CN104691555A - 整车功能安全监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整车功能安全监控系统，是具有加速度监控的集中式整车功能安全监控系统，引入加速度信号源以实时监测整车瞬时加速度信息，以加速度信号源监测的整车瞬时加速度信息来考量整车扭矩分配控制的正确性，当整车动力系统扭矩计算和控制发生非期望的扭矩增大时，将基于当前车辆的瞬时加速度信息来进行安全保护，从而实现了整车功能安全集中式的监控，降低了对于终端动力源控制器的功能安全等级要求，实现了整车层面的功能安全降解，从而降低了监控系统的复杂度和成本。

Description

整车功能安全监控系统
技术领域
本发明涉及汽车安全技术，特别涉及一种整车功能安全监控系统。
背景技术
随着汽车节能减排技术的发展，汽车动力控制系统日益复杂化,已从传统的单个动力控制系统扩展到整车多动力控制系统(如混合动力系统及电动汽车控制系统)，图1与图2分别为混合动力汽车与纯电动汽车的整车动力控制系统结构简图，由图可见，整车的动力系统控制由整车控制器、发动机控制器、电机控制器以及电池管理系统协同工作，整车动力系统核心已经从传统的发动机电子控制器转移到整车控制器为核心的整车动力控制系统，由此引发对于多动力系统的整车功能安全提出巨大的挑战。随着功能安全国际标准ISO 26262的发布实施，开发满足ISO 26262国际标准及相应功能安全等级的整车动力系统控制器是多动力源整车控制系统所需解决的技术难题。
对于整车动力控制系统而言，防止车辆发生非期望的加速是一个非常重要的功能安全目标，现有的防止车辆发生非期望的加速的相关技术有：
现有一种整车控制器扭矩监控的技术方案，如图3所示，整车控制器10负责计算驾驶员整车扭矩需求，经过扭矩分配单元101实现对于发动机控制器20和电机控制器30的需求扭矩分配，同时整车扭矩安全模块103基于发动机以及电机的当前转速以及加速踏板信号计算出对于发动机控制器以及电机控制器的允许扭矩；该扭矩监控系统方案要求发动机电子控制器以及电机控制器内部的扭矩比较模块205，305实现对于需求扭矩与允许扭矩的监控。
该相关技术是一种基于扭矩监控的分布式整车功能安全结构,为了满足ISO 26262要求，要求整车控制器、发动机控制器以及电机控制器都需要满足图5所示的相应安全等级需求，图5中，X可以为A、B、C或D。该相关技术并没有对整车的功能安全等级进行有效的降解分配，从而要求发动机电子控制器及电机控制器都需要按照整车层面的功能安全等级进行设计开发，导致整个控制系统复杂度及系统成本大大增加。
现有一种基于扭矩监控的分布式整车功能安全结构，如图4所示，由整车控制器10发出扭矩请求至电机控制器12，整车控制器10根据电机控制器12的扭矩反馈来进一步监控整车安全状态。
该相关技术，在扭矩监控结构中仍采用分布式的扭矩监控结构，车辆状态监控功能中所采用的车辆加速度信息仅来自于车速信号，并没有一个冗余的校验信号来进行加速度信息的校验，从而并不能够实现集中式的车辆状态监控，因而整车功能安全等级并没有得到有效的降解分配，从而导致系统复杂度和系统成本大大增加。
由上可见，现有整车功能安全监控系统，是基于驾驶员需求扭矩的分配来传递整车层面的扭矩至相应的动力控制源(发动机电子控制器、电机控制器)，采用的是基于扭矩分配的分布式功能安全监控结构，基于ISO26262标准要求，该分布式功能安全监控系统通常采用如图5所示的功能安全等级的拓扑结构，要求动力控制源继承整车层面的功能安全等级，通过终端执行器精确的扭矩控制来保证整车的功能安全目标，整个动力系统扭矩计算的准确性直接影响到整车安全目标监控的可靠性。该分布式基于扭矩分配的监控结构不能够实现整车功能安全等级的降解分解，从而导致整个动力系统的复杂度和系统成本大大增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种整车功能安全监控系统，能降低对于终端动力源控制器的功能安全等级要求，实现整车层面的功能安全降解，降低监控系统的复杂度和成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的整车功能安全监控系统，包括加速度信号源、主控模块；
