CN110281896A - 双控双冗余epb+p档备份的电控单元控制*** - Google Patents

双控双冗余epb+p档备份的电控单元控制*** Download PDF

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周堃妮
孟宪策
袁强
李立刚
郑航船
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Abstract

本发明公开了一种双控双冗余EPB+P档备份的电控单元控制***。包括插件，插件连接到整车控制器的接口；包括电源转换模块，经电源线和第一CAN总线连接到插件；包括第一第二MCU微控制器，一个经信号线连接到插件并和电源转换模块连接；另一个经电源线、P档控制线、信号线和第二CAN总线连接到插件；包括坡度传感器，集成于电控单元控制***中，连接第一第二MCU微控制器；包括左右电机驱动电路模块，连接第一第二MCU微控制器，左右电机驱动电路模块的输出端分别连接到左右电机，控制左右电机工作。本发明实现了双控双冗余驻车***的设计，实现了EPB功能的双备份和P档驻车功能备份。

Description

双控双冗余EPB+P档备份的电控单元控制***
技术领域
本发明涉及一种用于电动汽车驻车制动***中的电子控制单元模块，具体 说是用于电动汽车EPB双备份和实现P档驻车备份的电子控制单元模块，为了 完善EPB功能安全和电动汽车P档驻车功能而设计的双微处理器、双冗余电路 的电子控制单元。
背景技术
随着汽车行业对ISO26262功能安全要求越来越高，为了满足产品可靠性和 安全性要求，开发具有安全冗余的双控双冗余的EPB成为趋势，与此同时针对 电动汽车没有P档的机械式驻车功能，不具备P档驻车锁止机构的车辆,无法满 足GB21670以及ECER13H的要求，驻车制动需要做到P挡冗余设计。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，实现更高要求的驻车功能，本发明设计 了EPB+P档驻车双控双冗余电路，既满足ISO26262功能安全要求，又满足无P 档锁止机构的电动车实现P档驻车功能，增加EPB驻车***的可靠性。
为了解决背景技术中的问题，本发明设计的目的如下几点描述：
本发明***包含了接插件(信号输入输出接口)、两路独立的CAN总线模块 (第一CAN总线通讯模块、第二CAN总线通讯模块)、两个独立的高电压转低 电压的电源转换模块(一个连接第一MCU微控制器，另一个第二MCU微控制器 内部集成)、第一MCU微控制器(MCU1)、第二MCU微控制器(MCU2)、左电 机驱动电路模块(MOTOR Driver L)、右电机驱动电路模块(MOTOR Driver R)、 坡度传感器和EPB左右执行器。
具体为：
包括插件，插件连接到整车控制器的接口上；
包括电源转换模块，经电源线和第一CAN总线连接到插件；
包括第一MCU微控制器，经信号线连接到插件，并和电源转换模块连接；
包括第二MCU微控制器，经电源线、P档控制线、信号线和第二CAN总 线连接到插件，同时和第一MCU微控制器连接；
包括坡度传感器，坡度传感器集成于电控单元控制***中，分别和第一MCU 微控制器、第二MCU微控制器连接；
包括左电机驱动电路模块和右电机驱动电路模块，左电机驱动电路模块、 右电机驱动电路模块的输入端分别连接第一MCU微控制器、第二MCU微控制 器，左电机驱动电路模块和右电机驱动电路模块的输出端分别连接到左右电机， 控制左右电机工作。
第一CAN总线用于第一MCU微控制器与整车CAN总线进行通讯，第二 CAN总线用于第二MCU微控制器与整车CAN总线进行通讯。
第一CAN总线用于传输车速、四个轮速、发动机转速、发动机运行状态、 发动机扭矩、油门踏板位置和、档位位置开关、离合器位置状态信号、刹车踏 板、EPB报警灯等相关信号。
第二CAN总线用于传输速、四个轮速、发动机转速、发动机运行状态、发 动机扭矩、油门踏板位置和、档位位置开关、离合器位置状态信号、刹车踏板、 EPB报警灯等相关信号。
所述的第一MCU微控制器和插件之间的信号线分别为EPB开关信号 EPB_SWITCH、点火信号IGN、刹车信号BRAKE、整车相关信号Signal的信号 线。
所述的第二MCU微控制器和插件之间的信号线分别为EPB开关信号 EPB_SWITCH、点火信号IGN、刹车信号BRAKE的信号线。
