專利名稱：基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車扭矩管理與控制領(lǐng)域，所提出的并行式力矩安全架構(gòu)是一種通用的力矩安全解決方案，不僅適合于采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的傳統(tǒng)汽車，也適合于純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車及燃料電池汽車等新能源汽車。
背景技術(shù)：
汽車產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，2010年全國(guó)汽車銷量已經(jīng)突破1700萬輛。汽車作為一種交通工具，對(duì)我國(guó)的交通安全、能源安全和社會(huì)和諧發(fā)展起著越來越重要的作用。另一方面，隨著汽車保有量的不斷攀升，能源安全和環(huán)境保護(hù)問題越來越受到政府和社會(huì)的重視。發(fā)展新的清潔替代能源，通過混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車等新能源汽車，實(shí)現(xiàn)低排放和高效率，在有效減少車輛環(huán)境污染的同時(shí)緩解了交通對(duì)石油資源的過度消耗，是解決我國(guó)當(dāng)前能源和環(huán)境問題的一項(xiàng)重要手段。傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)本體、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)、變速箱本體、變速箱控制系統(tǒng)(TCU)組成。新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由整車控制器(VCU)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、高壓電池組、電池管理系統(tǒng)、直流/直流變換器等部件組成。無論是傳統(tǒng)汽車還是新能源汽車，控制器(EMS/V⑶)是整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的核心，主要進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的扭矩管理、 電源管理、空調(diào)等附件管理及動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷，其中扭矩管理是控制器最為重要的功能。無論是傳統(tǒng)汽車還是新能源汽車，從扭矩管理的角度來說，都是控制器根據(jù)加速踏板位置、制動(dòng)踏板位置、換檔桿位置等輸入信號(hào)，將駕駛員的駕駛需求最終轉(zhuǎn)化為對(duì)動(dòng)力源的扭矩請(qǐng)求的決策過程。對(duì)于傳統(tǒng)汽車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)噴油、點(diǎn)火等進(jìn)行控制， 通過發(fā)動(dòng)機(jī)做功將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輛行駛；對(duì)于新能源汽車而言，除了發(fā)動(dòng)機(jī)外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)也是可以提供動(dòng)力的裝置，輔助或者作為唯一動(dòng)力源(對(duì)于純電動(dòng)汽車而言) 來驅(qū)動(dòng)車輛。扭矩管理必須考慮扭矩安全問題?？刂破?EMS/VCU)作為發(fā)出扭矩請(qǐng)求指令的控制單元，必須保證能夠安全、可靠的工作。因此，必須設(shè)計(jì)一套完整的控制架構(gòu)及監(jiān)控機(jī)制， 當(dāng)其工作異常時(shí)(如由于內(nèi)存等硬件故障，控制器發(fā)出的扭矩指令與當(dāng)前的駕駛工況和駕駛員的扭矩請(qǐng)求意圖出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，引起過大的駕駛員非期望的加速度)，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的故障處理措施、保證行車安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)車輛的扭矩安全問題，提出一種通用的并行式力矩安全架構(gòu)，其普遍適用于各種汽車的并行式力矩安全架構(gòu)，用于避免由于整車控制器硬件故障導(dǎo)致對(duì)動(dòng)力源 (發(fā)動(dòng)機(jī)或者電機(jī))的扭矩請(qǐng)求產(chǎn)生異常，進(jìn)而引發(fā)非期望的車輛加速或減速的危險(xiǎn)，從而保證整個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)能夠安全、可靠的工作。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
一種基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)，包括上層控制器，所述上層控制器包括主芯片以及輔助芯片，主芯片上集成有存儲(chǔ)區(qū)、力矩安全故障處理模塊以及相互并行計(jì)算的應(yīng)用層和監(jiān)控層，且應(yīng)用層和監(jiān)控層的相關(guān)數(shù)據(jù)均分別存儲(chǔ)于存儲(chǔ)區(qū)的相應(yīng)位置，而輔助芯片上則集成有硬件監(jiān)控層，其中所述應(yīng)用層，根據(jù)駕駛員的請(qǐng)求輸入信號(hào)以及各下層控制器通過CAN總線輸入的反饋信息，計(jì)算當(dāng)前工況下對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的扭矩請(qǐng)求；所述監(jiān)控層， 對(duì)應(yīng)于應(yīng)用層的各功能模塊設(shè)置相應(yīng)的功能模塊，以監(jiān)控應(yīng)用層每一功能模塊數(shù)據(jù)運(yùn)行； 所述硬件監(jiān)控層，用于檢測(cè)主芯片的存儲(chǔ)區(qū)、力矩安全故障處理模塊、應(yīng)用層以及監(jiān)控層工作狀況；所述力矩安全故障處理模塊，根據(jù)監(jiān)控層的各功能模塊對(duì)應(yīng)用層相應(yīng)功能模塊的監(jiān)控結(jié)果，控制驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的運(yùn)行。