所述加速度信号源，用于输出整车瞬时加速度到所述主控模块；
所述主控模块，包括动力控制模块、安全加速度监控模块；
所述动力控制模块，用于计算整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩，将整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩分解成发动机需求扭矩和电机需求扭矩，将发动机需求扭矩分配给发动机电子控制器，将电机需求扭矩分配给电机控制器，并控制传动链离合器工作；如果接收到所述安全加速度监控模块的功能安全故障响应，则控制断开传动链离合器，并且禁止对发动机电子控制器、电机控制器发送扭矩请求；
所述安全加速度监控模块，实时比较当前工况下的车辆实际瞬时加速度和该工况下的车辆最大允许提速加速度和车辆最大允许降速加速度，如果车辆提速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许提速加速度且满足故障确认时间，或者车辆降速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许降速加速度且满足故障确认时间，则输出功能安全故障响应到所述动力控制模块。
较佳的，所述整车功能安全监控系统，还包括监控模块；
所述监控模块，同所述主控模块通信，监控所述动力控制模块、安全加速度监控模块是否正常，如果所述动力控制模块、安全加速度监控模块运行不正常或主控模块存在硬件故障，则触发所述主控模块复位。
较佳的，所述动力控制模块，结合外部扭矩请求以及整车系统驱动控制模式将整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩分解成发动机需求扭矩和电机需求扭矩，并配合整车系统驱动控制模式控制传动链离合器工作。
较佳的，所述安全加速度监控模块，根据所述加速度信号源传来的整车瞬时加速度信息，以及车速信号，进行车辆实际瞬时加速度计算及诊断；
如果基于加速度信号源传来的整车瞬时加速度信息计算的瞬时加速度同基于车速信号计算的瞬时加速度的偏差在一定阀值范围内，则判定加速度检测信息有效，确定当前工况下的车辆实际瞬时加速度；
如果基于加速度信号源传来的整车瞬时加速度信息计算的瞬时加速度同基于车速信号计算的瞬时加速度的超出一定阀值范围，则判定加速度检测信息无效，输出一个加速度信息无效信号到所述动力控制模块。
较佳的，所述安全加速度监控模块，根据加速踏板信息、车辆传动链输出轴的转速及车辆档位等信息，计算当前工况下的车辆最大允许提速加速度和车辆最大允许降速加速度。
较佳的，所述动力控制模块，如果收到加速度信息无效信号，则降低对发动机电子控制器、电机控制器分配的最大需求扭矩。
较佳的，所述安全加速度监控模块，在因车辆提速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许提速加速度、车辆降速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许降速加速度，触发功能安全故障响应到所述动力控制模块经过设定时间后，如果车辆提速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度仍然超过车辆最大允许提速加速度，或者车辆降速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度仍然超过车辆最大允许降速加速度，则输出整车故障响应到所述监控模块；
所述监控模块，当收到所述安全加速度监控模块发送来的整车故障响应，则触发所述主控模块复位。
较佳的，所述加速度信号源，来自于外部第三方电子控制器信号、外部独立的加速度传感器或加速度硬件芯片。
本发明的整车功能安全监控系统，是具有加速度监控的集中式整车功能安全监控系统，引入加速度信号源以实时监测整车瞬时加速度信息，以加速度信号源监测的整车瞬时加速度信息来考量整车扭矩分配控制的正确性，当整车动力系统扭矩计算和控制发生非期望的扭矩增大时，将基于当前车辆的瞬时加速度信息来进行安全保护，从而实现了整车功能安全集中式的监控，降低了对于终端动力源控制器(发动机电子控制器，电机控制器)的功能安全等级要求，实现了整车层面的功能安全降解，从而降低了监控系统的复杂度和成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是混合动力汽车整车动力系统控制结构图；
