CN111674265B - 一种电动自动驾驶汽车制动能量监控装置及方法 - Google Patents

一种电动自动驾驶汽车制动能量监控装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明创造提供了一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控装置，包括主控模块和监控模块，所述主控模块包括制动控制模块、安全减速度监控模块、电池剩余电量SOC监控模块；所述监控模块包括主监控模块、电流过流监控模块、看门狗模块。本发明能够满足功能安全的要求。实现对于机械制动和再生制动合理分配的监控，防止发生非预期的制动力不足；实现当汽车发生制动能量回馈时，对电源电池剩余电量的监控，避免发生电池过充以及瞬时电流过大，从而确保车辆在制动过程中达到安全状态。

Description

一种电动自动驾驶汽车制动能量监控装置及方法
技术领域
本发明创造属于安全监控技术领域，尤其是涉及一种电动自动驾驶汽车制动能量监控装置及方法。
背景技术
在电动自动驾驶汽车领域，利用再生制动产生的能量是节约能量、提高续驶里程行之有效的手段，具有显著的经济价值和社会效益。智能驾驶汽车电驱动***的储能装置是动力电池组，但是大多数蓄电池的能量密度低，储能量小，导致汽车续驶里程短，为了解决这个问题，很多智能驾驶汽车上都配有额外的辅助电源作为汽车电子设备动力源。传统辅助电源主要由主电源通过DC/DC转换器来充电，这样不仅增加了控制器的成本和复杂度，***的可靠性也很低。随着技术的发展，逐渐开发出一种主/辅电源能量回馈***，在原有单电源回馈的基础上增加辅助电源回馈环节，为汽车电子设备提供能量源，再生制动的能量同时回收到主辅两个电源，当辅助电源电量不足时，主电源还可通过功率变换器为其供电，从而最大程度利用再生制动的能量。但是能量回馈环节越多，电子器件构成越复杂，发生失效的可能性越大，对功能安全的要求就越高。如何在满足最大程度利用再生制动能量的同时，还能保证主、辅电源均不会出现过充现象，是一个重要的问题。同时，再生制动在不同的工况下，参与制动的程度不同，如何保证机械制动和再生制动的正确分配，防止非预期的制动力不足也是需要重点考虑的。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控装置及方法，提高了电动自动驾驶汽车再生制动的安全性，实现功能安全的要求。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控装置，包括主控模块和监控模块，
所述主控模块包括制动控制模块、安全减速度监控模块、电池剩余电量SOC监控模块；
所述制动控制模块用于传递整车制动需求到制动控制***，分析计算、分配整车所需制动扭矩，并能控制任意扭矩的关断；
所述安全减速度监控模块内置加速度比较模块，用于实时比较制动减速度值；
所述电池剩余电量SOC监控模块内置SOC比较模块，用于实时比较SOC值；
所述监控模块包括主监控模块、电流过流监控模块、看门狗模块；
所述主监控模块用于实时监控主控模块的工作状态及通讯情况；
所述电流过流监控模块用于监控实时再生制动回路的电流值；
所述看门狗模块用于监控并复位主控模块。
进一步的，所述制动扭矩有机械制动扭矩T1和再生制动扭矩T2两种模式，其中T2由电动机提供，同时电动机的再生能量可回收至主电源蓄电池和辅助电源蓄电池。
本发明还提供一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控方法，包括如下步骤：
(1)监控模块实时校验主控模块工作状态；
(2)监控模块实时监测CAN通信模块是否正常；
(3)安全减速度监控模块实时比较和诊断由减速度信号源传来的整车制动减速度以及通过车速信号计算得出的瞬时减速度，判断减速度检测信息是否有效；
(4)确定当前工况下的车辆减速度a0所在范围；
(5)确定当前工况下的车辆实际SOC值；
(6)正常制动时，如有再生制动发生，监控再生制动电流值；
(7)确定最后的状态。
进一步的，所述步骤(1)中，校验包括ROM校验、标准RAM校验、RAM校验、程序流校验和时钟校验；当不存在主控模块错误时，进入下一步骤；否则输出错误信号Error 0。
进一步的，所述步骤(2)中，监测包括CAN线中的CRC校验、帧格式检测、应答错误检测、位检测和位填充，当不存在CAN通讯模块错误时，进入下一步骤；否则输出错误信号Error 1。
进一步的，所述步骤(3)中，如果整车制动减速度a0与瞬时减速度a1的偏差在设定范围内，满足|a0-a1|＜0.3m/s2则判定减速度检测信息初步有效，否则判定减速度检测信息无效，输出一个减速度比较错误响应信号Error 2到制动控制模块。
进一步的，所述步骤(4)中，安全减速度监控模块实时将当前工况下的车辆减速度a0与比较值a00、a01进行比较，其中，a00＝1、a01＝3；
①当减速度a0＞a01，为紧急制动工况，此时若制动扭矩全部由机械制动T1提供，则为正常制动，否则输出一个扭矩错误执行信号Error Torque 1到制动模块111；