本發(fā)明所述的基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)主要由應(yīng)用層、監(jiān)控層和硬件監(jiān)控層3層結(jié)構(gòu)組成。應(yīng)用層由輸入信號(hào)處理、駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋、請(qǐng)求扭矩濾波、請(qǐng)求扭矩限制及輸出信號(hào)處理等若干個(gè)功能模塊組成。監(jiān)控層與之相對(duì)應(yīng)的，由輸入信號(hào)監(jiān)控、駕駛員請(qǐng)求扭矩監(jiān)控、請(qǐng)求扭矩濾波監(jiān)控、請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控及輸出信號(hào)監(jiān)控等功能模塊組成。此外，監(jiān)控層還包括動(dòng)力源實(shí)際扭矩監(jiān)控和程序完整性監(jiān)控。從結(jié)構(gòu)上說，功能層和監(jiān)控層采用并行的結(jié)構(gòu)，即功能層的計(jì)算和監(jiān)控層的計(jì)算是相互獨(dú)立、互不影響的。從代碼和數(shù)據(jù)在內(nèi)存的存儲(chǔ)區(qū)域上說，應(yīng)用層和監(jiān)控層的代碼必須存放于不同的存儲(chǔ)區(qū)域，保證代碼和數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。從任務(wù)調(diào)度順序上來說，功能層的某一功能模塊執(zhí)行后，監(jiān)控層對(duì)應(yīng)的監(jiān)控模塊立即被執(zhí)行，然后對(duì)兩者的輸出結(jié)果進(jìn)行比較，從而判斷控制程序有否被正確的執(zhí)行。監(jiān)控層同時(shí)通過程序完整性監(jiān)控機(jī)制，保證了各個(gè)功能模塊會(huì)依次、完整的被執(zhí)行完。當(dāng)監(jiān)控層發(fā)現(xiàn)任何被確認(rèn)的故障時(shí)，控制器記錄相應(yīng)的故障碼和凍結(jié)幀，并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，如切斷動(dòng)力源。硬件監(jiān)控層獨(dú)立于應(yīng)用層和監(jiān)控層，屬于硬件級(jí)監(jiān)控。通過問答機(jī)制檢測(cè)主芯片的存儲(chǔ)區(qū)及運(yùn)算邏輯單元是否正常工作，從而實(shí)現(xiàn)通過輔助芯片對(duì)主芯片的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控的目的。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果
本發(fā)明采用監(jiān)控層對(duì)應(yīng)用層的每一個(gè)功能模塊的數(shù)據(jù)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，因此，可以避免由于整車控制器硬件故障導(dǎo)致對(duì)動(dòng)力源(發(fā)動(dòng)機(jī)或者電機(jī))的扭矩請(qǐng)求產(chǎn)生異常，進(jìn)而引發(fā)非期望的車輛加速或減速的危險(xiǎn)，從而保證整個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)能夠安全、可靠的工作。


圖1本發(fā)明的并行式力矩安全架構(gòu)示意2純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成示意圖附圖標(biāo)記說明
1、整車控制器；2、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；3、主減速器；4、12伏蓄電池；5、直流-交流逆變器；6、直流-直流變換器；7、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器；8、高壓電池管理系統(tǒng)；9、高壓動(dòng)力電池；10、擋位控制器；11、加速踏板位置傳感器/制動(dòng)踏板位置傳感器。
具體實(shí)施例方式附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)，包括上層控制器，所述上層控制器包括主芯片以及輔助芯片，主芯片上集成有存儲(chǔ)區(qū)、力矩安全故障處理模塊以及相互并行計(jì)算的應(yīng)用層和監(jiān)控層，且應(yīng)用層和監(jiān)控層的相關(guān)數(shù)據(jù)均分別存儲(chǔ)于存儲(chǔ)區(qū)的相應(yīng)位置，而輔助芯片上則集成有硬件監(jiān)控層，其中所述應(yīng)用層，根據(jù)駕駛員的請(qǐng)求輸入信號(hào)以及各下層控制器通過CAN總線輸入的反饋信息，計(jì)算當(dāng)前工況下對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的扭矩請(qǐng)求；所述監(jiān)控層，對(duì)應(yīng)于應(yīng)用層的各功能模塊設(shè)置相應(yīng)的功能模塊，以監(jiān)控應(yīng)用層每一功能模塊數(shù)據(jù)運(yùn)行；所述硬件監(jiān)控層，用于檢測(cè)主芯片的存儲(chǔ)區(qū)、力矩安全故障處理模塊、應(yīng)用層以及監(jiān)控層工作狀況；所述力矩安全故障處理模塊，根據(jù)監(jiān)控層的各功能模塊對(duì)應(yīng)用層相應(yīng)功能模塊的監(jiān)控結(jié)果，控制驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的運(yùn)行。本發(fā)明提出的并行式力矩安全架構(gòu)是一種適合于各種車輛的力矩架構(gòu)。為了更好的說明其應(yīng)用方式，現(xiàn)以純電動(dòng)汽車為應(yīng)用對(duì)象，通過使用本專利提出的并行式力矩安全架構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽汽車的力矩安全。