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【专利摘要】一种车辆通信系统及对应方法，其代表用于车辆的新型通信架构，提供了优于传统车辆总线的许多改善。车辆通信系统包括至少一个中心节点管理器和一定数目的局部节点，该局部节点位于车辆各处且经由专用节点连接来连接到中心节点管理器。
【专利说明】
车辆通信系统
技术领域
[0001]本发明大体上涉及车辆通信系统，并且更具体地涉及包括分配给车辆的不同区域的一定数目的局部节点的车辆通信系统或架构。
【背景技术】
[0002]用于现代车辆的通信系统通常包括内部车辆总线，其根据专用联网协议和标准使传感器、促动器、控制单元等互连。常用的车辆联网协议和标准的一些实例包括控制器区域网络(CAN)、局域互连网络(LIN)和其它。连接到常规车辆总线的大多数控制单元是基于功能的控制单元，其执行关于控制单元旨在控制的特定功能的一组任务，且根据中心操作状态这样做。
【发明内容】
[0003]根据一个方面，提供了一种车辆通信系统，其包括:具有电子处理单元的中心节点管理器;位于车辆各处的多个局部节点，各个局部节点均与车辆内的特定区域相关联，且包括通信电路和一个或多个控制电路，通信电路包括适于与中心节点管理器串行或并行数据通信的第一接口，以及适于与控制电路并行数据通信的第二接口，且控制电路包括布置成执行与该具体局部节点所处的特定区域相关联的任务的多个电子构件；以及将中心节点管理器连接到局部节点的多个节点连接，各个节点连接为中心节点管理器与特定局部节点之间的专用连接。其中多个局部节点中的各个布置成以便在并行数据从通信电路提供至控制电路时，控制电路执行与该具体局部节点所处的特定区域相关联的任务。
[0004]根据另一个方面，提供一种车辆通信系统，其包括:具有电子处理单元的中心节点管理器;位于车辆各处的多个局部节点，各个局部节点为基于位置的节点，其管理基于该具体位置的节点所处的车辆内的特定区域的任务；以及将中心节点管理器连接到局部节点的多个节点连接。其中车辆通信系统布置成以便具有多个不同数据格式的数据从中心节点管理器在单个节点连接上发送至多个局部节点中的至少一个。
[0005]根据另一个方面，提供一种操作具有中心节点管理器和多个局部节点的车辆通信系统的方法。该方法可包括步骤:将通信电路处的数据接收在局部节点中的一个中；将来自通信电路的并行数据提供至局部节点中的一个或多个控制电路；以及响应于随并行数据提供以局部节点中的控制电路执行一个或多个任务，其中任务与该具体局部节点所处的车辆内的特定区域相关联。
[0006]本发明还提供如下方案:
1.一种车辆通信系统，包括:
具有电子处理单元的中心节点管理器；
位于所述车辆各处的多个局部节点，所述局部节点中每个与所述车辆内的特定区域相关联，且包括通信电路和一个或多个控制电路，所述通信电路包括适于与所述中心节点管理器串行或并行数据通信的第一接口以及适于与所述控制电路并行数据通信的第二接口，且所述控制电路包括布置成执行与该具体局部节点所处的特定区域相关联的任务的多个电子构件；以及
将所述中心节点管理器连接到局部节点的多个节点连接，所述节点连接中每个为所述中心节点管理器与特定局部节点之间的专用连接；
其中所述多个局部节点中的各个布置成以便在并行数据从所述通信电路提供至所述控制电路时，所述控制电路执行与该具体局部节点所处的特定区域相关联的任务。
[0007]2.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述系统包括由第一多个节点连接连接到第一多个局部节点的第一中心节点管理器，以及由第二多个节点连接连接到第二多个局部节点的第二中心节点管理器，所述第一多个节点连接中的各个为所述第一节点管理器与来自所述第一多个局部节点的特定局部节点之间的专用连接，以及所述第二多个节点连接中的各个为所述第二节点管理器与来自所述第二多个局部节点的特定局部节点之间的专用连接。
[0008]3.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述中心节点管理器包括经由第一多个通信电路连接到第一多个局部节点的第一电子处理单元，以及经由第二多个通信电路连接到第二多个局部节点的第二电子处理单元，所述第一多个通信电路中的各个为配置成用于所述第一电子处理单元与来自所述第一多个局部节点的特定局部节点之间的通信的专用电路，以及所述第二多个通信电路中的各个为配置成用于所述第二电子处理单元与来自所述第二多个局部节点的特定局部节点之间的通信的专用电路。
[0009]4.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述中心节点管理器还包括多个通信电路，所述中心节点管理器的通信电路中的各个包括:发射单元，其具有连接到第一差别式线对上以将串行数据发送至具体局部节点的通信电路的串行器装置，以及接收单元，其具有连接到第二差别式线对以接收来自所述具体局部节点的通信电路的串行数据的第二差别式线对的解串器。
[0010]5.根据方案4所述的车辆通信系统，其特征在于，所述第一差别式线对和所述第二差别式线对适于根据低压差别式信号(LVDS)标准分别发送和接收串行数据。
[0011]6.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述中心节点管理器还包括多个通信电路，所述中心节点管理器的各个通信电路包括光学单元，其连接到一个或多个光纤元件以用于将数据发送至具体局部节点的通信电路和从其接收数据。
[0012]7.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述多个局部节点中的至少一个具有通信电路，其包括联接到线束且适于与所述中心节点管理器串行数据通信的第一接口，以及联接到所述控制电路上且适于与所述控制单元并行数据通信的第二接口，以及所述通信电路布置成在所述第一接口处接收串行数据和在所述第二接口处发射并行数据。
