CN101137529A - 电子机动车辆制动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机动车辆制动控制装置，它包括具有电子制动调节器的常规功能组和特别是固定地与调节器连接的液压单元，其中电子调节器包含冗余或者部分冗余的、具有多个中央计算单元(CPU)的微处理器系统，其中常规的功能组包括至少用于防打滑控制的控制和调节策略。所述控制装置还包括通常情况为外部的机动车辆乘客保护安全系统的非常规硬件和软件功能组，所述安全系统特别不直接介入行驶动力，即，是被动的。所述功能组集成到机动车辆制动控制装置的周围环境中，这里周围环境是指，待集成的非常规硬件和软件功能组至少设置在紧靠常规电子制动调节器的附近。
Description
技术领域
本发明涉及一个如权利要求1的前序部分所述的用于机动车辆的电子制动控制装置。
背景技术
用于机动车辆制动系统的电子控制装置是广泛公知的并且除了防抱死系统(ABS)的功能以外越来越多地还提供多种附加的功能，例如加速防滑控制(ASR)和电子制动分配(EVB)，但是也包括用于主动行驶安全性的功能，如电子稳定(控制)程序(ESP)。
ABS、ARS和EVB可以视为纵向动态调节的安全性装置，而ESP用于提高对机动车辆进行横向动态控制中的安全性。特别是ESP系统由于其与司机无关的制动干涉或甚至转向干涉(新一代ESP)比上述控制装置更多地理解为主动安全系统。
此外，在被动安全领域中使用各种气囊装置，所述气囊装置多数会导致，在机动车辆内部设置用于控制气囊的专门的电子控制装置和执行器。这些控制装置经常也用于控制其它被动的安全系统，如可张紧的安全带、可激活的翻车防护栏(
)、自动关窗器等，并且除了主处理器以外通常还包括较小的辅助处理器，它用计算机的方式检验部分主功能(所谓的1.5核心系统)的部件。包含在目前的用于被动安全系统的控制装置中的微处理器系统通常不能满足必须对现代的ESP制动控制装置提出的故障安全性的要求。
在机动车辆电子领域中已经进行了各种尝试，将电子部件集成在共同的控制装置中以节省成本。但是这经常由于现有的故障方案与要待集成功能的硬件需求不能相互兼容/匹配而不能成功。
利用大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司的主动-被动集成原则(APIA)实现另一中集成思想。在APIA中，存在由不同的联网的控制装置组成的、中央控制的系统组合，所述控制装置在处理危险状况时主动向驾驶员提供辅助。在此一个主要方面是，有效地利用在事故和与其存在因果关系的驾驶员反应之间通常不可利用地逝去的时间，以至少在发生不可能避免的事故时能够实现对于乘员或者其它参与事故的人员实现尽可能好的保护。为此，APIA基于机动车辆中存在的电子系统之间的数据交换，所述系统获得关于驾驶员活动(行为)、机动车辆状态和机动车辆环境的信息。
除了由此得到的控制程序(软件功能组)集成以外，也已经存在关于相应硬件(硬件功能组件)集成方面的原则。对于这种情况，DE 101 07 949B4(Temic，AT20.02.2001)描述了气囊控制装置与制动控制装置的传感器的组合在原理上的可能性。根据所描述的示例，与以前一样，设置了制动系统的电子装置与气囊控制装置的电子装置在空间上的分离。
在DE 44 36 162 C1(Siemens AT10.10.1994)中简短地建议一种ESP调节系统，其中气囊控制装置和ESP系统布置在机动车辆中心位置的共用壳体内。在这里重要的也是，在中心位置上完成控制装置的布置。这意味着，控制装置例如必须设置在驾驶员座位的下面。因此可以认定，在这种解决方案中至少制动系统的液压部件仍要保留设置在发动机室中。
