一种基于可扩展环形以太网的电动智能汽车通信网络系统

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一种基于可扩展环形以太网的电动智能汽车通信网络系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种电动智能汽车通信网络系统，尤其是涉及一种基于可扩展环形以太网的电动智能汽车通信网络系统。\n背景技术\n[0002] 随着汽车的智能化快速发展，车辆内部的单元控制器数量剧增，运算数据的复杂性也进一步提升，对车辆各个控制器之间的通信方式以及拓扑网络结构都提出了更高的要求。现有的用于电动智能汽车的通信网络扩展性较差，一旦通信网络被配置，当汽车内部增加新的单元控制器时，很难将新的单元控制器连接至先前建立通信网络中，需要进行网络的重新配置，将会带来很大的工作量。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于可扩展环形以太网的电动智能汽车通信网络系统。\n[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：\n[0005] 一种基于可扩展环形以太网的电动智能汽车通信网络系统，该系统包括：\n[0006] 内环网络：包括多个控制器及对应的内环以太网交换机，多个控制器通过对应的内环以太网交换机的以太网端口环形连接形成智能决策与控制单元，用于对电动智能汽车的信息数据进行收集处理；\n[0007] 外围网络：设有多个，各外围网络以内环网络为第一节点，并将电动智能汽车的多个智能型传感器或智能型执行器分别通过对应的外围以太网交换机的以太网端口依次连接并形成外围线性网络或环形网络，各所述的外围以太网交换机还设有扩展以太网端口，所述的扩展以太网端口用于连接扩展网络。\n[0008] 所述的控制器为具有双向通信的控制器，各控制器对应的内环以太网交换机设有至少五个以太网端口，其中两个以太网端口分别连接相邻的两个内环以太网交换机形成内环第一通信线路，另外两个以太网端口分别连接相邻的两个内环以太网交换机形成内环第二通信线路，不用于形成内环第一通信线路或内环第二通信线路的以太网端口为用作诊断的接口。\n[0009] 所述的外围网络中的各智能型传感器和智能型执行器还分别设置相应的用于数据处理的网关。\n[0010] 所述外围以太网交换机均设有至少七个以太网端口，其中两个以太网端口分别用于与相邻的外围交换机连接形成外围第一通信线路，还有两个交换机端口也分别用于与相邻的外围交换机连接形成外围第二通信线路，其余为用作诊断的接口或用于所述的扩展网络的接口。\n[0011] 所述的扩展网络为线性扩展网络、环形扩展网络或混合性扩展网络。\n[0012] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：\n[0013] (1)本发明采用以太网作为主干网络进行通信，以太网速率能够达到100M/s,能够满足目前大流量数据的传输要求；\n[0014] (2)本发明采用多个控制器组成智能决策与控制单元形成内环网络，采用集中环形结构不但能够减少各个控制单元所需要的控制器数量，而且能够保证系统处理具有高效性；\n[0015] (3)本发明控制器采用双向通信的控制器，并形成第一通信线路和第二通信线路，该双向通信功能的控制器能够通过两种途径：顺时针和逆时针将数据信息同时发送，并在一定时间内对信息进行比对分析，防止信息的丢包现象，与此同时，在顺时针途径或者逆时针途径所发送的信息都进行正序排列和逆序排列，进一步保证传输信息的安全性，实现系统的双冗余性；\n[0016] (4)内环网络中的控制器可根据需要进行扩展构成性的环形拓扑网络，操作方便，便于实现；\n[0017] (5)外围网络中的各外围以太网交换机均设有扩展以太网端口并用于连接扩展网络，从而使得该通信网络系统扩展性强，在增加新的智能型传感器或智能型执行器时无需破坏现有网络便可实现网络扩展；\n[0018] (6)内环网络或外围网络中的内环以太网交换机或外围以太网交换机均设有诊断接口，能够将各个控制器、智能传感器和智能执行器等统一进行连接，方便进行诊断和测试。\n附图说明\n[0019] 图1为本发明基于可扩展环形以太网的电动智能汽车通信网络系统的结构示意图；\n[0020] 图2为本发明内环以太网交换机和外围以太网交换机的结构示意图；\n[0021] 图3为内环网络扩展方式的结构示意图；\n[0022] 图4为第二外围网络扩展环形扩展网络的结构示意图。\n[0023] 图中，1为第一制动执行器，2为第一转向电机，3为驱动电机，4为第一方向盘传感器，5为第二制动执行器，6为360度环视设备，7为远程控制单元，8为车载娱乐设备，9为GPS与惯性导航单元，10为第三制动执行器，11为诊断接口，12为第二方向盘传感器，13为电池管理单元，14为第二转向电机，15为第四制动执行器，16为制动传感器，17为车辆与基础设施通信单元，18为第一控制器，19为第二控制器，20为第三控制器，21为第四控制器，22为第五控制器，23为新增第一执行器，24为新增第二执行器，25为新增第三执行器，a为网关，b为以太网交换机，W1为第一外围网络，W2为第二外围网络，N1为内环网络。\n具体实施方式\n[0024] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。