[0013]8.根据方案7所述的车辆通信系统，其特征在于，所述至少一个局部节点不包括电子处理单元，且布置成以便所述通信电路的第二接口直接地联接到所述控制电路。
[0014]9.根据方案7所述的车辆通信系统，其特征在于，所述至少一个局部节点包括电子处理单元，且布置成以便所述通信电路的第二接口经由所述电子处理单元间接地联接到所述控制电路。
[0015]10.根据方案7所述的车辆通信系统，其特征在于，所述至少一个局部节点适于:从所述中心节点管理器在所述第一接口处接收高速串行数据，使所述高速串行数据解串成并行数据，将所述并行数据从所述第二接口提供至布置为有限状态机的所述控制电路，以及响应于所述并行数据改变所述有限状态机的状态。
[0016]11.根据方案10所述的车辆通信系统，其特征在于，来自所述中心节点管理器的所述高速串行数据包括原始数据，其在提供至所述控制电路时，引起所述有限状态机的状态变化，而没有从所述中心节点管理器发送且由所述至少一个局部节点译解的特定电子指令。
[0017]12.根据方案11所述的车辆通信系统，其特征在于，所述高速串行数据为改变的视频数据的形式，且所改变的视频数据包括在相同节点连接上传送多个数据格式的多个通道。
[0018]13.根据方案12所述的车辆通信系统，其特征在于，所述高速串行数据为改变的视频数据的形式，其根据低压差别式信号(LVDS)标准提供。
[0019]14.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述多个局部节点中的至少一个布置成根据中心操作状态操作，其中所述局部节点在执行与该具体局部节点所处的特定区域相关联的任务之前需要来自所述中心节点管理器的允许或授权。
[0020]15.根据方案14所述的车辆通信系统，其特征在于，所述至少一个局部节点在接收到时钟信号时仅能够根据所述中心操作状态操作。
[0021]16.根据方案15所述的车辆通信系统，其特征在于，所述时钟信号从所述中心节点管理器在所述多个节点连接中的一个上接收在所述至少一个局部节点的通信电路处。
[0022]17.根据方案15所述的车辆通信系统，其特征在于，所述时钟信号从位于所述至少一个局部节点处的自由运行的时钟振荡器接收。
[0023]18.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述多个局部节点中的至少一个布置成根据局部操作状态操作，其中所述局部节点在执行与该具体局部节点所处的特定区域相关联的任务之前不需要来自所述中心节点管理器的允许或授权。
[0024]19.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述多个局部节点中的至少一个根据多状态配置布置，其中所述局部节点根据中心操作状态执行第一多个任务，在中心操作状态中所述局部节点需要来自所述中心节点管理器的允许或授权，且所述局部节点根据局部操作状态执行第二多个任务，在局部操作状态中所述局部节点不需要来自所述中心节点管理器的允许或授权。
[0025]20.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述车辆通信系统布置成以便具有多个不同数据格式的数据从所述中心节点管理器在单个节点连接上发送至所述多个局部节点中的一个。
[0026]21.根据方案I所述的车辆通信系统，其特征在于，所述多个局部节点中的至少一个为所述车辆的驾驶员门中安装的驾驶员门节点，以及所述驾驶员门节点联接到线束，其包括第一差别式线对和第二差别式线对、用于电力的线、用于接地的线，以及不超过三条附加的辅助线，以便总线数少于十条线。
[0027]22.一种车辆通信系统，包括:
具有电子处理单元的中心节点管理器；
位于车辆各处的多个局部节点，所述局部节点中每个为基于位置的节点，其管理基于具体位置的节点所处的在车辆内的特定区域的任务;以及将所述中心节点管理器连接到所述局部节点的多个节点连接；
其中所述车辆通信系统布置成以便具有多个不同数据格式的数据从所述中心节点管理器在单个节点连接上发送至所述多个局部节点中的至少一个。
[0028]23.一种操作具有中心节点管理器和多个局部节点的车辆通信系统的方法，包括步骤:
将通信电路处的数据接收在局部节点中的一个中；
将来自所述通信电路的并行数据提供至所述局部节点中的一个或多个控制电路;以及响应于随所述并行数据提供以所述局部节点中的控制电路执行一个或多个任务，其中所述任务与该具体局部节点所处的在车辆内的特定区域相关联。
[0029]24.根据方案22所述的方法，其特征在于，所述车辆通信系统布置成通过使所述局部节点的局部操作状态优先于中心操作状态来节省中心节点管理器的资源。
【附图说明】
[0030]下文将连同附图描述本发明的一个或多个优选实施例，其中相似的标号表不相似的元件，且在附图中:
图1为具有中心节点管理器和位于车辆各处的一定数目的局部节点的示例性车辆通信系统的示意性框图；
图2为可结合图1的车辆通信系统使用的示例性中心节点管理器的示意性框图；
图3为可结合图1的车辆通信系统使用的示例性驾驶员门节点的示意性框图；
图4为与可结合图3的驾驶员门节点使用的示例性线束相比较的用于驾驶员门的常规线束的截面视图；
图5A-C为可结合图3的驾驶员门节点使用的示例性后视镜控制电路的示意性电路图，以及图为对应的状态图；
图6A为可结合图3的驾驶员门节点使用的示例性门锁控制电路的示意性电路图，以及图6B为对应的状态图；
图7A-E为可结合图3的驾驶员门节点使用的示例性窗控制电路的示意性电路图；以及图8A为多通道数据传输和典型音频包的图示，以及图SB为典型音频包的放大视图。