在目前的、装备有相应的用于可靠运行的装置的、用于制动系统或者行驶动力调节系统的电子电路中，用于被动安全系统或约束系统的电路还安置在分开的控制装置中。在受调节的制动技术领域中，用于行驶动力系统和制动系统的控制装置多重地与制动系统的液压系统和发动机连接成按照磁塞/磁性插接件(Stecker)原理的单元，据此必需的阀线圈和插入该线圈中的阀座设置在分开的、相互连接的壳体区域内。但是在批量的机动车辆中，用于ESP系统的传感器包括必需的分析处理电子装置多数还布置分开的、设置在乘客区(Fahrgastzelle)的范围内的壳体中，因为要将这种敏感的传感器集成在制动系统的电子控制装置中由于安装位置和所存在的振动在技术上是困难的。控制起动气囊(或者其它被动安全系统)必要的控制装置通常同样设置在乘客区里面。在车辆中控制装置之间的通信通过适合的数字网络(例如CAN总线)实现。
上述提高主动和被动行驶安全性的机动车辆控制装置在空间上分开的布置是特别不利的，因为部分地用于相同物理参数的传感器多重地存在(例如加速度传感器或者甚至横摆率/偏转率(Gierrate)传感器)。相应的情况也适用于由执行驱动器和执行器组成的执行机构。因此对所出现的故障的反应与基本的理论在目前装备有复杂的安全系统的机动车辆中种类过于繁多并很少相互协调。另一个缺点在于公知的被动安全系统中故障保险性的程度，这(个缺点)是由于在相应的控制装置中只有限地存在安全的微处理器系统。
发明内容
本发明主要涉及相关缺点的克服。因此本发明的目的是，克服由多个分布在机动车辆中的具有至少部分不同的安全设计方案的控制装置组成的、总体上看来不同种类(heterogen)的主动-被动安全系统的缺点，并在同时在考虑整个系统的高故障安全性的情况下降低成本和复杂性。
现在本发明涉及一种如权利要求1所述的可实现所述目的的电子控制装置。
本发明由这样的考虑出发，即，主要具有ABS、ESP或者甚至EHB(线控制动(brake by wire))功能的机动车辆制动系统大批量地存在于市场中，所述功能可满足冗余度、故障识别、故障处理和故障容差/容错性方面的高要求。本发明按照所要求的解决方案实现了将在电子制动领域内尽可能高的安全性标准转用到被动安全系统，如气囊、安全带张紧器等上。
按照本发明的解决方案的一个示例，将对于安全性关键的机动车辆控制系统，如ABS/ESP控制装置和气囊控制装置，组合在共同的控制装置或空间上紧密相邻的区域内，其中按照本发明同时能够实现负责冗余度和/或安全性方案领域的电子元件的成本降低。
按照本发明的机动车辆制动控制装置包括电子调节器中的常规功能组(件)以及特别是固定地与调节器连接的液压单元。电子调节器包含冗余的或者部分冗余的、具有多个中央处理单元(CPU)的微处理器系统(μP)。常规的功能组包括至少用于防打滑控制(ABS)、但是尤其也用于电子稳定程序(ESP)的控制和调节策略/思想(Philosophie)。功能组除了硬件元件以外也包括对于功能必需的软件部分。
即，按照本发明的控制装置最好是完全集成的系统，其中调节器壳体(ECU)和液压组件(HCU)固定地、尤其是按照公知的液压塞(Stecker)原理相互连接。因此用于液压阀的阀线圈最好设置在调节器壳体中并且带有阀顶杆的阀座从阀体突出。按照这个优选的实施形式，控制装置设计成通过合并ECU与HCU使线圈套插在阀座上，由此得到一体的控制装置组件，该组件特别是附加地具有用于设置在阀体中的液压泵的马达。