所述的插件经两根电源线(第一电源线和第二电源线)到电源转换模块，电源 转换模块将高电压转换为低电压供给第一MCU微控制器，第一MCU微控制器 接收从插件输入的EPB开关信号EPB SWITCH、点火信号IGN、刹车信号 BRAKE、整车相关信号Signal以及来自坡度传感器的信号，经过第一MCU微 控制器处理输出驱动信号控制左电机驱动电路模块和右电机驱动电路模块，通 过判断电机回路电流来控制左右EPB电机。
所述的插件经另外两根电源线到第二MCU微控制器，第二MCU微控制器 接收从插件输入的EPB开关信号EPB SWITCH、点火信号IGN、刹车信号 BRAKE、P挡信号以及来自坡度传感器的信号，经过第一MCU微控制器处理 输出驱动信号控制左电机驱动电路模块和右电机驱动电路模块，通过判断电机 回路电流来控制左右EPB电机。
所述的整车相关信号Signal是指离合器行程传感器信号、档位信号。
第一MCU微控制器和第二MCU微控制器之间相互直接通讯；在第一MCU 微控制器正常工作情况下，第二MCU微控制器保持休眠，首先由第一MCU微 控制器来实现EPB的功能；当第一MCU微控制器失效情况下，由第二MCU微 控制器实现EPB的功能，若MCU2实现EPB驻车相关功能失效了，再由第二MCU微控制器实现P挡驻车；当左右电机驱动电路模块出现单边失效情况时， 首先由第一MCU微控制器实现单边驻车；若第一MCU微控制器失效，通过第 二MCU微控制器首先实现EPB的单边驻车，若第二MCU微控制器的EPB相 关功能均失效，再通过第二MCU微控制器实现P挡单边驻车。
所述的电源转换模块是一款集成CAN收发器、电源转换以及唤醒功能于一 体的电源模块。
第二MCU微控制器是一款集成电源转换、CAN收发器以及唤醒功能于一 体的芯片。
所述的左电机驱动电路和右电机驱动电路是一个带有电机故障检测、电机 失效保护的模块化电路。
本发明的有益效果是：
本发明实现了驻车制动***的双备份，一方面是在传统的EPB基础上实现 EPB功能的双备份，另一方面是针对没有P挡锁止机构的电动车，增加了P挡驻 车，提高了汽车驻车制动***的完整性、可靠性、安全性，降低了因驻车失效 引起的意外事故。
附图说明
图1是本发明的***结构框图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的电子控制器模块主要由插件、两路独立CAN总线通 信模块CAN1和CAN2、EPB开关信号、P档按钮信号、整车外部信号、信号处 理电路、独立的电源转换模块、两个MCU微控制器MCU1和MCU2、左右电 机驱动电路、左右电子驻车执行器组成。
具体实施如图1所示，包括：
包括插件1，插件1连接到整车控制器的接口上；
包括电源转换模块2，经两根电源线和第一CAN总线连接到插件1，电源 线用于供电，一根高电平，另一根低电平；
包括第一MCU微控制器3，经四根信号线连接到插件1，并和电源转换模 块2连接；
包括第二MCU微控制器4，经两根电源线、P档控制线、三根信号线和第 二CAN总线连接到插件1，同时和第一MCU微控制器3连接，电源线用于供 电，一根高电平，另一根低电平，P档控制线用处传输P档是否挂档的P档按 钮信号；
包括坡度传感器5，坡度传感器5集成于电控单元控制***中，分别和第一 MCU微控制器3、第二MCU微控制器4连接；
包括左电机驱动电路模块6和右电机驱动电路模块7，左电机驱动电路模块 6、右电机驱动电路模块7的输入端分别连接第一MCU微控制器3、第二MCU 微控制器4，左电机驱动电路模块6和右电机驱动电路模块7的输出端分别连接 到左右电机，控制左右电机工作。
插件1实际为一个插排，连接到整车控制器的接口上。
插件1经两根电源线(第一电源线和第二电源线)到电源转换模块2，电源转 换模块2将高电压转换为低电压供给第一MCU微控制器3，第一MCU微控制 器3接收从插件1输入的EPB开关信号EPB SWITCH、点火信号IGN、刹车信 号BRAKE、整车相关信号Signal以及来自坡度传感器5的信号，经过第一MCU 微控制器1处理输出驱动信号控制左电机驱动电路模块6和右电机驱动电路模 块7，通过判断电机回路电流来控制左右EPB电机。插件1经另外两根电源线(第 一电源线和第二电源线)到第二MCU微控制器4，第二MCU微控制器4接收从 插件1输入的EPB开关信号EPB SWITCH、点火信号IGN、刹车信号BRAKE、 P挡信号以及来自坡度传感器5的信号，经过第一MCU微控制器2处理输出驱 动信号控制左电机驱动电路模块6和右电机驱动电路模块7，通过判断电机回路 电流来控制左右EPB电机。
