集成车内外通信功能的中央网关及汽车的制作方法

1.本发明属于汽车通信技术领域，更具体地，涉及一种集成车内外通信功能的中央网关及汽车。


背景技术：

2.随着汽车智能驾驶和soa服务时代的到来，车内车外高速通信的技术需求越来越紧迫。车内网络通信和车联网的技术水平，是实现更高级别智能驾驶和soa服务的关键之一。车内网络通信主要是通过网关实现，将各网段或控制器所需的信号进行路由转发；车联网主要是通过t-box实现,t-box将车内关键信息通过互联网传递至主机厂的服务器，并将soa服务下发至车辆。
3.通常，网关和t-box是两个独立的控制器，也就是说车辆的关键信息需要通过网关和通信总线路由到t-box后，再由t-box传输到互联网上。这种将车内和车外信息分开处理的方式有一定的局限性；第一：如果网关与t-box之间的物理连线中断，将无法上传车辆数据，也无法下发客户服务需求；第二，这种分立处理方式，由于其负载率限制，只能将一部分关键车辆数据进行上传，这对实现soa服务是十分不友好的；第三：分立式网关和t-box的成本较高。
4.故需要解决上述分立式方案成本高、传输信息受限、物理连接影响大、通信速率慢等问题，
5.公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提出一种集成车内外通信功能的中央网关及汽车，实现将传统网关的通信功能和t-box的功能集成在中央网关中，提高车内外的通信速度并降低成本，同时能够支持更高级别的智能驾驶和soa服务。
7.为实现上述目的，本发明提出了一种集成车内外通信功能的中央网关及汽车。
8.根据本发明的第一方面，提出了一种集成车内外通信功能的中央网关，包括:
9.开关采集和负载驱动模块，用于实现t-box的功能；
10.以太网通信模块，用于实现车辆以太网节点之间的高速通信；
11.canfd通信模块，用于实现所述车辆的can fd网络通信；
12.5g通信模块，用于实现所述车辆与云端的无线网络通信；
13.控制模块，用于控制所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块和所述canfd通信模块收集和传输所述车辆的数据；
14.电源管理模块，用于给所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块、所述canfd通信模块、所述5g通信模块和所述控制模块提供电源。
15.可选地，所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块、所述canfd通信模块、所述控制模块和所述电源管理模块集成于主板中，所述5g通信模块安装在小板中，所述主板与所述小板通过板间插接件连接。
16.可选地，所述电源管理模块包括：升压模块、降压模块和sbc模块；
17.所述电源管理模块能够将车载蓄电池的12v电压转换为1.0v、1.2v、1.8v、2.5v、3.3v、5.0v和8.0v。
18.可选地，所述5g通信模块通过sim卡或wifi介入无线通信网络，具备v2x、导航和5g天线通信采集及处理功能。
19.可选地，所述以太网模块包括：百兆以太网交换机和千兆以太网交换机；
20.所述百兆以太网交换机与所述千兆以太网交换机通过rgmii通信方式进行通信。
21.可选地，所述开关采集和负载驱动模块包括：aiv形式的碰撞检测接口、led指示灯和ecall开关采集。
22.可选地，所述小板还包括：mic输入、mic输出、spk输出、导航天线采集、5g天线采集和v2x天线采集。
23.可选地，所述控制模块包括mcu和soc；
24.所述mcu用于采集和处理所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块、所述canfd通信模块和所述5g通信模块的数据，实现相当于原子类服务的功能；
25.所述soc用于采集和处理所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块、所述canfd通信模块和所述5g通信模块的服务类数据，实现服务类功能；
26.所述mcu与所述soc通过spi通信方式或pcie通信方式进行通信。
27.可选地，所述主板还包括：
28.多路以太网交换机，用于通过所述多路以太网交换机直接将所述主板的各端口器件对接。
29.根据本发明的第二方面，提出了一种汽车，所述汽车包括第一方面任意一项所述的集成车内外通信功能的中央网关。
