CN113212335B - 底盘域控制器、局部集成式底盘域架构及车辆 - Google Patents

底盘域控制器、局部集成式底盘域架构及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种底盘域控制器、局部集成式底盘域架构及车辆，包括主处理器芯片，所述主处理器芯片被配置为包括：传感器数据集成处理模块，用于接收传感器数据，集成处理各个传感器及其他控制器输入的车辆状态数据，包括数据转换、校验及判定；车辆动力学集成计算模块，其内预设有至少一种整车动力学模型，该车辆动力学集成计算模块与传感器数据集成处理模块连接；以及执行器集成控制模块，用于根据所述本时间点及后续时间段的车辆运动学及动力学状态集成控制至少两个执行器，该执行器集成控制模块与车辆动力学集成计算模块连接。本发明解决了现有分散式底盘电子电气架构成本高、重量大、性能差及集中式底盘域安全性低、产业可行性差的问题。

Description

底盘域控制器、局部集成式底盘域架构及车辆
技术领域
本发明属于底盘技术领域，具体涉及一种底盘域控制器、局部集成式底盘域架构及车辆。
背景技术
随着汽车技术的发展和用户需求的提高，各种底盘电控***在汽车上的应用越来越广泛。制动电控如ABS（防抱死***）、ESC（电子稳定性控制***）、EPB（电子驻车***），转向电控如EPS（电动转向***）等已成为乘用车标配，其它底盘电控***如主动减震器、主动弹簧、主动稳定杆等应用也越来越多。
现有分散式底盘电子电气架构中各子***均包含专用控制器、传感器、执行器及线束等组件，因此成本高、重量大、空间占用多；除此以外各子***自身功能范围有限、相互协作有限，不利于达成整体最佳性能。为克服该问题，专利文献CN112407104A提出了一种集中式底盘域架构，即整个底盘领域的所有电控子***共用同一个控制器。这种理想化的架构具有性能好、成本低、重量小、主机厂主导等优点；但它具有下述两个缺陷以至于在工程实践中无法实现。1）制动及转向电控核心技术被少数几个供应商垄断；主机厂缺乏技术基础、资金及时间去消化现有制动及转向电控技术，因此难以进一步建立集中式底盘域。2）底盘各电控子***，特别是制动及转向电控***安全等级高。集中式底盘域控制器软硬件复杂，因此失效风险大，难以达成高安全等级。
因此，有必要开发一种新的底盘域控制器、局部集成式底盘域架构及车辆。
发明内容
本发明的目的是提供一种底盘域控制器、局部集成式底盘域架构及车辆，以解决现有分散式底盘电子电气架构成本高、重量大、性能差及集中式底盘域安全性低、产业可行性差的问题。
第一方面，本发明所述的底盘域控制器，包括主处理器芯片，以及分别与主处理器芯片连接的安全处理器芯片、电源芯片、驱动芯片和通讯接口；所述主处理器芯片被配置为包括：
传感器数据集成处理模块，用于接收传感器数据，集成处理各个传感器及其他控制器输入的车辆状态数据，包括数据转换、校验及判定；
车辆动力学集成计算模块，其内预设有至少一种整车动力学模型，所述整车动力学模型用于通过所述车辆状态数据计算出车辆本时间点的运动学及动力学状态并预估后续时间段的运动学及动力学状态，该车辆动力学集成计算模块与传感器数据集成处理模块连接；
以及执行器集成控制模块，用于根据所述本时间点及后续时间段的车辆运动学及动力学状态集成控制至少两个执行器，该执行器集成控制模块与车辆动力学集成计算模块连接。
可选地，所述主处理器芯片被配置为还包括：
智能驾驶协同模块，用于接收智能驾驶域规划的行驶轨迹指令、对该轨迹进行评估优化、将优化后的轨迹转换为车辆动力学状态及目标传递给传感器数据集成处理模块及车辆动力学集成计算模块，该智能驾驶协同模块分别与传感器数据集成处理模块、车辆动力学集成计算模块连接。
可选地，所述底盘域控制器还包括：分别与主处理器芯片连接的CAN收发器、CANFD收发器和接插件，以及与驱动芯片连接的MOSFET桥和继电器。
