CN103072579B - 基于并行结构的驾驶员请求扭矩滤波安全架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于并行结构的驾驶员请求扭矩滤波安全架构，包括驾驶员请求扭矩滤波模块与驾驶员请求扭矩滤波监控模块，其中：驾驶员请求扭矩滤波模块用于对驾驶员请求扭矩解释模块输出的驱动动力源请求扭矩进行滤波处理；驾驶员请求扭矩滤波监控模块用于监控驾驶员请求扭矩滤波模块滤波后的驱动动力源请求扭矩：通过将请求扭矩滤波模块滤波后的驱动动力源请求扭矩与滤波前的驱动动力源请求扭矩进行合理性检查，判别驾驶员请求扭矩滤波模块是否存在故障，来保证驾驶员请求扭矩滤波安全。可以避免由于整车控制器硬件故障导致对动力源的扭矩请求产生异常，进而引发非期望的车辆加速或减速的危险，从而保证整个驱动动力系统能够安全、可靠的工作。

Description

基于并行结构的驾驶员请求扭矩滤波安全架构

技术领域

本发明属于汽车扭矩管理与控制领域，所提出的并行式驾驶员请求扭矩滤波安全架构是一种通用的力矩解释解决方案，不仅适合于采用发动机作为动力源的传统汽车，也适合于纯电动汽车、混合动力汽车及燃料电池汽车等新能源汽车。

背景技术

汽车产业是我国的支柱产业，2010年全国汽车销量已经突破1700万辆。汽车作为一种交通工具，对我国的交通安全、能源安全和社会和谐发展起着越来越重要的作用。另一方面，随着汽车保有量的不断攀升，能源安全和环境保护问题越来越受到政府和社会的重视。发展新的清洁替代能源，通过混合动力汽车和纯电动汽车等新能源汽车，实现低排放和高效率，在有效减少车辆环境污染的同时缓解了交通对石油资源的过度消耗，是解决我国当前能源和环境问题的一项重要手段。

传统汽车的动力系统由发动机本体、发动机管理系统(EMS)、变速箱本体、变速箱控制系统(TCU)组成。新能源汽车的动力系统主要由整车控制器(VCU)、驱动电机、电机控制器、高压电池组、电池管理系统、直流/直流变换器等部件组成。无论是传统汽车还是新能源汽车，控制器(EMS/VCU)是整个动力系统的核心，主要进行整个系统的扭矩管理、电源管理、空调等附件管理及动力系统故障诊断，其中扭矩管理是控制器最为重要的功能。

无论是传统汽车还是新能源汽车，从扭矩管理的角度来说，都是控制器根据加速踏板位置、制动踏板位置、换档杆位置等输入信号，将驾驶员的驾驶需求最终转化为对动力源的扭矩请求的决策过程。对于传统汽车而言，发动机管理系统对喷油、点火等进行控制，通过发动机做功将化学能转变为机械能，驱动车辆行驶；对于新能源汽车而言，除了发动机外，驱动电机也是可以提供动力的装置，辅助或者作为唯一动力源(对于纯电动汽车而言)来驱动车辆。

扭矩管理必须考虑扭矩安全问题。控制器(EMS/VCU)作为发出扭矩请求指令的控制单元，必须保证能够安全、可靠的工作。因此，必须设计一套完整的控制架构及监控机制，当其工作异常时（如由于内存等硬件故障，控制器发出的扭矩指令与当前的驾驶工况和驾驶员的扭矩请求意图出现严重偏差，引起过大的驾驶员非期望的加速度），能够及时的发现并采取相应的故障处理措施、保证行车安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种避免由于整车控制器硬件故障导致对动力源(发动机或者电机)的扭矩请求产生异常，进而引发非期望的车辆加速或减速的危险，从而保证整个驱动动力系统能够安全、可靠工作的基于并行结构的驾驶员请求扭矩滤波安全架构。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种基于并行结构的驾驶员请求扭矩滤波安全架构，其特征在于：包括驾驶员请求扭矩滤波模块与驾驶员请求扭矩滤波监控模块，这两个模块相互并行计算，并相互保持独立，其中：

所述的驾驶员请求扭矩滤波模块，用于对驾驶员请求扭矩解释模块输出的驱动动力源请求扭矩进行滤波处理，以保证车辆的驾驶性能。驾驶员请求扭矩滤波模块的说明请参考公开的发明申请：基于并行结构的汽车力矩安全架构（苏州力久新能源科技有限公司January2012:CN201110186798.X）

所述的驾驶员请求扭矩滤波监控模块，用于监控驾驶员请求扭矩滤波模块滤波后的驱动动力源请求扭矩：通过将请求扭矩滤波模块滤波后的驱动动力源请求扭矩与滤波前的驱动动力源请求扭矩进行比较进行合理性检查，包括合理性检查一和合理性检查二，判别所述驾驶员请求扭矩滤波模块是否存在故障，来保证驾驶员请求扭矩滤波是否安全。