30.本发明的有益效果在于：本发明通过将控制模块、以太网通信模块、canfd通信模块、控制模块和电源管理模块集成于主板，通过板间接插件将主板与5g通信模块所在的小板连接，进而将传统网关的通信功能和t-box的功能集成在中央网关中；本发明能够提高车内外的通信速度，有效提高数据上传速度和数量，同时降低了成本并能够支持更高级别的智能驾驶和soa服务
31.本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
32.通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
33.图1示出了根据本发明的一种集成车内外通信功能的中央网关的示意图。
34.图2示出了根据本发明的一种集成车内外通信功能的中央网关的主板和小板的示意图。
具体实施方式
35.下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
36.如图1所示，根据本发明的一种集成车内外通信功能的中央网关，包括：
37.开关采集和负载驱动模块，用于实现t-box的功能；
38.以太网通信模块，用于实现车辆以太网节点之间的高速通信；
39.canfd通信模块，用于实现车辆的can fd网络通信；
40.5g通信模块，用于实现车辆与云端的无线网络通信；
41.控制模块，用于控制开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块和canfd通信模块收集和传输车辆的数据；
42.电源管理模块，用于给开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块、canfd通信模块、5g通信模块和控制模块提供电源。
43.具体地，本发明的集成车内外通信功能的中央网关包括：开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块、canfd通信模块、5g通信模块、控制模块和电源管理模块；此中央网关具备的主要功能包括：canfd通信、以太网通信、lin通信、诊断、网络管理、数据采集、数据上传、远程控制、移动网络管理、紧急救援、车辆状态管理、健康服务和ota等功能，同时还具备信息安全和功能安全功能，保证了数据的安全传输；控制模块负责采集和处理开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块、canfd通信模块和5g通信模块的数据；电源管理模块是为中央网关提供电源的模块，将车辆蓄电池的电通过电源处理芯片和电路，转换为中央网关各模块所需的电源；以太网通信模块通过百兆以太网交换机和千兆以太网交换机来实现车辆以太网节点之间的高速通信；5g通信模块通过sim卡或wifi介入网络，将车辆数据传输至网络；开关采集和负载驱动模块主要是为实现t-box功能而集成的硬件资源；canfd通信模块包括动力域、底盘总线和诊断总线等，能包含绝大多数车辆的通信路由需求，例如canfd通信模块有8路canfd通信通道，canfd1采用电源管理芯片tle9271qx集成的canfd通道作为诊断通道的canfd收发器，canfd2～canfd4均选择nxp第三代产品tja1044gt分别作为车身域、智能驾驶域和信息娱乐域的canfd收发芯片，canfd5～canfd8为预留的canfd通道，后续可根据车型需要贴片，芯片选择有以下标准：支持can-fd协议,可满足2mbps波特率通信需求，在can fd快速阶段的可靠通信在数据速率高达5mbit/s，具有总线唤醒能力的极低电流待机模式，速度高达500kbit/s，具有卓越的emc性能，可以直接与电源电压从3v～5v的微控制器接口相连。
44.如图2所示，在一个示例中，开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块、canfd通信模块、控制模块和电源管理模块集成于主板中，5g通信模块安装在小板中，主板与小板通过板间插接件连接。
45.具体地，将中央网关拆分为主板和小板，主板和小板通过板间接插件连接，以避免
中央网关采用一整块pcb板导致出现断裂的情况，同时能够减少整个中央网关主体的尺寸，便于整车布置；通过板间接插件实现主板和子板的硬件连接和数据通信，将主板的boot信号、电源信号、控制信号和唤醒信号通过板间接插件给到子板的5g通信模块，将5g通信模块的网络状态、唤醒信号、5g天线、v2x天线和导航天线信息给主板的控制模块。
46.在一个示例中，电源管理模块包括：升压模块、降压模块和sbc模块；
47.电源管理模块能够将车载蓄电池的12v电压转换为1.0v、1.2v、1.8v、2.5v、3.3v、5.0v和8.0v。