按照本发明，所述机动车辆制动控制装置还包括通常(在其它情况下)是外部的机动车辆乘客保护安全系统的非常规电子硬件和软件功能组，如元器件、计算机、存储器、传感器和执行器，以及控制和调节策略，如算法和/或软件功能组，所述机动车辆乘客保护安全系统尤其不直接介入行驶动力，即是被动的。非常规功能组(硬件组/软件程序，软件策略，软件功能)也包括例如气囊控制装置、安全带张紧器、自动翻车防护栏、自动关窗器等功能组。
按照本发明非常规功能组集成到机动车辆制动控制装置的周围环境(Umfeld)中，这里周围环境是指，将待集成的非常规功能组件至少紧密地设置在常规电子制动调节器的附近。
在按照本发明的控制装置中，非常规的部件特别是至少集成在电子控制装置的内部，或者甚至特别优选完全集成到机动车辆制动控制装置的调节器壳体内。
按照本发明的微处理器系统是故障保险的，因为它具有复杂的冗余设计方案，并且包括两个或多个中央(处理)单元(微处理器核心或者CPU)，所述单元为了识别故障而相互监控。例如可以使系统按照完全冗余、非对称冗余的原理或者按照核心冗余的原理工作。这里，双核心的冗余设计方案在故障情况下通常这样设计，即，断开整个系统。为此例如在故障时断开制动控制装置的阀的供电。但是按照另一示例也可以使用复杂的、多于两个核的系统，所述系统通常可以用其余的计算机核心对一个核心范围内的故障进行容错。所述复杂的系统通常设计成不关闭的，即设计成自持的。上述的三核心或多核心系统尽管容错能力明显较过，但是由于较高的芯片面积需求和功能范围也在制造中相应地较昂贵。现在按照本发明优选在冗余设计方案上这样来设计微处理器系统的硬件，即，使得在故障情况下完全切断该系统，或者在故障情况下按紧急运行的方式继续工作。
在本身已知的全冗余微处理器系统中，存在双重或多重的中央单元和运行必需的功能组，如存储器、I/O等。但是这种全冗余的系统对于机动车辆工业来说成本过高。按照本发明的思想，如果例如采用本身已知的核心冗余原理，能够明显降低集成系统的制造成本。按照核心冗余设计方案只是核心为双重的，但是必需的存储器芯片面积不是双重的。缺少的未加倍的存储器仅借助于适当的硬件措施通过奇偶校验信息来保证。还已知混合类型，这种类型组合了双核心系统的核心冗余原理和三核心系统中可紧急运行的冗余原理。关于无紧急运行能力的多核心微处理器系统可参阅文献DE4341082(P7583)、WO97/06487(P7959)以及WO99/35543(P9131)，关于有紧急运行能力的情况可参阅WO98/48326(P9009)以及WO98/48326(P9010)。
因此优选这样设计微处理器系统冗余的原理，即，使这个系统或者按照对称冗余原理或者按照非对称冗余原理、尤其是按照核心冗余原理工作。
但是也可以将两个具有不同运行能力的CPU相互连接。这种原理以“非对称冗余”的概念所公知，如同由EP 0 611 352 B1(P 7255)所述的那样，并且意味着，较小的检验处理器简化地重复主处理器的调节功能的一部分。尽管从原理上能够并因此也可以有选择地优选将非对称冗余的微处理器系统应用在按照本发明的微处理器系统上。但是由此会导致软件复杂性的提高，这在当前的系统中多数对硬件的节省效果形成过渡补偿。因此按照本发明，上述具有相同CPU但不同存储器配置的核心冗余系统是特别优选的，它们通过总线耦合单元(总线驱动器)相互间不仅在输入和输出端相互通信，而且也在命令和数据层面上相互通信。
按一优选的实施形式，所述电子调节器包括故障保险的微处理器系统以及ABS控制装置最重要的基本部件。在此，所述电子调节器包括具有下面功能组的微控制器：
a)冗余设计的微处理器系统，
b)一个或多个混合的模/数转换电路，用于控制起动用于机械约束系统的有效执行器，尤其是发火管(Squib)等，
c)用于执行器控制起动的冗余断开电路(例如一个或两个主断路元件，如主驱动器或安全开关)和