其中合理性检查一是：当驾驶员的扭矩需求下降时，请求扭矩滤波模块滤波计算得出的扭矩必须单调下降；当驾驶员需求力矩已小于滤波后力矩，但滤波后力矩没有连续单调下降时，则触发请求扭矩滤波监控合理性瞬时故障，经防抖处理，该瞬时故障持续一段时间且超过一标定数值t₁仍然存在，则触发请求扭矩滤波监控合理性故障置位。

所述合理性检查二是：当驾驶员的扭矩需求下降时，监控用定时器复位计时，用于计算力矩下降至目标力矩所用的时间，直至滤波力矩等于期望力矩或者滤波力矩达到齿隙控制力矩区间停止计时，当计数器时间大于允许的最大持续时间时，触发请求扭矩滤波监控合理性故障，其中最大持续时间根据计时开始时刻的车速查表得到。

本发明公开了一种基于并行结构的驾驶员请求扭矩滤波安全架构，包括应用层的请求扭矩滤波模块、监控层的请求扭矩滤波监控模块。监控层的请求扭矩滤波监控模块对应用层的请求扭矩滤波模块输出的滤波后的扭矩进行合理性检查，通过滤波扭矩的合理性检查，来控制整车控制器能够正确的解释驾驶员的扭矩意图，其普遍适用于各种汽车的并行式力矩安全架构。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

本发明采用监控层对应用层的数据运行进行监控，因此，可以避免由于整车控制器硬件故障导致对动力源(发动机或者电机)的扭矩请求产生异常，进而引发非期望的车辆加速或减速的危险，从而保证整个驱动动力系统能够安全、可靠的工作。

附图说明

图1本发明的并行式力矩安全架构示意图。

图2纯电动汽车驱动系统组成示意图。

图3为本发明驾驶员请求扭矩滤波安全架构示意图。

附图标记说明：

1、整车控制器；2、驱动电机；3、主减速器；4、12伏蓄电池；5、直流-交流逆变器；6、直流-直流变换器；7、驱动电机控制器；8、高压电池管理系统；9、高压动力电池；10、挡位控制器；11、加速踏板位置传感器/制动踏板位置传感器。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图。以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明所述的基于并行结构的汽车力矩安全架构，应用层与监控层以及并行结构的说明请参考公开的发明申请：基于并行结构的汽车力矩安全架构(苏州力久新能源科技有限公司January2012:CN201110186798.X),包括整车控制器，所述整车控制器包括主芯片以及辅助芯片，主芯片上集成有存储区、力矩安全故障处理模块以及相互并行计算的应用层和监控层，且应用层和监控层的相关数据均分别存储于存储区的相应位置，而辅助芯片上则集成有硬件监控层，其中：所述应用层，根据驾驶员的请求输入信号以及各下层控制器通过CAN总线输入的反馈信息，计算当前工况下对驱动动力源的扭矩请求；所述监控层，对应于应用层的各功能模块设置相应的功能模块，以监控应用层每一功能模块数据运行；所述硬件监控层，用于检测主芯片的存储区、力矩安全故障处理模块、应用层以及监控层工作状况；所述力矩安全故障处理模块，根据监控层的各功能模块对应用层相应功能模块的监控结果，控制驱动动力源的运行。

整车控制器1由主芯片和辅助芯片两部分组成，应用层软件和监控层软件运行于主芯片上，辅助芯片对主芯片的运行进行监控。通过问答机制检测主芯片的存储区及运算逻辑单元是否正常工作。

应用层主要由输入信号处理、驾驶员请求扭矩解释、请求扭矩滤波、请求扭矩限制及输出信号处理等5个功能模块组成，其输入为加速踏板位置传感器和制动踏板位置传感器11提供的模拟信号，以及直流-直流变换器6、驱动电机控制器7、高压电池管理系统8、挡位控制器10通过CAN总线发送的相应信号。其输出为对驱动电机的扭矩请求，以及该扭矩请求的有效标志位及承载该信号信息帧的校验位。

监控层与应用层的控制结构相对应，主要由输入信号监控、驾驶员请求扭矩监控、请求扭矩滤波监控、请求扭矩限制监控、驱动电机扭矩监控、程序完整性监控及输出信号监控等7个功能模块组成。当应用层的某一功能模块运行时出现故障，发出异常的电机扭矩请求时，相应的监控层的功能模块便会触发力矩安全故障处理模块，并请求驱动电机紧急停机。

本发明提出的并行式驾驶员扭矩滤波安全架构是一种适合于各种车辆的力矩架构。为了更好的说明其应用方式，现以纯电动汽车为应用对象，通过使用本专利提出的并行式力矩安全架构，来实现纯电动汽汽车的力矩安全。

