一种整车CAN网络架构、CAN网络的管理方法、汽车

技术领域

本发明涉及整车网络管理技术领域，具体涉及一种整车CAN网络架构、CAN网络的管理方法、汽车。

背景技术

汽车分布式EE架构的普及，伴随着以网关为中心的星状CAN网络架构，单个CAN网络的状态管理已经无法形成对整车网络形成有效的管控。

现在主流的CAN网络管理方案包括OSEK网络管理和AUTOSAR网络管理, 整车CAN网络数量多且复杂，网络之间的相关性越来越紧密，OSEK网络管理和AUTOSAR网络管理均针对单一CAN网络的状态，不能满足整车统一CAN网络的管理需求，且OSEK网络管理较复杂。

发明内容

现有网络管理均是针对单一CAN网络的状态，不能满足整车统一CAN网络的管理需求，本发明提供一种整车CAN网络架构、CAN网络的管理方法、汽车。

第一方面，本发明技术方案提供一种整车CAN网络架构，包括网关和控制器，控制器包括跨网络的控制器和单网络的控制器；

以跨网络的控制器为节点，将整车CAN网络定义为不同等级的网络层级，网络层级最低级为0，层级越高网络等级越高；

网关为中心节点，与中心节点相连的控制器形成主网络，主网络中存在最高的网络层级；不与中心节点相连接的控制器与主网络中的控制器连接形成子网络；

各网络上控制器分配伴随等级，单网络的控制器的伴随等级为此网络的层级，跨网络的控制器的伴随等级为最高的网络层级的等级；

中心节点拥有整个网络中最高的伴随等级。

第二方面，本发明技术方案提供一种整车CAN网络的管理方法，所述方法是基于第一方面所述架构的管理方法，跨网络的控制器称为跨域节点、单网络的控制器称为独立节点，中心节点属于跨域节点，整车CAN网络由若干个网络构成，所述方法包括如下步骤：

网络唤醒需要网络上的某节点满足唤醒条件后，激活需要使用的网络；

某一网络唤醒后，与此网络相连的跨域节点检查其连接的所有网络；

若存在网络层级比已唤醒网络层级低的网络，立即唤醒所述网络层级低的网络；网络层级比已唤醒网络层级相等或高的网络根据网络唤醒条件进行激活唤醒；

设置跨域节点连接的多网络休眠顺序为网络层级高的先休眠，网络层级低后休眠。

作为本发明技术方案的进一步限定，跨域节点总状态分为休眠、唤醒、等待休眠，跨域节点的管理方法包括：

跨域节点在休眠状态下，跨域节点连接的各网络均处于休眠状态，等待唤醒源,当接收到唤醒源时，跨域节点将切换到唤醒状态；

跨域节点在唤醒状态下，判断当前已经唤醒或需要唤醒的最高的网络层级，并激活小于此网络层级的其他网络；当所有网络均休眠，跨域节点将切换到等待休眠状态，启动休眠定时；

跨域节点在等待休眠状态下，各连接的网络处于监听状态，并进行休眠定时。

作为本发明技术方案的进一步限定，跨域节点在等待休眠状态下，各连接的网络处于监听状态，并进行休眠定时的步骤包括：

跨域节点在等待休眠状态，各连接的网络处于监听状态，并进行休眠定时；

若在休眠定时计时器溢出之前，检测到唤醒源，跨域节点将切换到唤醒状态；

若直至休眠定时计时器溢出未检测到唤醒源时，跨域节点将切换到休眠状态。

作为本发明技术方案的进一步限定，每个网络中包括跨域节点和独立节点，网络的管理方法包括：

网络在休眠状态下，设置网络连接的独立节点的网络状态均处于休眠状态，跨域节点的对应网络处于休眠状态或监听状态，等待唤醒源；

当存在唤醒源时，切换到唤醒状态；

网络在唤醒状态下，独立节点监控网络上的网络管理报文，启动定时器Tb；当独立节点存在唤醒源时，根据接收到网络管理报文时重置定时器Tb，当定时器Tb达到预期值时，独立节点发出网络管理报文；当独立节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，定时器Tc大于所有节点定时器Tb，当定时器Tc达到预期值时，独立节点向休眠状态跳转；

