专利名称：汽车总线网关动态优先级路由管理方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车总线网关，具体涉及一种汽车总线网关动态优先级路由策略及其实现方法，特别是一种汽车总线网关动态优先级路由管理方法及汽车总线网关动态优先级路由管理系统。
背景技术：
CAN总线是一种在汽车上广泛应用的总线，采用广播式传递车辆信息，能够轻松实现ECU之间通讯数据的交互。为了保证安全可靠的通信，一般要求CAN总线的负载率保持在30%以下，确保网关的路由高实时性。不同区域CAN总线的速率和识别代号不同，因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域，必须把它的识别信号和速率进行改变，能够让另一个系统接受，这个任务由网关即Gateway来完成。例如某个信号在某个总线区域 的识别符为100，它到达另一个总线区域时识别符变为400。现有技术这个转换过程是固定的，它不能根据工况的变化进行恰当的调整。伴随着电子技术的高速发展，各种车载电子系统也如雨后春笋般出现。而这些车载系统的高速发展的同时，也不断地加大了 CAN总线的通信压力。同时在传统能源日益紧张的今天，混合动力汽车成为发展的一种趋势，其安全性和智能化不仅与车辆乘用者的安全联系紧密，也间接验证了混合动力汽车的设计质量水平。而新能源系统的加入使CAN总线通讯量大量增加。没有一个更智能的网关，要保证传统汽车电子通讯与新能源通讯有机结合，又要保证可靠通讯，这给传统的CAN总线通信带来了极大的挑战。随着汽车电子的快速发展以及新能源等技术在汽车上的应用，车载网络变得越来越复杂。传统静态路由的策略灵活性差，在车载电子系统越来越庞大的情况下，越来越不能满足动态实时操作的需求。而基于实时性的CAN总线系统在这种情况下存在着不能满足实际应用的缺点。由此可见，总线子系统之间的通信路由策略的灵活性不足制约着新的技术应用。在汽车传统CAN总线网络的实时性受到挑战的情况下，必须有一种新型的总线网络路由策略来解决传统车载系统与新的汽车电子系统及新能源等技术的结合时带来的通信路由时效性变差的问题。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种汽车总线网关动态优先级路由管理方法和系统，从而能够在车载网络变得越来越复杂的情况下，解决现有通信网关通信实时性不足的问题，提高汽车的安全性和智能化，为驾驶员提供更为安全舒适的汽车。本发明的第一方面提供一种汽车总线网关动态优先级路由的管理方法，包括以下步骤
A.分析整车的需求，定义各个系统的产品地址；B.确定ECU各个功能的优先级，制定不同工况的动态路由表；
优选的是，所述步骤按照上述排列顺序依次进行。在上述任一方案中优选的是，步骤A中的所述分析包括分析整车拓扑结构。进一步优选的是，所述整车拓扑结构包括动力CAN、辅助动力CAN、车身CAN、舒适CAN、FIN总线、网关。进一步优选的是，所述辅助动力CAN包括主电机控制系统、整车控制系统、能量回收系统、电池管理系统、仪表。在上述任一方案中优选的是,所述动力CAN包括车辆稳定系统、电动助力转向、安全气囊模块、发动机控制系统、电池传感器、双离合变速器、方向旋转传感器、移动大灯。
在上述任一方案中优选的是,所述车身CAN包括智能进入启动系统、转向管柱锁、限速显示系统、仪表、电源管理系统、车身控制器。在上述任一方案中优选的是，所述舒适CAN包括自动分区空调、3G、DVD、收音机、GPS、座椅模块影音娱乐系统。在上述任一方案中优选的是，步骤A中的所述分析包括分析每个控制系统接收的消息，对于复杂的系统可能含有多条消息，消息中包含传递的信号。在上述方案中优选的是，所述控制系统中的EPB(电子驻车制动系统)静态拉起手动拉起时，需要信号包括转速信号、正常电源电压信号。在上述任一方案中优选的是，所述控制系统中的EPB (电子驻车制动系统)静态拉起智能拉起时，接受信号包括轮速信号、纵向加速信号、安全带信号、驾驶员门位置信号。在上述任一方案中优选的是，所述控制系统中的EPB(电子驻车制动系统)静态拉起再加紧功能时，接受信号包括轮速信号(拉力下降补偿情况下)、轮距脉冲计数器(溜车再夹紧情况下)。在上述任一方案中优选的是，所述控制系统中的EPB(电子驻车制动系统)静态拉起自动拉起时，接受信号包括轮速信号、发动机转速信息、发动机扭矩信息、系统电源正常信号;