②当a00＜a0＜a01，为中轻度减速工况，此时若制动扭矩由机械制动T1和再生制动T2同时提供，进入步骤(5)；否则进行如下判断：若此时制动扭矩只有T1，则为正常制动，否则输出一个扭矩错误执行信号Error Torque1到制动模块；
③当减速度a0＜a00，为轻度制动或下长坡工况，此时若制动扭矩全部由再生制动T2提供，则进入步骤5)，否则输出一个扭矩错误执行信号Error Torque 2到制动控制模块。
进一步的，所述步骤(5)中，电池剩余电量SOC监控模块将主/辅电源蓄电池SOC值与主/辅电源蓄电池SOC上下限值进行实时比较，若SOC下限＜SOC＜SOC上限，则为正常制动，否则输出一个SOC值比较错误响应信号Error SOC到制动控制模块。
进一步的，所述步骤(6)中，监控模块负责监控再生制动电流值A1，防止瞬时回馈电流过大，导致电池受损或引发安全问题，当监控到瞬时电流过大A1＞A0，其中A0为瞬时临界电流，输出顺时电流过大信号Error Current到主控模块。
进一步的，所述步骤(7)中，当输出任何错误响应信号，则分别进入相应的安全状态。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控装置及方法具有以下优势：
本发明提供一种基于安全减速度和剩余电量的双监控型主/辅电源能量回馈制动监控方法，能够满足功能安全的要求。实现对于机械制动和再生制动合理分配的监控，防止发生非预期的制动力不足；实现当汽车发生制动能量回馈时，对电源电池剩余电量的监控，避免发生电池过充以及瞬时电流过大，从而确保车辆在制动过程中达到安全状态。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控装置的原理示意图；
图2-3为本发明创造实施例所述的一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控方法示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1-3所示，本发明提供一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控方法，制动减速度信号源输出整车制动信号到所述主控模块11，所述主控模块11包括制动控制模块111、安全减速度监控模块112、电池剩余电量SOC监控模块113；所述111模块用于传递整车制动需求到制动控制***，分析计算、分配整车所需制动扭矩，并能控制任意扭矩的关断；所述112模块内置加速度比较模块，用于实时比较制动减速度值；所述113模块内置SOC比较模块，用于实时比较SOC值。
所述监控模块12包括主监控模块121、电流过流监控模块122、看门狗模块123。所述121模块用于实时监控主控模块11的工作状态及通讯情况；所述122模块用于监控实时再生制动回路的电流值；所述123模块用于监控并在必要时复位主控模块11。
所述制动扭矩有机械制动扭矩T1和再生制动扭矩T2两种模式，其中T2由电动机提供，同时电动机的再生能量可回收至主电源蓄电池和辅助电源蓄电池。
该制动能量回馈监控方法包括以下步骤：
步骤1)所述监控模块12实时校验主控模块11工作状态。校验包括ROM校验、标准RAM校验、RAM校验、程序流校验和时钟校验等；当不存在主控模块错误时，进入下一步骤；否则输出错误信号Error 0。
步骤2)所述监控模块12实时监测CAN通信模块是否正常。监测包括CAN线中的CRC校验、帧格式检测、应答错误检测、位检测和位填充，当不存在CAN通讯模块错误时，进入下一步骤；否则输出错误信号Error 1。
步骤3)模块112实时比较和诊断由减速度信号源传来的整车制动减速度a0以及通过车速信号计算得出的瞬时减速度a1。如果a0与a1的偏差在一定范围内，满足|a0-a1|＜0.3m/s2则判定减速度检测信息初步有效，否则判定减速度检测信息无效，输出一个减速度比较错误响应信号Error 2到制动控制模块111；
步骤4)确定当前工况下的车辆减速度a0所在范围。所述安全减速度监控模块112，实时将当前工况下的车辆减速度a0与比较值a00、a01进行比较(a00＝1、a01＝3)，对于所述比较值：①当减速度a0＞a01，为紧急制动工况，此时若制动扭矩全部由机械制动T1提供，则为正常制动，否则输出一个扭矩错误执行信号Error Torque 1到制动模块111；②当a00＜a0＜a01，为中轻度减速工况，此时若制动扭矩由机械制动T1和再生制动T2同时提供，进入步骤5)；否则进行如下判断：若此时制动扭矩只有T1，则为正常制动，否则输出一个扭矩错误执行信号Error Torque 1到制动模块111；③当减速度a＜a00，为轻度制动或下长坡工况，此时若制动扭矩全部由再生制动T2提供，则进入步骤5)，否则输出一个扭矩错误执行信号ErrorTorque 2到制动控制模块111；
步骤5)确定当前工况下的车辆实际SOC值。所述电池剩余电量SOC监控模块113将主/辅电源蓄电池SOC值与主/辅电源蓄电池SOC上下限值进行实时比较(SOC下限＝10％、SOC上限＝90％)，若SOC下限＜SOC＜SOC上限，则为正常制动，否则输出一个SOC值比较错误响应信号Error SOC到制动控制模块111；
