CN101070805A - 用于发动机起动的安全软件层保护 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于车辆的发动机起动安全控制系统，该车辆具有由发动机驱动的变速器，该发动机起动安全控制系统包括第一模块和第二模块，第一模块基于内部模式开关(IMS)信号产生第一发动机起动标志，第二模块基于修正的IMS信号产生第二发动机起动标志。第三模块基于第一和第二发动机起动标志选择性地产生发动机起动允许信号。

Description

用于发动机起动的安全软件层保护
技术领域
本发明涉及车辆控制系统，并且更具体地涉及一种用于发动机起动的控制系统安全软件层保护。
背景技术
车辆可包括驱动动力传动系以推进车辆的内燃机。在某些情况下，动力传动系包括自动变速器，该自动变速器增大由发动机产生的驱动转矩。在发动机起动开始(即，使用起动电机的发动机的起动)的情况下，传统车辆使用开关确定变速器是否在非动力传递范围(例如，驻车(P)或空档(N))内。仅当变速器处于P或N位置时才允许发动机起动，否则(例如，当变速器在驱动档(D)或倒档(R))禁止起动。
在传统车辆系统中，多个控制模块中的一个可使用单独的P/N开关做出是否允许发动机起动的独立判断，该P/N开关连接到变速器的机械驻车机构。在这种系统中，保证正确的发动机起动信号的责任在于该特定的控制模块。控制器区域网(CAN)系统总是可靠的，因为可识别可靠传输的信号中的任何故障，并且禁止发动机起动。可导致发动机的不安全起动的故障源包括但不限于传感器故障、控制模块硬件故障和控制模块软件故障。
如果冗余传感器安全性要求高，则安全性要求高的系统中的传感器故障通常要求在系统设计中使用冗余传器。可用安全性要求高的微处理器构架检测控制模块硬件故障，并且存在用于这些构架的现有工业标准。可通过具有用于安全性要求高的变量的计算的次级路径防止控制模块软件故障。这些次级路径必须为被认为是安全性要求高的特征的特定特征具体地设计。TCM软件中的软件故障会导致发送到ECM的错误的CAN消息，这会导致当变速器处于动力流动状态(例如，D或R范围)中时，允许发动机起动。
发明内容
因此，本发明提供一种用于车辆的发动机起动安全控制系统，该车辆具有由发动机驱动的变速器。该发动机起动安全控制系统包括第一模块和第二模决，第一模块基于内部模式开关(IMS)信号产生第一发动机起动标志，第二模块基于修正的IMS信号产生第二发动机起动标志。第三模块基于第一和第二发动机起动标志选择性地产生发动机起动允许信号。
在另一个特征中，发动机起动安全控制系统还包括与变速器相联的范围选择器手柄和基于范围选择器手柄的位置产生IMS信号的传感器。
在另一个特征中，如果第一发动机起动标志和第二发动机起动标志都被设置，则第三模块产生发动机起动允许信号。
在另一个特征中，如果第一发动机起动标志未被设置，则第三模块产生发动机起动禁止信号。
在另一个特征中，如果在阈值时间后第二发动机起动标志未被设置，则第三模块产生发动机起动禁止信号。
在另一个特征中，发动机起动安全控制系统还包括第四模块，该第四模块基于IMS信号产生修正的IMS信号。
在另一个特征中，修正的IMS信号是IMS信号的二的补码。
本发明的其它方面的应用将从以下提供的详细说明而变得明显。应理解，详细说明和具体示例在指示本发明的优选实施例的同时仅是意在说明的目的，而不是意在限制本发明的范围。
附图说明
本发明将从详细说明和附图变得被更完全地理解，在附图中：
图1是实施本发明的发动机起动安全控制系统的车辆的功能方块图；
图2是示出通过发动机起动安全控制系统执行的示例性步骤的流程图；以及
图3是执行本发明的发动机起动安全控制的示例性模块的功能方块图。
具体实施方式
以下对优选实施例的说明本质上仅是示例性的，而决不是意在限制本发明及其应用或使用。为了清楚的目的，在附图中将使用相同的附图标记指示相同的的元件。如这里所使用的，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用、专用或成组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其它适当的部件。