【具体实施方式】
[0031]代表用于车辆的新型通信架构的本文所述的车辆通信系统提供了优于常规车辆总线的许多改善。此类改善的一些非限制性实例可包括:减小系统的质量和复杂性、改善系统性能、允许更大的设计自由度、减少系统的功率消耗、更好地允许系统扩展和附加特征、提高安全性和系统中的数据完整性，以及降低系统对附近电气装置的辐射的敏感性，这仅列出了一些潜在优点。
[0032]参看图1，示出了安装在车辆12上的车辆通信系统10，其中系统包括中心节点管理器30、一定数目的节点连接40-56、以及位于车辆各处的一定数目的局部节点60-76。不同于基本设计成围绕一系列基于功能的控制单元的传统车辆架构，本文所述的车辆通信系统包括基于位置的节点(例如，驾驶员门节点、乘客门节点、左前和右前节点、左后和右后节点，等)。系统10的基于位置的节点设计成管理车辆12的特定区域或区中的大多数或甚至所有功能或任务，以便可最少化与中心节点管理器30的交互。系统10配置成在可能的情况下避免中心节点管理器30对局部任务的微管理，以便中心节点管理器可保存其处理资源且聚焦于更高水平的车辆管理和控制。系统10可根据一定数目的不同实施方式布置，包括基于诸如低压差别式信号(LVDS)、光纤或以太网等的技术的那些。以下描述的大部分涉及基于LVDS的示例性系统，然而，这仅针对示意目的做出，因为当然可改为使用其它技术。应当认识到的是，车辆通信系统10以及其各种构件或元件的以下描述仅旨在示出一个潜在的实例或实施例，因为本发明不限于此描述。系统10可在任何类型的车辆中使用，包括但当然不限于乘用车辆、运动多功能车辆(SUV)、卡车、摩托车、旅行车(RV)、船舶、飞行器等。
[0033]中心节点管理器30用作系统10的主要或主控制器，且与位于车辆各处的各种局部节点60-76通信以便执行一定数目的不同任务，包括监视系统内的安全性、将某些任务分配至某些局部节点、优先全局事件等。在图1的特定实施例中，仅示出了单个中心节点管理器30，但系统10可以改为包括多个节点管理器。例如，第一节点管理器可设置成控制与车辆和车身电子装置相关联的基于位置的节点，其中第二节点管理器可设置成监视与底盘或动力系相关联的基于位置的节点。转到图2，示出了示例性中心节点管理器30的框图，其中节点管理器大体上包括电子处理单元80、共享数据通路84、一定数目的通信电路88-104(—个用于局部节点60-76中的一个)，以及其它适合的功率管理电路、存储器、支持电路和/或本领域中已知的其它构件。如上文所述，中心节点管理器30不必根据如图2中所示和下文所述的LVDS构造设置，因为可改为使用其它构造和通信技术。
[0034]电子处理单元80可代表中心节点管理器30执行多种处理功能和任务，且根据图2中所示的实施例，包括数字处理器110和存储器112。电子处理单元80还可以为作为中心节点管理器30的一部分的若干处理单元中的一者。详细而言，图2仅示出了中心节点管理器的一个潜在实施方式的总体且示意性的视图，因为该装置可改为包括配置成一起工作来有效地划分即将到来的任务和责任的多个电子处理单元。在一个非限制性实例中，中心节点管理器30可为多CPU控制中心或主接口模块，其包括布置成允许并行操作且改善系统控制的四个或多个单独的CPU。在多个电子处理单元的情况下，各个单元均分配至一个或多个通信电路，其中各个通信电路继而又配置成与一个或多个局部节点通信。在此布置中，如图2中所示，可能的是，单个电子处理单元如单元80将服务于多个通信电路且因此多个局部节点。
[0035]共享数据通路84将电子处理单元80电子地连接到一个或多个通信电路88-104和在中心节点管理器30内的其它构件、装置、电路等。共享数据通路的准确性质很大程度上取决于总体系统设置、中心节点管理器30连接的局部节点的数目，等。例如，如果通信电路88-104提供为被设计成在差别式成对连接40-56上分别与局部节点60-76通信的LVDS电路，如图1和2中所示的实施例中所示，则共享数据通路84可为多通道或多端口并行数据通路(例如，24通道并行数据通路)，其将电子处理单元80连接到各通信电路88-104。另一方面，如果通信电路88-104提供为光学的或除LVDS电路之外的一些类型的电路，则共享数据通路84可包括一些其它类型的适合的高速并行或串行连接。本领域的技术人员将认识到，系统构建者或系统工程师将可能最佳地适合选择适合的共享数据通路84。
[0036]通信电路88-104设计成用作发射器和/或接收器，其便于在电子处理单元80与位于车辆各处的各种局部节点60-76之间的通信。在图2中所示和下文所述的实例中，通信电路为LVDS电路形式，其为复杂的或以其他方式适于系统10内的串行数据通信。技术人员将认识到LVDS或TIA/EIA-644是指技术标准，其指定了差别式串行通信协议(通常仅物理层规范)的特征，其中根据LVDS的通信通常特点是低功率消耗和很高速度。在LVDS实施例的情况中，通信电路88优选为专用的且连接到局部节点60且包括发射单元114和接收单元116两者，它们分别与差别式成对的线连接(即，通信电路88连接到四条单独的线，两条用于发射单元，且两条用于接收单元)。〃专用〃通信电路因该用语这里在通信电路88-104的背景中使用是指布置成与单个特定局部节点通信的在中心节点管理器中的通信电路。通过具有发射和接收单元两者，电路88能够发送数据至局部节点60以及从局部节点60接收数据(各个单元114，116以单向通信接合)。然而，这不是必需的，因为电路88-104可以包括发射单元或接收单元，但不是两者;在此情况下，电路88-104将取决于特定设置而仅能够发送数据至特定局部节点或从特定局部节点接收数据。