图2是纯电动汽车整车动力系统控制结构图；
图3是现有一种混合动力汽车扭矩监控系统结构图；
图4是现有一种纯电动汽车扭矩监控系统结构图；
图5分布式整车功能安全结构功能安全等级拓扑结构图；
图6是集中式整车功能安全结构功能安全等级拓扑结构图；
图7是本发明的整车功能安全监控系统一实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
整车功能安全监控系统，如图7所示，包括加速度信号源、主控模块11；
所述加速度信号源，用于输出整车瞬时加速度到所述主控模块11；
所述主控模块11，包括动力控制模块111、安全加速度监控模块113；
所述动力控制模块111，用于计算整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩，将整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩分解成发动机需求扭矩和电机需求扭矩，将发动机需求扭矩分配给发动机电子控制器，将电机需求扭矩分配给电机控制器，并控制传动链离合器工作；如果接收到所述安全加速度监控模块113的功能安全故障响应，则控制断开传动链离合器，并且禁止对发动机电子控制器、电机控制器发送扭矩请求，从而保证整车动力链上没有驱动扭矩输出到轮端，整车系统进入安全跛行状态；
所述安全加速度监控模块113，实时比较当前工况下的车辆实际瞬时加速度和该工况下的车辆最大允许提速加速度和车辆最大允许降速加速度，如果车辆提速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许提速加速度且满足故障确认时间(即持续一段时间，以确定确实发生故障，避免因瞬态超限而误判为发生故障)，或者车辆降速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许降速加速度且满足故障确认时间，则输出功能安全故障响应到所述动力控制模块111。
较佳的，所述动力控制模块111，结合外部扭矩请求以及整车系统驱动控制模式(例如，发动机驱动、电动机驱动、发动机电动机共同驱动)，将整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩分解成发动机需求扭矩和电机需求扭矩，并配合整车系统驱动控制模式控制传动链离合器工作。
较佳的，所述加速度信号源，可以是来自于外部第三方电子控制器信号、外部独立的加速度传感器或加速度硬件芯片。
实施例一的整车功能安全监控系统，主控模块11的动力控制模块111，负责整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩的计算和分配，并控制传动链离合器工作；在功能安全策略方面，动力控制模块111执行安全加速度监控模块113的功能安全故障响应操作，控制传动链离合器断开并且禁止对于终端动力源控制器(发动机电子控制器、电机控制器)的扭矩请求，从而保证整车动力链上没有驱动扭矩输出到轮端，整车系统进入安全跛行状态，实现对于整车功能安全的保证。安全加速度监控模块113，用于整车功能安全加速度监控，实时比较当前工况下的车辆实际瞬时加速度和该工况下的车辆最大允许提速加速度和车辆最大允许降速加速度，如果超出限定范围，则输出功能安全故障响应到动力控制模块111。
实施例一的整车功能安全监控系统，是具有加速度监控的集中式整车功能安全监控系统，引入加速度信号源以实时监测整车瞬时加速度信息，以加速度信号源监测的整车瞬时加速度信息来考量整车扭矩分配控制的正确性，当整车动力系统扭矩计算和控制发生非期望的扭矩增大时，将基于当前车辆的瞬时加速度信息来进行安全保护，从而实现了整车功能安全集中式的监控，降低了对于终端动力源控制器(发动机电子控制器，电机控制器)的功能安全等级要求，实现了整车层面的功能安全降解，从而降低了监控系统的复杂度和成本。实施例一的整车功能安全监控系统的功能安全等级拓扑结构如图6所示，图6中，X为A、B、C或D。
实施例二
基于实施例一，所述整车功能安全监控系统，还包括监控模块12；