48.具体地，当电源管理模块接收到车载蓄电池输出的输入电压不满足12v时，通过升压模块将输入电压提升到12v，再通过降压模块将12v的电压转换为1.0v、1.2v、1.8v、2.5v、3.3v、5.0v和8.0v；通过sbc模块对车载蓄电池、升压模块和降压模块进行电源管理，将车载蓄电池输出的电压通过升压模块和降压模块分别转换为其它模块需要的电压，sbc模块集ecu所需的通用系统功能于一体，具备电源管理、通信、接口转换和电平转换等功能，采用sbc模块能够使主板空间和系统功耗显著降低。
49.在一个示例中，5g通信模块通过sim卡或wifi介入无线通信网络，具备v2x、导航和5g天线通信采集及处理功能。
50.具体地，5g通信模块将基带、射频、电源、存储等芯片与阻容感等电子元器件集成在一起；5g通信模组通过板间接插件与主板进行通信，通过i2c总线与音频处理芯片通信，通过pcie通信方式与wifi芯片通信，具备v2x、导航、和5g天线通信采集及处理功能，同时具备sim卡数据处理功能，5g通信模块通过sim卡或wifi介入无线通信网络，将车辆数据传输至网络。
51.在一个示例中，以太网模块包括：百兆以太网交换机和千兆以太网交换机；
52.百兆以太网交换机与千兆以太网交换机通过rgmii通信方式进行通信。
53.具体地，以太网模块包括：百兆以太网交换机和千兆以太网交换机，百兆以太网交换机与千兆以太网交换机通过rgmii通信方式进行通信；百兆以太网交换机可实现多个以太网节点进行百兆通信和1个以太网诊断功能；千兆以太网交换机能够满足兼容车辆自动驾驶高精度地图等实时性要求极高的节点的通信需求，最多可实现三个千兆以太网节点通信；
54.例如，百兆以太网交换机采用marvell 88q5072，共具有7个100base-t1 phy，最多可实现6个以太网节点进行百兆通信和1个以太网诊断功能。同时，88q5072具有低功耗的集成式100base-t1 phy和交换机核心，睡眠/唤醒功能符合tc10标准，具有先进的安全功能，支持深度包检测技术、拒绝服务引擎和安全启动技术，可以为车辆网络安全提供最高级别的技术保障，满足日益增长的信息安全需求。
55.在一个示例中，开关采集和负载驱动模块包括：aiv形式的碰撞检测接口、led指示灯和ecall开关采集。
56.具体地，开关采集和负载驱动模块包括：aiv形式的碰撞检测接口、led指示灯和ecall开关采集，aiv形式的碰撞检测接口为模拟信号输入形式的碰撞检测接口，ecall为车载紧急呼叫系统。
57.在一个示例中，根据权利要求2的集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，小板还包括：mic输入、mic输出、spk输出、导航天线采集、5g天线采集和v2x天线采集。
58.在一个示例中，控制模块包括mcu和soc；
59.mcu用于采集和处理开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块、canfd通信模块和5g通信模块的数据，实现相当于原子类服务的功能；
60.soc用于采集和处理开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块、canfd通信模块和5g通信模块的服务类数据，实现服务类功能；
61.mcu与soc通过spi通信方式或pcie通信方式进行通信。
62.具体地，mcu负责进行实时性采集，相当于原子类服务的功能，包括负责处理canfd路由、lin路由、canfd与以太网转换、存储、开关采集和部分负载驱动；soc负责服务类功能，包括车辆状态管理、健康服务和ota等；芯片选型以高性能mcu为主，至少具备8kb指令缓存、4kb数据缓存、可变长度编码(vle)、端到端ecc、6mb片上flash、8-40mhz外部晶体(fxosc)、128千赫irc(sirc)、两个模数转换器(adc)、多种内外通信接口等，支持功能安全iso26262 asil。
63.在一个示例中，主板还包括：
64.多路以太网交换机，用于通过多路以太网交换机直接将主板的各端口器件对接。
65.具体地，因为主板上各端口的协议及速度不同,需要通过多路以太网交换机直接将各端口器件对接；
66.例如，可以采用sja1105作为多路以太网交换机。
67.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
68.实施例1