网络在唤醒状态下，跨域节点监控网络上的网络管理报文，当存在唤醒源时，以Ta周期发送网络管理报文；当跨域节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，并且停止发送网络管理报文，当定时器Tc达到预期值时，跨域节点向等待休眠状态跳转；

当网络上所有节点均转为休眠状态时，即存在的最后一帧网络管理报文延时Tc时间后，网络状态由唤醒状态切换等待休眠状态，并启动休眠定时；

当网状态在等待休眠状态时，进行休眠倒计时，若存在唤醒源，由唤醒源对应的节点发出网络管理报文，重新唤醒网络，若到计时结束无唤醒源，整个网络进入休眠状态。

作为本发明技术方案的进一步限定，唤醒源包括跨域节点触发唤醒模式；当存在唤醒源时，切换到唤醒状态的步骤包括：

在跨域节点触发唤醒模式时，跨域节点以周期Ta发出网络管理报文；

网络中的其他节点在接收到网络管理报文后唤醒网络进行网络沟通，此时网络上的独立节点不发送网络管理报文。

作为本发明技术方案的进一步限定，唤醒源包括独立节点触发唤醒模式；当存在唤醒源时，切换到唤醒状态的步骤包括：

在独立节点触发唤醒模式时，独立节点发出网络管理报文一次，之后启动定时器Tb，其中定时器Tb大于定时器Ta；

若定时器Tb未达到预期值时收到其他节点的网络管理报文，则重置定时器Tb；

若定时器Tb达到预期值时仍未收到其他节点的网络管理报文，则发送网络管理报文一次，重启定时器Tb。

作为本发明技术方案的进一步限定，当独立节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，定时器Tc大于所有节点定时器Tb，当定时器Tc达到预期值时，独立节点向休眠状态跳转的步骤具体包括：

独立节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，定时器Tc大于所有节点定时器Tb；

当定时器Tc未达到预期值接收到网络管理报文时，重置定时器Tc；

直至定时器Tc达到预期值未接收到网络管理报文时，独立节点向休眠状态跳转。

作为本发明技术方案的进一步限定，当跨域节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，并且停止发送网络管理报文，当定时器Tc达到预期值时，跨域节点向等待休眠状态跳转的步骤包括：

当跨域节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，并且停止发送网络管理报文，当定时器Tc未达到预期值接收到网络管理报文时，重置定时器Tc；

直至定时器Tc达到预期值未接收到网络管理报文时，跨域节点向等待休眠状态跳转。

需要说明的是，本发明技术方案中，定时器Ta的定时时间为Ta，定时器Tb的定时时间为Tb，定时器Tc的定时时间为Tc，Ta、Tb、Tc的时间单位相同，定时器Tc大于定时器Tb，可以理解为定时器Tc的定时时间Tc大于定时器Tb的定时时间Tb。

第三方面，本发明技术方案还提供一种汽车，汽车的整车CAN网络通过如第二方面所述的方法进行管理。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：基于CAN的跨域网络管理方法，可以对整车网络的状态进行管控，打破了以前各网络独立管控的状态，对整车CAN网络的形成统一管理。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的整车多层级网络示意图。

图2是本发明一个实施例的跨域节点网络状态管理示意图。

图3是本发明一个实施例的独立节点网络状态管理示意图

图4是本发明一个实施例的网络状态管理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种整车CAN网络架构，包括网关和控制器，控制器包括跨网络的控制器和单网络的控制器；