在上述任一方案中优选的是，所述EPB(电子驻车制动系统)静态拉起自动控制时，接受信号包括 Autonomous Brake Request 信号。在上述任一方案中优选的是，所述控制系统中的EPB(电子驻车制动系统)动态应用模式动态应用时，在制动系统制动的情况下，接受信号包括转速信号；EPB防抱死制动的情况下接受ABS/TCS/ESC Active信号；在Degraded制动的情况下接受刹车灯信号。在上述任一方案中优选的是，所述控制系统中的EPB(电子驻车制动系统)动态应用模式动态备用应用模式时，接受信号包括纵向加速信号、自动制动系统信号。在上述任一方案中优选的是，所述控制系统中的EPB (电子驻车制动系统)动态释放时，接受信号包括轮速信号、ABS/TCS/ESC Active信号。在上述任一方案中优选的是，根据各功能接收的消息定义每个控制系统发送的消息，对于复杂的系统可能含有多条消息，消息中包含传递的信号。在上述任一方案中优选的是，步骤A中的所述定义各个系统的产品地址为EPB(电子驻车制动)的产品地址为E ;ABS (防抱死控制系统)的产品地址为D ； I⑶(仪表)的产品地址为F ；BCM(车身管理系统)的产品地址为C ;IOU (变速器管理系统)的产品地址为B ；ECM(发动机管理系统)的产品地址为A ;……。在上述任一方案中优选的是，在步骤B中所述确定ECU各个功能的优先级，包括确定汽车在不同的工况状态下，判断系统是否需要路由，各个系统路由的优先顺序。在上述方案中优选的是，汽车在静止状态下，各个系统的优先级顺序为EPB(电子驻车制动)一> BCM (车身管理系统)一> ABS (防抱死控制系统)一> I⑶(仪表)一>T⑶(变速器管理系统)一> ECM(发动机管理系统)一>……。在上述任一方案中优选的是，汽车在启动但未行驶的工况下，各个系统的优先级顺序为ECM(发动机管理系统)—>T⑶(变速器管理系统)—>ΕΡΒ(电子驻车制动)—>ABS (防抱死控制系统)一>BCM (车身管理系统)一> ICU (仪表)—>……。在上述任一方案中优选的是，在步骤B中所述制定不同工况的动态路由表，包括在汽车启动但未行驶的工况下，EPB (电子驻车制动系统)路由消息I原始ID为150优先级变更后ID为350 ;路由消息2原始ID为151优先级变更后ID为351 ;路由消息3原始ID为152优先级变更ID为352……。在上述任一方案中优选的是，在步骤B中所述制定不同工况的动态路由表，包括在汽车启动但未行驶的工况下，ABS(防抱死控制系统)路由消息I原始ID为340优先级变更后ID为440 ;路由消息2原始ID为341优先级变更后ID为441 ;路由消息3原始ID为342优先级变更ID为442……。在上述任一方案中优选的是，在步骤B中所述制定不同工况的动态路由表，包括在汽车启动但未行驶的工况下，ICU(仪表系统)路由消息I原始ID为460优先级变更后ID为660 ;路由消息2原始ID为461优先级变更后ID为661 ;路由消息3原始ID为462优先级变更ID为662……。本发明的第二方面涉及一种汽车网关动态路由管理系统，具有C.根据工况的状态，依据动态路由表，实现诊断型动态网关路由优先级较高的信息实时通关的功能。在上述任一方案中优选的是，所述网关动态路由管理系统包括网关、诊断仪、动力CAN总线、车身CAN总线、辅助动力CAN总线和舒适CAN总线，所述诊断仪、、车身CAN总线、辅助动力CAN总线和舒适CAN总线均经过所述网关相互联通。在上述任一方案中优选的是，所述动力CAN总线、辅助动力CAN总线属于高速总线，传输速率为500kbit/s，舒适CAN总线、车身CAN总线属于低速总线，传输速率为100kbit/s。在上述任一方案中优选的是，所述汽车网关动态路由管理系统具有工况判断模块、切换系统优先级的模块、变更信息优先级模块、诊断仪、网关、动态路由表文件模块，通过模块之间的交互工作实现智能化合理分配总线资源的功能。在上述任一方案中优选的是，所述汽车网关动态路由管理系统根据电池和钥匙的状态工况判断模块判断车辆所处工况，根据所判断出的 工况，动态路由表文件模块查询最优优先级，通过现有优先级与最优优先级的对比，判断功能涉及的系统是否需要优先级切换，如果不需要切换，直接结束，判断出功能涉及的系统需要切换优先级时，切换各个系统优先级的模块能够切换发送信息系统的优先级；切换系统优先级后，根据电源的状态工况判断模块判断出当前工况，动态路由表文件模块查询最优优先级通过现有优先级与最优优先级的对比，判断功能涉及的信息是否需要优先级切换，如果不需要，网关给诊断仪发送无该诊断控制器的消息，如果需要则切换到当前工况下的优先等级；切换到当前工况后，判断报文是否切换成功，如果判断切换不成功则记录相关的故障码；如果判断切换成功网关则进行正常的发送。
图1为按照本发明的汽车总线网关动态优先级路由管理方法的一优选实施例的方案的实施步骤。图2为按照本发明的汽车总线网关动态优先级路由管理方法的整车拓扑结构的一优选实施例的结构图。图3为按照本发明的一种汽车网关动态路由管理系统网关与CAN总线的通信结构图。