第二方面，本发明所述的一种局部集成式底盘域架构，包括底盘域控制器、制动电控***控制器、转向电控***控制器、至少一个底盘域传感器、至少一个底盘域执行器、至少一个制动电控***传感器、至少一个制动电控***执行器、至少一个转向电控***传感器和至少一个转向电控***执行器；
所述底盘域执行器用于接收并执行底盘域控制器发送的控制指令，调整汽车的状态；
所述底盘域传感器用于测量底盘域控制器所需的车辆状态信息；
所述底盘域控制器集成控制除制动及转向电控***以外的所有底盘电控***，该底盘域控制器通过硬线与底盘域传感器及底盘域执行器连接，用于处理传感器数据、计算车辆动力学状态并输出执行器控制指令；
所述制动电控***传感器用于测量制动电控***控制器所需的车辆状态信息；
所述制动电控***执行器用于接收并执行制动电控***控制器发送的控制指令，调整汽车的状态；
所述制动电控***控制器通过硬线分别与制动电控***传感器及制动电控***执行器连接，用于根据接收到的传感器数据生成制动电控***执行器控制指令；所述制动电控***控制器还通过公共CAN或CANFD或Ethernet与底盘域控制器及转向电控***控制器连接；
所述转向电控***传感器用于测量转向电控***控制器所需的车辆状态信息；
所述转向电控***执行器用于接收并执行转向电控***控制器发送的控制指令，调整汽车的状态；
所述转向电控***控制器通过硬线与转向电控***传感器和转向电控***执行器连接，用于根据接收到的传感器数据生成转向电控***执行器控制指令，所述转向电控***控制器还通过公共CAN或CANFD或Ethernet与底盘域控制器和制动电控***控制器连接；
其中：所述底盘域控制器采用如本发明所述的底盘域控制器。
第三方面，本发明所述的车辆，采用如本发明所述的底盘域控制器。
第四方面，本发明所述的车辆，采用如本发明所述的局部集成式底盘域架构。
本发明具有以下优点：
（1）现有分散式底盘电子电气架构中各个电控子***都包含专用控制器，而本发明所述的局部集成式底盘域架构仅包含三个控制器，即底盘域控制器、制动电控***控制器和转向电控***控制器，其中底盘域控制器集成控制除制动及转向电控***以外的所有底盘电控***。因此相比现有分散式底盘电子电气架构，所述局部集成式底盘域架构的控制器更少、线束更少、成本更低、重量更低、所占用空间更小、能耗更小。
（2）现有分散式的底盘电子电气架构中的每个控制器只控制一个子***，而本发明所述底盘域控制器包含车辆动力学集成计算、执行器集成控制等模块，可集成控制主动减震器、主动弹簧等多个子***，能够达成更优的整体性能。
（3）相比完全集中式底盘域架构，所述局部集成式底盘域架构将安全等级高、整车厂技术能力薄弱的制动及转向电控***独立于底盘域控制器之外，因此安全性更好、更易于工程化和产业化。
附图说明
图1为本实施例提供的一种局部集成式底盘域架构的示意图（含智能驾驶域控制器）；
图2为本实施例提供的一种底盘域控制器的功能框图；
图3为本实施例提供的一种底盘域控制器的硬件框图；
图中：1-底盘域控制器，101-传感器数据集成处理模块，102-车辆动力学集成计算模块，103-执行器集成控制模块，104-智能驾驶协同模块，105-主处理器芯片，106-安全处理器芯片，107-电源芯片，108-驱动芯片，109-MOSFET桥，110-CAN收发器，111-CANFD收发器，112-接插件，113-继电器，2-制动电控***控制器，3-转向电控***控制器，4-智能驾驶域控制器，5-底盘域传感器，6-底盘域执行器，7-制动电控***传感器，8-制动电控***执行器，9-转向电控***传感器，10-转向电控***执行器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例中，一种底盘域控制器，包括主处理器芯片105，以及分别与主处理器芯片105连接的安全处理器芯片106、电源芯片107、驱动芯片108和通讯接口（如：SPI串行外设接口、CAN、CANFD、Ethernet接口、蓝牙接口）。
