CN101716919A - 电动汽车多现场总线融合方法及装置 - Google Patents

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万晓凤
曹铭
廖远
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Abstract

一种电动汽车多现场总线融合方法及装置，其特征是以以太网总线、CAN总线、LIN总线构成多层分布式总线***，在以太网总线层挂载通讯数据量较大的娱乐设备，在CAN总线层连接通讯速率相对较低的电子设备及车座模块，以太网总线与CAN总线之间通过整车控制***进行数据通讯，CAN总线与LIN总线之间通过CAN-LIN网关进行数据通讯，本发明在满足电动汽车整车控制网络构建要求的基础上，将不同设备通讯需求分层化，融合不同现场总线优势，既保证了通讯需求和通讯速率，又提供整车网络***的稳定性，为电动汽车的多媒体信息化发展构建可靠的通讯网络。

Description

电动汽车多现场总线融合方法及装置
技术领域
本发明涉及一种电动汽车网络通讯控制方法及装置。
背景技术
目前，公知的纯电动汽车总线***基本是直接采用传统汽车中已经成熟的CAN总线***，没有符合纯电动汽车的总线***，纯电动汽车中车内温度变化大，电子干扰和其他电子噪声比燃油汽车更强，环境恶劣，使得网络在纯电动汽车内的运行可靠性显得尤为重要。车载电子装置按通讯的数据类型和性能需求可以划分为四类：信息娱乐***、动力传动***、车身电子***、故障诊断***。由于这四类***的传输速率有很大不同，CAN总线的带宽范围、通讯能力和通讯速度已不能完全满足电动汽车中多媒体娱乐应用的需求。这样就不能形成一个整车成熟完整的通讯控制网络。
随着下一代的高档乘用车的电子装置的迅速增多，多总线融合，分层控制的总线***将会使整车控制网络形成“局部成网、区域互联”的格局，在信息娱乐***采用传输速率较高的现场总线，在动力传动***使用可靠性高的现场总线，将不同的车载电子***子网通过车内设计的网关融合成车载网络***，提高网络利用率和通讯可靠性，这已经逐步成为车载网络***的发展趋势。
华中科技大学学报2009年04期《基于CAN的纯电动轿车车载信息***》一文中提出了一种技术解决方案，即：信息***的分别采用高速CAN和低速CAN构建网络信息***，没有考虑纯电动车的多媒体娱乐***的应用，随着纯电动汽车的不断发展，始终要面临更高速的通讯需求，该网络信息***仍然不能完全满足的纯电动汽车的网络应用需求。
制造业自动化2009年02期《基于电动汽车的TTCAN调度算法的研究》中，为了解决消息传输时刻不可预知、低优先级消息容易被阻塞、总线符合不平均等，引用时间触发机制，形成了TTCAN协议，该协议还是基于传统的CAN总线拓扑结构，主要区别在应用层和会话层的协议，虽然有所改进但还是没能根本实现分层网络思想，不能满足多媒体设备应用需求。
现有技术中，对构建纯电动汽车的整车网络缺乏实际、可行的方案。
发明内容
本发明的目的是为了构建一种符合纯电动汽车的整车控制网络，优化整车网络结构，提高车内网络利用率和保障通讯可靠性，实现多现场总线融合，充分发挥不同现场总线优势。
本发明是通过以下技术方案实现的。
以工业以太网为基础，提出一种适合底层通讯的高速、稳定的车载现场总线以及多总线分层控制、网络融合的方法及装置。
本发明所述的方法是以以太网总线(本发明又称NCU_BUS)、CAN总线、LIN总线构成多层分布式总线***(参见附图1)，在以太网总线层挂载通讯数据量较大的设备，在CAN总线层连接通讯速率相对较低的设备，总线之间通过网关进行数据通讯。
本发明所述的装置是以以太网总线、CAN总线、LIN总线，构成多层分布式总线***。以太网总线层连接通讯数据量较大娱乐设备，如便携式娱乐设备、后座娱乐***、DVD等信息娱乐设备，并通过整车控制***(NCU-VMS-02，含NCU_BUS-CAN网关)与CAN总线实现不同总线间的信息交互；CAN总线层连接通讯速率相对较低的设备，如电池管理***、电机控制***、ABS***等电子设备及车座模块等，并通过CAN-LIN网关与LIN总线实现不同总线间的信息交互；LIN总线层连接后视镜、操作面板、门锁、车窗等设备。
在图1所示结构图中，在底层NCU_BUS通讯总线上挂载通讯数据量较大的设备，例如后座娱乐***、车载电视等，整车控制***(NCU-VMS-02)为基于NCU_BUS总线的第二代智能整车控制***，***不仅具有整车控制单元，而且集成网关功能，采用ARM9设计，能完全满足NCU_BUS总线层与CAN总线层的数据交换需求；在CAN总线层连接电机控制***和纯电动汽车电池管理***(NCU-BMS-01)，车门模块和车座模块都是带有网关的子网模块，这样可以减轻CAN总线层的通讯压力，在模块内部采用成本更低的LIN总线，既降低成本也可以提高网络***稳定性，实现网络分层控制的优势。