[0037]发射单元114可包括串行器装置，其经由一定数目的输入端口106接收来自共享数据通路84的并行输入数据，将并行配置成串行格式，且然后在差别式成对连接40上将当前串行化的数据发射至位于局部节点60处的对应的解串器装置。对应的解串器装置(连同串行器装置114，有时称为SerDes对)可在类似的过程接合以使发射的数据解串且将其转换回并行格式以便在局部节点60内处理。技术人员将认识到接收单元116以相反方式操作；SP，其在差别式成对连接40上接收来自局部节点60的数据，使数据解串成并行格式，且经由输出端口 108和共享数据通路84将并行数据提供至电子处理单元80。为了简单的目的，发射单元和接收单元和用于其它通信电路90-104的差别式成对连接已经省略，但可与图2中所示的那些大体上相同。在LVDS实例的背景中，串行器装置可配置成嵌入时钟、平衡RGB有效负载、以及将与RGB有效负载相关联的电信号电平移位(level shift)至高速LVDS;且在局部节点处的解串器可配置成恢复RGB有效负载、恢复视频控制信号，以及从差别式串行链路获得时钟信号。串行器装置可使用输入锁、锁相环(PLL)、正时/控制模块和模式发生器，而解串器装置可使用输出锁、误差检测模块、时钟和视频数据恢复模块，以及正时/控制模块。潜在的串行器和解串器装置和其对应的操作的更详细描述在2014年6月3日提交的第14/294，659号美国申请中提供，该申请为本受让人所有且其全部内容通过引用并入本文中。
[0038]根据不同实例，通信电路88-104包括用于在一个或多个光纤元件、连接器、线缆等上双向通信的光学单元。光学单元可为光纤收发器电路，其自配置且未锁定，使得它们在制造期间很快且容易安装。在具有自配置界面的光纤构造的情况中，如果连接断开或以其它方式中断，则界面可重新配置，使得它们看起来不同于其之前状态(例如，它们可根据一些类型的旋转算法来重新配置)。可结合光学构造使用的其它可能的特征和技术包括查询各个局部节点(例如，在点火事件或起动之后)，以便创建其存在、功能和/或状态，以及检测或查询各个局部节点，以图验证其身份(例如，通过唯一地址)。例如，如果特定局部节点不能验证或认证其身份或如果节点连接断开，则车辆通信系统10可由系统构建者采取任何数目的补救动作或对策来投入使用。此动作可包括停用车辆、触动加密要求、提供系统宽误差排序，或发送警告或呼救信号，这仅举出了一些可能性。LVDS和以上光学实例不是唯一的可能性，因为系统10可改为设计成根据一些其它技术通信，如，以太网，这仅是两种可能性。
[0039]节点连接40-56将节点管理器30连接到位于车辆各处的各局部节点60-76。如上文所述，可使用不同类型的节点连接，包括基于串行的差别式成对连接和光纤连接。在差别式成对实例中，节点连接40-56可包括两组差别式对(S卩，总共四条线)，如，设计成用于使用LVDS传输的绞合成对铜线，其一起通过单独和专用的差别式通路实现中心节点管理器30与一个或多个局部节点60-76之间的双向通信。差别式成对连接大体上是轻量、非常快且相对廉价的。在光纤实例中，节点连接40-56可包括一个或多个光纤元件;这可包括单纤维光纤、光纤线缆形式的光纤束，或一些其它类型的适合的串行或并行光学连接或导管，其中数据以光在专用光学通路上传输。〃专用〃节点连接因该用语这里在节点连接40-56的背景中使用是指中心节点管理器与单个特定局部节点之间的连接。节点连接不论它们是否以差别式对、光学连接和、或一些其它技术连接，都可认作是高速的，或具有高通过量，因为那些用语是本领域中都理解的。例如，中心节点管理器30和一个或多个局部节点60-76可配置成以千兆比特、几千兆比特或更快速度发射和/或接收数据。〃高速〃数据因该用语这里在节点连接40-56的背景下使用是指在中心节点管理器与一个或多个局部节点之间在100兆比特每秒(Mbps)或更高的速率下的串行或并行数据传递。本领域的技术人员将认识到可使用各数类型的适合节点连接。
[0040]也称为区模块或区域模块的局部节点60-76位于车辆各处，且配置成执行针对车辆的特定区和/或区域的某些局部任务。各个局部节点60-76与车辆的具体区域或区相关联。在一些情况下，局部节点60-76根据局部操作状态操作，在此情况下，局部节点处理即将到来的一个或多个任务而没有中心节点管理器的直接介入。如这里使用的用语〃局部操作状态"是指操作模式，其中局部节点执行或实施与车辆中的特定区域相关联的任务，而不首先需要来自中心节点管理器的允许或授权。在其它情况中，局部节点可能需要获得来自中心节点管理器的允许和/或以其它方式与其交互，这称为中心操作状态。如这里使用的术语"中心操作状态"是指操作模式，其中局部节点在执行或实施与车辆中的特定区域相关联的任务之前必须首先获得来自中心节点管理器的允许或授权。多状态或双状态局部节点是指能够在局部操作状态、中心操作状态或两者中操作的局部节点。由不同局部节点采用的控制或责任的精确量可留给系统构造者或设计者，因为车辆通信系统10允许根据其实施方式的更大灵活性和定制性。为了提供潜在局部节点的有形实例，图3针对驾驶员门节点60。然而，应当认识到的是，这仅为一个实例，因为车辆中的任何数目的其它模块、节点、系统等可以以局部节点形式提供。
