一种支持多种网络的车载网关网络扩展装置

1.本实用新型涉及汽车电子和网络技术，尤其涉及一种支持多种网络的车载网关网络扩展装置。


背景技术：

2.随着技术的日趋进步，汽车作为一种出行工具，承载了越来越多的功能，比如辅助驾驶、信息娱乐、主动安全等等。这也为汽车网络的设计带来了新的挑战，功能的增多必将增加更多的网络带宽需求、更加严苛的网络延迟需求和更加多样的网络类型需求。网关作为汽车网络的枢纽，其承担的任务也会越来越重。
3.目前应用较为广泛的车载网络是can总线网络辅以lin总线网络，其中can应对100kbps以上的较高带宽需求，lin应对100kbps以下的低带宽需求。在一些高端车型上，还会用到flexray网络，该网络最高可以达到10mbps的速率。另外can-fd网络和车载以太网两种技术也日趋成熟，其中前者作为can网络的改良版，数据载荷和带宽都有所提升，而后者作为一种以太网，可以提供百兆甚者千兆级别的带宽。
4.目前汽车网络正处于迭代的过程中，很多汽车厂商会在生产的汽车中尝试采用较为先进的汽车网络，比如车载以太网、can-fd，但是处于研发成本考量，某些对带宽要求并不严格的功能模块，依旧会采用can、lin等较旧的网络。这就导致了一辆车上会出现较多的网络类型。
5.现有的车载网关不能满足如此繁杂的网络类型需求和网络带宽需求，他们往往只能提供其中的一种或几种网络类型和有限的带宽，而某些支持较多网络类型的网关，在体积和成本上却难以控制。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种支持多种网络的车载网关网络扩展装置，以解决现有网关设备网络提供类型较少、带宽较小的问题，能实现can、can-fd、lin、flexray、百兆车载以太网、千兆车载以太网等多种网络同时连接，适用于当今汽车网络架构和未来的汽车网络架构。
7.本实用新型采取的技术方案是，电源模块、5g/4g/3g模块、wi-fi/蓝牙模块、4路lin网络模块、1路flexray网络模块、3路can网络模块、5路can/can-fd网络模块、2路千兆车载以太网模块和车载以太网交换机模块分别与转接器模块连接，该车载以太网交换机模块包含1路千兆车载以太网和6路百兆车载以太网，转接器模块用于通过板对板排针的方式与主控模块连接。
8.本实用新型所述电源模块包含两个电源单元，第一个电源单元采用pw2163电源管理芯片，支持12v输入和5v输出；第二个电源单元采用tps650061电源管理芯片，支持5v输入和3.3v、1.8v、1.2v输出，其中，pw2163的输出作为tps650061的输入。
9.本实用新型所述车载以太网交换机模块中的6路百兆车载以太网中的5路配置为
100base-t1，1路配置为100base-tx；其中1路千兆车载以太网配置为1000base-t1。
10.本实用新型所述2路千兆车载以太网模块全部配置为1000base-t1。
11.本实用新型所述5g/4g/3g模块配有天线。
12.本实用新型还包括调试用的串口模块。
13.本实用新型还包括usbhub模块。
14.本实用新型的优点是结构新颖，能够提供多种网络数据传输的通路，并且能够提供相应的安全功能。用户仅需自行设计主控模块，并与本实用新型提供的车载网关扩展装置进行连接，即可获得多种车载网络的数据通路。本实用新型提供的can、can-fd、lin、flexray等网络可以应用于分布式的电子电气架构，这种架构是一种成熟且应用广泛的汽车网络架构；而车载以太网可以用于域集中式的电子电气架构，这种架构是汽车网络架构的一种演变趋势。本实用新型可以满足电子电气架构过渡期的需求，即以上网络架构中的每种网络都有可能出现的情况。
附图说明
15.图1是本实用新型的结构示意图；
16.图2是本实用新型的电路原理图；
17.图3是本实用新型wi-fi/蓝牙模块和5g/4g/3g模块与转接器的接线原理图；
18.图4是本实用新型lin模块和串口模块与转接器的接线原理图；
19.图5是本实用新型can/can-fd模块、can模块和flexray模块与转接器的接线原理图；
20.图6是本实用新型车载以太网交换机模块和usbhub模块与转接器的接线原理图；
21.图7是本实用新型千兆车载以太网模块与转接器的接线原理图。
具体实施方式
22.如图1所示，电源模块11、5g/4g/3g模块9、wi-fi/蓝牙模块8、4路lin网络模块1、1路flexray网络模块7、3路can网络模块6、5路can/can-fd网络模块5、2路千兆车载以太网模块3和车载以太网交换机模块4分别与转接器模块12连接，该车载以太网交换机模块4包含1路千兆车载以太网和6路百兆车载以太网，转接器模块12用于通过板对板排针的方式与主控模块连接。转接器模块12的作用是连接主控模块，用户可根据自己的需要设计主控模块。使用者在设计主控模块时，应确保主控模块和本扩展装置上的各模块能够正确连接。