在本例中，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。圖2為某純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖， 整車控制器1通過CAN總線和直流-直流變換器6、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器7、高壓電池管理系統(tǒng) 8、擋位控制器10相連。加速踏板位置傳感器和制動(dòng)踏板位置傳感器通過低壓線束和整車控制器1的模擬輸入端相連。高壓動(dòng)力電池9通過高壓線束為驅(qū)動(dòng)電機(jī)2提供電流，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器7通過直流-交流變換器5控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)2工作，并通過主減速器3和差速器將電機(jī)發(fā)出的扭矩傳遞到2個(gè)前輪。同時(shí)高壓動(dòng)力電池9通過直流-直流變換器6對(duì)12 伏蓄電池4進(jìn)行充電。整車控制器1由主芯片和輔助芯片兩部分組成，應(yīng)用層軟件和監(jiān)控層軟件運(yùn)行于主芯片上，輔助芯片對(duì)主芯片的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。通過問答機(jī)制檢測(cè)主芯片的存儲(chǔ)區(qū)及運(yùn)算邏輯單元是否正常工作。應(yīng)用層主要由輸入信號(hào)處理、駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋、請(qǐng)求扭矩濾波、請(qǐng)求扭矩限制及輸出信號(hào)處理等5個(gè)功能模塊組成，其輸入為加速踏板位置傳感器和制動(dòng)踏板位置傳感器11提供的模擬信號(hào)，以及直流-直流變換器6、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器7、高壓電池管理系統(tǒng)8、 擋位控制器10通過CAN總線發(fā)送的相應(yīng)信號(hào)。其輸出為對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩請(qǐng)求，以及該扭矩請(qǐng)求的有效標(biāo)志位及承載該信號(hào)信息幀的校驗(yàn)位。監(jiān)控層與應(yīng)用層的控制結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，主要由輸入信號(hào)監(jiān)控、駕駛員請(qǐng)求扭矩監(jiān)控、 請(qǐng)求扭矩濾波監(jiān)控、請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控、驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩監(jiān)控、程序完整性監(jiān)控及輸出信號(hào)監(jiān)控等7個(gè)功能模塊組成。當(dāng)應(yīng)用層的某一功能模塊運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障，發(fā)出異常的電機(jī)扭矩請(qǐng)求時(shí)，相應(yīng)的監(jiān)控層的功能模塊便會(huì)觸發(fā)力矩安全故障處理模塊，并請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)電機(jī)緊急停機(jī)。應(yīng)用層的輸入信號(hào)處理模塊對(duì)各控制器通過CAN總線反饋的數(shù)字信號(hào)和接入整車控制器的模擬/數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，將其轉(zhuǎn)化為后續(xù)程序可以直接使用的工程量。驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)由電機(jī)控制器通過CAN總線發(fā)送給整車控制器。輸入信號(hào)處理模塊根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的有效標(biāo)志位及所在信息幀的校驗(yàn)位對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行處理并判斷其有效性，在將原始值轉(zhuǎn)化為工程量后，再進(jìn)行變化率限制和平均值濾波處理。加速踏板位置信號(hào)由整車控制器的模擬輸入端讀入，為提高該傳感器信號(hào)本身的可靠性，采用雙路模擬信號(hào)輸入，即采用兩個(gè)加速踏板位置傳感器并分別獨(dú)立供電。輸入信號(hào)處理模塊對(duì)兩路模擬信號(hào)進(jìn)行濾波、工程量轉(zhuǎn)換、故障診斷及限制、合理性檢測(cè)后，得到最終的加速踏板位置信號(hào)，供后續(xù)功能模塊使用。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置直接決定電機(jī)請(qǐng)求扭矩的大小，因此出于扭矩安全的考慮，需要對(duì)這兩個(gè)信號(hào)在監(jiān)控層進(jìn)行冗余計(jì)算。加速踏板位置信號(hào)的處理邏輯與應(yīng)用層一致，但采用和應(yīng)用層完全不同的存儲(chǔ)空間來存放運(yùn)算過程中的變量、常量和程序代碼。驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過和應(yīng)用層相同的工程量轉(zhuǎn)換、變化率限制和平均值濾波處理邏輯，但同樣的，運(yùn)算過程中的變量、常量和程序代碼存放于和應(yīng)用層完全不同的存儲(chǔ)空間。分別比較應(yīng)用層和監(jiān)控層計(jì)算得到的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置，當(dāng)其中任意一個(gè)信號(hào)的偏差超過預(yù)先設(shè)定的標(biāo)定值時(shí)，監(jiān)控層上報(bào)力矩安全故障處理模塊，經(jīng)防抖處理且該故障被確認(rèn)后，對(duì)電機(jī)控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令。監(jiān)控層計(jì)算得出的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置信號(hào)將用于監(jiān)控層其他功能模塊的計(jì)算。