[0041]例如，车辆通信系统10还可包括左前节点62，其设计成控制左头灯、左前转向信号、窗清洗器栗和清洗器流体水平开关、左前轮速度传感器、以及物理上位于车辆的左前区域或区中的任何其它传感器、构件和/或其它装置。左后节点76可类似地用于控制左制动器灯、左后转向信号、左后轮速度传感器、以及位于车辆的左后区域中的任何其它传感器、构件和/或其它装置。右前节点68和右后节点72也可包括在系统内以对应地控制位于车辆的其相应区域或区内的此类传感器、构件和/或其它装置。仪表板节点64可位于车辆或舱的前中心区段中，且可控制车辆资讯娱乐系统内的各种拨盘、开关、按钮和构件(例如，收音机面板、音量和调节旋钮、预设按钮、扬声器等)，以及其它附近的构件，如，速度计、转速计、危险指示灯开关、HVAC控制和显示器、导航模块、灯开关、转向信号开关、窗清洗器开关和喇叭开关，这仅举出了一些可能性。由于落入仪表板节点64的区或管辖范围内的大数目的装置，故可能需要将其责任分成两个或多个子节点。再次，系统构建者或设计者将可能处于良好的位置来构建和分配各种局部节点之间的任务。后架节点74也可提供成控制车顶灯、天窗开关、中央高位停止灯(CHMSL)、左和右侧后扬声器，或安装或以其它方式位于车辆的该区或区域中的任何其它构件。局部节点或区域模块62-76可大体上具有与局部节点60的形式或架构相似的形式或架构，这不是说它们准确相同，因为它们将需要特定的控制电路来执行其被分配的任务。然而，常用或通用设计(例如，如下文所述，常用通信电路122)降低系统的复杂性，具有尽可能多的穿过不同局部节点使用的常用部分。正因为以下描述在驾驶员门节点60的背景下提供，故这绝不是指本系统10仅限于驾驶员门。完全在预料中的是，局部节点将提供成用于车辆内的其它区或位置，如，上文列出的那些。
[0042]现在转到图3，示出了示例性驾驶员门节点60，其包括线束120、通信电路122、电子处理单元124、后视镜控制电路130、门锁控制电路132、窗控制电路134和门扬声器电路136。驾驶员门的局部节点60当然包括不同于这里示出的电路和构件的组合，因为电路的该特定组合仅旨在示出驾驶员侧门的一个潜在实施例。例如，可构想出的是，驾驶员门节点60还可包括用于控制记忆座椅、后视镜、方向盘位置等，以及用于其它特征如安装在门上的天线的那些，这仅举出了一些可能性。还构想出了驾驶员门节点60以及车辆中的其它局部节点的任何组合还可利用除上文所述的节点连接之外的其它类型的车辆总线(例如，UART、CAN、GMLAN、FlexRay、LIN等)连接。总而言之，系统10试图尽可能多地除去或最少化这些其它总线，以图局部节点依靠局部稳态控制来处理局部任务。
[0043]线束120将驾驶员门节点60连接到车辆通信系统10的其余部分且还向驾驶员门供应电力。前文指出了本系统架构降低了系统10的质量和复杂性，且线束120提供该利益的有形实例。在图4中，示出了常规线束144，其通常用于将驾驶员门连接到车辆的其余部分且包括二十八个不同导体或线。相比之下，线束120可结合驾驶员门节点60使用，且包括少到七个导体或线来进行相同连接。技术人员将认识到，线束必须穿过车身与门之间的界面通道，其必须是柔性的，以便适应门的铰接运动。当前线束120的截面面积或尺寸对于传统线束144的显著减小在柔性界面通道方面提供了较大的设计自由度，且大大地减轻了束的重量或质量。该重量减少，特别是在穿过位于车辆各处的许多其它线倍增时，可合计为车辆重量的显著减轻，且改善了燃料经济性、排放等。根据图3和4中所示的非限制性实例，线束120包括节点连接40(两个差别式对)的四条线，其将驾驶员门节点60联接到中心节点管理器30，一条附加线146用于UART、CAN、GMLAN、FlexRay、LIN或一些其它类型的辅助网络连接(该连接是可选的，且在一些情况下，可包括达三条附加的辅助线)，一条线148用于电力，且一条线150用于接地，总的线数小于十条线。使用线束120的另一个潜在优点在于其可使用标准或常用布线束或通信电路122，其可用于整个车辆通信系统10，而不仅随驾驶员门节点60。使用标准或常用线束和/或布线束用于车辆中的一定数目的局部节点中可降低车辆的复杂性和成本。
[0044]通信电路122设计为局部节点60与中心节点管理器30之间的通信接口。通信电路122可包括适于在节点连接40上与中心节点管理器30串行或并行数据通信的第一接口，以及适于与局部节点60的其余部分并行数据通信的第二接口。通信电路122的第一接口可直接地或间接地联接到节点连接40，且第二接口可直接地或间接地联接到各种控制电路130-136 (例如，直接地联接到或经由电子处理单元124间接地联接到电路130-136的输入)。应当认识到的是，电路122优选为位于中心节点管理器30中的对应通信电路88的对等物，因此省略了该构件的重复描述。上文所述的电路88-104的所有特征和特点同样适用于电路122。在中心操作状态中的操作期间，通信电路122可响应于由中心节点管理器30、局部节点60自身或一些其它源提供的时钟或其它信号唤醒或触发电子处理单元124。例如，时钟信号可由中心节点管理器30在节点连接40上提供使得一旦由接收单元154解串，则时钟提供在解串器输出端口中的一个上，且相应地触发电子处理单元124。未由解串器装置使用的任何时钟信号都可潜在地被使用。在不同实施例中，时钟信号可由自由运行的时钟振荡器或为局部节点60的一部分的一些其它构件提供(例如，联接到或嵌入在通信电路122内的构件)。不论时钟信号由中心节点管理器30或由局部节点60自身提供，电子处理单元124都可配置成在中心操作状态中操作，其中其仅在时钟信号存在时被触发和执行任务;一旦时钟信号除去，则处理单元将停用。这不同于局部操作状态，其中不同控制电路130-136在不使用由中心节点管理器管理的时钟的情况下执行任务。在电子处理单元124仅在时钟信号存在时运行的情况下，此类配置可大大地减少系统的电磁兼容性(EMC)和处理资源。当通信电路122未接收此时钟信号时，局部节点60可仍根据局部操作状态操作，因为处理单元214对于此任务可能不需要。因此，局部节点60可为多状态或双状态局部节点的实例，其中其可在中心操作状态和局部操作状态两者中操作。