现在参照图1，示出示例性车辆系统10。车辆系统10包括通过联接装置16驱动变速器14的发动机12。在变速器14包括自动变速器的情况下，联接装置16是变矩器。发动机12在气缸(未示出)内燃烧燃料和空气的混合物，以驱动可滑动地布置在气缸内的活塞。活塞驱动曲轴(未示出)以产生驱动转矩。通过节气门18吸入空气并且吸入到进气歧管20中，进气歧管将空气分配给单独的气缸。通过燃烧过程产生的废气通过排气歧管(未示出)排出到后处理系统(未示出)。
车辆系统10还包括起动电机26和电力系统28。起动电机26选择性地接合下文中详细说明的飞轮齿圈，以可转动地驱动曲轴。这样，在起动例程期间起动发动机12。电力系统28包括点火开关30、能量存储装置(ESD)32(例如蓄电池或超级电容器)、保险丝34和起动机继电器36。电力系统28使起动电机26能够基于操作者输入(例如，将点火开关转动到START(起动))接合并驱动飞轮齿圈。ESD 32通过保险丝34提供电力以驱动起动电机26。
设有范围选择器手柄40，该范围选择器手柄使操作者能够选择多个变速器范围中的一个。示例性的变速器范围包括但不限于作为非动力流动范围的驻车档(P)和空档(N)，以及作为动力流动范围的驱动档(D)和倒档(R)。
设有检测车辆操作条件的各种传感器。例如，节气门位置传感器(TPS)42响应于节气门的位置并基于节气门的位置产生信号。发动机RPM传感器44和进气歧管绝对压力(MAP)传感器46分别响应于发动机速度和进气MAP，并且基于发动机速度和进气MAP产生相应的信号。内部模式开关(IMS)48响应于范围选择器手柄的位置并且基于该位置产生IMS信号。
控制模块50基于各种车辆参数管理车辆系统的操作。示例性车辆系统10的控制模块50分别包括第一和第二子模块52、54(例如，分别为变速器控制模块(TCM)和发动机控制模块(ECM))。虽然TCM和ECM被示出为控制模决50的子模块，但可预见的是TCM和ECM可被设置为独立的控制模块。TCM和ECM经由控制器区域网(CAN)56通信。
控制模块50执行本发明的发动机起动安全控制。更具体地，TCM子模块52包括控制层和验证层，以确定是否实现安全性要求高的状态。如这里所使用的，术语控制层是指正常软件路径，而术语验证层是指次级或冗余软件路径。控制和验证层都使用ISM信号以分别产生发动机起动标志FSTARTCL和FSTARTVL。更具体地，如果控制层确定可允许发动机起动(即，变速器在P或N档)，则将FSTARTCL设置成TRUE(真)或设置成等于某个值(例如1)。如果控制层确定不可允许发动机起动(即，变速器不在P或N档)，则将FSTARTCL设置成FALSE(假)或设置成等于另一个值(例如0)。类似地，如果验证层确定可允许发动机起动，则将FSTARTVL设置成TRUE或设置成等于某个值(例如1)，而如果验证层确定不可允许发动机起动，则将FSTARTVL设置成FALSE或设置成等于另一个值(例如0)。
FSTARTVL的计算与FSTARTCL不同。计算之间的示例性的区别包括验证层处理修正的IMS信号(例如，原始IMS信号的二的补码)，并且与控制层处理IMS信号不同地处理修正的IMS信号。而且，在验证层中使用优化处理算法，该算法使IMS信号的防抖动(de-bouncing)最小，而控制层的防抖动算法较复杂。防抖动是指滤除或以其它方式忽略IMS信号中的抖动或跳动，该抖动或跳动由手柄位置在从另一个位置移动后的安放而产生。
当控制层输出指示允许发动机起动的信号时(即，将FSTARTCL设置成TRUE或FSTARTCL＝1)，验证层通过将其与FSTARTVL进行比较确认输出信号是否有效。更具体地，如果将FSTARTCL设置成TRUE或FSTARTCL＝1(即，控制层指示允许发动机起动)，并且验证层输出信号指示不允许发动机起动(即，将FSTARTVL设置成FALSE或FSTARTVL＝0)，则在阈值时间(tTHR)后设置失败标志(FFAIL)或将其设置成某一值(即，1)，这导致TCM的复位。如果控制层输出信号指示不允许发动机起动(即，将FSTARTCL设置成FALSE或FSTARTCL＝0)，则不需要验证层保护，因为发动机起动禁止状态固有地是安全状态。