步骤6)正常制动时，如有再生制动发生，监控再生制动电流值A1。所述监控模块12负责监控再生制动电流值A1，防止瞬时回馈电流过大，导致电池受损或引发安全问题。当监控到瞬时电流过大A1＞A0(A0为瞬时临界电流)，输出顺时电流过大信号Error Current到主控模块11。
步骤7)确定最后的状态。当输出任何错误响应信号，则分别进入表1所示安全状态。
表1安全状态
Figure BDA0002502598030000081
综上，本实施例的主/辅电源制动能量回馈监控***，是一种基于减速度和电池剩余电量SOC的集中式功能安全监控方法。引入减速度信号源以实时监测整车制动减速度信息，通过减速度比较监控和电池剩余电量SOC比较监控来考量整车机械制动和再生制动比例分配控制的正确性。当发生非预期的再生制动时，将基于二者错误比较信号进行报错从而进行安全保护，实现了主/辅电源制动能量回馈集中式的监控，降低了对于终端制动控制器(发动机电子控制器、电机控制器)的功能安全等级要求，实现了功能安全等级降解，从而降低了监控***的复杂度和成本，并能够满足更高安全等级的***应用。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电动自动驾驶汽车制动能量监控方法，其特征在于：包括主控模块和监控模块，
所述主控模块包括制动控制模块、安全减速度监控模块、电池剩余电量SOC监控模块；
所述制动控制模块用于传递整车制动需求到制动控制***，分析计算、分配整车所需制动扭矩，并能控制任意扭矩的关断；
所述制动扭矩有机械制动扭矩T1和再生制动扭矩T2两种模式，其中T2由电动机提供，同时电动机的再生能量可回收至主电源蓄电池和辅助电源蓄电池；
所述安全减速度监控模块内置加速度比较模块，用于实时比较制动减速度值；
所述电池剩余电量SOC监控模块内置SOC比较模块，用于实时比较SOC值；
所述监控模块包括主监控模块、电流过流监控模块、看门狗模块；
所述主监控模块用于实时监控主控模块的工作状态及通讯情况；
所述电流过流监控模块用于监控实时再生制动回路的电流值；
所述看门狗模块用于监控并复位主控模块；
(1)监控模块实时校验主控模块工作状态；
所述步骤(1)中，校验包括ROM校验、标准RAM校验、RAM校验、程序流校验和时钟校验；当不存在主控模块错误时，进入下一步骤；否则输出错误信号Error 0；
(2)监控模块实时监测CAN通信模块是否正常；
所述步骤(2)中，监测包括CAN线中的CRC校验、帧格式检测、应答错误检测、位检测和位填充，当不存在CAN通讯模块错误时，进入下一步骤；否则输出错误信号Error 1；
(3)安全减速度监控模块实时比较和诊断由减速度信号源传来的整车制动减速度以及通过车速信号计算得出的瞬时减速度，判断减速度检测信息是否有效；
所述步骤(3)中，如果整车制动减速度a0与瞬时减速度a1的偏差在设定范围内，满足|a0-a1|＜0.3m/s2则判定减速度检测信息初步有效，否则判定减速度检测信息无效，输出一个减速度比较错误响应信号Error 2到制动控制模块；
(4)确定当前工况下的车辆减速度a0所在范围；
所述步骤(4)中，安全减速度监控模块实时将当前工况下的车辆减速度a0与比较值a00、a01进行比较，其中，a00＝1、a01＝3；
①当减速度a0＞a01，为紧急制动工况，此时若制动扭矩全部由机械制动T1提供，则为正常制动，否则输出一个扭矩错误执行信号Error Torque 1到制动控制模块；
②当a00＜a0＜a01，为中轻度减速工况，此时若制动扭矩由机械制动T1和再生制动T2同时提供，进入步骤(5)；否则进行如下判断：若此时制动扭矩只有T1，则为正常制动，否则输出一个扭矩错误执行信号Error Torque1到制动控制模块；
③当减速度a0＜a00，为轻度制动或下长坡工况，此时若制动扭矩全部由再生制动T2提供，则进入步骤5)，否则输出一个扭矩错误执行信号Error Torque 2到制动控制模块；
(5)确定当前工况下的车辆实际SOC值；
(6)正常制动时，如有再生制动发生，监控再生制动电流值；
(7)确定最后的状态。
2.根据权利要求1所述的一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控方法，其特征在于：所述步骤(5)中，电池剩余电量SOC监控模块将主/辅电源蓄电池SOC值与主/辅电源蓄电池SOC上下限值进行实时比较，若SOC下限＜SOC＜SOC上限，则为正常制动，否则输出一个SOC值比较错误响应信号Error SOC到制动控制模块。
3.根据权利要求1所述的一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控方法，其特征在于：所述步骤(6)中，监控模块负责监控再生制动电流值A1，防止瞬时回馈电流过大，导致电池受损或引发安全问题，当监控到瞬时电流过大A1＞A0，其中A0为瞬时临界电流，输出顺时电流过大信号Error Current到主控模块。
4.根据权利要求1所述的一种符合功能安全的电动自动驾驶汽车制动能量监控方法，其特征在于：所述步骤(7)中，当输出任何错误响应信号，则分别进入相应的安全状态。
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