CN112572329B 一种汽车网络控制系统（北京东土科技股份有限公司）

(19)国家知识产权局(12)发明专利事务所(普通合伙)11017(56)对比文件CN214215697U,2021.09.17权利要求书1页说明书8页附图2页一种汽车网络控制系统(57)摘要过其通信单元与布设于第一区域范围内的所述单元与布设于第二区域范围内的所述网络化传述前端控制器和后端控制器通过其通信单元连通信单元和计算单元分离设置，提高了系统的稳汽车网络控制系统1000汽车网络控制系统1000计算单元通信单元计算单元21.一种汽车网络控制系统，其特征在于，包括前端控制器、后端控制器、行驶控制器以及若干个网络化传感器；所述前端控制器和后端控制器均包括计算单元和通信单元；所述前端控制器通过其通信单元与布设于第一区域范围内的所述网络化传感器连接；所述后端控制器通过其通信单元与布设于第二区域范围内的所述网络化传感器连接；所述前端控制器和后端控制器的通信单元通过双冗余万兆以太网的方式相互连接；所述计算单元根据其所属控制器的通信单元接收的信息进行车辆控制；所述前端控制器和后端控制器通过其通信单元连接所述行驶控制器；所述前端控制器和后端控制器通过所述通信单元共享所述接收的信息和计算单元的部分或全部计算结果，所述前端控制器的计算单元和后端控制器的计算单元互为冗余。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信单元包括时间敏感网络TSN交换所述网络化传感器包括支持TSN的以太网摄像头。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前端控制器和后端控制器的通信单元包括CAN接口；所述前端控制器或后端控制器的各通信单元的所述CAN接口通过双冗余CAN总线连接所述行驶控制器。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前端控制器和后端控制器的所述通信单元通过千兆以太网连接所述网络化传感器。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前端控制器的计算单元出现故障时，由通信单元发送其接收的信息至后端控制器的通信单元，由后端控制器的计算单元接管所述前端控制器的计算单元的全部或部分功所述后端控制器的计算单元出现故障时，由通信单元发送其接收的信息至前端控制器的通信单元，由前端控制器的计算单元接管所述后端控制器的计算单元的全部或部分功6.根据权利要求1至5任意一项所述的系统，其特征在于，所述行驶控制器用于执行对汽车的动力、底盘和稳定性的安全控制；所述前端控制器用于计算并执行对汽车的座舱控制和车身控制；所述后端控制器用于计算并执行对汽车的自动驾驶控制。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，当所述后端控制器的计算单元出现故障，由所述前端控制器的计算单元接管所述后端控制器的计算单元的自动驾驶功能时，根据算力，并将完全自动驾驶控制降级为应急的辅助驾驶控制，并发出人工驾驶的提示。3技术领域[0001]本申请涉及电子电气架构领域，特别涉及一种汽车网络控制系统。背景技术[0002]电子电气架构(Electrical/ElectronicArchitecture,EEA)就是把汽车里的各类传感器、中央处理器、线束拓扑、电子电气分配系统等软硬件整合在一起，实现整车的配置与功能，以及运算和动力、能量的分配。传统的分布式电子电气架构难以承载汽车的复杂功能，极大地影响了用户体验。以传统的汽车供应链为例，整车企业高度依赖一级零部件供的ECU来自不同的供应商，有着不同的嵌入式软件和底层代码。并且，分布式电子电气架构在整车层面造成了相当大的冗余，并且整车企业也没有权限去维护和更新ECU。[0003]作为电子电气领域的全球重要供应商，德尔福率先在汽车行业引入了“功能域”的概念，来统一整车电子电气架构的搭建。顾名思义，功能域就是按照功能来进行划分，即所谓的车身与便利系统、娱乐系统、底盘与安全系统、动力系统以及辅助驾驶系统。而德尔福“功能域”最大的问题即在于同一个域内的零部件可能分布在整车四周，需要通过不断往返整车之间的线束来进行通信。这样就大大增加了线束设计的难度和成本，同时也会增加整车重量，更为关键的是不同域之间的控制器的运算能力仍然没有办法得到最大程度的共享。