所述监控模块12，同所述主控模块11通信，监控所述动力控制模块111、安全加速度监控模块113是否正常，如果所述动力控制模块111、安全加速度监控模块113运行不正常或主控模块11存在硬件故障，则触发所述主控模块11复位。
实施例二的整车功能安全监控系统，监控模块12是硬件监控层，主要负责对于主控模块11的监控，防止主控模块发生逻辑性或时间性的失效导致扭矩计算错误而引发车辆发生非期望的加速风险。当动力控制模块111、安全加速度监控模块113运行不正常或主控模块11存在硬件故障，则触发硬件层面的故障响应，将主控模块11复位，禁止对发动机电子控制器、电机控制器发送扭矩请求，传动链离合器也将被断开，从而保证系统进入安全状态。
实施例三
基于实施例一的整车功能安全监控系统，所述安全加速度监控模块113，根据所述加速度信号源传来的整车瞬时加速度信息，以及车速信号，进行车辆实际瞬时加速度计算及诊断；
如果基于加速度信号源传来的整车瞬时加速度信息计算的瞬时加速度同基于车速信号计算的瞬时加速度的偏差在一定阀值范围内，则判定加速度检测信息有效，确定当前工况下的车辆实际瞬时加速度；
如果基于加速度信号源传来的整车瞬时加速度信息计算的瞬时加速度同基于车速信号计算的瞬时加速度的超出一定阀值范围，则判定加速度检测信息无效，输出一个加速度信息无效信号到所述动力控制模块111。
较佳的，所述安全加速度监控模块113，根据加速踏板信息、车辆传动链输出轴的转速及车辆档位等信息，计算当前工况下的车辆最大允许提速加速度和车辆最大允许降速加速度。
较佳的，所述动力控制模块，如果收到加速度信息无效信号，则降低对发动机电子控制器、电机控制器分配的最大需求扭矩。
所述动力控制模块，在加速度信息无效信号情况下对发动机电子控制器、电机控制器分配的最大需求扭矩，需要根据整车功能安全监控系统的功能安全目标进行设定，在加速度信息无效信号情况下对发动机电子控制器、电机控制器分配的最大需求扭矩较低，从而可以在计算的车辆实际瞬时加速度不可信的情况下，限制模块动力控制模块111输出的需求扭矩，保证车辆工作于安全状态。
较佳的，所述安全加速度监控模块113，故障响应采用降级处理模式，第二层级的故障响应为：在因车辆提速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许提速加速度、车辆降速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许降速加速度，触发功能安全故障响应到所述动力控制模块经过设定时间后，如果车辆提速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度仍然超过车辆最大允许提速加速度，或者车辆降速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度仍然超过车辆最大允许减速加速度，则输出整车故障响应到所述监控模块；所述监控模块，当收到所述安全加速度监控模块发送来的整车故障响应，则触发所述主控模块复位。
实施例三的整车功能安全监控系统，安全加速度监控模块113，根据加速度信号源获得当前车辆的瞬时加速度信息，同时为了保证加速度信息的准确性，引入了车速信号对加速度信号源的信号进行信号冗余校验，如果基于加速度信号源的加速度信息计算的车辆实际瞬时加速度和基于车速信号计算的车辆实际瞬时加速度的偏差在一定阀值范围内，则认为此时用于整车功能安全监控的加速度检测信息有效；当发生车速传感器故障、加速度信号源故障，或基于车速信号和加速度信号源信号所计算的车辆实际瞬时加速度偏差超出预设阀值的情况下，安全加速度监控模块113则判定加速度检测信息无效，输出一个加速度信息无效信号到所述动力控制模块111，来限制整车需求扭矩，并可以通过故障管理模块存储相应故障码，触发安全预警灯点亮。
实施例三的整车功能安全监控系统，以加速度信号源信号作为车辆实际瞬时加速度计算的主信号，以车速信号作为加速度信号源信号的冗余校验信号，从而可以有效确保车辆实际瞬时加速度计算的安全等级(现有技术仅以车速信号计算车辆实际瞬时加速度，难以保证整车纵向加速度计算的精确性以及加速度信息的有效性)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种整车功能安全监控系统，其特征在于，包括加速度信号源、主控模块；