如图2所示，所述主处理器芯片105被配置为：包括传感器数据集成处理模块101、车辆动力学集成计算模块102、执行器集成控制模块103和智能驾驶协同模块104。
传感器数据集成处理模块101用于接收传感器数据，集成处理各个传感器及其他控制器输入的车辆状态数据，包括数据转换、校验及判定。
车辆动力学集成计算模块102内预设有至少一种整车动力学模型，所述整车动力学模型用于通过所述车辆状态数据计算出车辆本时间点的运动学及动力学状态并预估后续时间段的运动学及动力学状态，该车辆动力学集成计算模块102与传感器数据集成处理模块101连接。
执行器集成控制模块103用于根据所述本时间点及后续时间段的车辆运动学及动力学状态集成控制至少两个执行器，该执行器集成控制模块103与车辆动力学集成计算模块102连接。
智能驾驶协同模块104用于接收智能驾驶域规划的行驶轨迹指令、对该轨迹进行评估优化、将优化后的轨迹转换为车辆动力学状态及目标传递给传感器数据集成处理模块101及车辆动力学集成计算模块102，该智能驾驶协同模块104分别与传感器数据集成处理模块101、车辆动力学集成计算模块102连接。
如图3所示，本实施例中，所述底盘域控制器1还包括：分别与主处理器芯片105连接的CAN收发器110、CANFD收发器111和接插件112，以及与驱动芯片108连接的MOSFET桥109和继电器113。
如图1所示，本实施例中，一种局部集成式底盘域架构，包括底盘域控制器1、制动电控***控制器2、转向电控***控制器3、至少一个底盘域传感器5、至少一个底盘域执行器6、至少一个制动电控***传感器7、至少一个制动电控***执行器8、至少一个转向电控***传感器9和至少一个转向电控***执行器10。
所述底盘域执行器6用于接收并执行底盘域控制器1发送的控制指令，调整汽车的状态。所述底盘域传感器5用于测量底盘域控制器1所需的车辆状态信息。所述底盘域控制器1集成控制除制动及转向电控***以外的所有底盘电控***，该底盘域控制器1通过硬线与底盘域传感器5及底盘域执行器6连接，用于处理传感器数据、计算车辆动力学状态并输出执行器控制指令。
所述制动电控***传感器7用于测量制动电控***控制器2所需的车辆状态信息。所述制动电控***执行器8用于接收并执行制动电控***控制器2发送的控制指令，调整汽车的状态。所述制动电控***控制器2通过硬线分别与制动电控***传感器7及制动电控***执行器8连接，用于根据接收到的传感器数据生成制动电控***执行器8控制指令；所述制动电控***控制器2还通过公共CAN或CANFD或Ethernet与底盘域控制器1及转向电控***控制器3连接。
所述转向电控***传感器9用于测量转向电控***控制器3所需的车辆状态信息。所述转向电控***执行器10用于接收并执行转向电控***控制器3发送的控制指令，调整汽车的状态。所述转向电控***控制器3通过硬线与转向电控***传感器9和转向电控***执行器10连接，用于根据接收到的传感器数据生成转向电控***执行器10控制指令，所述转向电控***控制器3还通过公共CAN或CANFD或Ethernet与底盘域控制器1和制动电控***控制器2连接。其中，所述底盘域控制器采用本实施例中所述的底盘域控制器1。
本实施例中，本局部集成式底盘域架构的核心特征为：底盘域控制器1、制动电控***控制器2、转向电控***控制器3三者分散，但底盘域控制器1集成控制除制动及转向以外的底盘电控***，实现局部集成式底盘域架构。