[0045]为可选构件的电子处理单元124可设计成执行对于该电子处理单元124位于其中的特定局部节点来说的某些任务或功能，且可包括数字处理器160和存储器162。所需的电子处理单元的准确性质和类型很大程度上取决于其服务的特定局部节点或区，因为单个局部节点有可能包括结合同步和/或异步操作的一个或多个处理单元。如果局部节点设计成仅根据局部操作状态(即，仅为有限状态机，而没有与中心节点管理器30的交互)操作，则电子处理器单元124可完全省略，因为可能不存在对此装置的任何需要。另一方面，如果局部节点设计成根据包括局部操作状态和/或中心操作状态操作两者的多状态布置操作，则一个或多个电子处理单元124可提供成与中心节点管理器30交互。如下文将更详细所述，一些局部节点设计成仅在局部操作状态模式中操作，意味着它们专注局部操作而不需要来自中心节点管理器30的授权或允许。其它局部节点设计成操作在多状态或混合类型模式中，其中它们以其自身处理一些局部任务，但其它需要与中心节点管理器30的允许交互。在一些情况中，局部节点执行某些功能或任务，且然后报告给中心节点管理器;执行任务之后报告不同于执行任务之前请求允许。在其它情况中，局部节点可能需要首先获得来自中心节点管理器的允许(例如，如前文所述，经由通信电路122处的时钟信号)，此后，其可执行功能且发回报告。在此背景下，电子处理单元124可认为是静态CPU类，其中其需要由中心节点管理器30触发。这些仅为一些可能性，因为其它当然也可能。当局部节点以多状态模式操作时，EMC和/或处理资源仍可显著减少，因为中心节点管理器30仅用于执行或处理某些任务，而局部节点的有限状态机部分执行其余任务。
[0046]如前段所述，电子处理单元124为可选构件，且可从局部节点60除去。在电子处理单元124不存在的实施例中，数据在第一接口处接收，且从通信电路122的第二接口提供至各种控制电路130-136，而不由单元124处理。当原始数据存在、应用和/或以其它方式提供至优选布置为有限状态机的控制电路130-136时，数据可引起状态变化，这导致局部节点执行与车辆的特定区域相关联的任务。例如，就驾驶员门节点60而言，代表驾驶员门内和/或外的各种传感器的状态的原始数据可呈献给控制电路130-136，其引起电路使门解锁，降低窗，调整后视镜，或执行一些其它驾驶员门相关的任务。不同于一些传统车辆通信系统，其中消息放置到中心车辆总线上，且包括用于识别预期的接收者和需要由接收者抽取和解释的指令的地址，车辆通信系统10可布置成以便原始数据仅发送至特定局部节点，而不识别地址或指令。在该实例中，不需要地址或标识符，因为各个节点连接40-56是将中心节点管理器30联接到单个局部节点60-76上的专用连接；S卩，消息地址不是必须的，因为每个专用节点连接仅存在一个局部节点或消息接收者。此外，在该实例中，不需要特定指令，因为原始数据仅提供或呈献给控制电路130-136，其布置为一个或多个有限状态机。有限状态机可简单地改变状态，且响应于输入至控制电路130-136的原始数据对应地执行一个或多个任务。存在与可以以此方式通信的系统相关联的许多潜在利益。如对应于控制电路130-136的电路图中所示，原始数据优选以并行数据格式提供至控制电路130-136。在先前描述中，省略了电子处理单元124;然而应当认识到的是，处理单元124可作为可配置的有限状态机被包含在内，其接收与刚刚描述的相同方式接收原始数据。在许多情况下，可能期望提供一个或多个局部节点而没有电子处理装置124，且实际上，控制电路130-136的以下描述假定已经除去了电子处理单元124。
[0047]后视镜控制电路130控制车辆外的驾驶员侧和乘客侧的后视镜，且可至少部分地按照有限状态机实施。图5A-C示出了布置为有限状态机的潜在后视镜控制电路130的示例性实施例，其中电路的一些构件包括输入168-180、布置为H桥驱动器的电机188，以及一定数目的其它已知的电气构件。输入168允许使用者在驾驶员侧或乘客侧的后视镜之间选择，输入170-176允许使用者经由"偏心-四位置摇臂开关"来调整所选择的后视镜的定向(例如，左、右、上、下)，输入178联接到门微开传感器上，且向电路130提供指示驾驶员门开启或关闭的信息，且输入180允许使用者触发所选择的后视镜中的加热元件。后视镜控制电路130能够在局部操作状态中操作，其中其执行与驾驶员和/或乘客后视镜的操作相关联的各种任务，且能够在使用或不使用电子处理单元124的情况下这样做。在一些情况中，后视镜控制电路130用作有限状态机，且能够以其自身处理后视镜相关的功能，而没有中心节点管理器30或一些其它装置的直接监管或监视。
[0048]图5D为状态图，其描述了在局部操作状态中操作为有限状态机时的后视镜控制电路130的操作。四个潜在状态为:上(up)、下(dn)、左(left)、右(right)和静态平衡(stasis)。如技术人员认识到那样，状态图中的输入由I和O的顶序列(S卩，分子位置)表示，且输出由1、0和X的底序列(S卩，分母位置)表示，其中输入包括命令输入、启用(enable)、夕卜限制、内限制、卡夹和命令输出，且输出包括LMP、RMP。
[0049]门锁控制电路132控制用于车辆中的一个或多个门的锁定机构，且至少部分可按照有限状态机来设置。图6A示出了门锁控制电路132的实例，其配置为有限状态机或简单地为状态机，且电路132的一些构件包括输入190-202、触发器210和212、螺线管220和输出230-236。输入190允许使用者通过使用用于驾驶员门中的钥匙来控制锁定/解锁机构，输入192联接到车辆安全系统，且提供指示车辆安全状态的控制位，输入194允许使用者经由位于驾驶员门上的摇臂开关等来控制门的锁定/解锁机构，输入196提供指示操作模式(例如，如果相关联的命令仅属于驾驶员门或所有门)的控制位，输入198联接到内部门把手传感器且向电路132提供指示驾驶员内部把手是否接合的信息，输入200提供来自车辆的以锁定或解锁门的控制位(例如，控制位可在节点连接40、辅助连接146上或经由一些其它连接发送)，以及输入202提供包括任务完成的来自电机的反馈。技术人员将认识到，取决于门锁控制电路132的输出，且特别是触动器210和212，螺线管220将门锁机构驱动到锁定或解锁状态。输出230和232分别对应于触动器电路210和212上的输出插脚，且控制布置在六角桥驱动器电路中的螺线管220的状态。输出234对应于报告信号，其由电路132提供至中心节点管理器30，且指示门的当前锁定/解锁状态。输出236为命令控制输出，且用于模式控制，以便所有门锁定或解锁功能在彼此的时刻内执行。
