專利名稱：電動汽車多現(xiàn)場總線融合方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電動汽車網絡通訊控制方法及裝置。
背景技術：
目前，公知的純電動汽車總線系統(tǒng)基本是直接采用傳統(tǒng)汽車中已經成熟的CAN總 線系統(tǒng)，沒有符合純電動汽車的總線系統(tǒng)，純電動汽車中車內溫度變化大，電子干擾和其他 電子噪聲比燃油汽車更強，環(huán)境惡劣，使得網絡在純電動汽車內的運行可靠性顯得尤為重 要。車載電子裝置按通訊的數據類型和性能需求可以劃分為四類信息娛樂系統(tǒng)、動力傳動 系統(tǒng)、車身電子系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)。由于這四類系統(tǒng)的傳輸速率有很大不同，CAN總線的 帶寬范圍、通訊能力和通訊速度已不能完全滿足電動汽車中多媒體娛樂應用的需求。這樣 就不能形成一個整車成熟完整的通訊控制網絡。 隨著下一代的高檔乘用車的電子裝置的迅速增多，多總線融合，分層控制的總線 系統(tǒng)將會使整車控制網絡形成"局部成網、區(qū)域互聯(lián)"的格局，在信息娛樂系統(tǒng)采用傳輸速 率較高的現(xiàn)場總線，在動力傳動系統(tǒng)使用可靠性高的現(xiàn)場總線，將不同的車載電子系統(tǒng)子 網通過車內設計的網關融合成車載網絡系統(tǒng)，提高網絡利用率和通訊可靠性，這已經逐步 成為車載網絡系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 華中科技大學學報2009年04期《基于CAN的純電動轎車車載信息系統(tǒng)》 一文中 提出了一種技術解決方案，即信息系統(tǒng)的分別采用高速CAN和低速CAN構建網絡信息系 統(tǒng)，沒有考慮純電動車的多媒體娛樂系統(tǒng)的應用，隨著純電動汽車的不斷發(fā)展，始終要面臨 更高速的通訊需求，該網絡信息系統(tǒng)仍然不能完全滿足的純電動汽車的網絡應用需求。
制造業(yè)自動化2009年02期《基于電動汽車的TTCAN調度算法的研究》中，為了解 決消息傳輸時刻不可預知、低優(yōu)先級消息容易被阻塞、總線符合不平均等，引用時間觸發(fā)機 制，形成了 TTCAN協(xié)議，該協(xié)議還是基于傳統(tǒng)的CAN總線拓撲結構，主要區(qū)別在應用層和會 話層的協(xié)議，雖然有所改進但還是沒能根本實現(xiàn)分層網絡思想，不能滿足多媒體設備應用 需求。 現(xiàn)有技術中，對構建純電動汽車的整車網絡缺乏實際、可行的方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了構建一種符合純電動汽車的整車控制網絡，優(yōu)化整車網絡結 構，提高車內網絡利用率和保障通訊可靠性，實現(xiàn)多現(xiàn)場總線融合，充分發(fā)揮不同現(xiàn)場總線 優(yōu)勢。 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。 以工業(yè)以太網為基礎，提出一種適合底層通訊的高速、穩(wěn)定的車載現(xiàn)場總線以及 多總線分層控制、網絡融合的方法及裝置。 本發(fā)明所述的方法是以以太網總線(本發(fā)明又稱NCU_BUS) 、CAN總線、LIN總線構 成多層分布式總線系統(tǒng)(參見附圖l)，在以太網總線層掛載通訊數據量較大的設備，在CAN
3總線層連接通訊速率相對較低的設備，總線之間通過網關進行數據通訊。
本發(fā)明所述的裝置是以以太網總線、CAN總線、LIN總線，構成多層分布式總線系 統(tǒng)。以太網總線層連接通訊數據量較大娛樂設備，如便攜式娛樂設備、后座娛樂系統(tǒng)、DVD等 信息娛樂設備，并通過整車控制系統(tǒng)(NCU-VMS-02，含NCU_BUS-CAN網關)與CAN總線實現(xiàn) 不同總線間的信息交互；CAN總線層連接通訊速率相對較低的設備，如電池管理系統(tǒng)、電機 控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等電子設備及車座模塊等，并通過CAN-LIN網關與LIN總線實現(xiàn)不同總 線間的信息交互；LIN總線層連接后視鏡、操作面板、門鎖、車窗等設備。