以跨网络的控制器为节点，将整车CAN网络定义为不同等级的网络层级，网络层级最低级为0，层级越高网络等级越高；

网关为中心节点，与中心节点相连的控制器形成主网络，主网络中存在最高的网络层级；不与中心节点相连接的控制器与主网络中的控制器连接形成子网络；

各网络上控制器分配伴随等级，单网络的控制器的伴随等级为此网络的层级，跨网络的控制器的伴随等级为最高的网络层级的等级；

中心节点拥有整个网络中最高的伴随等级。

网关作为跨域节点，也称为中心节点，与中心节点相连的网络，称之为主网络，主网络中存在最高的网络层级，不与中心节点相连接的网络，称之为子网络，中心节点需拥有整个网络中最高的伴随等级，图1为整车多层级网络示意图。

跨域节点：控制器跨多个网络，如图1中的①、③、⑤。

中心节点：跨域节点的特殊存在，由车辆网关担任如图1中的①。

独立节点：控制器仅与一个网络连接，如图1中的②。

主网络：与中心节点直接相连的网络，如图1中的④、⑥。

子网络：与中心节点不直接相连的网络，如图1中的⑦。

整车网络的管理方法总体准则如下：

1）网络唤醒需要网络上的某节点满足唤醒条件后，激活需要使用的网络。

2）某一网络唤醒后，与此网络相连的跨域节点需要检查其连接的所有网络，若有网络层级比已唤醒网络层级低，需要立即唤醒，与之相同或高于的网络，不需要唤醒，需要根据遵循网络唤醒条件。

3）网络休眠，跨域节点连接的多网络休眠顺序，必须为网络层级高的先休眠，网络层级低后休眠。

跨域节点（含中心节点），是整套管理办法实现的核心，图2为跨域节点网络状态管理图，跨域节点总状态分为休眠、唤醒、等待休眠三种，它的管理方法准则如下：

1）跨域节点在休眠状态下，连接的各网络均处于休眠状态，等待唤醒源。

2）跨域节点在唤醒状态下，需要判断当前已经唤醒或需要唤醒的最高的网络层级，并激活小于此网络层级的其他网络。

3）跨域节点在等待休眠状态下，各连接网络处于监听状态，并进行休眠定时。

4）跨域节点在休眠状态，接收到本身或者某网络上的唤醒源，跨域节点将切换到唤醒状态，对应图2状态切换①。

5）跨域节点在唤醒状态，当所有网络均休眠，跨域节点将切换到等待休眠状态，启动休眠定时，对应图2状态切换②。

6）跨域节点在等待休眠状态，检测到本身或者某网络上的唤醒源，跨域节点将切换到唤醒状态，对应图2状态切换③。

7）跨域节点在等待休眠状态，当休眠定时计时器溢出时，跨域节点将切换到休眠状态，对应图2状态切换④。

独立节点分布于各个网络之中，是各个网络的主要组成部分，图3为独立节点网络状态管理图，独立节点与跨域节点仅在唤醒状态时，仅控制一个网络的状态，不需要判断网络的层级。

网络是连接各个节点的干路，本套管理方法最终管理的还是车辆各个网络，网络的状态切换如图4，网络的管理方法准则如下：

1）网络在休眠状态下，连接的独立节点的网络状态均处于休眠状态，跨域节点的对应网络应处于休眠状态或监听状态，等待唤醒源。

2）网络在休眠状态，当存在唤醒源，需要切换到唤醒状态，唤醒源分为跨域节点触发跟独立节点触发两种。在跨域节点唤醒模式时，跨域节点以特定的周期Ta发出网络管理报文，网络其他节点在接收到网络管理报文后唤醒网络进行网络沟通，此时网络上的独立节点不发送网络管理报文，若有其他跨域节点，也发以Ta周期发送其网络管理报文；在独立节点唤醒模式时，独立节点发出网络管理报文一次，之后启动定时器Tb，Tb的值需要大于Ta的值，若定时器Tb未达到预期值时收到其他节点的网络管理报文，则重新开始定时器Tb的值，若Tb定时器达到预期值时仍未收到其他节点的网络管理报文，则发送定ID的网络管理报文一次，重启定时器。

