电动汽车的域架构车载网络系统、域协同处理方法及域控制装置与流程

本发明涉及电动汽车的技术领域，具体为电动汽车的域架构车载网络系统、域协同处理方法及域控制装置。

背景技术

随着人们对节能、环保和安全需求的不断提高，研发智能化、网联化的高性能电动汽车成为新趋势。与传统的电动汽车相比，智能化、网联化的高性能电动汽车通过综合运用智能/辅助驾驶系统、线控动力底盘系统、能源系统、车身系统以及信息娱乐系统，在提高能源使用效率、绿色出行以及行车安全方面具有很大优势，已成为竞相研发的热点。然而，另一方面，功能各异的大量电子控制系统的运用又带来了新的挑战，诸如数据传输需求的差异化明显加大，比如高精度的环境感知信息要求实时连续性传输、动力底盘控制系统的信息要求实时短包传输、车身系统的信息要求传输的高度灵活性、信息娱乐系统信息则要求大的网络吞吐率；数据传输交换量的大幅增加，比如环境感知信息、智能/辅助驾驶控制信息、线控动力底盘控制信息、安全警告信息等实时数据的大量增加。当前电动汽车通常采用多条车载总线互连集成，比如采用多条can(controllerareanetwork)总线互连集成。由于受到数据包长度(can的数据域长度最大为8字节)和传输速率(can的最大传输速率为1mbits/s)的影响，将智能化、网联化高性能电动汽车的控制功能直接放在现有车载网络系统中实现，不仅实施困难，而且将不可避免地引起网络拥挤、网络延时等问题，进而影响车辆控制的可靠性、实时性，给车辆运行带来极大安全隐患。传统车载网络系统已无法满足智能化、网联化高性能电动汽车的实际需要。

技术实现要素：

本发明提出新的电动汽车的域架构车载网络系统、域协同处理方法及域控制装置，可明显地提高车辆多功能系统集成的可实施性，同时有效抑制网络拥挤、延时问题，提高车辆控制的可靠性、实时性，大幅提高车辆运行的安全性，为高性能电动汽车的智能化、网联化提供技术支撑。

具体技术方案为：

电动汽车的域架构车载网络系统，包含车载交换装置、车载主干网络、能源域控制装置及其子网络系统、动力底盘域控制装置及其子网络系统、车身域控制装置及子网络系统、智能/辅助驾驶域控制装置及其子网络系统、信息娱乐域控制装置及其子网络系统；

其中车载交换装置通过车载主干网络与各个域控制装置连接，形成车载主干网络系统，各域控制装置同时又分别通过各自车载总线与域内其它子网络系统连接，形成域子网络系统。

该电动汽车的域架构车载网络系统的域协同处理方法，所述车载交换装置采用协同处理方法管理各域控制装置的数据交换，实现跨域功能的实施；

所述的协同处理方法，包括基于先入先出原则、基于优先级排队非抢占原则、基于调度表调度原则；

所述的先入先出原则为根据数据包接收的先后顺序发送数据包，先接收的数据包先被发送，后接收的数据包后被发送；

所述的基于优先级排队非抢占原则为根据数据包的优先级确定发送顺序，优先级越高越先被发送，优先级越低越迟被发送，且每个数据包一旦启动发送、不可停止，直到发送完成；

所述的基于调度表调度的原则为：基于事先设计的调度表确定数据包的发送顺序。

进一步的，所述基于调度表调度的原则采用柔性时间触发调度算法；

所述的柔性时间触发调度算法为：数据包的发送采用基本周期管理，基本周期由一个时间意义上的主节点通过周期性的发送调度命令产生，各节点接收到调度命令后，按照调度命令启动数据包发送，每个基本周期内允许发送数据包的个数n满足以下不等式：

其中tbasic-cycle是基本周期的时间长度，是数据包i的传输时间，max()为求最大值运算，∑()为求和运算。

本发明还提供上述域协同处理方法的域控制装置，所述域控制装置采用调度与控制协同模式接受车载交换装置的管理，并实现域内各功能的实施，包括接收模块、控制器模块、调度器模块、发送模块；

调度与控制协同模式为：根据接收模块接收到的车辆信息和来自车载交换装置的命令，采用控制器模块与调度器模块结合的模式，其中控制器模块负责根据接收的车辆信息及来自车载交换装置的控制命令计算处理产生车辆反馈状态信息及控制命令，调度器模块负责根据接收的车辆信息及来自车载交换装置的调度命令计算处理产生通信调度命令，最后控制命令与调度命令由发送模块发送给相应接收对象。

本发明的有益效果：

1.通过采用域架构车载网络系统和域协同处理方法，可以有效满足不同功能电子系统的模块化设计和跨域集成；

2.通过采用域协同处理方法和基于调度与控制协同模式的域控制装置，可以明显提高车辆多功能系统集成的可实施性，同时有效抑制网络拥挤、延时问题，提高车辆控制的可靠性、实时性，大幅提高车辆运行的安全性。