在圖1所示結構圖中，在底層NCU—BUS通訊總線上掛載通訊數據量較大的設備，例 如后座娛樂系統(tǒng)、車載電視等，整車控制系統(tǒng)(NCU-VMS-02)為基于NCU—BUS總線的第二代 智能整車控制系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅具有整車控制單元，而且集成網關功能，采用ARM9設計，能完 全滿足NCU_BUS總線層與CAN總線層的數據交換需求；在CAN總線層連接電機控制系統(tǒng)和 純電動汽車電池管理系統(tǒng)(NCU-BMS-01)，車門模塊和車座模塊都是帶有網關的子網模塊， 這樣可以減輕CAN總線層的通訊壓力，在模塊內部采用成本更低的LIN總線，既降低成本也 可以提高網絡系統(tǒng)穩(wěn)定性，實現(xiàn)網絡分層控制的優(yōu)勢。 本發(fā)明所述的整車控制系統(tǒng)(參見附圖2)，包括控制系統(tǒng)MCU、以太網總線控制 器、CAN總線控制器、整車控制執(zhí)行電路、顯示模塊、GPRS模塊、GPS模塊等，以太網總線控制 器通過隔離器與以太網總線連接，CAN總線控制器通過收發(fā)器與CAN總線連接，GPRS模塊、 GPS模塊連接到控制系統(tǒng)MCU。 整車控制系統(tǒng)集成了 GPS模塊與GPRS模塊，可以通過整車電路執(zhí)行模塊對整車設 備進行管理，連接CAN控制器和NCU_BUS控制器，CAN總線和NCU_BUS總線通過MCU進行數 據中轉傳輸，MCU作為兩層總線的網關，既能中轉數據也起到數據隔離的作用，保證多層總 線互不干擾提高通訊穩(wěn)定性。 本發(fā)明所述的CAN-LIN網關(參見附圖3)，包括中央控制器(網關)、CAN總線接 口電路、LIN總線接口電路。CAN總線通過CAN總線接口電路連接至中央控制器(網關)， LIN總線通過LIN總線接口電路連接至中央控制器(網關)。 數據通過中央控制器的MCU中轉并對總線間數據作物理隔離，保證CAN、 LIN總線 間通訊穩(wěn)定。 本發(fā)明在NCU_BUS軟件設計的物理層和數據鏈路層的MAC子層采用IEEE802. 3網 絡協(xié)議，在傳輸層采用一套簡化的總線傳輸協(xié)議，即取消上層TCP/IP協(xié)議，在以太幀頭的 類型和填充字段內采用簡化協(xié)議包括幀長度(2字節(jié))、幀序號(2字節(jié))、分段標志(2字 節(jié))、校驗和(2字節(jié))、數據(42-1492字節(jié))。 本發(fā)明既簡化了上層TCP/IP協(xié)議繁復的操作步驟，也保留了以太網單幀傳輸數 據量大的特點，同時保證總線傳輸數據的可靠性。這樣就克服了 CAN現(xiàn)場總線傳輸數據量 小的缺點，高速穩(wěn)定，適用于電動汽車的現(xiàn)場總線傳輸規(guī)范。 本發(fā)明在NCU_BUS總線通訊層連接便攜式娛樂設備、后座娛樂系統(tǒng)、DVD等信息娛
樂設備，并設計基于該總線的整車控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以做整車控制網絡單元，也可以作 為NCU_BUS總線層與CAN總線層的通訊網關，完成不同總線信息交互。在CAN總線層連接 通訊速率相對較低的電池管理系統(tǒng)(NCU-BMS-01)、電機控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等電子設備，可 以同時掛載多個不同設備。為了減輕CAN總線層通訊壓力，簡化網絡，降低成本，在低端網絡中采用成本更低的LIN總線構建通訊子網，然后通過CAN-LIN網關實現(xiàn)不同通訊層之間 數據交互。 本發(fā)明在純電動汽車總線設計上實現(xiàn)基于以太網總線(NCU—BUS)、成熟CAN總線、 LIN總線的多層分布式總線系統(tǒng)的設計，充分利用各種總線優(yōu)勢，底層的NCU_BUS可以穩(wěn)定 高速的實現(xiàn)大流量數據設備之間的信息交互，為上層數據交互提供可靠支撐，保障汽車電 子控制一體化、信息統(tǒng)一化的實現(xiàn)。 本發(fā)明在滿足現(xiàn)有電動汽車整車控制網絡構建要求的基礎上，將不同設備通訊需 求分層化，融合不同現(xiàn)場總線優(yōu)勢，既保證了通訊需求和通訊速率，又提供整車網絡系統(tǒng)的 穩(wěn)定性，為電動汽車的多媒體信息化發(fā)展構建可靠的通訊網絡。


圖1為本發(fā)明的整車網絡結構圖。其中NCU-VMS-02(網關)為整車控制系統(tǒng)，其包 含了 NCU_BUS-CAN網關(以太網-CAN網關)；NCU-BMS-01為電池管理系統(tǒng)；車門模塊(網 關)為CAN-LIN網關。 圖2為本發(fā)明的整車網關結構圖。
圖3為本發(fā)明的CAN-LIN網關結構圖。
圖4為本發(fā)明NCU_BUS協(xié)議幀格式圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。 本實施例整車控制系統(tǒng)MCU芯片為S3C2440，以太網總線控制器芯片為RTL8019,