图4为按照本发明汽车总线网关动态优先级路由管理方法中的分析部分的EPB(电子驻车制动系统)的接受信息图。图5为按照本发明的汽车总线网关动态优先级路由管理方法在汽车启动但未行驶工况下的部分动态路由表。图6为按照本发明的一种汽车网关动态路由管理系统根据动态路由表进行软件设计的流程图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。图1是发明的总流程图，首先分析整车的需求，定义各个系统的产品地址，根据分析定义每个控制系统发送消息(对于复杂的系统可能含有多条信息，信息中包含产地的信号)。在此基础上根据各个系统在每个工况状态下的优先程度，制定路由优先级表。再根据路由优先级表，对诊断型网关进行软件设计，实现高时效的通信。分析整车的需求，了解整个车载网络。图2是车载网络的整个拓扑结构，其中包括动力CAN总线、辅助动力CAN总线、车身CAN总线、舒适CAN总线、LIN总线。CAN总线是车内电子装置中的一个独立系统，它就是数据线，用于在连接的控制单元之间进行信息交换，如果CAN总线系统出现故障，故障就会存入相应的控制单元故障存储器内，可以用诊断仪读出这些故障。其中动力CAN包括车辆稳定系统、电动助力转向、安全气囊模块、发动机控制系统、电池传感器、双离合变速器、方向旋转传感器、移动大灯。车身CAN包括智能进入启动系统、转向管柱锁、限速显示系统、仪表、电源管理系统、车身控制器。舒适CAN包括自动分区空调、3G、DVD、收音机、GPS、座椅模块影音娱乐系统。图3为网关与CAN总线的关系图。网关连接动力CAN，辅助动力CAN，车身CAN，舒适CAN。其中动力CAN总线、辅助动力CAN总线属于高速总线，LIN总线作为辅助总线系统，舒适CAN总线、车身CAN总线属于低速总线。只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果2个或2个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。具有较高优先权报文的单元可以获得总线访问权。根据拓扑结构分析，定义各个系统的产品地址。设定EPB即电子驻车制动的产品地址为E ;ABS即防抱死控制系统的产品地址为D ； I⑶即仪表的产品地址为F ;BCM即车身管理系统的产品地址为C ;T⑶即变速器管理系统的产品地址为B ;ECM即发动机管理系统的产品地址为A……。通过分析拓扑结构，明确车辆的车载网络需求，分析每个控制系统接受的消息，对于复杂的系统可能含有多条消息，消息中包含传递的信号。图4举例说明了 EPB即电子驻车制动系统接受的信号。 静态拉起手动拉起时，接受信号包括转速信号、正常电源电压信号；静态拉起智能拉起时，接受信号包括轮速信号、纵向加速信号、安全带信号、驾驶员门位置信号；静态拉起在加紧功能时，在拉力下降补偿情况下接受信号包括轮速信号、在溜车再夹紧情况下需轮距脉冲计数器的信号；静态拉起自动拉起时，接受信号包括轮速信号、发动机转速信息、发 动机扭矩信息、系统电源正常信号；静态拉起自动控制时，接受信号包括Autonomous BrakeRequest 信号。动态应用模式动态应用时，在制动系统(ESP)制动的情况下接受信号包括转速信号、在EPB防抱死制动的情况下还需接受ABS/TCS/ESC Active信号、在Degraded制动的情况下还需接受刹车灯信号；动态应用模式动态备用应用模式时，接受信号包括纵向加速信号、自动制动系统信号。动态释放时，接受信号包括轮速信号、ABS/TCS/ESC Active信号。静态拉起功能执行驻车制动器拉起动作；动态应用模式功能执行防抱死拉起动作；动态释放功能执行驻车制动器释放动作。在明确各种功能的接受消息的基础上进一步定义每个控制系统发送的消息，对于复杂的系统会含有多条消息，消息中包含传递的信号。明确整车的具体需求后，制定根据各个系统在每个工况状态下的优先程度的路由优先级表。在汽车不同的工况状态下，判断系统是否需要路由，定义路由的各个系统在各个工况下的优先级。具体地，汽车在静止状态下，各个系统的优先级顺序为EPB(电子驻车制动)一>BCM(车身管理系统)一> ABS (防抱死控制系统)一> I⑶(仪表)一> T⑶(变速器管理系统)一> ECM(发动机管理系统)一>……。汽车在启动但未行驶的工况下，各个系统的优先级顺序为ECM(发动机管理系统)一XTCU (变速器管理系统)一>EPB(电子驻车制动)一> ABS(防抱死控制系统)—>BCM(车身管理系统)一> ICU(仪表)一>……。CAN信息包一般分为两部分信息部分和数据部分。头两个字节为信息部分，其前十一位为标识符即ID，标识符中的前八位用作接收判断，包含本信息包的目的站地址。汽车总线采取根据识别符来判断优先级的仲裁机制。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同识别符的数据帧和远程帧同时初始化时，数据帧优先于远程帧。仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送。如果发送的是一“隐性”电平而监视的是一“显性”电平(见总线值)，那么单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。图5为各个电子控制系统在汽车启动但未行驶工况下的路由的优先级表。其中，EPB(电子驻车制动系统)路由消息A原始ID为150优先级变更后ID为350 ；路由消息B原始ID为151优先级变更后ID为351 ;路由消息C原始ID为152优先级变更ID 为 352......。ABS (防抱死控制系统)路由消息A原始ID为340优先级变更后ID为440 ;路由消息B原始ID为341优先级变更后ID为441 ;路由消息C原始ID为342优先级变更ID为442......。ICU (仪表)路由消息A原始ID为460优先级变更后ID为660 ;路由消息B原始ID为461优先级变更后ID为661 ;路由消息C原始ID为462优先级变更ID为662……。