69.本实施例提供了一种集成车内外通信功能的中央网关，包括：开关采集和负载驱动模块，用于实现t-box的功能；开关采集和负载驱动模块接收到can fd模块采集的数据后，通过5g通信模块将数据上传到云端；用户远程发送控制命令后，能够通过开关采集和负载驱动模块远程启动车辆、打开空调和将座椅调整到适当位置等；开关采集和负载驱动模块包括：aiv形式的碰撞检测接口、led指示灯和ecall开关采集；
70.以太网通信模块，用于实现车辆以太网节点之间的高速通信，以太网通信模块包括百兆以太网交换机和千兆以太网交换机，百兆以太网交换机采用marvell 88q5072，共具有7个100base-t1 phy，最多可实现6个以太网节点进行百兆通信和1个以太网诊断功能，百兆以太网交换机采用marvell 88q5072，共具有7个100base-t1 phy，最多可实现6个以太网节点进行百兆通信和1个以太网诊断功能；以太网通信模块具有6路100base-t1、1路100base-tx和3路1000base-t1，可实现6路百兆以太网通信、3路千兆以太网通信和1路百兆以太网诊断功能。
71.canfd通信模块，用于实现车辆的can fd网络通信；canfd通信模块有8路canfd通信通道，canfd1采用电源管理芯片tle9271qx集成的canfd通道作为诊断通道的canfd收发器，canfd2-canfd4均选择nxp第三代产品tja1044gt分别作为车身域、智能驾驶域和信息娱乐域的canfd收发芯片，canfd5-canfd8为预留的canfd通道，后续可根据车型需要贴片，芯片选择有以下标准：支持can-fd协议,可满足2mbps波特率通信需求，在can fd快速阶段的可靠通信在数据速率高达5mbit/s，具有总线唤醒能力的极低电流待机模式，速度高达500kbit/s，具有卓越的emc性能，可以直接与电源电压从3v-5v的微控制器接口相连；
72.5g通信模块，用于实现车辆与云端的无线网络通信，5g通信模块将基带、射频、电源、存储等芯片与阻容感等电子元器件集成在一起；5g通信模块采用ag 550，5g通信模块通过板间接插件与主板进行通信，通过i2c总线与音频处理芯片通信，通过pcie通信方式与wifi芯片通信，具备v2x、导航、和5g天线通信采集及处理功能，同时具备sim卡数据处理功能，5g通信模块通过sim卡或wifi介入无线通信网络，将车辆数据传输至网络，使得整车数据上传更快，车联网稳定性和可靠性更好；
73.控制模块，用于控制开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块和canfd通信模块收集和传输车辆的数据；控制模块包括mcu和soc，mcu负责进行实时性采集，相当于原子类服务的功能，包括负责处理canfd路由、lin路由、canfd与以太网转换、存储、开关采集和部分负载驱动；soc负责服务类功能，包括车辆状态管理、健康服务和ota等；芯片选型以高性能mcu为主，至少具备8kb指令缓存、4kb数据缓存、可变长度编码(vle)、端到端ecc、6mb片上flash、8-40mhz外部晶体(fxosc)、128千赫irc(sirc)、两个模数转换器(adc)、多种内外通信接口等，支持功能安全iso26262 asil；
74.电源管理模块，用于给开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块、canfd通信模块、5g通信模块和控制模块提供电源，电源管理模块包括：升压模块、降压模块和sbc模块；电源管理模块能够将车载蓄电池的12v电压转换为1.0v、1.2v、1.8v、2.5v、3.3v、5.0v和8.0v；
75.开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块、canfd通信模块、控制模块和电源管理模块集成于主板中，5g通信模块安装在小板中，主板与小板通过板间插接件连接，将主板的boot信号、电源信号、控制信号和唤醒信号通过板间插接件给到子板的5g通信模块，将5g通信模块的网络状态、唤醒信号、5g天线、v2x天线和导航天线等信息给主板mcu，并通过spi通信方式实现其它私有通信；通过sgmii通信方式实现以太网连接；
76.主板还包括：多路以太网交换机，用于通过多路以太网交换机直接将主板的各端口器件对接，采用sja1105作为多路以太网交换机；
77.小板还包括：mic输入、mic输出、spk输出、导航天线采集、5g天线采集和v2x天线采集。
78.实施例2
79.本实施例提供了一种汽车，所述汽车包括实施例1所述的一种集成车内外通信功能的中央网关。
80.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：