在本例中，驱动动力源为驱动电机。图2为某纯电动汽车的驱动系统架构示意图，整车控制器1通过CAN总线和直流-直流变换器6、驱动电机控制器7、高压电池管理系统8、挡位控制器10相连。加速踏板位置传感器和制动踏板位置传感器通过低压线束和整车控制器1的模拟输入端相连。高压动力电池9通过高压线束为驱动电机2提供电流，由驱动电机控制器7通过直流-交流变换器5控制驱动电机2工作，并通过主减速器3和差速器将电机发出的扭矩传递到2个前轮。同时高压动力电池9通过直流-直流变换器6对12伏蓄电池4进行充电。

请求扭矩滤波监控模块，如图3所示。首先将驾驶员请求扭矩监控模块得到的驾驶员请求扭矩与应用层的驾驶员请求扭矩滤波模块得到的滤波后的请求扭矩进行合理性检查，该驾驶员请求扭矩滤波模块认为以下任意一项（合理性检查一和合理性检查二）满足即认为驾驶员请求扭矩滤波模块存在故障：

（1）当监控层驾驶员请求扭矩监控模块得到的驾驶员的扭矩需求下降时，监控用定时器复位并开始计时，用于计算力矩下降至目标力矩所用的时间，直至应用层驾驶员请求扭矩滤波模块得到的滤波力矩等于期望力矩时停止计时。持续时间最大限值则根据计时开始时刻的车速查表得到。当计数器时间大于允许的最大持续时间时，触发请求扭矩滤波监控合理性故障。

（2）当监控层驾驶员请求扭矩监控模块得到的驾驶员的扭矩需求下降时，应用层请求扭矩滤波模块滤波计算得出的滤波扭矩必须单调下降。当监控层驾驶员需求力矩已小于应用层滤波后力矩，但应用层滤波后力矩没有连续单调下降时，则触发请求扭矩滤波监控合理性瞬时故障，经防抖处理，该瞬时故障持续一段时间且超过一可标定数值t₁,如200ms，仍然存在，则触发请求扭矩滤波监控合理性故障置位。

如果触发请求扭矩滤波监控合理性故障，监控层则将此信息反馈至力矩安全故障处理模块对驱动动力源控制器发送紧急停机请求指令，同时在存储区记录相应的故障码和冻结帧。如果应用层驾驶员请求扭矩滤波的输出，在监控层中经过合理性检查后不存在合理性故障，则认为应用层请求扭矩滤波模块工作正常，将应用层请求扭矩滤波模块计算得到的滤波扭矩，作为监控层请求扭矩滤波监控模块的输出。

Claims (2)

1.一种基于并行结构的驾驶员请求扭矩滤波安全架构，其特征在于：包括驾驶员请求扭矩滤波模块与驾驶员请求扭矩滤波监控模块，这两个模块相互并行计算，并相互保持独立，其中：所述的驾驶员请求扭矩滤波模块，用于对驾驶员请求扭矩解释模块输出的驱动动力源请求扭矩进行滤波处理；驾驶员请求扭矩滤波监控模块，用于监控驾驶员请求扭矩滤波模块滤波后的驱动动力源请求扭矩：通过将请求扭矩滤波模块滤波后的驱动动力源请求扭矩与滤波前的驱动动力源请求扭矩进行合理性检查，包括合理性检查一，判别所述驾驶员请求扭矩滤波模块是否存在故障，来保证驾驶员请求扭矩滤波安全；驾驶员请求扭矩滤波监控模块合理性检查一是：当驾驶员的扭矩需求下降时，请求扭矩滤波模块滤波计算得出的扭矩必须单调下降；当驾驶员需求力矩已小于滤波后力矩，但滤波后力矩没有连续单调下降时，则触发请求扭矩滤波监控合理性瞬时故障，经防抖处理，该瞬时故障持续一段时间且仍然存在，则触发请求扭矩滤波监控合理性故障置位。

2.一种基于并行结构的驾驶员请求扭矩滤波安全架构，其特征在于：包括驾驶员请求扭矩滤波模块与驾驶员请求扭矩滤波监控模块，这两个模块相互并行计算，并相互保持独立，其中：所述的驾驶员请求扭矩滤波模块，用于对驾驶员请求扭矩解释模块输出的驱动动力源请求扭矩进行滤波处理；驾驶员请求扭矩滤波监控模块，用于监控驾驶员请求扭矩滤波模块滤波后的驱动动力源请求扭矩：通过将请求扭矩滤波模块滤波后的驱动动力源请求扭矩与滤波前的驱动动力源请求扭矩进行合理性检查，包括合理性检查二，判别所述驾驶员请求扭矩滤波模块是否存在故障，来保证驾驶员请求扭矩滤波安全；驾驶员请求扭矩滤波监控模块合理性检查二是：当驾驶员的扭矩需求下降时，监控用定时器复位计时，用于计算力矩下降至目标力矩所用的时间，直至滤波力矩等于期望力矩或者滤波力矩达到齿隙控制力矩区间停止计时，当计数器时间大于允许的最大持续时间时，触发请求扭矩滤波监控合理性故障，其中最大持续时间根据计时开始时刻的车速查表得到。