[0050]图6B为用于电机驱动的锁定和解锁的状态图，其中状态图中的输入由1、O和X的顶序列(即，分子位置)表示，而输出由I和O的底序列(S卩，分母位置)表示。状态图中的输入的顺序如下:输入190，192，194，96，198，100和102 ;输出的顺序如下:输出234，230，232和236。通常，锁定和解锁功能以CPU和H桥控制器实现，但在这里所示的示例性情况中，使用的唯一反馈是用于有限状态机的状态的报告。门锁控制电路132能够在局部和/或中心操作状态中操作，其中其执行锁定和解锁车门相关联的各种任务，且能够在使用或不使用电子处理单元124的情况下这样做。
[0051 ]窗控制电路134控制用于车辆中的一个或多个窗的窗机构，且类似驾驶员门区域节点的前述电路，配置为有限状态机。图7A为窗控制电路134的窗组的高水平框图，其包括卡夹感测(pinch sensing)和控制特征，且包括用户界面子电路250(图7B)、电机控制子电路252(图7C)、卡夹控制子电路254(图7D)，以及压力清除(purge)子电路256(图7E)。
[0052]以图7B中的用户界面子电路250开始，其设计成控制一个或多个车窗的上和下操作，且在用户的四肢或其它物体阻挡窗关闭时提供卡夹禁止特征，子电路250包括以下输入、触动器和输出。潜在输入包括:PTV 270，PC UP 272，PC DN 274，门微开(a jar)276，第一计时器(32K) 278，DR Win UP 280,标记清除282和第二计时器(Is) 284;且潜在输出包括:DIS UP 290, DIS DN 292，无障碍294和Win DN 296。对于卡夹控制上和下操作，比较器300和302将来自输入272和274的卡夹水平与卡夹压力阈值270相比较，且如果它们相等就停用电路。假定门微开276和门Win UP 280输入都满足，开始以摇动窗下降的状态机过程和摇动窗的时间创建为如下:对于各个一秒的事件，窗将发出由与(AND )门310馈入的RC常数脉冲。当芯片的一半拉低时，触动器组无障碍(clear)且保持位置直到发出窗升高(up)命令。本领域的技术人员将清楚其它功能。
[0053]电机控制子电路252在图7C中示出，且包括输入Win Up 320和Win Dn 322、输出Dis Up 330, Dis Dn 332，PC Dn 334和PC Up 336，和H桥 340。卡夹控制子电路254在图7D中示出，且包括输入启用350、时钟352、数据流354和启用卡夹水平356、输出卡夹水平阈值(PTV)360 (上文在子电路250中提到)，以及串行输入并行输出移位寄存器364。压力清除子电路256在图7E中示出，且包括输入门微开370，标记清除372，无障碍374，卡夹376和DR Win up 378，输出Win Up 380,和一对触动器390，392。鉴于图7A-E中提供的电路图，本领域的普通技术人员将清楚这些子电路的功能。窗控制电路134能够在局部和/或中心操作状态中操作，其中其执行降低和升高窗相关联的各种任务，包括提供卡夹检测功能，且能够在使用或不使用电子处理单元124的情况下这样做。
[0054]门扬声器电路136向驾驶员门提供音频扬声器，且至少部分可按照有限状态机提供。参考图8A和SB，示出了具有音频内容的多通道数据传递如何实施的非限制性实例的图示。在该特定实例中，二十四通道数据连接创建在中心节点管理器30与驾驶员门局部节点60之间，其中通信系统改变以便替代严格传送视频数据，这通常是LVDS连接中的情况，数据连接现在允许在单个连接上同时传输不同格式或类型的数据。除可结合上文所述的控制电路130-134使用的数据类型外，门扬声器电路136可使用音频包数据400。在图SB的放大视图中示出的音频输送包400可从传统AM调谐器在通道410上发送，从FM调谐器在通道412上发送，从卫星无线电接收器在通道414上发送，从⑶/DVD播放器在通道416上发送，或从辅助装置(例如，智能电话、便携式音乐播放器等)在通道418上发送。以此方式，LVDS或一些其它适合的技术已经针对多个数据格式或类型的同时通信改善或改变。其对于LVDS不一定是基础或基本技术，因为可改为使用其它可接受的高速通信技术。在图8A中的LVDS实例的情况下，替代使用二十四个通道来描述视频数据中的像素，本系统和方法使用改变的视频数据的二十四通道来将不同类型的数据在单个节点连接40上传输至驾驶员门60，包括原始数据和音频数据。系统有可能将音频数据直接从中心节点管理器30管道输送至数模转换器(DAC)，且从DAC至驾驶员门中的扬声器的封套。关于传输音频信息的不同方面的其它细节请见在2014年8月27日提交的第14/470，420号美国申请，该申请为本受让人所有且其全部内容通过引用并入本文中。
[0055]在操作中，节点管理器30设计成用于多状态架构，且能够根据不同状态操作，包括小细节的控制分派至各种区域节点60-76的局部操作状态，以及节点管理器30根据更传统系统控制各种区域节点的中心操作状态。局部操作状态中的操作设计成通过将更多局部责任分配至适合的区域节点来减少或最少化节点管理器30上的计算需要。在一个特定实施例中，节点管理器将高速串行数据发送至一个或多个局部节点，其中高速串行数据解串，对应的并行数据提供至一个或多个控制电路，且控制电路响应于原始并行数据，且执行与特定局部节点所处的特定区域相关联的一个或多个任务。前述过程可在没有提供在来自中心节点管理器的消息中的特定指令的情况下发生，其否则将需要由局部节点抽取和解释。还有可能的是，在前述过程中，不同数据格式(例如，传感器数据、音频数据等)可在相同节点连接上发送。除与上述操作状态直接和间接相关联的各种任务之外，节点管理器30还可负责车辆通信系统1内的安全。