[0004]为了解决德尔福方案的不足，特斯拉汽车推出了“区域zone”的概域与右域来取代传统的德尔福所定义的“车身与便利系统、娱乐系统、底盘与安全系统、动别实现为中央计算模块(CCM)、左车身控制器(BCMLH)与右车身控制器(BCMRH),其中，中央计算模块将高级辅助驾驶系统(AdvancedDrivingAssistantSystem,ADAS)、信息娱乐系统(In-VehicleInfotainment,IVI)和车内外通信三部分整合为一体，该中央计算模块上运行着X86Linux系统，而左车身控制器与右车身控制器则分别整合了余下的车身与便利系统、底盘与安全系统、动力系统的三大功能。Model3的电子电气架构的设计基本可以避免一根线束需要横跨整个车身的情况出现，但对运算能力具有一定要求，需要通过提升单个“区域zone”的控制器的运算能力，来解决整车对于运算能力的高要求。[0005]然而，无论是代表传统车厂的德尔福“功能域”电子电气架构，还是代表新势力的有一小部分架构是采用了以太网的方式进行通信，并且采用的以太网存在端口少、规模小的缺点，导致缺少通信质量保证，存在一定的局限性。基于此，上述两种电子电气架构均存在下述不足：[0006]车载摄像头终端没有实现网络化，摄像头提供的视频数据，占据车载通信网络的80%以上带宽，视频数据的处理，占据车载计算能力的85%以上。而现有电子电气架构中，摄像头终端普遍使用同轴电缆，基于厂家私有协议芯片实现数据通信。这种同轴电缆方案，4存在的问题有：通信方式为私有标准，各厂家不能互通；摄像头只能与域控制器进行点对点连接，导致车身周边的摄像头都需要连接到中心的控制器上，造成线缆长度较大；摄像头的[0007]缺少保证系统功能安全的设备冗余设计，例如的在特斯拉的“区域zone”方案上，中央计算模块采用了串行电路对视觉数据进行分享，而串行处理方式，增加了系统失效的概率，系统一旦失效，由于缺少设备冗余，会导致中央计算模块无法再通过串行电路对视觉发明内容[0008]有鉴于此，本申请的主要目的在于提供一种汽车网络控制系统，通过设置区域化的控制器，使其分别连接其区域范围内的传感器，可节省整车布线的长度，同时将控制器中的通信单元和计算单元分离设置，保证通信和计算的独立，提高了系统的稳定性。[0009]第一方面，本申请提供了一种汽车网络控制系统，包括前端控制器、后端控制器、行驶控制器以及若干个网络化传感器；[0010]所述前端控制器和后端控制器均包括计算单元和通信单元；[0011]所述前端控制器通过其通信单元与布设于第一区域范围内的所述网络化传感器连接；[0012]所述后端控制器通过其通信单元与布设于第二区域范围内的所述网络化传感器连接；[0013]所述前端控制器和后端控制器通过通信单元进行通信连接；[0014]所述计算单元根据其所属控制器的通信单元接收的信息进行车辆控制；[0015]所述前端控制器和后端控制器通过其通信单元连接所述行驶控制器。[0016]由上，通过设置前端控制器、后端控制器和行驶控制器分别承担汽车的区域接入，使其分别连接其区域内的传感器，节省整车布线的长度，并且将控制器中的通信单元和计算单元分离设置，保证通信和计算的独立，提高了系统的稳定性，其中前端控制器和后端控制器还可通过通信单元实现信息交互，形成控制冗余。本申请由于采用了功能集成化的区域化控制器，可适用于不同车型，降低不同车型专有设备的开发成本。[0017]可选的，所述通信单元包括时间敏感网络TSN交换模块；[0018]所述网络化传感器包括支持TSN的以太网摄像头。[0019]由上，通过采用时间敏感网络TSN交换模块进行通信，支持多个传感器的数据的同步传输，降低计算单元的计算延时，同时该TSN交换模块还可实现将其接收的信息进行实时分享，实现前端控制器和后端控制器之间的信息同步。还通过采用支持时间敏感网络的以太网摄像头，既可以实现通信协议的开放性，还可以可实现多个以太网摄像头的同步摄像，降低计算单元对视频流数据进行计算的延时。[0020]可选的，所述前端控制器和后端控制器的通信单元包括CAN接口；所述前端控制器或后端控制器的各通信单元的所述CAN接口通过双冗余CAN总线连接所述行驶控制器。[0021]由上，采用双冗余CAN总线可实现前端控制器和后端控制器分别与行驶控制器通信时的可靠性和稳定性。[0022]可选的，所述前端控制器和后端控制器的通信单元通过双链路冗余的方式相互连5[0023]可选的，所述前端控制器和后端控制器的通信单元通过双冗余万兆以太网的方式相互连接。[0024]由上，前端控制器和后端控制器之间采用双冗余万兆以太网进行通信，形成网络冗余，保证信息的快速传输，通信具有更高的可靠性和更低的延时特性。[0025]可选的，所述前端控制器和后端控制器的所述通信单元通过千兆以太网连接所述网络化传感器。[0026]由上，网络化传感器采集的数据可通过千兆以太网快速传输给其连接的控制器。[0027]可选的，所述前端控制器和后端控制器通过所述通信单元共享所述接收的信息和计算单元的部分或全部计算结果。[0028]由上，前端控制器和后端控制器的通信单元可将接收的信息相互共享，同时计算单元的部分或全部计算结果也可通过通信单元进行相互共享。