某个具体实施例的汽车配置有EPBi（集成式电子驻车及制动***）、EPS、CDC（电子阀式阻尼连续可调减振器***）及AS（空气弹簧***）四种底盘电控***，并采用如图1所示的局部集成式底盘域架构，该局部集成式底盘域架构包含CDC及AS，但未包含主动稳定杆及四轮驱动等***。其中，底盘域控制器1集成控制安全等级较低的CDC及AS，高安全等级的制动电控***控制器2及转向电控***控制器3独立于底盘域控制器1之外。在所述局部集成式底盘域架构中，如果底盘域控制器1或者底盘域传感器5失效，底盘域执行器6仍然能执行弹簧及减震器的基础功能，因而不影响整车的安全性。
如图1所示，底盘域控制器1集成控制CDC及AS，因此比传统分散式底盘电子电气架构节省一个控制器及相关线束，实现成本、重量、空间布置的优势。除此以外，底盘域控制器1集成控制CDC及AS并能通过公共CAN实现EPBi及EPS的域功能（EPBi及EPS的原始功能为非域功能，需要与CDC及AS等协作的功能为域功能，域功能由底盘域控制器1集成控制），因此可达更优秀的整体性能。
如图1所示，底盘域控制器1可进一步集成主动稳定杆、后轮主动转向、四轮驱动等更多底盘电控***，由此达成更好的成本、重量、布置及性能优势。当集成更多底盘电控***时，图1中的底盘域传感器5及底盘域执行器6都将相应增加。
如图1和图2所示，某个具体实例中，使用时，底盘域控制器1还通过公共CAN或CANFD或Ethernet与其他域控制器（比如：智能驾驶域控制器4）连接，底盘域控制器1与智能驾驶域控制器4之间还通过专用CANFD连接，该两个域控制器可协作实现车辆运动边界及约束识别、复杂工况下的车辆循迹控制等功能。底盘域控制器1内的传感器数据集成处理模块101用于接收并处理底盘域、制动电控***、转向电控***及其他域控制器（如智能驾驶域）输入的车辆状态信号，包括信号转换、校验、判定及外发。车辆动力学集成计算模块102包含悬架运动学实时计算模型、天棚地棚模型、单轨模型、14自由度双轨模型等多种车辆动力学模型，这些模型可通过传感器数据集成处理模块101传递的车辆状态信号计算出车辆本时间点的动力学状态并预估后续时间段的动力学状态。执行器集成控制模块103根据所述本时间点及后续时间段的车辆动力学状态集成控制底盘***的多个执行器，达成整车最佳行驶性能、主动安全、循迹控制等目标。智能驾驶协同模块104将智能驾驶域的指令（如循迹目标）及状态（如驾驶员意图）输入给传感器数据集成处理模块101及车辆动力学集成计算模块102，并将对方计算出的车辆本时间点及后续时间段车辆动力学状态反馈给智能驾驶域。
如图1所示，某个具体实例中，底盘域传感器5包括簧下加速器传感器、车身高度传感器和车速加速度传感器，底盘域执行器6包括气泵总成、气压分配阀总成和减震器电磁阀（气泵总成、气压分配阀总成和减震器电磁阀是主动弹簧和主动减震器的执行部件，它们接受图2中的主动弹簧及主动减震器控制指令输出并作出相应动作）。制动电控***传感器7包括轮速传感器和惯性传感器，制动电控***执行器8包括EPBi执行机构总成和驻车卡钳，转向电控***传感器9包括扭矩传感器和转角传感器，转向电控***执行器10包括助力器电机。
如图2所示，某个具体实例中，传感器数据集成处理模块101接收的输入信号包括底盘域传感器数据输入、制动电控***状态输入和转向电控***状态输入。智能驾驶协同模块104接收的输入信号包括智能驾驶域状态及指令输入。智能驾驶协同模块104的输出信号包括车辆动力学状态输出。执行器集成控制模块103输出的信号包括制动电控***域功能控制指令输出、转向电控***域功能控制指令输出、主动减震器控制指令输出和主动弹簧控制指令输出。
本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的底盘域控制器1。
本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的局部集成式底盘域架构。

Claims (4)