本发明所述的整车控制***(参见附图2)，包括控制***MCU、以太网总线控制器、CAN总线控制器、整车控制执行电路、显示模块、GPRS模块、GPS模块等，以太网总线控制器通过隔离器与以太网总线连接，CAN总线控制器通过收发器与CAN总线连接，GPRS模块、GPS模块连接到控制***MCU。
整车控制***集成了GPS模块与GPRS模块，可以通过整车电路执行模块对整车设备进行管理，连接CAN控制器和NCU_BUS控制器，CAN总线和NCU_BUS总线通过MCU进行数据中转传输，MCU作为两层总线的网关，既能中转数据也起到数据隔离的作用，保证多层总线互不干扰提高通讯稳定性。
本发明所述的CAN-LIN网关(参见附图3)，包括中央控制器(网关)、CAN总线接口电路、LIN总线接口电路。CAN总线通过CAN总线接口电路连接至中央控制器(网关)，LIN总线通过LIN总线接口电路连接至中央控制器(网关)。
数据通过中央控制器的MCU中转并对总线间数据作物理隔离，保证CAN、LIN总线间通讯稳定。
本发明在NCU_BUS软件设计的物理层和数据链路层的MAC子层采用IEEE802.3网络协议，在传输层采用一套简化的总线传输协议，即取消上层TCP/IP协议，在以太帧头的类型和填充字段内采用简化协议：包括帧长度(2字节)、帧序号(2字节)、分段标志(2字节)、校验和(2字节)、数据(42-1492字节)。
本发明既简化了上层TCP/IP协议繁复的操作步骤，也保留了以太网单帧传输数据量大的特点，同时保证总线传输数据的可靠性。这样就克服了CAN现场总线传输数据量小的缺点，高速稳定，适用于电动汽车的现场总线传输规范。
本发明在NCU_BUS总线通讯层连接便携式娱乐设备、后座娱乐***、DVD等信息娱乐设备，并设计基于该总线的整车控制***，该***既可以做整车控制网络单元，也可以作为NCU_BUS总线层与CAN总线层的通讯网关，完成不同总线信息交互。在CAN总线层连接通讯速率相对较低的电池管理***(NCU-BMS-01)、电机控制***、ABS***等电子设备，可以同时挂载多个不同设备。为了减轻CAN总线层通讯压力，简化网络，降低成本，在低端网络中采用成本更低的LIN总线构建通讯子网，然后通过CAN-LIN网关实现不同通讯层之间数据交互。
本发明在纯电动汽车总线设计上实现基于以太网总线(NCU_BUS)、成熟CAN总线、LIN总线的多层分布式总线***的设计，充分利用各种总线优势，底层的NCU_BUS可以稳定高速的实现大流量数据设备之间的信息交互，为上层数据交互提供可靠支撑，保障汽车电子控制一体化、信息统一化的实现。
本发明在满足现有电动汽车整车控制网络构建要求的基础上，将不同设备通讯需求分层化，融合不同现场总线优势，既保证了通讯需求和通讯速率，又提供整车网络***的稳定性，为电动汽车的多媒体信息化发展构建可靠的通讯网络。
附图说明
图1为本发明的整车网络结构图。其中NCU-VMS-02(网关)为整车控制***，其包含了NCU_BUS-CAN网关(以太网-CAN网关)；NCU-BMS-01为电池管理***；车门模块(网关)为CAN-LIN网关。
图2为本发明的整车网关结构图。
图3为本发明的CAN-LIN网关结构图。
图4为本发明NCU_BUS协议帧格式图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本实施例整车控制***MCU芯片为S3C2440，以太网总线控制器芯片为RTL8019，CAN总线控制器芯片为MCP2510，中央控制器(网关)芯片为SST89E516RD2。
以以太网总线、CAN总线、LIN总线，构成多层分布式总线***。以太网总线通讯层连接便携式娱乐设备、后座娱乐***、DVD，并通过整车控制***与CAN总线实现不同总线间的信息交互；CAN总线层连接通讯速率相对较低的电池管理***、电机控制***、ABS***，并通过CAN-LIN网关与LIN总线实现不同总线间的信息交互；LIN总线层连接后视镜、操作面板、门锁、车窗。
在NCU_BUS软件设计的物理层和数据链路层的MAC子层采用IEEE802.3网络协议，在传输层采用一套简化的总线传输协议，即取消上层TCP/IP协议，在以太帧头的类型和填充字段内采用简化协议：包括帧长度(2字节)、帧序号(2字节)、分段标志(2字节)、校验和(2字节)、数据(42-1492字节)。
所述的整车控制***(参见附图2)，包括控制***MCU、以太网总线控制器、CAN总线控制器、整车控制执行电路、显示模块、GPRS模块、GPS模块，以太网总线控制器通过隔离器与以太网总线连接，CAN总线控制器通过收发器与CAN总线连接。GPRS模块、GPS模块连接到控制***MCU。
所述的CAN-LIN网关(参见附图3)，包括中央控制器(网关)、CAN总线接口电路、LIN总线接口电路。CAN总线通过CAN总线接口电路连接至中央控制器(网关)，LIN总线通过LIN总线接口电路连接至中央控制器(网关)。