3）网络在唤醒状态下，独立节点一直监控网络上的网络管理报文，当存在唤醒源时，一直启动定时器Tb在，接收到网络管理报文时重置定时器Tb，当定时器Tb达到预期值时，独立节点发出特定的网络管理报文，不同的独立节点Tb时间需要存在不大的差异，建议以5ms或10ms定义间隔；当独立节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，定时器Tc需要大于所有节点的Tb，当接收到网络管理报文时重置定时器Tc，当定时器Tc达到预期值时，独立节点向休眠状态跳转。

4）网络在唤醒状态下，跨域节点一直监控网络上的网络管理报文，当存在唤醒源时，一直以Ta周期发送特定的网络管理报文；当跨域节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，并且停止发送网络管理报文，当接收到网络管理报文时重置定时器Tc，当定时器Tc达到预期值时，跨域节点向等待休眠状态跳转。

5）当网络上所有节点均转为休眠状态时，即存在的最后一帧网络管理报文延时Tc时间后，网络状态由唤醒状态切换等待休眠状态，并启动休眠定时，对应图4中的③。

6）当网状态在等待休眠状态时，进行休眠倒计时，若存在唤醒源，由唤醒源节点发出网络管理报文，重新唤醒网络，对应图4中的④。

7）当网状态在等待休眠状态时，进行休眠倒计时，若倒计时结束无唤醒源，整个网络进入休眠状态，对应图4中的⑤。

网络管理报文，为特定ID的CAN网络报文，数据长度与内容由实际情况进行自定义，本方法中不进行限制。

本发明技术方案提供一种整车CAN网络的管理方法，所述方法是基于第一方面所述架构的管理方法，跨网络的控制器称为跨域节点、单网络的控制器称为独立节点，中心节点属于跨域节点，整车CAN网络由若干个网络构成，所述方法包括如下步骤：

步骤1：网络唤醒需要网络上的某节点满足唤醒条件后，激活需要使用的网络；

步骤2：某一网络唤醒后，与此网络相连的跨域节点检查其连接的所有网络；

步骤3：若存在网络层级比已唤醒网络层级低的网络，立即唤醒所述网络层级低的网络；网络层级比已唤醒网络层级相等或高的网络根据网络唤醒条件进行激活唤醒；

步骤4：设置跨域节点连接的多网络休眠顺序为网络层级高的先休眠，网络层级低后休眠。

在有些实施例中，跨域节点总状态分为休眠、唤醒、等待休眠，跨域节点的管理方法包括：

S11：跨域节点在休眠状态下，跨域节点连接的各网络均处于休眠状态，等待唤醒源,当接收到唤醒源时，跨域节点将切换到唤醒状态；

S12：跨域节点在唤醒状态下，判断当前已经唤醒或需要唤醒的最高的网络层级，并激活小于此网络层级的其他网络；当所有网络均休眠，跨域节点将切换到等待休眠状态，启动休眠定时；

S13：跨域节点在等待休眠状态下，各连接的网络处于监听状态，并进行休眠定时。

在有些实施例中，跨域节点在等待休眠状态下，各连接的网络处于监听状态，并进行休眠定时的步骤包括：

S131：跨域节点在等待休眠状态，各连接的网络处于监听状态，并进行休眠定时；

S132：若在休眠定时计时器溢出之前，检测到唤醒源，跨域节点将切换到唤醒状态；

S133：若直至休眠定时计时器溢出未检测到唤醒源时，跨域节点将切换到休眠状态。

在有些实施例中，每个网络中包括跨域节点和独立节点，网络的管理方法包括：

S21：网络在休眠状态下，设置网络连接的独立节点的网络状态均处于休眠状态，跨域节点的对应网络处于休眠状态或监听状态，等待唤醒源；

S22：当存在唤醒源时，切换到唤醒状态；

S23：网络在唤醒状态下，独立节点监控网络上的网络管理报文，启动定时器Tb；当独立节点存在唤醒源时，根据接收到网络管理报文时重置定时器Tb，当定时器Tb达到预期值时，独立节点发出网络管理报文；当独立节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，定时器Tc大于所有节点定时器Tb，当定时器Tc达到预期值时，独立节点向休眠状态跳转；

