通用模块化可拼装插拔式区域优化控制器及接入验证方法与流程

本发明涉及汽车电子，特别是一种通用模块化可拼装插拔式区域优化控制器和接入验证方法。

背景技术：

1、传统汽车电子电气架构主要采用分布式系统，其基于分散式电子架构布局，具体的功能由独立的电子控制单元实现，即ecu（electronic control unit）。ecu通过总线传递信息发出指令，每个ecu都只能执行被定义的单一功能。车载电子系统通常由中央控制平台，以及多个功能域控制器dcu（domain control unit,以下简称dcu）和ecu组成。

2、随着汽车技术的发展，为了满足不断增加的车载功能，车辆上的电子设备越来越多，例如动力系统、制动系统、转向系统、灯光系统、空调系统、娱乐系统、智慧座舱、自动驾驶等，据统计一辆豪华轿车巅峰时期曾搭载过超过150个电子控制单元。因此，汽车电子工业急需优化电子架构，强化电子控制单元的计算能力，否则将无法应对车载功能持续增加和电子器件和线束不断增加的挑战。

3、目前，汽车中常用的控制器虽然基本满足特定的车辆功能和需求，但是也存在以下缺点：

4、系统算力提升存在瓶颈。现有ecu集中式或dcu系统架构模式所采用的控制器及传感器，其底层架构逻辑基础源于早期工业电子自动化时代的形成技术方案。从控制器本身来说，并不能够完全支持并满足现代信息化和智能化汽车电子技术开发的要求。

5、升级和更换成本高。在升级或更换某一区域的功能或设备，需要重新设计或更换整个区域控制器，不仅导致成本的增加，同时也延长了开发周期。

6、可重用性和可扩展性低。如果需要在不同的车型或平台上使用相同或相似的区域功能或设备，往往需要重新设计或适配不同的区域控制器，这样不仅降低了通用性，也限制了创新性。

7、不利环保。一体成型的控制器往往使用大量的电子元件和材料，按照功能分配的硬件网络拓扑存在不合理性，不仅增加了车身重量和体积，也加大了材料消耗和汽车本身的能耗，废弃物排放量大，从而对环境造成不利影响。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种通用模块化可拼装插拔式区域优化控制器和接入验证方法，相比传统的按功能划分的车载一体式控制器，本发明基于物理空间实现了跨域功能管理，可以根据不同的车辆功能和需求，通过插拔并重新组合的方式，灵活地选择和更换不同的输入输出模块和通讯模块，从而极大的提升了区域控制器的可扩展性，并能够在充分满足算力升级的同时，节省器件材料成本。

2、本发明公开了一种通用模块化可拼装插拔式区域优化控制器，包括中心处理模块和插拔模块，中心处理模块包括：中央处理单元以及与中央处理单元连接的储存单元和若干插槽，其中，具有硬件识别功能的各插槽，能够通过读取插拔模块的芯片内置信息和加密密钥进行识别，防止非法安装和接入；

3、插拔模块包括能够根据需求与对应的插槽以拼装插拔式进行连接的：

4、输入输出模块，用于接收和发送信号，支持多个接口和控制模式，用于连接不同类型的电子设备；

5、通讯模块，用于与中心处理模块进行数据交换，能够支持不同类型的通讯协议；还用于实现区域优化控制器与其他车载网络设备的数据传输；

6、智能配电模块，用于为中心处理模块和插拔模块提供电源，以及按功率需求进行电流分配和电压监测。

7、进一步地，所述的输入输出模块，用于支持包括数字信号、模拟信号、串行信号、并行信号在内的信号类型；还用于支持包括开关控制、比例控制、pid控制、pwm控制在内的控制模式；

8、所述的通讯模块，用于支持包括can、lin、flexray、most、ethernet在内的通讯协议；还用于支持包括主从模式、点对点模式、广播模式在内的通讯模式；还用于支持包括ieee 802.3bw、ieee 802.3bp、ieee 802.3br在内的车载以太网标准；

9、所述的智能配电模块设有电源管理芯片、电流检测芯片、电压检测芯片、保险丝、继电器，用于实现电源的开关控制、过流保护、过压保护、欠压保护、短路保护功能。

10、进一步地，所述的输入输出模块，包括：数字模拟输入输出模块，以及特殊信号模块，用于接收和发送信号；

11、所述的通讯模块，包括：有switch或无switch的以太网模块，用于接收和发送信号；

12、所述的通讯模块还包括：can控制器局域网模块、flexray局域网模块、lin局域网模块，用于接收和发送信号；

13、所述的智能配电模块，包括：若干电流配电模块，能够实现快速和精确的过流、过压、短路等保护，响应时间为微秒级，用于保护电路和用电器和线束。

14、进一步地，所述的以太网模块为以太网收发器模块；所述的数字模拟输入输出模块，包括若干i/o电路模块；所述的特殊信号模块，包括若干dsi3收发器模块和串口通讯模块；所述的can控制器局域网模块，包括若干can收发器模块；所述的flexray局域网模块，包括若干flexray收发器模块；所述的lin局域网模块，包括若干lin收发器模块；