應(yīng)用層的駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋模塊根據(jù)反映駕駛員意圖的加速踏板位置、制動(dòng)踏板位置、換檔桿擋位、車速等信號(hào)，計(jì)算得到當(dāng)前工況下駕駛員對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的請(qǐng)求扭矩。監(jiān)控層的請(qǐng)求扭矩監(jiān)控模塊，以輸入信號(hào)監(jiān)控模塊輸出的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和加速踏板位置作為輸入，通過簡(jiǎn)化算法計(jì)算得到當(dāng)前工況下允許的最大請(qǐng)求扭矩，然后將其與應(yīng)用層駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋模塊計(jì)算得到的駕駛員請(qǐng)求扭矩進(jìn)行比較，當(dāng)應(yīng)用層計(jì)算得到的駕駛員請(qǐng)求扭矩大于監(jiān)控層通過簡(jiǎn)化算法得到的許用最大扭矩時(shí)，監(jiān)控層上報(bào)力矩安全故障處理模塊，經(jīng)過時(shí)間％該故障被確認(rèn)后，對(duì)電機(jī)控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令。如果應(yīng)用層計(jì)算得到的駕駛員請(qǐng)求扭矩小于或等于監(jiān)控層通過簡(jiǎn)化算法得到的許用最大扭矩時(shí)，認(rèn)為應(yīng)用層的計(jì)算結(jié)果合理，將應(yīng)用層計(jì)算得到的駕駛員請(qǐng)求扭矩作為駕駛員請(qǐng)求扭矩監(jiān)控模塊的輸出。本發(fā)明所述的監(jiān)控層采用的簡(jiǎn)化算法，具體是指監(jiān)控層的每一功能模塊所考慮的相關(guān)參數(shù)一般少于與應(yīng)用層相對(duì)應(yīng)的功能模塊所考慮的相關(guān)參數(shù)，或者是給監(jiān)控層的某一功能模塊賦予經(jīng)驗(yàn)值，以對(duì)應(yīng)用層相對(duì)應(yīng)的模塊運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控，達(dá)到算法簡(jiǎn)化的目的。應(yīng)用層的扭矩濾波模塊，對(duì)駕駛員請(qǐng)求扭矩進(jìn)行濾波處理，以提高在急踩加速踏板和急松加速踏板工況下車輛的駕駛性。急踩加速踏板工況下請(qǐng)求扭矩的上升率限值，根據(jù)當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置來確定；急松加速踏板工況下請(qǐng)求扭矩的下降率限值，根據(jù)當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和制動(dòng)踏板位置來確定。為了避免當(dāng)駕駛員松制動(dòng)踏板時(shí)，由于扭矩濾波模塊的錯(cuò)誤計(jì)算導(dǎo)致濾波后的駕駛員請(qǐng)求扭矩?zé)o法下降，從而產(chǎn)生非期望車輛加速的情況，必須對(duì)扭矩濾波模塊進(jìn)行監(jiān)控。 監(jiān)控層的請(qǐng)求扭矩濾波監(jiān)控模塊，對(duì)應(yīng)用層經(jīng)濾波后的電機(jī)請(qǐng)求扭矩進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)濾波后的電機(jī)請(qǐng)求扭矩大于濾波前的駕駛員請(qǐng)求扭矩時(shí)，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)器時(shí)間超過預(yù)先設(shè)定的可標(biāo)定值時(shí)，認(rèn)為應(yīng)用層扭矩濾波模塊的計(jì)算發(fā)生了故障，濾波后的電機(jī)請(qǐng)求扭矩?zé)o法如駕駛員期望的那樣下降，因此立即上報(bào)力矩安全故障處理模塊該故障被確認(rèn)后， 對(duì)電機(jī)控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令。在定時(shí)器計(jì)時(shí)的過程中，一旦濾波后的電機(jī)請(qǐng)求扭矩小于濾波前的駕駛員請(qǐng)求扭矩，則認(rèn)為濾波后的電機(jī)請(qǐng)求扭矩如實(shí)的跟隨了駕駛員的扭矩需求，此時(shí)定時(shí)器清零，并將應(yīng)用層扭矩濾波模塊的輸出值作為監(jiān)控層扭矩濾波監(jiān)控模塊的輸出值。為保護(hù)高壓電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)不過載、能夠更加可靠持久的工作，應(yīng)用層的請(qǐng)求扭矩限制模塊根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器的溫度、高壓電池的溫度、高壓電池荷電狀態(tài) (SOC)、高壓電池的電流和電壓、高壓電池的可放電功率等信號(hào)，對(duì)經(jīng)濾波處理后的請(qǐng)求扭矩進(jìn)行上限值限制，一旦某一物理量如高壓電池電流超過預(yù)先設(shè)定的標(biāo)定值時(shí)，主動(dòng)降低輸出的電機(jī)請(qǐng)求扭矩，從而在下一時(shí)刻使得高壓電池電流減小，直到其降到設(shè)計(jì)的安全范圍內(nèi)。另外，通過對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行限制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)車速的限速功能。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)定值時(shí)，主動(dòng)降低輸出的電機(jī)請(qǐng)求扭矩，從而在下一時(shí)刻使得電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，直至車速降到設(shè)計(jì)的許用車速范圍內(nèi)。