第一MCU微控制器3和第二MCU微控制器4之间相互直接通讯；在第一 MCU微控制器3正常工作情况下，第二MCU微控制器4保持休眠，首先由第 一MCU微控制器3来实现EPB的功能；当第一MCU微控制器3失效情况下， 由第二MCU微控制器4实现EPB的功能，若MCU2实现EPB驻车相关功能失 效了(例如：EPB开关失效、EPB相关功能网络输入信号和硬线信号失效)， 再由第二MCU微控制器4实现P挡驻车，即停车档(Parking Gear)驻车，从而实 现了EPB功能的双冗余工作和P挡备份功能；当左右电机驱动电路模块6、7出 现单边失效情况时，首先由第一MCU微控制器3实现单边驻车；若第一MCU 微控制器3失效，通过第二MCU微控制器4首先实现EPB的单边驻车，若第 二MCU微控制器4的EPB相关功能(例如：EPB开关失效、EPB相关功能网 络输入信号和硬线信号失效)均失效，再通过第二MCU微控制器4实现P挡单边驻车。
当整车驻车电路中由于蓄电池受到其他大功率用电器的干扰等因素造成了 大电流、高脉冲对电路冲击影响，造成了驻车电路的损坏和故障，导致其中的 元件或者期间失效，驻车功能无法工作，而通过本发明的控制***能稳定实现 驻车功能，实现汽车的正常使用，避免了事故发生。
失效情况包含有：1、内部程序运行失效，导致微控制器复位；2、温度过 高，元器件失效；3、EPB开关卡滞、整车信号输入失效；4、整车EMC环境超 标；5、CAN总线受到其他CAN节点干扰出现数据丢失、CAN BUSOFF等情况。
本发明EPB模块失效的结构措施包含：
1)具有两路独立的CAN网络，即第一CAN总线(CAN1)和第二CAN总线 (CAN2)，当CAN1失效时，CAN2仍可独立通信工作，整车CAN总线的整车控 制信号仍可通过CAN2输入到第二MCU微控制器4(MCU2)。
2)具有两个独立的电源转换模块，分别将整车高电压电源转换为低电压， MCU1由独立的电源转换模块2芯片供电，MCU2由自身内置的电源转换模块 供电，当电源转换模块2失效时，通过MCU2自身内置的电源模块从插件1接 收电压电源给MCU2自身供电，通过MCU2实现EPB功能。
3)具有两个MCU微控制器，即为MCU1和MCU2，在正常驻车情况下， MCU1能处理完成EPB的所有功能，当MCU1失效情况下，由MCU2实现EPB 所有功能或P挡驻车功能。
本发明所实现的工作过程如下：
1、EPB功能的双冗余工作：
在正常模式下，第二MCU微控制器4(MCU2)处于休眠模式，此时第一MCU 微控制器3通过第一CAN总线(CAN1)与整车CAN总线进行信号传输，EPB开 关、点火、刹车、制动踏板、整车相关信号Signal预留作为辅助、等整车相关 信号通过插件接口输入到第一MCU微控制器3(MCU1)，结合内置的坡度传感 器信号值，经过第一MCU微控制器3(MCU1)处理输出控制左右电机信号到驱 动电路，通过判断电机回路电流来驱动EPB左右电机执行器。
在第一MCU微控制器3(MCU1)失效模式下，即当第一MCU微控制器3相 关的某个模块失效时(例如第一CAN总线(CAN1)通信网络失效、电源转换模块 2失效或者第一MCU微控制器失效)，由备份的第二MCU微控制器4(MCU2) 工作，完全实现EPB的所有功能，获得了EPB备份功能，实现了EPB功能的 双冗余设计。
第二MCU微控制器4(MCU2)结合EPB开关信号EPB SWITCH、点火信号 IGN、刹车信号BRAKE、来自坡度传感器(5)的信号以及第二CAN总线的输 入信号处理判断获得EPB左右电机执行器工作的控制信号。P挡信号作为P挡 备份功能的控制保留。
2、EPB驱动电路交叉控制设计
MCU1可独立输出控制左右电机驱动电路模块6、7，MCU2也可独立输出 控制左右电机驱动电路模块6、7。
在正常模式下由MCU1输出控制左右电机驱动电路，当MCU1失效情况下， 由MCU2输出控制左右电机驱动电路。
具体实施中，当左右电机驱动电路中的单边电机驱动电路失效情况下，先 由MCU1输出控制另一边电机驱动电路，使得满足标准要求的8％坡度驻车力驻 车要求。若当MCU1也同时失效情况下，由MCU2输出控制另一边电机驱动电 路。
由此，本发明的技术方案下，MCU1和MCU2都能够独立输出控制左右电 机，实现了MCU1和MCU2交叉控制左右电机驱动电路，提高了EPB功能的可 靠性。
3、P挡驻车备份功能
当MCU1控制的EPB功能和MCU2控制的EPB备份功能都失效时(包含 接插件、外部EPB驻车开关、CAN网络输入信号无效、附图1中EPB的电控 单元内除了P挡信号和MCU2外各个模块的单点失效)，此时EPB已失效，第 二MCU微控制器4(MCU2)保留设置有最后备份的P挡实现驻车：在还有轮速 信号情况下，接收到P档驻车信号(通过P档开关或P档的触摸屏面板按钮输 入)，通过P档驻车备份功能将车辆完全驻车成功。