[0029]可选的，所述前端控制器的计算单元和后端控制器的计算单元互为冗余。[0030]可选的，所述前端控制器的计算单元出现故障时，由通信单元发送其接收的信息至后端控制器的通信单元，由后端控制器的计算单元接管所述前端控制器的计算单元的全[0031]所述后端控制器的计算单元出现故障时，由通信单元发送其接收的信息至前端控制器的通信单元，由前端控制器的计算单元接管所述后端控制器的计算单元的全部或部分[0032]由上，前端控制器和后端控制器可实现相互冗余，当任意一个控制器的计算单元出现故障时，由于计算单元和通信单元的分离设置，此时通信单元不受该故障影响，可将其接收的信息发送至另外一个控制器的通信单元，由另外一个控制器中的计算单元接管故障的计算单元的计算和控制，并进行提示，从而保证在出现故障时，不会对汽车的安全产生重大影响，保证系统的安全性和可靠性。[0034]所述行驶控制器用于执行对汽车的动力、底盘和稳定性的安全控制；[0035]所述前端控制器用于计算并执行对汽车的座舱控制和车身控制；[0036]所述后端控制器用于计算并执行对汽车的自动驾驶控制。[0037]由上，各个控制器基于其连接的传感器及汽车部件，可进行不同的控制功能配置，其中，行驶控制器置于汽车中部可执行对汽车的动力、底盘和稳定性的安全控制，前端控制器置于汽车前部可执行汽车的座舱控制和车身控制，后端控制器置于汽车后部可执行对汽车的自动驾驶控制。[0038]可选的，当所述后端控制器的计算单元出现故障，由所述前端控制器的计算单元接管所述后端控制器的计算单元的自动驾驶功能时，根据算力，并将完全自动驾驶控制降级为应急的辅助驾驶控制，并发出人工驾驶的提示。[0039]由上，基于成本控制的考虑，前端控制器的计算单元与后端控制器的计算单元相比，计算能力相对较小，因此当后端控制器的计算单元出现故障时，前端控制器的计算单元接管其控制功能，并根据其算力进行控制降级，以保证基本的安全控制，例如，当前端控制器的计算单元接管自动驾驶控制后，会根据其算力将完全自动驾驶控制降级为应急的辅助6全性。[0040]本申请的这些和其它方面在以下(多个)实施例的描述中会更加简明易懂。附图说明[0041]图1为现有的基于区域zone的电子电气架构的框架图；[0042]图2为本申请实施例提供的一种汽车网络控制系统的模块图；[0043]图3为本申请实施例提供的一种汽车网络控制架构的示意图。[0045]汽车网络控制系统1000;前端控制器1100;后端控制器1200;行驶控制器1300;计算单元1101、1201;通信单元1102、1202;网络化传感器1401-1404;[0046]汽车网络控制架构2000;前端控制器2100;后端控制器2200;行驶控制器2300;计算单元2101、2201;TSN交换模块2102、2202;网络化摄像头2401-2405;锁步微处理器2301。具体实施方式[0047]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。[0049]在以下的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如S110、S120……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。[0050]说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件[0051]本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。[0052]基于现有技术，本申请提出了一种汽车网络控制系统，采用基于时间敏感特性的以太网通信架构，实现数据和控制指令的实时传输，通过设置多个控制器接入不同的传感7器，实现区域化的控制，降低布线所需的线缆长度，各个控制器之间还可通过以太网通信架构实现算力与设备冗余，保证系统的可靠性。[0053]下面结合附图对本申请实施例进行详细说明。[0054]如图2所示为本申请实施例提供的一种汽车网络控制系统的模块图，该汽车网络控制系统1000包括前端控制器1100、后端控制器1200、行驶控制器1300以及若干个网络化传感器1401-1404;[0055]所述前端控制器1100和后端控制器1200均包括计算单元1101、1201和通信单元[0056]所述前端控制器1100通过其通信单元1102与布设于第一区域范围内的所述网络[0057]所述后端控制器1200通过其通信单元1202与布设于第二区域范围内的所述网络[0058]所述前端控制器1100和后端控制器1200通过通信单元1102、1202进行通信连接；[0059]所述计算单元1101、1201根据其所属控制器的通信单元1102、1202接收的信息进行车辆控制；[0060]所述前端控制器1100和后端控制器1200通过其通信单元1102、1202连接所述行驶控制器1300。