异构线传网络，其特征在于，包括1个与汽车蓄电池和发电机相连的车用余度电源、多个余度线传网络节点、1个余度线传网络网关、由时间触发型的FlexRay总线和事件触发型的CAN总线构成的余度异构网络，各个余度线传网络节点和所述余度线传网络网关均设有电源接口和网络接口；其中，所述的余度线传网络节点和余度线传网络网关均通过电源接口与车用余度电源相连，由车用余度电源进行余度供电；所述的每个余度线传网络节点各通过多个网络接口分别与FlexRay总线和CAN总线相连；所述的余度线传网络网关通过多个网络接口分别与FlexRay总线、CAN总线和汽车CAN总线相连。

所述余度线传网络节点均相同，包括相同的通信控制器、FlexRay总线收发器、CAN总线收发器各2个；其中，两个通信控制器分别通过1个电源接口与车用余度电源连接；第一通信控制器分别与第一FlexRay总线收发器和第一CAN总线收发器相连，第一FlexRay总线收发器和第一CAN总线收发器各通过一个网络接口分别连接到FlexRay、CAN总线上；第二通信控制器分别与第二FlexRay总线收发器和第二CAN总线收发器相连，第二FlexRay总线收发器和第二CAN总线收发器分别通过一个网络接口连接到FlexRay、CAN总线上。

所述余度线传网络网关包括供电隔离模块、网关控制器、FlexRay总线收发器各1个，CAN总线收发器、电源接口各2个，以及3个网络接口；其中，2个电源接口通过供电隔离模块并联为余度线传网络网关供电；网关控制器分别与FlexRay总线收发器和第一CAN总线收发器相连，该FlexRay总线收发器和CAN总线收发器分别通过1个网络接口连接到FlexRay、CAN总线上；网关控制器还与第二CAN总线收发器相连，该CAN总线收发器通过网络接口与汽车CAN总线相连。

本发明提出的上述车用余度异构线传网络的数据传输方法，其特征在于，该方法由内传模式、外传模式以及网关模式数据仲裁构成，在正常工作情况下，余度异构线传网络由CAN总线和FlexRay总线构成两路数据传输通道共同进行总线数据传输，当一路数据总线发生故障时，由另一路数据总线仍能正常进行数据传输，即余度异构线传网络在出现单故障时仍能正常工作；同时整个余度异构线传网络的传输数据通过线传网络网关与汽车CAN总线进行数据交换。

所述内传模式数据仲裁为余度线传网络节点内部2个通信控制器之间数据传输的仲裁方法：第一通信控制器将数据分别重发2次给第一FlexRay总线收发器和第一CAN总线收发器，该第一FlexRay总线收发器和第一CAN总线收发器将2次重发的数据分别通过网络接口传输到FlexRay、CAN总线上；第二FlexRay总线收发器和第二CAN总线收发器分别通过网络接口接收2次重发的数据，并将接收到数据传给第二通信控制器；第二通信控制器将接收到的4次数据通过数据比较法进行数据仲裁，确保数据传输的正确。

所述外传模式数据仲裁为两个不同余度线传网络节点之间数据传输的仲裁方法：第一余度线传网络节点中的第一、第二通信控制器分别将相同的数据传输1次给该余度线传网络节点中对应的FlexRay总线收发器、CAN总线收发器，该余度线传网络节点中的FlexRay总线收发器、CAN总线收发器将接收的数据分别通过网络接口传输到FlexRay、CAN总线上；第二余度线传网络节点中的各个FlexRay总线收发器、CAN总线收发器分别通过网络接口接收第一余度线传网络节点传输的数据各2次，并将这些数据对应传给第二余度线传网络节点中的第一、第二通信控制器，即第二余度线传网络节点中的第一、第二通信控制器分别均收到4次数据；第二余度线传网络节点中的两个通信控制器各自将收到的4次数据通过数据比较法进行数据仲裁，确保数据传输的正确。

所述网关模式数据仲裁为余度线传网络节点与余度线传网络网关之间数据传输的仲裁方法：各个余度线传网络节点中的FlexRay总线收发器、CAN总线收发器将记录的本节点以及其余节点是否发生故障的工作状态数据分别通过网络接口传输1次到FlexRay、CAN总线上，余度线传网络网关通过网络接口分别接收各个FlexRay总线收发器、CAN总线收发器传输工作状态数据各2次，该余度线传网络网关通过数据比较法对接收的工作状态数据进行处理，将经过判断得到的整个余度线传网络的工作状态数据通过网络接口传到汽车CAN总线上，如果发现余度线传网络内部发生故障，余度线传网络网关通过网络接口将系统故障报警数据传到汽车CAN总线上，完成故障报警。

所述的数据比较法的具体步骤包括：将经过FlexRay、CAN总线传输后的FlexRay总线、CAN总线收发器接收到的数据进行两两比较，并将所有数据采用投票机制进行数据比较，设定数据相同数量多的数据为正确数据。