監(jiān)控層的請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊，對(duì)應(yīng)用層扭矩限制模塊的車速限速功能進(jìn)行監(jiān)控，防止出現(xiàn)由于該功能失效而導(dǎo)致的車速高于最高車速限制的情況。監(jiān)控層的車速限制功能，其采用的計(jì)算邏輯和應(yīng)用層完全相同，但是計(jì)算過程中擁到的變量、常量和程序代碼存儲(chǔ)于完全不同的存儲(chǔ)區(qū)域。當(dāng)應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩限制模塊的輸出，大于監(jiān)控層請(qǐng)求扭矩限制模塊的輸出時(shí)，認(rèn)為應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩限制模塊的計(jì)算發(fā)生了故障，立即上報(bào)力矩安全故障處理模塊，經(jīng)講過時(shí)間t2該故障被確認(rèn)后，對(duì)電機(jī)控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令。如果應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩限制模塊的輸出，小于或等于監(jiān)控層請(qǐng)求扭矩限制模塊的輸出，認(rèn)為應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩限制模塊工作正常，將應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩限制模塊計(jì)算得到的請(qǐng)求扭矩，作為監(jiān)控層請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊的輸出。驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩監(jiān)控模塊，主要是監(jiān)控驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供的實(shí)際扭矩，是否超出了期望的電機(jī)請(qǐng)求扭矩。當(dāng)電機(jī)控制器反饋的實(shí)際扭矩與監(jiān)控層計(jì)算得到的電機(jī)請(qǐng)求扭矩的差值，大于預(yù)先設(shè)定的標(biāo)定值時(shí)，認(rèn)為電機(jī)控制器工作異常，電機(jī)提供的扭矩過大從而可能引發(fā)非期望的車輛加速度，立即上報(bào)力矩安全故障處理模塊，經(jīng)過時(shí)間t3該故障被確認(rèn)后，對(duì)電機(jī)控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令。如果電機(jī)控制器本身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了該監(jiān)控功能，能夠?qū)Πl(fā)出的實(shí)際扭矩進(jìn)行監(jiān)控，那么在整車控制器中該監(jiān)控模塊可以被省略，因此在圖1中以虛線框表示。同樣的，如果電機(jī)控制器檢測(cè)到這一故障，應(yīng)該立即關(guān)閉絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)，使直流-交流變換器停止工作，從而切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源供應(yīng)，達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)安全的目的。同時(shí)電機(jī)控制器應(yīng)立即將該故障上報(bào)至整車控制器，讓其進(jìn)行相應(yīng)的故障模式處理。應(yīng)用層和功能層的各個(gè)功能模塊應(yīng)該以如下的調(diào)度順序運(yùn)行輸入信號(hào)處理_> 輸入信號(hào)監(jiān)控_>駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋_>駕駛員請(qǐng)求扭矩監(jiān)控_>請(qǐng)求扭矩濾波_>請(qǐng)求扭矩濾波監(jiān)控_>請(qǐng)求扭矩限制_>請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控_>驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩監(jiān)控_>程序完整性監(jiān)控_>輸出信號(hào)處理_>輸出信號(hào)監(jiān)控。程序完整性監(jiān)控保證應(yīng)用層的所有模塊及監(jiān)控層與之對(duì)應(yīng)的監(jiān)控模塊按預(yù)先設(shè)定的調(diào)度順序依次被執(zhí)行，保證整個(gè)應(yīng)用層的各個(gè)模塊均被有效監(jiān)控到了。如果有某一監(jiān)控功能沒有被執(zhí)行，或監(jiān)控功能雖然被執(zhí)行但其執(zhí)行的順序沒有按照預(yù)先設(shè)定的順序，那么也會(huì)立即觸發(fā)力矩安全故障處理模塊并對(duì)電機(jī)控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令。具體運(yùn)行步驟如下預(yù)設(shè)初始變量Vini，Vmd及每個(gè)模塊變量Vuint ；在每個(gè)模塊單元執(zhí)行后執(zhí)行如下操作V=Vin+ Vuint，其中Vin表示用于完整性檢測(cè)的變量V在該模塊運(yùn)行前的值，V的初始值為 Vini, Vuint根據(jù)模塊的不同，其數(shù)值也不同。若所有模塊按要求運(yùn)行則變量的最后輸出應(yīng)相等，即V=Vmd，否則程序完整性檢測(cè)不通過。應(yīng)用層的輸出信號(hào)處理模塊對(duì)請(qǐng)求扭矩限制模塊輸出的電機(jī)請(qǐng)求扭矩進(jìn)行信號(hào)處理，對(duì)其進(jìn)行上下限限制并將其由工程量轉(zhuǎn)化為原始計(jì)算機(jī)編碼。輸出信號(hào)監(jiān)控用于保證輸出信號(hào)處理過程(上下限限制及工程量到原始的計(jì)算機(jī)編碼的轉(zhuǎn)化)執(zhí)行的正確，是對(duì)信號(hào)輸出處理過程的冗余處理。當(dāng)應(yīng)用層的電機(jī)請(qǐng)求扭矩和監(jiān)控層的電機(jī)請(qǐng)求扭矩相等時(shí)，輸出信號(hào)處理過程是正確的，相應(yīng)的電機(jī)請(qǐng)求扭矩有效標(biāo)志位及信息幀校驗(yàn)位置1 ；當(dāng)應(yīng)用層的電機(jī)請(qǐng)求扭矩和監(jiān)控層的電機(jī)請(qǐng)求扭矩不相等時(shí)， 輸出信號(hào)處理過程發(fā)生了故障，電機(jī)請(qǐng)求扭矩有效標(biāo)志位及信息幀校驗(yàn)位置0，以通知電機(jī)控制器，該扭矩請(qǐng)求指令是不可信的，防止電機(jī)控制器執(zhí)行錯(cuò)誤的扭矩指令。