1.一种集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，包括：开关采集和负载驱动模块，用于实现t-box的功能；以太网通信模块，用于实现车辆以太网节点之间的高速通信；canfd通信模块，用于实现所述车辆的can fd网络通信；5g通信模块，用于实现所述车辆与云端的无线网络通信；控制模块，用于控制所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块和所述canfd通信模块收集和传输所述车辆的数据；电源管理模块，用于给所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块、所述canfd通信模块、所述5g通信模块和所述控制模块提供电源。2.根据权利要求1所述的集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块、所述canfd通信模块、所述控制模块和所述电源管理模块集成于主板中，所述5g通信模块安装在小板中，所述主板与所述小板通过板间插接件连接。3.根据权利要求1所述的集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，所述电源管理模块包括：升压模块、降压模块和sbc模块；所述电源管理模块能够将车载蓄电池的12v电压转换为1.0v、1.2v、1.8v、2.5v、3.3v、5.0v和8.0v。4.根据权利要求1所述的集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，所述5g通信模块通过sim卡或wifi介入无线通信网络，具备v2x、导航和5g天线通信采集及处理功能。5.根据权利要求1所述的集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，所述以太网模块包括：百兆以太网交换机和千兆以太网交换机；所述百兆以太网交换机与所述千兆以太网交换机通过rgmii通信方式进行通信。6.根据权利要求1所述的集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，所述开关采集和负载驱动模块包括：aiv形式的碰撞检测接口、led指示灯和ecall开关采集。7.根据权利要求2所述的集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，所述小板还包括：mic输入、mic输出、spk输出、导航天线采集、5g天线采集和v2x天线采集。8.根据权利要求2所述的集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，所述控制模块包括mcu和soc；所述mcu用于采集和处理所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块、所述canfd通信模块和所述5g通信模块的数据，实现相当于原子类服务的功能；所述soc用于采集和处理所述开关采集和负载驱动模块、所述以太网通信模块、所述canfd通信模块和所述5g通信模块的服务类数据，实现服务类功能；所述mcu与所述soc通过spi通信方式或pcie通信方式进行通信。9.根据权利要求2所述的集成车内外通信功能的中央网关，其特征在于，所述主板还包括：多路以太网交换机，用于通过所述多路以太网交换机直接将所述主板的各端口器件对接。10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括权利要求1-9任意一项所述的集成车内外通信功能的中央网关。

技术总结
本发明公开了一种集成车内外通信功能的中央网关及汽车。该中央网关包括：开关采集和负载驱动模块、以太网通信模块、CANFD通信模块、5G通信模块、控制模块和电源管理模块。本发明本发明通过将控制模块、以太网通信模块、CANFD通信模块、控制模块和电源管理模块集成于主板，并通过板间接插件将主板与5G通信模块所在的小板连接，进而将传统网关的通信功能和T-BOX的功能集成在中央网关中，本发明能够提高车内外的通信速度，有效提高数据上传速度和数量，同时降低了成本并能够支持更高级别的智能驾驶和SOA服务，主板和小板的设计能够避免使用一整块PCB板导致出现断裂的情况，同时能够减少整个中央网关主体的尺寸，便于整车布置。置。置。


技术研发人员：林倩玉
受保护的技术使用者：北京汽车股份有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/21