Claims (4)

1.一种电动汽车多现场总线融合方法，其特征是以以太网总线、CAN总线、LIN总线构成多层分布式总线***，在以太网总线层挂载通讯数据量较大的设备，在CAN总线层连接通讯速率较低的设备，总线之间通过网关进行数据通讯。
2.一种实施权利要求1所述方法的装置，其特征是由以太网总线、CAN总线、LIN总线构成多层分布式总线***，以太网总线层连接便携式娱乐设备、后座娱乐***、DVD信息娱乐设备，并通过整车控制***与CAN总线实现不同总线间的信息交互；CAN总线层连接通讯速率较低的电池管理***、电机控制***、ABS***及车座模块，并通过CAN-LIN网关与LIN总线实现不同总线间的信息交互；LIN总线层连接后视镜、操作面板、门锁、车窗。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是整车控制***，包括控制***MCU、以太网总线控制器、CAN总线控制器、整车控制执行电路、显示模块、GPRS模块、GPS模块等，以太网总线控制器通过隔离器与以太网总线连接，CAN总线控制器通过收发器与CAN总线连接，GPRS模块、GPS模块连接到控制***MCU。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征是CAN-LIN网关，包括中央控制器(网关)、CAN总线接口电路、LIN总线接口电路。CAN总线通过CAN总线接口电路连接至中央控制器(网关)，LIN总线通过LIN总线接口电路连接至中央控制器(网关)。
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