附图说明

图1实施例域架构车载网络系统；

图2(a)实施例先进先出原则实施原理；

图2(b)实施例基于优先级排队非抢占实施原理；

图3实施例调度表与基本周期；

图4实施例域协同处理方法实施效果图；

图5实施例域控制装置调度与控制协同处理模式。

具体实施方式

接下来结合附图，对本发明的实施进行详细说明。

根据智能化、网联化高性能电动汽车系统集成控制的需求，采用域架构车载网络系统、域协同处理方法及域控制装置，改善车辆多功能系统集成的可实施性，同时有效抑制网络拥挤、延时问题，提高车辆控制的可靠性、实时性，进而提高车辆运行的安全。

如图1所示，为实施例电动汽车域架构车载网络系统结构图。该电动汽车具体包括车载交换装置、车载高速主干网以及包含域控制装置的5个域子网络系统。5个域子网络系统分别为能源域子网络系统、动力底盘域子网络系统、车身域子网络系统、智能/辅助驾驶域子网络系统、信息娱乐域子网络系统，其中能源域子网络系统主要实现能源域控制装置、电源管理从模块、充电机及直流变换dcdc系统等的集成，动力底盘域子网络系统主要实现动力底盘域控制装置、驱动-传动系统(电机控制器mcu、自动变速器amt)、制动系统(ebs/abs)、转向系统(eps/afs)等的集成，车身域子网络系统主要实现车身域控制装置、车门、车窗、座椅系统等的集成，智能/辅助驾驶域子网络系统主要实现智能/辅助驾驶域控制装置、视频、雷达、惯导系统等的集成，信息娱乐域子网络系统主要实现信息娱乐域控制装置、驾驶信息、音频、视频及互联网连接系统等的集成。各域控制装置负责实现本域内各项功能的实现，包括状态采集处理、决策控制命令的产生以及命令的执行，同时接受车载交换装置的管理，实现跨域功能实施。

以电子紧急刹车ebs为例。首先，智能/辅助驾驶域控制装置，通过智能/辅助驾驶域子网络，实现与视频、雷达等的高速、实时信息交换，计算产生刹车命令，此时大量实时数据在本域子网络内传输，然后，智能/辅助驾驶域控制装置，遵循车载交换装置的管理，将刹车命令通过车载主干网，转发给动力底盘域控制装置，由底盘域控制装置启动制动系统，同时，该刹车命令又被分别转发给车身域控制装置和能源域控制装置，由车身域控制装置启动刹车灯及座椅安全带张紧系统，由能源域控制装置启动能量回收管理监控系统，此时实现跨域的集成控制。

综上，提出的域架构车载网络系统、域协同处理方法及域控制装置，可实现车辆控制系统的模块化设计，可明显提高车辆多功能系统集成的可实施性，同时又由于大量实时数据的交换分别在各域子网络内实现、必要的跨域信息则接受车载交换装置的管理实现跨域实时可靠传输，从而有效抑制了车载网络拥挤、延时问题，提高了车辆控制的可靠性、实时性，进而提高车辆运行的安全。

车载交换装置采用域协同处理方法管理各域控制装置的通信，可以采用先进先出原则、基于优先级排队非抢占原则以及基于调度表调度的原则。

如图2(a)所示，先进先出原则，按照信息接收的先后顺序，使用先进先出队列管理信息的发送。

如图2(b)所示，基于优先级排队非抢占原则，由优先级管理按照优先级高低顺利，使用选择开关管理信息的发送。

如图3所示，基于调度表调度的原则采用基本周期实现，基本周期由触发帧启动，触发帧中装载着该基本周期内启动发送的数据包标签，触发帧由时间意义上的主节点周期性发送，本实施例中具体由车载交换装置发送。该实例主要包括两个基本周期，其中第一个基本周期主要实现状态信号数据包的发送，包括状态信号s1、s2、s3，第二个基本周期主要实现命令信号数据包的发送，包括命令信号m1、m2、m3。两个基本周期，周而复始运行，实现柔性时间触发调度管理。

每个基本周期内处理的数据包个数需满足

因此，数据包传输的延时被有效限制为小于基本周期，从而提高了数据跨域传输的实时性。

图4为实施例域协同处理方法实施效果图，可见来自各域控制装置的状态信号和控制信号通过接受车载交换装置的管理，实现了在不同周期内的被发送，且发送延时被有效限制，从而避免了网络拥挤行为，并提高了传输实时性，从而提高了车辆控制的可靠性、实时性及车辆运行安全。

图5为实施例域控制装置调度与控制域协同处理模式，接收模块通过主干网和域子网络，接收车辆信息和来自车载交换装置的命令，控制器模块负责根据接收的车辆信息及来自车载交换装置的控制命令计算处理产生车辆反馈状态信息及控制命令，调度器模块负责根据接收的车辆信息及来自车载交换装置的调度命令计算处理产生通信调度命令，从而实现调度与控制协同处于效应，最后发送模块负责实施控制命令与调度命令的发送。

综上，所提方案在提高车辆多功能系统集成的可实施性，抑制车载网络拥挤、延时，提高车辆控制的可靠性、实时性以及车辆运行安全方面具有明显的技术效果，可为高性能电动汽车的智能化、网联化提供技术支撑。

以上所述仅为本发明的一个具体实例，本发明不仅仅局限于上述实施例，凡在本发明的精神和原则之内所做的局部性改动、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。