d)独立(autark)的供能单元。
ABS控制装置的上述基本部件不仅是通过下列结构组件来限定：
A)用于处理多个车轮转速传感器的输入信号的装置，
B)用于磁线圈或者尤其也是用于附加的电磁液压阀的线圈的驱动输出，
C)尤其是一个或多个压力传感器输入，以及
D)用于警示灯的控制起动驱动器。
所述用于机械约束系统的执行器优选是所谓的发火管，它可以理解为例如用于气囊或安全带张紧器的点火装置。
术语“独立的供能单元”或者也称为独立的电路在本发明的用语中可以理解为驱动器或者蓄能器，这里也可以是驱动器组件或者蓄能器组件。作为驱动器例如可以考虑采用充电泵，作为蓄能器可以合理地采用电容、蓄电池或干电池，它们可以在短时间内提供用于点燃发火管所需的能量并且适于必要时至少短时间地向电路供给功能必需的能量。
所述微处理器系统优选包括非常规的功能组：
e)至少一个气囊加速度传感器或者气囊加速度传感器网络，和
f)至少一个用于加速度传感器的监控电路。
作为非常规硬件功能组的执行器通常可以使用所有目前用在被动和主动安全系统中的执行器。在气囊约束系统的情况下，这优选是用于由一个或多个爆发(pyrotechnisch)单元(Zelle)组成的点火单元(“Firing”-单元)的驱动器。因此按照本发明在控制装置中使用一个或多个驱动器，根据本发明，这里所述驱动器适宜地与其余的电子装置相集成。
所述微处理器系统优选包括至少一个安全性执行器驱动器，尤其是
g)至少一个气囊点火驱动器，和/或
h)至少一个用于安全带张紧器的驱动器。
与本发明相结合提及的“集成”可以理解为逐步式的、多级优选的集成。即，在第一优选集成级中，待集成的非常规功能组(软件和/或硬件部件)位于控制装置的周围环境的范围内，在其中包括常规的功能组件。由此认为，待集成的功能组位于紧靠控制装置的附近，由此有利地只需短的导线路程。
在更优选的第二集成级中，待集成的功能组机械地与控制装置相连、例如以凸缘连接的壳体形式或者通过插接件与控制装置直接可拆卸或者特别是不可拆卸地连接。其优点是，可以省去通常必需的总线电缆的主要部分。
在更优选的第三集成级中，待集成的功能组位于电子控制装置的内部或者尤其位于机动车制动控制装置的电子调节器壳体的内部。由此保护功能组免受环境影响，并且得到由阀体和电子调节控制装置壳体组成的总装置的紧凑的结构形式。
在特别优选的第四集成级中，待集成的功能组位于具有制动控制装置芯片的共同的导体带(Leiterbahn)载体上。其优点是，所述电子结构部件可以较经济地在共同的制造方法中制成。由此同样节省结构空间。
在特别优选的第五集成级中，待集成的功能组是与制动控制装置构件一起形成的芯片组的组成部分。由此可以实现，现有功能组可以运行可靠地共同利用其它硬件功能组，如A/D转换器，只要根据故障方案这是合理的。这种形式的一个适宜的变型是，带有微处理器系统的高度集成的电路安置在第一芯片(MCU)上，而带有必要的逻辑算法(Logik)的功率电路安置在另一第二芯片(PCU)上。在这个变型中，所述驱动器和安全系统的输入电路一起集成在第二芯片中。
在最后一个优选的第六集成级中，待集成的非常规功能组与制动控制装置的常规功能组基本集成在一共同的芯片上。这里，这不是一定在一块半导体材料上进行，例如以倒装芯片(Flip-Chip)技术，但是这样做是特别适宜的。第六集成级使得能够以特别大的产量以较低的单位晶片材料消耗进行制造。
如果按照电子控制装置的另一个优选实施形式共同微处理器系统
i)利用共同的模/数转换器，该模/数特别是设计成冗余的，并且不仅处理用于制动器调节/控制的输入信号而且处理用于安全系统的输入信号，
则可以实现对整个系统的进一步简化。