本发明车用余度异构线传网络及其数据传输方法的特点及有益效果：

1、本发明采用的余度异构线传网络架构，能够解决汽车关键电子系统网络通信的单故障失效问题，在发生单故障情况下仍能正常进行数据的传递。

2、本发明采用的余度异构线传网络数据传输方法将网络数据仲裁分成多种模式分别处理，保证了数据仲裁的正确性以及准确性，能够降低系统报警的误警率和虚警率。

3、相比于其他线传网络，本发明能够在实现余度网络通信的同时，对整个线传网络的工作状态进行实时的监控，完成线传网络的故障报警。

本发明的车用余度异构线传网络能够用于汽车关键电子系统中，其采用的余度设计结构满足一次“故障/工作/报警”的安全可靠性要求，能够保证汽车关键电子系统数据传输的安全可靠性。

附图说明

图1是本发明提出的车用余度异构线传网络架构示意图；

图2是本发明提出的余度线传网络节点示意图；

图3是本发明提出的余度线传网络网关示意图；

图4是本发明提出的车用余度线传网络数据传输方法示意图；

图5是本发明提出的内传模式数据仲裁方法的数据传递示意图；

图6是本发明提出的外传模式数据仲裁方法的数据传递示意图；

图7是本发明提出的网关模式数据仲裁方法的数据传递示意图。

具体实施方式

本发明提出的车用余度异构线传网络及其数据传输方法结合附图及实施例说明如下：

本发明提出的一种车用余度异构线传网络，其网络架构如图1所示，包括1个与汽车蓄电池和发电机相连的车用余度电源(采用本人已申请公开的发明专利(申请公开号CN105449842A)《一种车用余度电源》中叙述的余度电源结构)、n个相同的余度线传网络节点(n为正整数)、1个余度线传网络网关、由时间触发型的FlexRay总线和事件触发型的CAN总线构成的余度异构网络(CAN总线是事件触发型总线，FlexRay总线是时间触发型总线，二者具有不同的数据传输及仲裁机制，称为异构网络)；各个余度线传网络节点和所述余度线传网络网关均设有电源接口和网络接口；其中，所述的余度线传网络节点和余度线传网络网关均通过电源接口(P₁₁、P₂₁，P₁₂、P₂₂,……P_1n、P_2n、P_1G、P_2G)与车用余度电源相连，由车用余度电源进行余度供电；所述的每个余度线传网络节点i(i＝1,2,……,n)通过网络接口F_i1和F_i2,C_i1和C_i2分别与FlexRay总线和CAN总线相连；所述的余度线传网络网关通过网络接口F_G,、C_G分别与FlexRay总线和CAN总线相连，该余度线传网络网关还通过网络接口C_VG与汽车CAN总线相连。

如图1所示的车用余度异构线传网络架构中，余度线传网络节点均相同，现以余度线传网络节点1为例进行说明，其结构如图2所示，包括2个相同的通信控制器、2个相同的FlexRay总线收发器、2个相同的CAN总线收发器、2个电源接口、2个FlexRay总线网络接口以及2个CAN总线网络接口；其中，通信控制器1、通信控制器2分别通过电源接口P₁₁、P₂₁与车用余度电源连接；通信控制器1分别与FlexRay总线收发器1和CAN总线收发器1相连，同时FlexRay总线收发器1通过网络接口F₁₁连接到FlexRay总线上、CAN总线收发器1通过网络接口C₁₁连接到CAN总线上；通信控制器2分别与FlexRay总线收发器2和CAN总线收发器2相连，同时FlexRay总线收发器2通过网络接口F₁₂连接到FlexRay总线上、CAN总线收发器2通过网络接口C₁₂连接到CAN总线上。

如图1所示的车用余度异构线传网络架构中，余度线传网络网关的结构如图3所示，包括供电隔离模块、网关控制器、FlexRay总线收发器3、CAN总线收发器3和CAN总线收发器4，2个电源接口、1个FlexRay总线网络接口、1个CAN总线网络接口以及1个汽车CAN总线网络接口；其中，电源接口P_1G和P_2G通过供电隔离模块并联为余度线传网络网关供电；网关控制器分别与FlexRay总线收发器3和CAN总线收发器3相连，同时FlexRay总线收发器3通过网络接口F_G连接到FlexRay总线上、CAN总线收发器3通过网络接口C_G连接到CAN总线上；网关控制器还与CAN总线收发器4相连，CAN总线收发器4通过网络接口C_VG与汽车CAN总线相连。

本发明提出的余度线传网络数据传输方法，其网络数据仲裁方法如图4所示，包括内传模式数据仲裁，外传模式数据仲裁以及网关模式数据仲裁。所述内传模式数据仲裁是指余度线传网络节点内部通信控制器1和通信控制器2之间数据传输方法；外传模式数据仲裁是指余度线传网络节点之间数据传输方法；网关模式数据仲裁是指余度线传网络节点与余度线传网络网关之间数据传输方法。

在正常工作情况下，余度线传网络由CAN总线和FlexRay总线构成两路数据传输通道共同进行总线数据传输，当一路数据总线发生故障时，由另一路数据总线仍能正常进行数据传输，不存在总线通道切换失效等问题。这样就使得线传网络在出现单故障时仍能正常工作，同时整个余度异构线传网络的传输数据(包括工作状态数据、报警数据以及其他数据)可以通过线传网络网关来与汽车CAN总线进行数据交换。

