CN112455364A - 一种基于dds的整车电子电气*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于DDS的整车电子电气***，属于汽车电子领域。该***包括中央控制器、交换机和末梢节点，末梢节点通过交换机与中央控制器连接；交换机连接至少一个末梢节点；中央控制器连接至少一个交换机；末梢节点对应基于DDS的整车电子电气***的传感器和/或执行器；末梢节点、交换机及中央控制器间数据通信均采用以DDS数据总线为基础的发布/订阅方式进行通信。本发明以交换机连接车辆各末梢节点的方式，将整车的执行器与传感器连入以DDS数据总线为基础的整车网络中。解决传统控制器局域网络总线时所出现的集成验证难的问题，及扩展难的问题。而目前智能车尚处概念阶段，未来会有更多新功能需求，更适宜目前的开发需求。

Description

一种基于DDS的整车电子电气***

技术领域

本发明涉及一种基于DDS的整车电子电气***，属于汽车电子领域。

背景技术

整车控制起源于传统汽车，落地于新能源汽车。传统汽车包含发动机控制器、变速箱控制器、车声控制器、底盘控制器等，其中各控制器是由不同的车厂一级供应商（Tier1）提供。为解决各自零部件的功能及性能指标而定制设计。比如EMS是发动机燃油经济性、排放法规及热处理等。变速箱是解决操作杆与齿轮动作的相互协调及切换。各自独立控制车辆某一部分，无法总体考虑整车性能与功能需求。因此部分原始设备制造商（OEM）为了实现整车定制功能、个性化设计、摆脱国外Tier1高昂的开发费及开发周期，有了整车控制器最初的概念设想。

一个优秀的架构可以让电子控制单元（ECU）的软件开发事半功倍。汽车电子电气架构（Electrical/Electronic Architecture），集合汽车的电子电气***原理设计、中央电气盒的设计、连接器的设计、电子电气分配***等设计为一体的整车电子电气解决方案的概念。

通过EEA的设计，可将动力总成、驱动信息、娱乐信息等车身信息转化为实际的电源分配的物理布局、信号网络、数据网络、诊断、容错、能量管理等的电子电气解决方案。

当一个新功能被添加到汽车上时，只需要添加一个ECU，及少量电线和线束布线，然后嵌入硬件和软件。最后，也是最难的部分——找到放置它的最佳位置。自从汽车问世以来，汽车空间的使用一直是设计中需要解考虑的问题。

如图1,2所示，控制器局域网络(CAN)总线的出现改善了当时电子电气架构的效率和互操作性。另外，CAN总线还显著降低了***的复杂度，而复杂度降低又意味着可以减少布线数量。在这种情况下，不仅可协助车辆实现最高减重45公斤，及节约珍贵的安装空间。

但即使这样，如今的高档车使用100多种不同的ECU，线束长度从1.5英里增加到2.5英里。在这种架构下，大量ECU单元会相互协同工作，共同为驾驶员能提供各种功能。信息传输需要通过不同协议之间的转换实现。例如，图2中信息娱乐***、车辆运动***、动力总成***及单一的诊断端口均采用的是速率500kbit/s的CAN协议传输信息（即图2中粗线部分），而车身***用的是速率250kbit/s的CAN协议传输信息（即图2中车身***所对应的细线部分）；信息娱乐***的次一级的连接和车辆运动***的次一级连接用到车辆以太网（即图2中信息娱乐***和车辆运动***中的细线部分）；车身***的次一级则采用的是LIN协议（即图2车身***中的虚线部分）；信息娱乐***中的虚线部分为视频连接部分。例如信息娱乐***的底层电子控制单元至少经过了两次协议转换方得以将数据传递到总线。若其需要将其信息传递到车身***则又需要进行至少一次的协议转换。

但这种架构已经快要“到达极限”了，就不可避免的会带来以下问题：

Swap（Size，Weight，Power）

（1）电子电气部件占据整车大量有效空间；

（2）硬件开销，功耗，重量随之增加，导致油耗也随之增加；

（3）整车的架构设计开发难度增大；

总线通讯

（1）架构的复杂性增加（协议，线束，ECU，网关等）；

（2）整车总线负载率Overload增加；

（3）某些信号会在多个子网中重复发送；

集成验证

E/E架构的复杂性增加，意味着OEM在集成验证更加困难。 如果需要实现一个较为复杂的功能，需要许多个控制器同时开发完成才能进行验证。以及如果其中任意一个控制器出现问题，就可能导致整个功能全部失效。

既然分布式架构缺点如此明显，但为何却成为主流呢。原因是：采用分布式控制策略可以最大程度地利用汽车电气***已有的软硬件资源和成熟的技术方案，从而有效地降低研发成本并缩短开发周期。

但分布式架构也导致各个物理子***之间的相互协作关系复杂，增加了在各个物理子***之间平衡需求以及将各个物理子***进行***集成时的工作难度，这会在一定程度上增加开发成本。虽然只要车型具有一定规模的销量，这些开发成本可以被节省下来的软硬件资源费用所抵消，但并不能说明其不存在问题。

可见目前急需一种架构简单、便于增减功能、便于验证的方式，以适应现阶段汽车产业的不断增速和改革。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于DDS实现的整车电子电气***。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于DDS的整车电子电气***，包括中央控制器、交换机和末梢节点，所述末梢节点通过所述交换机与所述中央控制器连接；所述交换机连接至少一个末梢节点；所述中央控制器连接至少一个交换机；所述末梢节点对应所述基于DDS的整车电子电气***的传感器和/或执行器；所述末梢节点、所述交换机及所述中央控制器间数据通信均采用以DDS数据总线为基础的通信方式。