按照本发明的、这样形成的集成机动车辆制动系统的优点是，能够多次利用现有的功能组。由此总体上减少了硬件和软件功能组的数量。
此外还存在这样的优点，即，具有多个中央单元的微处理器系统的冗余设计方案(例如按照核心冗余的原理)也可以用于非常规的功能组。由此实现被动安全系统较可靠的运行。
集成的、按照本发明的制动控制装置还具有这样的优点，即由于较短的数据连接能够以较高的速度实现现有的软件功能组之间的数据交换。这样，能够更好地实施例如用于所谓的碰撞前功能/函数的、复杂的行驶状态评估分析算法。由此得到例如有助于缩短制动距离的制动功能。
由从属权利要求和下面对附图的描述得出其它优选的实施形式。
附图说明
下面借助于示例详细描述本发明。附图中：
图1示出一个具有用于故障保险的制动控制装置的电路布置的电路布置，
图2示出一个具有制动控制装置的主要元件和用于安全系统的主要元件的电路布置的示意图，所述元件集成在一共同的芯片上。
具体实施方式
在半导体材料2上，主要组装有冗余的微控制器系统20、逻辑元件27、电源15和功率驱动级21、22、23(具体地，中具有脉冲宽度调制的控制起动装置的阀驱动器21、其它的阀驱动器22和继电器驱动器23)和空间上分开的检验处理器24、25(监控器(watch dog))以及供电IC(集成电路)15、15’。这要求使用现代的半导体工艺，这种工艺至少部分地允许具有“混合-信号”能力的硬件结构。此外在IC15上还设置有半导体主继电器，利用该继电器可以中断阀门线圈的电流输入。此外，还设有输入/输出单元26，利用该单元例如可以控制起动ABS制动系统的警示灯WL。
微处理器系统20包括两个中央单元21并根据核心冗余的原理构成。即，两个微控制器的存储器不仅是双倍的，而且只要可能存在冗余原因，至少能够去除部分冗余存储器。去除的存储器部分通过冗余存储器范围相关联的相应硬件检验功能来保证。通过串联总线1，微处理器20与其它芯片区域相连以进行交换数据，或者以控制起动用于执行器的驱动器21、22、23。
图2中的、其中被动安全系统的非常规功能组集成在半导体材料3上的电路布置的主要元件在常规的ABS/ESP功能组方面对应于图1中的电路布置的元件。集成的非常规功能组主要是硬件逻辑元件和功率驱动器，即，非常规被动系统的软件功能组在微处理器系统20中共同处理。这主要是驱动器级9，所述驱动器级为了控制起动气囊4、安全带张紧器5以及必要时其它执行器6而一起集成在芯片上。还存在附加的传感器输入22，以处理传感器信号，与所连接的被动安全系统相结合单独地要求(获得)所述信号。
如果用于ESP的横摆率传感器7没有设置在模块7中的芯片以外，该传感器也可以集成在一体的半导体材料3上。此外，用于给芯片或被动安全系统4至6的触发单元独立供电的独立模块8也位于在芯片3上。9表示用于安全系统4至6(例如发火管)的点火驱动器(firing stages)。用10表示用于断开执行器驱动器9的安全开关，在微处理器系统20或者其它开关回路中出现故障的情况下，所述安全开关防止执行器介入作用。安全开关10共同作用于所有输出，因此可以省去附加的、本身常见的、专门为安全系统设置的“安全开关”。该开关同时还有利地作用于制动系统11的驱动器，该驱动器与用于控制起动制动系统的液压泵的阀线圈12或马达13连接。14表示用于车轮转速传感器信号处理的模块。15表示具有唤醒(W eck)装置15’的共用电源。16表示共用的监控器，该监控器监控总线、控制装置和输入的故障。用17表示输入电路或者被动安全系统传感器的监控电路(例如用于加速度传感器18)。