所述加速度信号源，用于输出整车瞬时加速度到所述主控模块；
所述主控模块，包括动力控制模块、安全加速度监控模块；
所述动力控制模块，用于计算整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩，将整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩分解成发动机需求扭矩和电机需求扭矩，将发动机需求扭矩分配给发动机电子控制器，将电机需求扭矩分配给电机控制器，并控制传动链离合器工作；如果接收到所述安全加速度监控模块的功能安全故障响应，则控制断开传动链离合器，并且禁止对发动机电子控制器、电机控制器发送扭矩请求；
所述安全加速度监控模块，实时比较当前工况下的车辆实际瞬时加速度和该工况下的车辆最大允许提速加速度和车辆最大允许降速加速度，如果车辆提速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许提速加速度且满足故障确认时间，或者车辆降速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许降速加速度且满足故障确认时间，则输出功能安全故障响应到所述动力控制模块。
2.根据权利要求1所述的整车功能安全监控系统，其特征在于，
所述整车功能安全监控系统，还包括监控模块；
所述监控模块，同所述主控模块通信，监控所述动力控制模块、安全加速度监控模块是否正常，如果所述动力控制模块、安全加速度监控模块运行不正常或主控模块存在硬件故障，则触发所述主控模块复位。
3.根据权利要求1所述的整车功能安全监控系统，其特征在于，
所述动力控制模块，结合外部扭矩请求以及整车系统驱动控制模式将整车动力系统的驾驶员轮端需求扭矩分解成发动机需求扭矩和电机需求扭矩，并配合整车系统驱动控制模式控制传动链离合器工作。
4.根据权利要求2所述的整车功能安全监控系统，其特征在于，
所述安全加速度监控模块，根据所述加速度信号源传来的整车瞬时加速度信息，以及车速信号，进行车辆实际瞬时加速度计算及诊断；
如果基于加速度信号源传来的整车瞬时加速度信息计算的瞬时加速度同基于车速信号计算的瞬时加速度的偏差在一定阀值范围内，则判定加速度检测信息有效，确定当前工况下的车辆实际瞬时加速度；
如果基于加速度信号源传来的整车瞬时加速度信息计算的瞬时加速度同基于车速信号计算的瞬时加速度的超出一定阀值范围，则判定加速度检测信息无效，输出一个加速度信息无效信号到所述动力控制模块。
5.根据权利要求4所述的整车功能安全监控系统，其特征在于，
所述安全加速度监控模块，根据加速踏板信息、车辆传动链输出轴的转速及车辆档位信息，计算当前工况下的车辆最大允许提速加速度和车辆最大允许降速加速度。
6.根据权利要求4所述的整车功能安全监控系统，其特征在于，
所述动力控制模块，如果收到加速度信息无效信号，则降低对发动机电子控制器、电机控制器分配的最大需求扭矩。
7.根据权利要求6所述的整车功能安全监控系统，其特征在于，
所述安全加速度监控模块，在因车辆提速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许提速加速度、车辆降速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度超过该工况下的车辆最大允许降速加速度，触发功能安全故障响应到所述动力控制模块经过设定时间后，如果车辆提速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度仍然超过车辆最大允许提速加速度，或者车辆降速时当前工况下的车辆实际瞬时加速度仍然超过车辆最大允许降速加速度，则输出整车故障响应到所述监控模块；
所述监控模块，当收到所述安全加速度监控模块发送来的整车故障响应，则触发所述主控模块复位。
8.根据权利要求1到7任一项所述的整车功能安全监控系统，其特征在于，
所述加速度信号源，来自于外部第三方电子控制器信号、外部独立的加速度传感器或加速度硬件芯片。
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