上述技术方案的改进是：所述传感器包括摄像机、雷达、HMI；所述执行器包括引擎、灯光、车门、座椅、低压电源、高压电源、车载充电器。

上述技术方案的改进是：所述传感器和/或所述执行器还包括即插即用单元。

上述技术方案的改进是：所述即插即用单元同样以DDS实现与所述基于DDS的整车电子电气***的通信交互。

本发明的有益效果是：本发明提供一种基于DDS的整车电子电气架构***，以交换机连接车辆各末梢节点的方式，将整车的执行器与传感器连入以DDS数据总线为基础的整车网络中。解决传统控制器局域网络(CAN)总线时所出现的集成验证难的问题，及扩展难的问题。相较于从前需要形成规模销量来抵消开发设计的成本花销的方式。本发明的***架构则不需要形成一定的销售规模，因为设计成本更低，且形成的架构便于升级，可以省下更多的设计成本。且由于目前智能车尚处概念，未来会有更多新功能需求，可见本发明更适宜智能车的开发需求。

由于目前车厂一级供应商及ECU的开发团队并未统一，且不同协议相互传输存在协议转换和相应的延迟，考虑到未来VCU算力的增强、网络通信技术的发展、云服务器应用的普及，协议延迟将会成为传输延迟中可观而不可忽视的占比。

且随着汽车发展的智能化需求不断提高和5G通信的逐步普及，单一中控或云平台进行控制的架构必然成为主流。在高算力的加持下，预算时间逐步降低，相对的数据通信延迟对于传输时延所占比例则逐步增加。其中，造成传输时延的一个重要原因是协议转换，解决协议转换问题，即可解决传输时延问题，以适应汽车产业未来的发展。

附图说明

图1是本发明背景技术以太网、CAN、LIN、LVDS融合的控制器局域网络汽车电子电气架构示意图。

图2是本发明背景技术基于DDS的整车电子电气***采用控制器局域网络总线示意图。

图3是本发明实施例的基于DDS的整车电子电气***的架构示意图。

图4是本发明实施例的基于DDS的整车电子电气***的网络总线示意图。

图5是本发明实施例的CAN转DDS协议的时延验证结果图。

具体实施方式

实施例

如图3所示，本实施例的一种基于DDS的整车电子电气***，包括中央控制器（VCU）、交换机和末梢节点，末梢节点通过交换机与中央控制器连接；交换机连接至少一个末梢节点；中央控制器连接至少一个交换机；末梢节点对应基于DDS的整车电子电气***的传感器和/或执行器；末梢节点、交换机及中央控制器间数据通信均采用以DDS数据总线为基础的通信方式。

传感器包括摄像机、雷达、人机接口（HMI）；执行器包括引擎、灯光、车门、座椅、低压电源、高压电源、车载充电器。

传感器和/或执行器还包括即插即用单元。

即插即用单元同样以DDS实现与基于DDS的整车电子电气***的通信交互。

实际使用时中央控制器，交换机，末梢控制器，相互之间通过DDS数据总线实现通信互连，如图3所示。在该方案中，中央控制器VCU向下连接若干交换机，每个交换机又连接若干末梢节点。实际的服务消费者和服务提供者之间的连接通过DDS来连接。如图4所示，各类传感器与执行器对应着服务生产者和服务消费者。

也即，当本实施例中的以DDS为基础的消息通道需要支持多个服务消费者，传感器的状态发生变化，通知执行器其状态发生了变化。但得到通知的执行器会进一步调用传递过来的对象获得更多细节消息。执行器根据预设时间间隔，对通道进行侦听，一旦发现有消息传递进来，就会转而将消息传递给真正的处理器（或者说另一个执行器）处理消息，以执行相关的业务。这也是为什么，本实施例的基于DDS的整车电子电气***可以实现即插即用原因。而作为研发阶段的智能车，若以此***为平台进行研发设计，对于新功能的添加将及其方便，比如远近光照射角度调节的车灯智能化功能、结合驻车周边环境的车门智能闭锁功能、夜间的灯光导航、自动泊车、灯光字幕投射等等功能，均不能以本车的单一信息为基础的判断媒介。而是需要形成庞大的网络互连基础，才有可能实现。而现如今的车辆功能设计如此死板和繁琐，显然是无法适应未来产业需求的。

因此相比传统的点对点通信，DDS通过即插即用的简单、易扩展的方式，提供了一个更胜一筹的数据总线。该架构可以在保持杰出的性能水平的同时逐步继续扩展。此外，对于现有的控制器局域网络(CAN)总线与DDS之间存在协议互转时延，据测算其时延可达600微秒，如图5所示。对于交通安全而言，600微秒已经不能满足汽车设计对于时效性的要求了，而对于未来可能以云服务为基础的智能车行业而言，CAN总线已经不能满足其需求了。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于DDS的整车电子电气***，包括中央控制器、交换机和末梢节点，其特征在于：所述末梢节点通过所述交换机与所述中央控制器连接；所述交换机连接至少一个末梢节点；所述中央控制器连接至少一个交换机；所述末梢节点对应所述基于DDS的整车电子电气***的传感器和/或执行器；所述末梢节点、所述交换机及所述中央控制器间数据通信均采用以DDS数据总线为基础的发布/订阅方式进行通信。

2.根据权利要求1所述的基于DDS的整车电子电气***，其特征在于：所述传感器包括摄像机、雷达、HMI；所述执行器包括引擎、灯光、车门、座椅、低压电源、高压电源、车载充电器。

3.根据权利要求1或2所述的基于DDS的整车电子电气***，其特征在于：所述传感器和/或所述执行器还包括即插即用单元。

4.根据权利要求3所述的基于DDS的整车电子电气***，其特征在于：所述即插即用单元同样以DDS实现与所述基于DDS的整车电子电气***的通信交互。

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