[0061]本申请实施例中，所述通信单元1102、1202具体可以采用时间敏感网络TSN交换模块。[0062]其中，所述通信单元1102和通信单元1202的TSN交换模块可以分别采用千兆以太网连接所述网络化传感器1401-1402,该通信单元1102和通信单元1202的TSN交换模块之间可以采用双冗余万兆以太网进行相互连接，以保证采集的数据信息和计算出的控制信息能够在该双冗余万兆以太网之间快速传输，还可以通过该双冗余万兆以太网实现算力分担与冗余，保证通信的稳定性和可靠性；所述通信单元1102和通信单元1202还包括CAN接口，并可以通过其CAN接口连接支持CAN总线通信的各类传感器，以实现对现有汽车中各类传感器的兼容支持，同时，该通信单元1102和通信单元1202还分别通过双冗余CAN总线连接所述行驶控制器1300。[0063]其中，所述网络化传感器1401-1404可以为汽车常用的各类传感器，例如摄像头、雷达等，通过进行网络化的设计，使其能够通过千兆以太网向所述通信单元1102和通信单元1202的TSN交换模块传输采集的数据，其中，进一步的，可以采用支持时间敏感网络的以太网摄像头，从而支持多个以太网摄像头进行同步摄像，并同步传输视频流数据给计算单[0064]本实施例中，所述的前端控制器1100、后端控制器1200和行驶控制器1300可实现不同的计算和控制功能，具有区域接入的能力，通过连接与其接近的传感器和控制部件，可分别实现对应的控制功能，同时还能减少布线所需的线缆长度。例如，所述行驶控制器1300可以用于执行对汽车的动力、底盘和稳定性的控制；所述前端控制器1100可以用于计算并执行对汽车的座舱控制和车身控制，并在后端控制器1200出现故障时，提供应急的辅助驾驶控制；所述后端控制器1200可以用于计算并执行对汽车的自动驾驶控制，同时，该后端控制器1200还同样能够满足计算并执行对汽车的座舱控制和车身控制。正常情况下，该座舱8的通信单元，由后端控制器的计算单元接管所述座舱控制和车身控制中的部分或全部控[0066]如图3所示为本申请实施例提供的一种汽车网络控制架构的示意图，该汽车网络控制架构2000包括设置在车身内部前端的前端控制器2100,车身内部后端的后端控制器[0067]该前端控制器2100和后端控制器2200可以通过千兆以太网连接车身四周的支持[0070]所述行驶控制器2300包括锁步微处理器2301,同时该行驶控制器2300还具有CAN9中的部分或全部控制；可配置行驶控制器2300实现汽车的动力、底盘或稳定性的控制。以基于车身四周的网络化摄像头2401-2405采集的数据的传输和处理过程为例，具体的，[0072]位于车身前端的网络化摄像头2401-2403可通过千兆以太网接入前端控制器2100的TSN交换模块2102,位于车身后端的网络化摄像头2404-2405可通过千兆以太网接入后端控制器2200的TSN交换模块2202,其中TSN交换模块2102和TSN交换模块2202可通过双冗余万兆以太网将其接收的视频数据进行组播和共享，发送给计算单元2101和计算单元2012进行计算；[0073]基于接收的网络化摄像头的视频数据，前端控制器2100中的计算单元2101可进行计算，生成用于座舱控制和车身控制的环绕视频影像和倒车影像，并通过TSN交换模块2102共享给后端控制器2200,后端控制器2200中的计算单元2201可基于网络化摄像头的视频数据以及前端控制器2100计算生成的影像进行计算，实现AI视觉分析和环视数据融合，以用于自动驾驶控制；[0074]其中，前端控制器2100的计算单元2101需要四个摄像头的视频数据即可计算生成环绕视频影像和倒车影像，而后端控制器2200的计算单元需要五个摄像头的视频数据进行视觉AI分析和环视数据融合，因此，通过TSN交换模块2102和TSN交换模块2202对视频数据进行交互分享，可节省摄像头的布置成本。[0075]所述行驶控制器2300可接收其连接的汽车动力、底盘或稳定性相关的传感器的数据，并通过双冗余CAN总线分享给前端控制器2100或后端控制器2200,同时还可以根据前端控制器2100或后端控制器2200的控制指令进行汽车动力、底盘或稳定性的相关控制。[0076]除此之外，所述前端控制器2100的计算单元2101和后端控制器2200的计算单元2201还可实现互为冗余，当任意一个计算单元出现故障时，可由另外一个计算单元接管该出现故障的计算单元的计算和控制，并提示所述故障。例如当前端控制器2100的计算单元2101失