如图4所示的余度线传网络数据传输方法中，内传模式数据仲裁如图5所示，以余度线传网络节点1中通信控制器1向通信控制器2传递数据S₁为例，通信控制器1将数据S₁分别重发2次给FlexRay总线收发器1和CAN总线收发器1，FlexRay总线收发器1通过网络接口F₁₁将2次重发数据S₁₁和S₁₂传到FlexRay总线上，同理CAN总线收发器1通过网络接口C₁₁将2次重发数据S₂₁和S₂₂传到CAN总线上。FlexRay总线收发器2通过网络接口F₁₂接收2次重发数据S₁₁和S₁₂，将接收到的数据传给通信控制器2，CAN总线收发器2通过网络接口C₁₂接收2次重发数据S₂₁和S₂₂，将接收到的数据传给通信控制器2。通信控制器2共接收到S₁₁，S₁₂，S₂₁和S₂₂ 4次数据，由于存在冗余数据，可以通过数据比较法进行数据的仲裁，数据比较法具体实施方式为：首先取FlexRay总线收发器2通过网络接口F₁₂接收到的数据S₁₁和CAN总线收发器2通过网络接口C₁₂接收到的数据S₂₁进行异构通道数据比较，如果S₁₁与S₂₁相同，则证明传输数据正确，默认取S₁＝S₁₁，即为收到的正确数据；如果S₁₁与S₂₁不相同，则证明传输数据发生错误，则继续取FlexRay总线收发器2通过网络接口F₁₂接收到的数据S₁₂与S₁₁和S₁₂三者进行比较，三个数据采用投票机制进行数据比较，多者为胜。以接收到的数据S₁₁＝4，S₁₂＝5，S₂₁＝5和S₂₂＝5为例，则经过数据比较法进行比较，最终的投票结果为数据S₁₁发生错误，默认取S₁＝S₁₂，即为收到的正确数据；这样即使有一个数据发生故障，仍然能够仲裁出正确的数据。

如图4所示的余度线传网络数据传输方法中，外传模式数据仲裁如图6所示，以余度线传网络节点1向余度线传网络节点2传递数据S₁为例，余度线传网络节点1中通信控制器1将数据S₁₁传给FlexRay总线收发器1，FlexRay总线收发器1通过网络接口F₁₁将S₁₁传到FlexRay总线上，余度线传网络节点1中通信控制器1将数据S₁₂传给CAN总线收发器1，CAN总线收发器1通过网络接口C₁₁将S₁₂传到CAN总线上；同理余度线传网络节点1中通信控制器2将数据S₂₁传给FlexRay总线收发器2，FlexRay总线收发器2通过网络接口F₁₂将S₂₁传到FlexRay总线上，余度线传网络节点1中通信控制器2将数据S₂₂传给CAN总线收发器2，CAN总线收发器2通过网络接口C₁₂将S₂₂传到CAN总线上。余度线传网络节点2中FlexRay总线收发器5通过网络接口F₂₁接收数据S₁₁和S₂₁，将接收到的数据传给通信控制器5，CAN总线收发器5通过网络接口C₂₁接收数据S₁₂和S₂₂，将接收到的数据传给通信控制器5。通信控制器5共接收到S₁₁，S₂₁，S₁₂和S₂₂ 4个数据，采用与上述内传模式数据仲裁相同的方法进行数据仲裁，得到正确的数据。同理余度线传网络节点2中FlexRay总线收发器6通过网络接口F₂₂接收数据S₁₁和S₂₁，将接收到的数据传给通信控制器6，CAN总线收发器6通过网络接口C₂₂接收数据S₁₂和S₂₂，将接收到的数据传给通信控制器6。通信控制器6共接收到S₁₁，S₂₁，S₁₂和S₂₂ 4个数据，仍采用与上述内传模式数据仲裁相同的方法进行数据仲裁，得到正确的数据。

如图4所示的余度线传网络数据传输方法中，网关模式数据仲裁如图7所示，余度线传网络节点i(i＝1,2,……,n，n为正整数)都向余度线传网络网关传递数据。余度线传网络节点i将记录的本节点以及其余节点是否发生故障的工作状态数据M_i1，M_i3分别通过网络接口F_i1，F_i2传输1次到FlexRay总线上，将记录的本节点以及其余节点是否发生故障的工作状态数据M_i2，M_i4分别通过网络接口C_i1，C_i2传输1次到CAN总线上。余度线传网络网关通过网络接口F_G和C_G分别接收2n个工作状态数据，仍采用与上述内传模式数据仲裁相同的方法即数据比较法对接收到的工作状态数据进行数据比较，多者为胜，最终判断出整个余度线传网络的工作情况，将经过判断得到的整个余度线传网络的工作状态数据通过网络接口C_VG传到汽车CAN总线上。在余度线传网络工作过程中，如果发现余度线传网络内部发生故障，余度线传网络节点会将报警数据传给余度线传网络网关，余度线传网络网关通过网络接口C_VG将系统故障报警数据传到汽车CAN总线上，完成故障报警。