如果在微处理器系统20的范围内出现故障，则通过未示出的故障导线向监控器16输出故障信号，该监控器也可以对应于图1设计成双重(冗余)的。然后该监控器通过安全开关10断开到常规和非常规执行器的所有输出。
Claims (11)
1.一种机动车辆制动控制装置，包括电子制动调节器和特别是固定地与调节器连接的液压单元，其中电子调节器包含冗余的或者部分冗余的、具有多个中央处理单元(21)的微处理器系统(20)，并且其中常规功能组一方面包括具有控制和调节策略的软件部分以及至少用于防打滑调节(ABS)的硬件部分以及硬件部分，其特征在于，存在通常为外部的被动车辆乘客保护安全系统的非常规功能组，并且所述非常规功能组集成到机动车辆制动控制装置的周围环境中，这里周围环境是指，待集成的、可包括硬件部分和/或软件部分的非常规功能组至少设置在紧靠常规电子制动调节器的附近。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述微处理器系统的硬件在冗余设计方案上设计成，使该系统在故障情况下完全断开，或者在故障情况下按紧急运行的方式继续工作。
3.如权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，这样设计控制装置的冗余原理，即，使控制制动器功能的微处理器系统或者按照对称冗余的原理或者按照非对称冗余的原理、尤其是按照核心冗余的原理工作，并且机动车辆乘客保护安全系统的非常规功能组不会由于断开故障受到不利影响。
4.如上述权利要求中至少一项所述的控制装置，其特征在于，所述微处理器系统包括微控制器，所述微控制器至少包括以下功能组：
a)冗余设计的微处理器系统，
b)一个或多个混合式的模/数转换电路，用于控制起动机械约束系统的有效执行器，
c)用于控制起动执行器的冗余断开电路，
d)独立的供能单元
以及还包括ABS控制装置的基本部件，该控制装置主要至少由下列结构组件限定：
A)用于处理多个车轮转速传感器的输入信号的装置，
B)用于磁线圈或者尤其附加地也用于电磁液压阀的线圈的驱动输出，
C)尤其是一个或多个压力传感器输入，和
D)用于警示灯的控制起动驱动器。
5.如上述权利要求中至少一项所述的控制装置，其特征在于，所述微处理器系统包括以下非常规功能组：
e)至少一个气囊加速度传感器或者气囊加速度传感器网络，和
f)至少一个用于加速度传感器的监控电路。
6.如上述权利要求中至少一项所述的控制装置，其特征在于，所述微处理器系统包括至少一个安全性执行器驱动器。
7.如上述权利要求中至少一项所述的控制装置，其特征在于，所述微处理器系统包括微控制器，在所述微控制器中，将现有的非常规硬件功能组中的几个或全部集成在混合式的模/数转换电路(b)中，或将所述附加的部分集成在另一混合式的模/数转换电路中。
8.如上述权利要求中至少一项所述的控制装置，其特征在于，在电路板上、尤其是在一个芯片或者由多个芯片组成的芯片组中实现所述功能组的集成。
9.如上述权利要求中至少一项所述的控制装置，其特征在于，所述微处理器系统包括：
D)至少一个用于横摆率传感器模块(例如“传感器组(SensorCluster)”)的输入和/或至少一个集成的横摆率传感器。
10.如上述权利要求中至少一项所述的控制装置，其特征在于，所述微处理器系统包括
E)一个或多个监控器电路，所述监控器电路监控微处理器系统的功能。
11.如上述权利要求中至少一项所述的控制装置，其特征在于，所述共用的微处理器系统利用
i)共同的模/数转换器，该转换器特别是设计成冗余的，该转换器不仅处理用于制动器调节/控制的输入信号而且处理用于安全系统的输入信号。
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