Claims (6)

1.一种双控双冗余EPB+P档备份的电控单元控制***，其特征在于：
包括插件(1)，插件(1)连接到整车控制器的接口上；
包括电源转换模块(2)，经电源线和第一CAN总线连接到插件(1)；
包括第一MCU微控制器(3)，经信号线连接到插件(1)，并和电源转换模块(2)连接；
包括第二MCU微控制器(4)，经电源线、P档控制线、信号线和第二CAN总线连接到插件(1)，同时和第一MCU微控制器(3)连接；
包括坡度传感器(5)，坡度传感器(5)集成于电控单元控制***中，分别和第一MCU微控制器(3)、第二MCU微控制器(4)连接；
包括左电机驱动电路模块(6)和右电机驱动电路模块(7)，左电机驱动电路模块(6)、右电机驱动电路模块(7)的输入端分别连接第一MCU微控制器(3)、第二MCU微控制器(4)，左电机驱动电路模块(6)和右电机驱动电路模块(7)的输出端分别连接到左右电机，控制左右电机工作。
2.根据权利要求1所述的一种双控双冗余EPB+P档备份的电控单元控制***，其特征在于：所述的第一MCU微控制器(3)和插件(1)之间的信号线分别为EPB开关信号EPB_SWITCH、点火信号IGN、刹车信号BRAKE、整车相关信号Signal的信号线。
3.根据权利要求1所述的一种双控双冗余EPB+P档备份的电控单元控制***，其特征在于：所述的第二MCU微控制器(4)和插件(1)之间的信号线分别为EPB开关信号EPB_SWITCH、点火信号IGN、刹车信号BRAKE的信号线。
4.根据权利要求1所述的一种双控双冗余EPB+P档备份的电控单元控制***，其特征在于：所述的插件(1)经两根电源线(第一电源线和第二电源线)到电源转换模块(2)，电源转换模块(2)将高电压转换为低电压供给第一MCU微控制器(3)，第一MCU微控制器(3)接收从插件(1)输入的EPB开关信号EPB SWITCH、点火信号IGN、刹车信号BRAKE、整车相关信号Signal以及来自坡度传感器(5)的信号，经过第一MCU微控制器(1)处理输出驱动信号控制左电机驱动电路模块(6)和右电机驱动电路模块(7)，通过判断电机回路电流来控制左右EPB电机；
所述的插件(1)经另外两根电源线到第二MCU微控制器(4)，第二MCU微控制器(4)接收从插件(1)输入的EPB开关信号EPB SWITCH、点火信号IGN、刹车信号BRAKE、P挡信号以及来自坡度传感器(5)的信号，经过第一MCU微控制器(2)处理输出驱动信号控制左电机驱动电路模块(6)和右电机驱动电路模块(7)，通过判断电机回路电流来控制左右EPB电机。
5.根据权利要求4所述的一种双控双冗余EPB+P档备份的电控单元控制***，其特征在于：所述的整车相关信号Signal是指离合器行程传感器信号、档位信号。
6.根据权利要求4所述的一种双控双冗余EPB+P档备份的电控单元控制***，其特征在于：第一MCU微控制器(3)和第二MCU微控制器(4)之间相互直接通讯；在第一MCU微控制器(3)正常工作情况下，第二MCU微控制器(4)保持休眠，由第一MCU微控制器(3)来实现EPB的功能；当第一MCU微控制器(3)失效情况下，由第二MCU微控制器(4)实现EPB的功能，若MCU2实现EPB驻车相关功能失效了，再由第二MCU微控制器(4)实现P挡驻车；当左右电机驱动电路模块(6、7)出现单边失效情况时，首先由第一MCU微控制器(3)实现单边驻车；若第一MCU微控制器(3)失效，通过第二MCU微控制器(4)首先实现EPB的单边驻车，若第二MCU微控制器(4)的EPB相关功能均失效，再通过第二MCU微控制器(4)实现P挡单边驻车。
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