\n[0025] 实施例\n[0026] 如图1所示，一种基于可扩展环形以太网的电动智能汽车通信网络系统，该系统包括：内环网络N1：多个控制器通过对应的内环以太网交换机的以太网端口环形连接形成智能决策与控制单元，用于对电动智能汽车的信息数据进行收集处理；外围网络：设有多个，各外围网络以内环网络N1为第一节点，并将电动智能汽车的多个智能型传感器或智能型执行器分别通过对应的外围以太网交换机的以太网端口依次连接并形成外围线性网络或环形网络，各外围以太网交换机还设有扩展以太网端口，扩展以太网端口用于连接扩展网络。\n扩展网络为线性扩展网络、环形扩展网络或混合性扩展网络。本发明采用以太网作为主干网络进行通信，以太网速率能够达到100M/s，能够满足目前大流量数据的传输要求。智能决策与控制单元采用集中环形结构不但能够减少各个控制单元所需要的控制器数量，而且能够保证系统处理具有高效性。\n[0027] 控制器为具有双向通信的控制器，各控制器对应的内环以太网交换机设有至少五个以太网端口，其中两个以太网端口分别连接相邻的两个内环以太网交换机形成内环第一通信线路，另外两个以太网端口分别连接相邻的两个内环以太网交换机形成内环第二通信线路，不用于形成内环第一通信线路或内环第二通信线路的以太网端口为用作诊断的接口，即图中的诊断接口11。该双向通信功能的控制器能够通过两种途径——顺时针和逆时针将数据信息同时发送，并在一定时间内对信息进行比对分析，防止信息的丢包现象，与此同时，在顺时针途径或者逆时针途径所发送的信息都进行正序排列和逆序排列，进一步保证传输信息的安全性，实现系统的双冗余性。配置具体的内环网络N1的控制器数量可以根据具体需求而定，从而实现内环网络N1的扩展，在本实施例中控制器设有4个，包括第一控制器18、第二控制器19、第三控制器20和第四控制器21，4个控制器通过对应的内环以太网交换机的以太网端口环形连接形成智能决策与控制单元。\n[0028] 外围网络中的各智能型传感器和智能型执行器还分别设置相应的用于数据处理的网关a。所述外围以太网交换机均设有至少七个以太网端口，其中两个以太网端口分别用于与相邻的外围交换机连接形成外围第一通信线路，还有两个交换机端口也分别用于与相邻的外围交换机连接形成外围第二通信线路，其余为用作诊断的接口或用于扩展网络的接口。\n[0029] 本实施例中外围网络配置两个，分别为第一外围网络W1和第二外围网络W2，其中第一外围网络W1内的智能型传感器和智能型执行器包括依次连接的第一方向盘传感器4、驱动电机3、第一转向电机2、第一制动执行器1、车辆与基础设施通信单元17、制动传感器\n16、第四制动执行器15、第二转向电机14、电池管理单元13和第二方向盘传感器12，其中第一方向盘传感器4和第二方向盘传感器12均连接至内环网络N1，从而形成环形网络。第二外围网络W2内的智能型传感器和智能型执行器包括依次连接的的第二制动执行器5、360度环视设备6、远程控制单元7、车载娱乐设备8、GPS与惯性导航单元9和第三制动执行器10，其中第二制动执行器5连接至内环网络N1，第三制动执行器10与内环网络N1连接可选，即第二外围网络W2可为环形网络也可为线性网络。\n[0030] 如图2所示，为本发明内环以太网交换机和外围以太网交换机的结构示意图，该实施例中所有的内环以太网交换机和外围以太网交换机在图中均表示为以太网交换机b，所有的以太网交换机b均设置8个以太网端口，如图中所示，端口a1和端口a2用于构成内环网络N1或外围网络的对应的内环第一通信线路或外环第一通信线路，端口b1和端口b2构成内环网络N1或外围网络的对应的内环第二通信线路或外环第二通信线路；端口c1、端口c2和端口d1、端口d2可以用于诊断测试所用，也可以用于扩展端口。\n[0031] 如图3所示为内环网络N1扩展方式的结构示意图，以新扩展节点具有双向通信功能的控制器作为新增的第五控制器22为例进行说明，首先将，第一控制器18中内环以太网交换机的第二端口和第四控制器21中内环以太网交换机的第一端口连接断开，把新增的第五控制器22放置环形拓扑网络中，将第五控制器22中内环以太网交换机的第一端口与第一控制器18中内环以太网交换机的第二端口相连接，将第五控制器22中内环以太网交换机的第二端口与第四控制器21中内环以太网交换机的第一端口相连接，从而就构成了具有新增双向通信功能的第五控制器22的新的内环网络。\n[0032] 如图4所示，以第二外围网络W2中的第三制动执行器10作为扩展节点，将其所含以外围以太网交换机中第一端口与新增第一执行器23所含外围以太网交换机中第一端口连接；新增第一执行器23所含外围以太网交换机中第二端口与新增第二执行器24所含外围以太网交换机中第一端口连接；新增第二执行器24所含外围以太网交换机中第二端口与新增第三执行器25所含外围以太网交换机中第一端口连接；新增第三执行器25所含外围以太网交换机中第二端口与第三制动执行器10所含外围以太网交换机中第二端口相连。由此构成以制动执行器为节点的环形拓扑网络结构。根据图示4所述，对于外围网络，在不影响其拓扑结构的前提下，各外围以太网交换机设置的扩展以太网端口均可用来新增其他的网络拓扑结构。\n[0033] 上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，并不构成对权利要求范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均在本发明保护的范围内。