硬件監(jiān)控層屬于硬件級(jí)監(jiān)控，通過輔助芯片對(duì)主芯片的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。主要通過問答機(jī)制檢測(cè)主芯片的存儲(chǔ)區(qū)及運(yùn)算邏輯單元是否正常工作。當(dāng)主芯片反饋的問題答案和預(yù)設(shè)的問題答案不一致時(shí)，主芯片相關(guān)的存儲(chǔ)區(qū)或運(yùn)算邏輯單元發(fā)生故障，此時(shí)主芯片已經(jīng)無法正常執(zhí)行應(yīng)用層和監(jiān)控層的程序，應(yīng)當(dāng)立即通過與高壓電池管理系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的硬線連接，強(qiáng)制其停止工作，保證整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的安全可靠。因此，硬件監(jiān)控層獨(dú)立于應(yīng)用層和監(jiān)控層，屬于硬件級(jí)監(jiān)控。通過問答機(jī)制檢測(cè)主芯片的存儲(chǔ)區(qū)及運(yùn)算邏輯單元是否正常工作，從而實(shí)現(xiàn)通過輔助芯片對(duì)主芯片的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控的目的。
權(quán)利要求
1.一種基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)，包括上層控制器，其特征在于所述上層控制器包括主芯片以及輔助芯片，主芯片上集成有存儲(chǔ)區(qū)、力矩安全故障處理模塊以及相互并行計(jì)算的應(yīng)用層和監(jiān)控層，且應(yīng)用層和監(jiān)控層的相關(guān)數(shù)據(jù)均分別存儲(chǔ)于存儲(chǔ)區(qū)的相應(yīng)位置，而輔助芯片上則集成有硬件監(jiān)控層，其中所述應(yīng)用層，根據(jù)駕駛員的請(qǐng)求輸入信號(hào)以及各下層控制器通過CAN總線輸入的反饋信息，計(jì)算當(dāng)前工況下對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的扭矩請(qǐng)求；所述監(jiān)控層，對(duì)應(yīng)于應(yīng)用層的各功能模塊設(shè)置相應(yīng)的功能模塊，以監(jiān)控應(yīng)用層每一功能模塊數(shù)據(jù)運(yùn)行；所述硬件監(jiān)控層，用于檢測(cè)主芯片的存儲(chǔ)區(qū)、力矩安全故障處理模塊、應(yīng)用層以及監(jiān)控層工作狀況；所述力矩安全故障處理模塊，根據(jù)監(jiān)控層的各功能模塊對(duì)應(yīng)用層相應(yīng)功能模塊的監(jiān)控結(jié)果，控制驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)，其特征在于所述應(yīng)用層， 包括輸入信號(hào)處理模塊、駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋模塊、請(qǐng)求扭矩濾波模塊、請(qǐng)求扭矩限制模塊以及輸出信號(hào)處理模塊；所述監(jiān)控層，包括輸入信號(hào)監(jiān)控模塊、駕駛員請(qǐng)求扭矩監(jiān)控模塊、 請(qǐng)求扭矩濾波監(jiān)控模塊、請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊以及輸出信號(hào)監(jiān)控模塊；其中所述應(yīng)用層以及監(jiān)控層的各功能模塊的調(diào)度順序?yàn)檩斎胄盘?hào)處理模塊_>輸入信號(hào)監(jiān)控模塊_>駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋模塊_>駕駛員請(qǐng)求扭矩監(jiān)控模塊_>請(qǐng)求扭矩濾波模塊_>請(qǐng)求扭矩濾波監(jiān)控模塊_>請(qǐng)求扭矩限制模塊_>請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊_>輸出信號(hào)處理模塊-> 輸出信號(hào)監(jiān)控模塊；所述輸入信號(hào)處理模塊，根據(jù)駕駛員的請(qǐng)求輸入信號(hào)以及各下層控制器通過CAN總線輸入的反饋信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，轉(zhuǎn)化成應(yīng)用層后續(xù)的各功能模塊能夠直接應(yīng)用的工程量；所述的輸入信號(hào)監(jiān)控模塊，首先對(duì)決定扭矩安全的關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行冗余計(jì)算處理，決定扭矩安全的關(guān)鍵信號(hào)至少包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)以及加速踏板位置信號(hào)，然后分別比較輸入信號(hào)監(jiān)控模塊以及輸入信號(hào)處理模塊輸出的相應(yīng)信號(hào)，當(dāng)其中的任一組信號(hào)偏差超過監(jiān)控層中預(yù)設(shè)的標(biāo)定值K1時(shí)，監(jiān)控層將此信息反饋至力矩安全故障處理模塊，當(dāng)該組信號(hào)偏差持續(xù)時(shí)間超過監(jiān)控層中預(yù)設(shè)的標(biāo)定值、時(shí)，力矩安全故障處理模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令，同時(shí)在存儲(chǔ)區(qū)記錄相應(yīng)的故障碼和凍結(jié)幀；所述的駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋模塊，根據(jù)輸入信號(hào)處理模塊輸出的當(dāng)前加速踏板位置、 