S24：网络在唤醒状态下，跨域节点监控网络上的网络管理报文，当存在唤醒源时，以Ta周期发送网络管理报文；当跨域节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，并且停止发送网络管理报文，当定时器Tc达到预期值时，跨域节点向等待休眠状态跳转；

S25：当网络上所有节点均转为休眠状态时，即存在的最后一帧网络管理报文延时Tc时间后，网络状态由唤醒状态切换等待休眠状态，并启动休眠定时；

S26：当网状态在等待休眠状态时，进行休眠倒计时，若存在唤醒源，由唤醒源对应的节点发出网络管理报文，重新唤醒网络，若到计时结束无唤醒源，整个网络进入休眠状态。

在有些实施例中，唤醒源包括跨域节点触发唤醒模式；当存在唤醒源时，切换到唤醒状态的步骤包括：

在跨域节点触发唤醒模式时，跨域节点以周期Ta发出网络管理报文；

网络中的其他节点在接收到网络管理报文后唤醒网络进行网络沟通，此时网络上的独立节点不发送网络管理报文。

相应的，唤醒源包括独立节点触发唤醒模式；当存在唤醒源时，切换到唤醒状态的步骤包括：

在独立节点触发唤醒模式时，独立节点发出网络管理报文一次，之后启动定时器Tb，其中定时器Tb大于定时器Ta；

若定时器Tb未达到预期值时收到其他节点的网络管理报文，则重置定时器Tb；

若定时器Tb达到预期值时仍未收到其他节点的网络管理报文，则发送网络管理报文一次，重启定时器Tb。

在有些实施例中，当独立节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，定时器Tc大于所有节点定时器Tb，当定时器Tc达到预期值时，独立节点向休眠状态跳转的步骤具体包括：

S231：独立节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，定时器Tc大于所有节点定时器Tb；

S232：当定时器Tc未达到预期值接收到网络管理报文时，重置定时器Tc；

S233：直至定时器Tc达到预期值未接收到网络管理报文时，独立节点向休眠状态跳转。

在有些实施例中，当跨域节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，并且停止发送网络管理报文，当定时器Tc达到预期值时，跨域节点向等待休眠状态跳转的步骤包括：

S241：当跨域节点不存在唤醒源时，将启动定时器Tc，并且停止发送网络管理报文，当定时器Tc未达到预期值接收到网络管理报文时，重置定时器Tc；

S242：直至定时器Tc达到预期值未接收到网络管理报文时，跨域节点向等待休眠状态跳转。

需要说明的是，本发明技术方案中，定时器Ta的定时时间为Ta，定时器Tb的定时时间为Tb，定时器Tc的定时时间为Tc，Ta、Tb、Tc的时间单位相同，定时器Tc大于定时器Tb，可以理解为定时器Tc的定时时间Tc大于定时器Tb的定时时间Tb。

本发明实施例还提供一种汽车，汽车的整车CAN网络架构，包括网关和控制器，控制器包括跨网络的控制器和单网络的控制器；

以跨网络的控制器为节点，将整车CAN网络定义为不同等级的网络层级，网络层级最低级为0，层级越高网络等级越高；

网关为中心节点，与中心节点相连的控制器形成主网络，主网络中存在最高的网络层级；不与中心节点相连接的控制器与主网络中的控制器连接形成子网络；

各网络上控制器分配伴随等级，单网络的控制器的伴随等级为此网络的层级，跨网络的控制器的伴随等级为最高的网络层级的等级；

中心节点拥有整个网络中最高的伴随等级；

整车CAN网络通过上述实施例所述的方法进行管理。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。