23.本实用新型所述电源模块11包含两个电源单元，第一个电源单元采用pw2163电源管理芯片，支持12v输入和5v输出；第二个电源单元采用tps650061电源管理芯片，支持5v输入和3.3v、1.8v、1.2v输出，其中，pw2163的输出作为tps650061的输入。另外，电源模块会通过转接器模块12为主控模块供电。
24.本实用新型所述车载以太网交换机模块4中的6路百兆车载以太网中的5路配置为100base-t1，1路配置为100base-tx；其中1路千兆车载以太网配置为1000base-t1。
25.本实用新型所述2路千兆车载以太网模块全部配置为1000base-t1。
26.本实用新型所述5g/4g/3g模块9配有天线。
27.本实用新型还包括调试用的串口模块2。
28.本实用新型还包括usbhub模块10。
29.为了能够让本实用新型的功能、结构、技术方案更加直观，接下来将结合附图对本实用新型进行具体描述，当然，这只是本实用新型的一种解释说明，并非对本实用新型进行限制。
30.电源模块输出的电源接线原理如图2中各个vcc与gnd管脚所示，电源模块的第一个电源单元采用pw2163电源管理芯片，支持12v输入和5v输出。第二个电源单元采用tps650061电源管理芯片，支持5v输入和3.3v、1.8v、1.2v输出，其中，pw2163的输出会作为tps650061的输入。除了作为扩展装置中各网络模块的独立供电电源，电源模块还与转接器模块相连，用于向用户自行设计的主控模块供电。
31.如图2、3所示，wi-fi/蓝牙模块采用88w8987芯片，支持2.4g/5g wi-fi和蓝牙5.2，能够为全车提供wlan网络和蓝牙接入，该芯片通过sdio接口和串口与转接器进行连接。默认情况下，wi-fi功能使用sdio协议，而蓝牙功能使用uart协议，用户可以通过芯片相应管脚，修改蓝牙功能所使用的协议。该模块还负责车身其他无线模块的接入功能。
32.如图2、3所示，5g/4g/3g模块的主要作用是通过蜂窝网络与远程服务器进行连接通信，上传、下载数据，以及进行ota空中升级，更新网关固件。5g/4g/3g模块采用移远rg200u模块，该模块采用minipcie接口与转接器进行连接，使用了minipcie提供的pcie协议接口和usb协议接口。
33.如图2、4所示，lin网络模块主要用于满足车载网络中的较低的带宽需求，该模块的收发芯片采用tja1024，该芯片最高可以提供4路lin网络输出，其中，第1、2、3路为master模式，第4路为slave模式。
34.如图2、5所示，flexray网络模块最高支持20mbps的传输速率，可以满足较高的网络带宽需求，收发芯片采用tja1081。
35.如图2、5所示，can网络用于支持100kbps到1mbps带宽的网络需求，收发芯片采用tja1050，这是一款很经典的can收发芯片，每路can只需要txd和rxd两条线，tja1050只支持can总线网络，不支持can-fd网络。
36.如图2、5所示，包含5路can/can-fd网络模块，can-fd是一种升级版的can网络，每帧数据可以承载64字节的数据，和传统can网络相比，其数据载荷增成倍数增加；除此之外，带宽也增加到了5mbps，可以满足更高的带宽需求，can/can-fd网络收发芯片采用tja1463芯片。
37.如图2、6所示，车载以太网交换机模块具有深度包检测引擎，专用dos等安全功能，可以提供一定的安全保障；交换机芯片采用88q5050，该芯片共8个端口，各端口的功能支持用户自定义，本扩展装置为提供了一种默认的接口配置。该芯片的端口1～5配置为100base-t1，它们各自带一个百兆phy芯片，无需再外接phy芯片；端口6配置为100base-tx，自带一个百兆phy芯片，无需再外界phy芯片；端口7外接了一个千兆phy芯片，配置为1000base-t1，端口8用于与主控模块进行连接。
38.如图2、7所示，2路千兆车载以太网中phy收发器采用88q2110芯片，该芯片支持1000base-t1网络，可满足高带宽需求。
39.如图2、4所示，转接板连接了三路串口模块，可以用于用户的调试工作。
40.如图2、6所示，转接板连接了一个usbhub，该usb hub可以提供4路usb，其中1路与
5g/4g/3g模块的minipcie接口进行连接，另外2路usb作为usbhost接口，1路usb作为usbotg接口。
41.以上仅为本实用新型的一种具体实施方式，然而本实用新型的保护范围并不局限于此，任何在本实用新型的技术范围内的无创新的变化，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。