制動(dòng)踏板位置、車速以及換檔桿位置信息，計(jì)算得到符合駕駛員需求的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩；所述的駕駛員請(qǐng)求扭矩監(jiān)控模塊，首先根據(jù)當(dāng)前的車速和加速踏板位置信號(hào)，計(jì)算得到當(dāng)前工況下的最大許用請(qǐng)求扭矩，然后將其與駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋模塊輸出的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩進(jìn)行比較，當(dāng)駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋模塊輸出的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩大于駕駛員請(qǐng)求扭矩監(jiān)控模塊輸出的最大許用請(qǐng)求扭矩時(shí)，監(jiān)控層將此信息反饋至力矩安全故障處理模塊，當(dāng)駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋模塊輸出的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩大于駕駛員請(qǐng)求扭矩監(jiān)控模塊輸出的最大許用請(qǐng)求扭矩持續(xù)時(shí)間超過時(shí)間、時(shí)，力矩安全故障處理模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令，同時(shí)在存儲(chǔ)區(qū)記錄相應(yīng)的故障碼和凍結(jié)幀；所述的請(qǐng)求扭矩濾波模塊，用于對(duì)駕駛員請(qǐng)求扭矩解釋模塊輸出的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩進(jìn)行濾波處理；所述的請(qǐng)求扭矩濾波監(jiān)控模塊，用于監(jiān)控應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩濾波模塊濾波后的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩；通過請(qǐng)求扭矩濾波監(jiān)控模塊，將應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩濾波模塊濾波后的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩與濾波前的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩進(jìn)行比較，當(dāng)應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩濾波模塊濾波后的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩大于濾波前的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩，且持續(xù)時(shí)間超過請(qǐng)求扭矩濾波監(jiān)控模塊內(nèi)預(yù)設(shè)的標(biāo)定值Ttl，或者濾波后的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩沒有單調(diào)遞減時(shí)，監(jiān)控層將此信息反饋至力矩安全故障處理模塊，力矩安全故障處理模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令，同時(shí)在存儲(chǔ)區(qū)記錄相應(yīng)的故障碼和凍結(jié)幀；反之，則將應(yīng)用層扭矩濾波模塊的輸出值作為監(jiān)控層扭矩濾波監(jiān)控模塊的輸出值；所述的請(qǐng)求扭矩限制模塊，根據(jù)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的反饋狀態(tài)和參數(shù)，對(duì)應(yīng)用層扭矩濾波模塊的輸出值進(jìn)行上下限值限制；所述的請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊，首先對(duì)應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩限制模塊中涉及行車安全的關(guān)鍵因素進(jìn)行冗余計(jì)算，涉及行車安全的關(guān)鍵因素至少包括限制車速上限值；然后，將請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊輸出的數(shù)據(jù)與請(qǐng)求扭矩限制模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩限制模塊的輸出大于監(jiān)控層請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊的輸出時(shí)，監(jiān)控層將此信息反饋至力矩安全故障處理模塊，應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩限制模塊的輸出大于監(jiān)控層請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊的輸出持續(xù)時(shí)間超過t2時(shí)力矩安全故障處理模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令，同時(shí)在存儲(chǔ)區(qū)記錄相應(yīng)的故障碼和凍結(jié)幀；否則，將應(yīng)用層請(qǐng)求扭矩限制模塊計(jì)算得到的請(qǐng)求扭矩，作為監(jiān)控層請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊的輸出；所述的輸出信號(hào)處理模塊，對(duì)請(qǐng)求扭矩限制模塊輸出的請(qǐng)求扭矩進(jìn)行信號(hào)處理，對(duì)其進(jìn)行上下限限制并將其由工程量轉(zhuǎn)化為原始計(jì)算機(jī)編碼；所述輸出信號(hào)監(jiān)控模塊，用于保證應(yīng)用層輸出信號(hào)處理模塊過程執(zhí)行的正確，首先對(duì)信號(hào)輸出處理過程的冗余處理；然后將應(yīng)用層輸出信號(hào)處理模塊輸出的動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩和監(jiān)控層輸出信號(hào)監(jiān)控模塊輸出的動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩進(jìn)行比較，當(dāng)應(yīng)用層輸出信號(hào)處理模塊輸出的電機(jī)請(qǐng)求扭矩和監(jiān)控層輸出信號(hào)監(jiān)控模塊輸出的電機(jī)請(qǐng)求扭矩相等時(shí)，賦予相應(yīng)的動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩有效標(biāo)志位及信息幀校驗(yàn)位置1 ；當(dāng)應(yīng)用層的動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩和監(jiān)控層的動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩不相等時(shí)，賦予相應(yīng)的動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩有效標(biāo)志位及信息幀校驗(yàn)位置0，以通知驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源控制器，該動(dòng)力源請(qǐng)求扭矩指令不可信。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)，其特征在于所述監(jiān)控層的請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊以及輸出信號(hào)監(jiān)控模塊之間設(shè)置有驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源實(shí)際扭矩監(jiān)控模塊，其將請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊輸出的請(qǐng)求扭矩與當(dāng)前驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源控制器反饋的實(shí)際扭矩進(jìn)行比較，當(dāng)請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊輸出的請(qǐng)求扭矩與當(dāng)前驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源控制器反饋的實(shí)際扭矩的差值大于驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源實(shí)際扭矩監(jiān)控模塊預(yù)設(shè)的標(biāo)定值，且該情況持續(xù)時(shí)間大于等于驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源實(shí)際扭矩監(jiān)控模塊預(yù)設(shè)時(shí)間標(biāo)定值t4時(shí)，監(jiān)控層將此信息反饋至力矩安全故障處理模塊，力矩安全故障處理模塊將請(qǐng)求扭矩限制監(jiān)控模塊輸出的請(qǐng)求扭矩經(jīng)防抖處理后該故障仍然存在，則力矩安全故障處理模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源控制器發(fā)送緊急停機(jī)請(qǐng)求指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)，其特征在于所述監(jiān)控層還包括程序完整性監(jiān)控模塊，用于確保應(yīng)用層的各功能模塊及監(jiān)控層與之對(duì)應(yīng)的監(jiān)控模塊按預(yù)先設(shè)定的調(diào)度順序依次被執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)，其特征在于所述硬件監(jiān)控層通過問答機(jī)制建立；首先在主芯片和輔助芯片之間建立起對(duì)應(yīng)的問題和答案，當(dāng)通過輔助芯片提問時(shí)，主芯片反饋的答案與預(yù)設(shè)的答案不一致，斷開驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的動(dòng)力開關(guān)，強(qiáng)制其停止工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于并行結(jié)構(gòu)的汽車力矩安全架構(gòu)，包括上層控制器，該上層控制器包括主芯片以及輔助芯片，主芯片上集成有存儲(chǔ)區(qū)、力矩安全故障處理模塊以及相互并行計(jì)算的應(yīng)用層和監(jiān)控層，且應(yīng)用層和監(jiān)控層的相關(guān)數(shù)據(jù)均分別存儲(chǔ)于存儲(chǔ)區(qū)的相應(yīng)位置，而輔助芯片上則集成有硬件監(jiān)控層。因此，本發(fā)明采用監(jiān)控層對(duì)應(yīng)用層的每一個(gè)功能模塊的數(shù)據(jù)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控層的各功能模塊對(duì)應(yīng)用層相應(yīng)功能模塊的監(jiān)控結(jié)果，通過力矩安全故障處理模塊控制驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的運(yùn)行，因此，可以避免由于整車控制器硬件故障導(dǎo)致對(duì)動(dòng)力源的扭矩請(qǐng)求產(chǎn)生異常，進(jìn)而引發(fā)非期望的車輛加速或減速的危險(xiǎn)，從而保證整個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)能夠安全、可靠的工作。
文檔編號(hào)B60R16/023GK102320277SQ201110186798
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者張臻, 牛敬彬, 陳雷, 高曉杰 申請(qǐng)人:蘇州力久新能源科技有限公司