CAN總線控制器芯片為MCP2510，中央控制器(網關)芯片為SST89E516RD2。 以以太網總線、CAN總線、LIN總線，構成多層分布式總線系統(tǒng)。以太網總線通訊層
連接便攜式娛樂設備、后座娛樂系統(tǒng)、DVD，并通過整車控制系統(tǒng)與CAN總線實現(xiàn)不同總線
間的信息交互；CAN總線層連接通訊速率相對較低的電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、ABS系
統(tǒng)，并通過CAN-LIN網關與LIN總線實現(xiàn)不同總線間的信息交互；LIN總線層連接后視鏡、
操作面板、門鎖、車窗。 在NCU_BUS軟件設計的物理層和數據鏈路層的MAC子層采用IEEE802. 3網絡協(xié) 議，在傳輸層采用一套簡化的總線傳輸協(xié)議，即取消上層TCP/IP協(xié)議，在以太幀頭的類型 和填充字段內采用簡化協(xié)議包括幀長度(2字節(jié))、幀序號(2字節(jié))、分段標志(2字節(jié))、 校驗和(2字節(jié))、數據(42-1492字節(jié))。 所述的整車控制系統(tǒng)(參見附圖2)，包括控制系統(tǒng)MCU、以太網總線控制器、CAN總 線控制器、整車控制執(zhí)行電路、顯示模塊、GPRS模塊、GPS模塊，以太網總線控制器通過隔離 器與以太網總線連接，CAN總線控制器通過收發(fā)器與CAN總線連接。GPRS模塊、GPS模塊連 接到控制系統(tǒng)MCU。 所述的CAN-LIN網關(參見附圖3)，包括中央控制器(網關)、CAN總線接口電路、 LIN總線接口電路。CAN總線通過CAN總線接口電路連接至中央控制器(網關)，LIN總線 通過LIN總線接口電路連接至中央控制器(網關)。
權利要求
一種電動汽車多現(xiàn)場總線融合方法，其特征是以以太網總線、CAN總線、LIN總線構成多層分布式總線系統(tǒng)，在以太網總線層掛載通訊數據量較大的設備，在CAN總線層連接通訊速率較低的設備，總線之間通過網關進行數據通訊。
2. —種實施權利要求1所述方法的裝置，其特征是由以太網總線、CAN總線、LIN總線 構成多層分布式總線系統(tǒng)，以太網總線層連接便攜式娛樂設備、后座娛樂系統(tǒng)、DVD信息娛 樂設備，并通過整車控制系統(tǒng)與CAN總線實現(xiàn)不同總線間的信息交互；CAN總線層連接通訊 速率較低的電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)及車座模塊，并通過CAN-LIN網關與LIN 總線實現(xiàn)不同總線間的信息交互；LIN總線層連接后視鏡、操作面板、門鎖、車窗。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其特征是整車控制系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)MCU、以太網總 線控制器、CAN總線控制器、整車控制執(zhí)行電路、顯示模塊、GPRS模塊、GPS模塊等，以太網總 線控制器通過隔離器與以太網總線連接，CAN總線控制器通過收發(fā)器與CAN總線連接，GPRS 模塊、GPS模塊連接到控制系統(tǒng)MCU。
4. 根據權利要求2所述的裝置，其特征是CAN-LIN網關，包括中央控制器(網關)、CAN 總線接口電路、LIN總線接口電路。CAN總線通過CAN總線接口電路連接至中央控制器(網 關)，LIN總線通過LIN總線接口電路連接至中央控制器(網關)。
全文摘要
一種電動汽車多現(xiàn)場總線融合方法及裝置，其特征是以以太網總線、CAN總線、LIN總線構成多層分布式總線系統(tǒng)，在以太網總線層掛載通訊數據量較大的娛樂設備，在CAN總線層連接通訊速率相對較低的電子設備及車座模塊，以太網總線與CAN總線之間通過整車控制系統(tǒng)進行數據通訊，CAN總線與LIN總線之間通過CAN-LIN網關進行數據通訊，本發(fā)明在滿足電動汽車整車控制網絡構建要求的基礎上，將不同設備通訊需求分層化，融合不同現(xiàn)場總線優(yōu)勢，既保證了通訊需求和通訊速率，又提供整車網絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為電動汽車的多媒體信息化發(fā)展構建可靠的通訊網絡。
文檔編號B60R16/023GK101716919SQ20091026025
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權日2009年12月28日
發(fā)明者萬曉鳳, 吳晶晶, 廖遠, 曹銘, 蔡麗香, 黃菊花 申請人:南昌大學