[0056]将理解的是，前文为本发明的一个或多个优选示例性实施例的描述。本发明不限于本文所述的特定实施例，而是仅由以下权利要求限定。此外，包含在前述描述中的陈述涉及特定实施例，且不被看作是对本发明的范围或权利要求中使用的用语的定义的限制，除非用语或短语在前文中明确限定。各种其它实施例和对公开实施例的各种改变和改型将对于本领域中的技术人员变得清楚。所有此类其它实施例、变化和改型都旨在落入所附权利要求的范围内。
[0057]如说明书和权利要求中使用的用语〃例如〃、〃如〃、〃比如〃和〃类似〃和动词〃包括"、"具有"、"包含"及其它动词形式在连同一个或多个构件或其它项目的排列使用时，分别认作是开放的，意味着排列不会认作是排除了其它的附加构件或项目。其它用语使用其最宽合理意义理解，除非它们在需要不同解释的上下文中使用。
【主权项】
1.一种车辆通信系统，包括: 具有电子处理单元的中心节点管理器； 位于所述车辆各处的多个局部节点，所述局部节点中每个与所述车辆内的特定区域相关联，且包括通信电路和一个或多个控制电路，所述通信电路包括适于与所述中心节点管理器串行或并行数据通信的第一接口以及适于与所述控制电路并行数据通信的第二接口，且所述控制电路包括布置成执行与该具体局部节点所处的特定区域相关联的任务的多个电子构件；以及 将所述中心节点管理器连接到局部节点的多个节点连接，所述节点连接中每个为所述中心节点管理器与特定局部节点之间的专用连接； 其中所述多个局部节点中的各个布置成以便在并行数据从所述通信电路提供至所述控制电路时，所述控制电路执行与该具体局部节点所处的特定区域相关联的任务。2.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述系统包括由第一多个节点连接连接到第一多个局部节点的第一中心节点管理器，以及由第二多个节点连接连接到第二多个局部节点的第二中心节点管理器，所述第一多个节点连接中的各个为所述第一节点管理器与来自所述第一多个局部节点的特定局部节点之间的专用连接，以及所述第二多个节点连接中的各个为所述第二节点管理器与来自所述第二多个局部节点的特定局部节点之间的专用连接。3.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述中心节点管理器包括经由第一多个通信电路连接到第一多个局部节点的第一电子处理单元，以及经由第二多个通信电路连接到第二多个局部节点的第二电子处理单元，所述第一多个通信电路中的各个为配置成用于所述第一电子处理单元与来自所述第一多个局部节点的特定局部节点之间的通信的专用电路，以及所述第二多个通信电路中的各个为配置成用于所述第二电子处理单元与来自所述第二多个局部节点的特定局部节点之间的通信的专用电路。4.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述中心节点管理器还包括多个通信电路，所述中心节点管理器的通信电路中的各个包括:发射单元，其具有连接到第一差别式线对上以将串行数据发送至具体局部节点的通信电路的串行器装置，以及接收单元，其具有连接到第二差别式线对以接收来自所述具体局部节点的通信电路的串行数据的第二差别式线对的解串器。5.根据权利要求4所述的车辆通信系统，其特征在于，所述第一差别式线对和所述第二差别式线对适于根据低压差别式信号(LVDS)标准分别发送和接收串行数据。6.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述中心节点管理器还包括多个通信电路，所述中心节点管理器的各个通信电路包括光学单元，其连接到一个或多个光纤元件以用于将数据发送至具体局部节点的通信电路和从其接收数据。7.根据权利要求1所述的车辆通信系统，其特征在于，所述多个局部节点中的至少一个具有通信电路，其包括联接到线束且适于与所述中心节点管理器串行数据通信的第一接口，以及联接到所述控制电路上且适于与所述控制单元并行数据通信的第二接口，以及所述通信电路布置成在所述第一接口处接收串行数据和在所述第二接口处发射并行数据。8.根据权利要求7所述的车辆通信系统，其特征在于，所述至少一个局部节点不包括电子处理单元，且布置成以便所述通信电路的第二接口直接地联接到所述控制电路。9.一种车辆通信系统，包括: 具有电子处理单元的中心节点管理器； 位于车辆各处的多个局部节点，所述局部节点中每个为基于位置的节点，其管理基于具体位置的节点所处的在车辆内的特定区域的任务;以及 将所述中心节点管理器连接到所述局部节点的多个节点连接； 其中所述车辆通信系统布置成以便具有多个不同数据格式的数据从所述中心节点管理器在单个节点连接上发送至所述多个局部节点中的至少一个。10.—种操作具有中心节点管理器和多个局部节点的车辆通信系统的方法，包括步骤: 将通信电路处的数据接收在局部节点中的一个中； 将来自所述通信电路的并行数据提供至所述局部节点中的一个或多个控制电路；以及响应于随所述并行数据提供以所述局部节点中的控制电路执行一个或多个任务，其中所述任务与该具体局部节点所处的在车辆内的特定区域相关联。
【文档编号】H04L29/08GK105991766SQ201610155304
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】D.R.佩特鲁奇, D.海登, C.A.马索尔, D.S.卡珀
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司