将这些动态优先级列表规整到一起，制作成汽车车载系统的动态网关路由优先级表文件。将这个文件作为动态网关开发的输入文件。最后根据动态路由表文件，对诊断型网关进行软件设计，实现高时效的通信。图6为系统软件设计的流程图，首先根据电池及钥匙的状态判断车辆所处的工况，根据预先输入的动态优先级表功能定义确定各个系统的功能等级，判断功能涉及的消息是否需要优先级切换，如果不需要切换，直接结束；如果需要切换则根据电源的所处的工况状态确认是否需要变更优先级。根据判断，不需要变更则向诊断仪发送无该控制器消息，需要变更则切换到当前工况下的优先级。最后判断接收的报文是否切换成功，不成功则让系统记录相关的故障码；成功则让网关进行正常的发送。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。
权利要求
1.一种汽车总线网关动态优先级路由管理方法，包括以下步骤A.分析整车的需求，定义各个系统的产品地址；其特征在于，还包括以下步骤B.确定ECU各个功能的优先级，制定不同工况的动态路由表；C.根据工况的状态，对诊断型的网关进行软件设计，实现网关动态路由优先级较高的信息实时通关的功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中的所述分析包括分析整车拓扑结构。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述整车拓扑结构包括动力CAN、辅助动力CAN、车身CAN、舒适CAN、FIN总线、网关。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步优选的是，所述辅助动力CAN包括主电机控制系统、整车控制系统、能量回收系统、电池管理系统、仪表。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述动力CAN包括车辆稳定系统、电动助力转向、安全气囊模块、发动机控制系统、电池传感器、双离合变速器、方向旋转传感器、 移动大灯。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述车身CAN包括智能进入启动系统、转向管柱锁、限速显示系统、仪表、电源管理系统、车身控制器。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述舒适CAN包括自动分区空调、3G、DVD、 收音机、GPS、座椅模块影音娱乐系统。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述网关连接动力CAN、辅助动力CAN、车身CAN、舒适CAN，其中动力CAN总线、辅助动力CAN总线属于高速总线，LIN总线作为辅助总线系统，舒适CAN总线、车身CAN总线属于低速总线。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中的所述分析包括分析每个控制系统接收的消息(对于复杂的系统可能含有多条消息，消息中包含传递的信号)。
10.一种汽车网关动态优先级路由系统，其实施上述任一权利要求中的方法，包括网关、诊断仪、动力CAN总线、车身CAN总线、辅助动力CAN总线和舒适CAN总线，所述诊断仪、、 车身CAN总线、辅助动力CAN总线和舒适CAN总线均经过所述网关相互联通，其特征在于 还具有工况判断模块、切换系统优先级的模块、变更信息优先级模块、诊断仪、网关、动态路由表文件模块，通过模块之间的交互工作实现智能化合理分配总线资源。
全文摘要
本发明涉及汽车总线网关，具体涉及一种汽车总线网关动态优先级路由策略及其实现方法，特别是一种汽车总线网关动态优先级路由管理方法及汽车总线网关动态优先级路由管理系统。通过分析汽车车载网络需求，确定ECU各个功能的优先级，制定不同工况的动态路由表；再根据工况的状态，对诊断型的网关进行软件设计，实现网关动态路由优先级较高的信息实时通关的功能。
文档编号H04L12/741GK103023786SQ20121058817
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者白云飞, 王帅, 陈苗 申请人:北京兴科迪科技有限公司