本发明的发动机起动安全控制识别IMS的故障模式的健壮性(robustness)并使其最大化。IMS的故障模式使得采用两个电故障以错误地指示有效的错误状态。可依靠该事实代替电故障。而且，控制模块50具有安全性要求高的构架，该构架检测TCM硬件故障并命令TCM的安全复位。结果，需要被保护的故障仅是TCM软件中的故障。将通过如在下述示例性过程中的至少一个中实施的发动机起动安全控制来检测这些软件类型的故障，以提供防止错误的发动机起动的充分安全的设计。
根据第一示例性过程，验证层产生修正的IMS信号并基于其从编码表确定变速器范围(例如，P或N)。验证层基于变速器范围设置FSTARTVL。更具体地，如果变速器范围是P或N(即，非动力流动范围)，则将FSTARTVL设置成TRUE或设置成等于1，以指示允许发动机起动。根据下文产生FSTARTCL并与FSTARTVL进行比较：
如果FSTARTCL是TRUE(或1)并且FSTARTVL是TRUE(或1)，则起动计时器(t)；并且
如果t＜tTHR，则允许发动机起动；
否则禁止起动。
上述第一示例性过程可与控制层处理一起使用，该控制层处理防抖动IMS信号并发送出FSTARTCL，其中如果IMS传感器读到从P或N的转换，在一阈值时间周期内允许发动机起动，直到获得下一个有效范围(例如，P、R、N、D)为止。如果在获得有效的范围状态之前经过了阈值时间周期，则禁止发动机起动。
根据第二示例性过程，只要IMS信号一指示从P或N的转换，就立即将FSTARTCL设置成FALSE或0，以禁止发动机起动。一旦IMS信号稳定(即，在防抖动之后)，如果IMS检测到P或N处于稳定状态，则将FSTARTCL设置成TRUE或1。这可在允许噪声尖峰的情况下完成。如果FSTARTCL是TRUE或1，并且如果验证层基于IMS信号的二的补码确定范围既不是P也不是N，则验证层仅检查FSTARTVL并将其设置成FALSE或0。在验证层中不需要防抖动或计时器。因为IMS信号的防抖动已出现在控制层中并且信号已经稳定，所以当没有故障时，验证层中的IMS读数与控制层IMS读数相配。
现在参照图2，将详细说明通过发动机起动安全控制执行的示例性步骤。在步骤200中，控制确定是否希望发动机起动。如果不希望发动机起动，则控制返回。如果希望发动机起动，则控制在步骤202中将计时器(t)设置成零。在步骤204和206中，控制分别产生IMS信号和IMS信号的补码。控制分别在步骤208和210中确定FSTARTCL和FSTARTVL。
在步骤212中，确定FSTARTCL是否被设置。如果FSTARTCL未被设置(例如，等于零)，则控制在步骤214中继续。如果FSTARTCL被设置(例如，不等于零)，则控制在步骤216中确定t是否大于计时器阈值(tTHR)。如果t大于tTHR，则控制在步骤218中继续。如果t不大于tTHR，则控制在步骤220中暂时地允许发动机起动。这样，在短暂的时间段内允许发动机起动而与FSTARTVL无关，在所述时间段期间进行IMS信号的防抖动。在步骤222中，控制递增t并且返回到步骤216。
在步骤218中，控制确定FSTARTVL是否被设置。如果FSTARTVL未被设置(例如，等于零)，则控制在步骤214中禁止发动机起动，并且控制结束。如果FSTARTVL被设置(例如，不等于零)，则控制在步骤224中允许发动机起动，并且控制结束。
现在参照图3，将详细说明执行发动机起动安全控制的示例性模块。示例性模块包括控制层模块300、验证层模块302、信号处理模块304和管理监测模块(SMM)306。控制层模块300和信号处理模块304每个都接收IMS信号。控制层模块300处理IMS信号并基于其产生FSTARTCL。
信号处理模块304处理IMS信号并产生修正的IMS信号(IMS’)。例如，IMS’可以是原始IMS信号的二的补码或其它基于IMS的信号。验证层模块302处理IMS’并且基于其确定FSTARTVL。SMM 306基于FSTARTCL和FSTARTVL产生发动机起动允许信号和发动机起动禁止信号中的一个。
本领域的技术人员现在可从上述说明理解到，本发明的广泛教导可在各种形式中实施。因此，虽然已结合本发明的特定示例说明了本发明，但本发明的范围不应被如此限制，因为当研究附图、说明书和以下权利要求书时，其它变型对于本领域的技术人员将变得显而易见。

Claims (19)

1.一种用于车辆的发动机起动安全控制系统，所述车辆具有由发动机驱动的变速器，所述发动机起动安全控制系统包括：