15、与中央处理单元连接的插槽包括：

16、以太网模块插槽，使得以太网模块能够与以太网模块插槽实现拼装插拔式连接；

17、i/o模拟电路模块插槽，使得i/o电路模块能够与i/o模拟电路模块插槽实现拼装插拔式连接；

18、特殊信号模块插槽，使得dsi3收发器模块和串口通讯模块能够与特殊信号模块插槽实现拼装插拔式连接；

19、控制器局域网模块插槽，使得can收发器模块能够与控制器局域网模块插槽实现拼装插拔式连接；

20、flexray局域网模块插槽，使得flexray收发器模块能够与flexray局域网模块插槽实现拼装插拔式连接；

21、lin局域网模块插槽，使得lin收发器模块能够与lin局域网模块插槽实现拼装插拔式连接；

22、智能配电管理模块插槽，使得电流配电模块能够与智能配电管理模块插槽实现拼装插拔式连接。

23、本发明还公开了一种拼装插拔式的区域优化控制器的接入验证方法，包括：

24、s1：在插拔模块根据需求插入对应的插槽的情况下，中心处理模块自检，包括物理自检和逻辑安全自检；

25、s2：根据自检结果判断是否符合中心处理模块的启动条件，若中心处理模块自检通过，则中心处理模块开始读取插拔模块的加密验证信息并读取模块嵌入信息；若中心处理模块自检未通过，则中心处理模块执行关机程序；

26、s3：中心处理模块基于读取的加密验证信息来验证存储在存储单元中插拔模块的所对应的加密信息；如果验证通过，则中心处理模块启动对插拔模块的初始化；如果验证未能通过，中心处理模块会切断与插拔模块的供电和通讯；

27、 s4：中心处理模块基于模块嵌入信息运行对插拔模块的物理检测和逻辑安全检测，根据检测结果判断是否符合启动条件；若是，中心处理模块启动准备运行插入模块；若否，中心处理模块将切断插拔模块的联系和供电；

28、s5：运行准备就绪，插拔模块向中央处理单元反馈初始化状态信息；

29、s6：中心处理模块对插拔模块进行云验证；如果云验证成功，中心处理模块记录检验结果于储存单元，在不更换得前提下不再验证，并运行插入的插拔模块；如果云验证不成功，中心处理模块切断插拔模块的供电和通讯。

30、进一步地，在所述的步骤s2中，模块嵌入信息具体包括：硬件模组信息，存储于对应插拔模块的nvm；还包括：所嵌入的软件信息。

31、进一步地，在所述的步骤s6中， 云验证具体包括：

32、中心处理模块尝试连接互联网的云服务后台，具体的，包括：通过联网的诊断终端；车载的网络控制器连接互联网；

33、发出验证请求；

34、上传插拔模块中用于验证的版本和产品信息；

35、在云服务后台中进行比对和验证/记录验证结果；

36、反馈验证结果到中心处理模块。

37、本发明至少具有以下有益效果：

38、相较于传统的一体式控制器，本发明能够根据空间布局需求就近控制传感器、执行器和电子控制单元，可依靠高速宽带以太网提供车内边缘计算（edge computing）的支持，通过神经元网络技术，适应未来车内网络的升级发展。

39、本发明可以按空间布局需要，为就近控制传感器、执行器和电子控制单元等系统工作需要，提供最佳拓扑解决方案。

40、本发明的升级和更换成本低，主机厂只需在zcu控制器层面，通过模块增减，利用软件重新定义，实现对系统的功能增补或调整，在对新车型的功能进行提升或改善时，无需再耗费大量人力物力进行大面积系统重新开发，可大幅缩短开发周期。

41、本发明可重用性和可扩展性高。如果需要在不同的车型或平台上使用相同或相似的区域功能或设备，只需要适配相应的输入输出模块或通讯模块,可直接插拔修改调整，而不需要重新设计或适配不同的区域控制器，这样可以提高通用性，也促进创新性；

42、本发明利于车身轻量化。如果需要升级或更换某一区域的功能或设备，只需要更换相应的输入输出模块或通讯模块，而不需要更换整个区域控制器，不仅使硬件网络拓扑和线束合理节约规划布局成为可能，更能大幅减轻车身重量；

43、本发明更加环保。相对于以往由一体成型的控制器（dcu，ecu，其它zcu等）往往使用大量的电子元件和材料，在器件部分损坏后需要全部淘汰，安装新的替代控制器，可插拔模块化zcu可实现精准替换损坏的部分，大大节约了更换维修和升级的成本。按照空间优化分区使硬件网络拓扑和线束合理成为可能，不仅减轻车身重量，减少了因线束的物理长度导致的信号延迟和误报，也减少了材料消耗和汽车本身的能耗，废弃物排放量减少，从而更加有利环保。

44、本发明采用了双因素验证，即步骤s3中的硬件验证和步骤s6中的云验证，这两种验证方式，优点是通过双因验证保护插入模块为真实授权使用的产品，不易被仿制和被盗版。

45、本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。