1.一种局部集成式底盘域架构，其特征在于：包括底盘域控制器（1）、制动电控***控制器（2）、转向电控***控制器（3）、至少一个底盘域传感器（5）、至少一个底盘域执行器（6）、至少一个制动电控***传感器（7）、至少一个制动电控***执行器（8）、至少一个转向电控***传感器（9）和至少一个转向电控***执行器（10）；
所述底盘域执行器（6）用于接收并执行底盘域控制器（1）发送的控制指令，调整汽车的状态；
所述底盘域传感器（5）用于测量底盘域控制器（1）所需的车辆状态信息；
所述底盘域控制器（1）集成控制除制动及转向电控***以外的所有底盘电控***，该底盘域控制器（1）通过硬线与底盘域传感器（5）及底盘域执行器（6）连接，用于处理传感器数据、计算车辆动力学状态并输出执行器控制指令；
所述制动电控***传感器（7）用于测量制动电控***控制器（2）所需的车辆状态信息；
所述制动电控***执行器（8）用于接收并执行制动电控***控制器（2）发送的控制指令，调整汽车的状态；
所述制动电控***控制器（2）通过硬线分别与制动电控***传感器（7）及制动电控***执行器（8）连接，用于根据接收到的传感器数据生成制动电控***执行器（8）控制指令；所述制动电控***控制器（2）还通过公共CAN或CANFD或Ethernet与底盘域控制器（1）及转向电控***控制器（3）连接；
所述转向电控***传感器（9）用于测量转向电控***控制器（3）所需的车辆状态信息；
所述转向电控***执行器（10）用于接收并执行转向电控***控制器（3）发送的控制指令，调整汽车的状态；
所述转向电控***控制器（3）通过硬线与转向电控***传感器（9）和转向电控***执行器（10）连接，用于根据接收到的传感器数据生成转向电控***执行器（10）控制指令，所述转向电控***控制器（3）还通过公共CAN或CANFD或Ethernet与底盘域控制器（1）和制动电控***控制器（2）连接；
其中，所述底盘域控制器（1）包括主处理器芯片（105），以及分别与主处理器芯片（105）连接的安全处理器芯片（106）、电源芯片（107）、驱动芯片（108）和通讯接口；其特征在于：所述主处理器芯片（105）被配置为包括：
传感器数据集成处理模块（101），用于接收传感器数据，集成处理各个传感器及其他控制器输入的车辆状态数据，包括数据转换、校验及判定；
车辆动力学集成计算模块（102），其内预设有至少一种整车动力学模型，所述整车动力学模型用于通过所述车辆状态数据计算出车辆本时间点的运动学及动力学状态并预估后续时间段的运动学及动力学状态，该车辆动力学集成计算模块（102）与传感器数据集成处理模块（101）连接；
以及执行器集成控制模块（103），用于根据所述本时间点及后续时间段的车辆运动学及动力学状态集成控制至少两个执行器，该执行器集成控制模块（103）与车辆动力学集成计算模块（102）连接。
2.根据权利要求1所述的局部集成式底盘域架构，其特征在于：所述主处理器芯片（105）被配置为还包括：
智能驾驶协同模块（104），用于接收智能驾驶域规划的行驶轨迹指令、对该轨迹进行评估优化、将优化后的轨迹转换为车辆动力学状态及目标传递给传感器数据集成处理模块（101）及车辆动力学集成计算模块（102），该智能驾驶协同模块（104）分别与传感器数据集成处理模块（101）、车辆动力学集成计算模块（102）连接。
3.根据权利要求1或2所述的局部集成式底盘域架构，其特征在于：所述底盘域控制器（1）还包括：分别与主处理器芯片（105）连接的CAN收发器（110）、CANFD收发器（111）和接插件（112），以及与驱动芯片（108）连接的MOSFET桥（109）和继电器（113）。
4.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求1至3任一所述的局部集成式底盘域架构。
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