第一模块，所述第一模块基于内部模式开关(IMS)信号产生第一发动机起动标志；
第二模块，所述第二模块基于修正的IMS信号产生第二发动机起动标志；以及
第三模块，所述第三模块基于所述第一和第二发动机起动标志选择性地产生发动机起动允许信号。
2.根据权利要求1所述的发动机起动安全控制系统，其特征在于，所述发动机起动安全控制系统还包括：
与所述变速器相联的范围选择器手柄；以及
基于所述范围选择器手柄的位置产生所述IMS信号的传感器。
3.根据权利要求1所述的发动机起动安全控制系统，其特征在于，如果所述第一发动机起动标志和所述第二发动机起动标志都被设置，则所述第三模块产生所述发动机起动允许信号。
4.根据权利要求1所述的发动机起动安全控制系统，其特征在于，如果所述第一发动机起动标志未被设置，则所述第三模块产生发动机起动禁止信号。
5.根据权利要求1所述的发动机起动安全控制系统，其特征在于，如果在阈值时间后所述第二发动机起动标志未被设置，则所述第三模块产生发动机起动禁止信号。
6.根据权利要求1所述的发动机起动安全控制系统，其特征在于，所述发动机起动安全控制系统还包括第四模块，所述第四模块基于所述IMS信号产生所述修正的IMS信号。
7.根据权利要求1所述的发动机起动安全控制系统，其特征在于，所述修正的IMS信号是所述IMS信号的二的补码。
8.一种在车辆中选择性地禁止发动机起动的方法，所述车辆具有由发动机驱动的变速器，所述方法包括：
基于内部模式开关(IMS)信号产生第一发动机起动标志；
基于修正的IMS信号产生第二发动机起动标志；以及
基于所述第一和第二发动机起动标志发出发动机起动禁止信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，与所述变速器相联的范围选择器手柄和传感器基于所述范围选择器手柄的位置产生所述IMS信号。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，如果所述第一发动机起动标志和所述第二发动机起动标志都被设置，则发出发动机起动允许信号。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，如果所述第一发动机起动标志未被设置，则发出所述发动机起动禁止信号。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，如果在阈值时间后所述第二发动机起动标志未被设置，则发出所述发动机起动禁止信号。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述IMS信号产生所述修正的IMS信号。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述修正的IMS信号是所述IMS信号的二的补码。
15.一种在车辆中选择性地允许发动机起动的方法，所述车辆具有由发动机驱动的变速器，所述方法包括：
基于范围选择器手柄的位置产生内部模式开关(IMS)信号；
修正所述IMS信号以提供修正的IMS信号；
基于所述IMS信号产生第一发动机起动标志；
基于所述修正的IMS信号产生第二发动机起动标志；以及
基于所述第一和第二发动机起动标志发出发动机起动允许信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，如果所述第一发动机起动标志和所述第二发动机起动标志都被设置，则发出所述发动机起动允许信号。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，如果所述第一发动机起动标志未被设置，则发出发动机起动禁止信号。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，如果在阈值时间后所述第二发动机起动标志未被设置，则发出发动机起动禁止信号。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述修正的IMS信号是所述IMS信号的二的补码。
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