CN106838296B - 一种轿车机械式自动变速器电控单元安全监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轿车机械式自动变速器电控单元安全监控系统，该系统由主处理器内的逻辑监控模块和监控芯片组成，由逻辑监控模块配合监控芯片对车辆和发动机、变速器进行安全监控。可以实现与主处理器之间的通讯，同时还可以根据采测到的变速器运行信息确定发动机和车辆安全范围以内的界限值，并与主处理器计算得到的结果进行实时比较，以确定是否在紧急情况下切断离合器及选换挡的执行器控制命令，其电路简单、响应速度快，可靠性强、可实现对变速器各执行器有效监控。本发明可提供三个层次的系统安全保护实施，在系统出现问题的情况下及时实现故障判定和采取措施，避免在突发情况下系统出现有危害的错误响应。

Description

一种轿车机械式自动变速器电控单元安全监控系统
技术领域
本发明属于轿车及微车AMT变速器电子控制系统技术领域，涉及一种轿车机械式自动变速器(AMT)电控单元(TCU)安全监控系统。
背景技术
目前AMT变速器控制系统的安全保护措施主要有:(1)应用主处理芯片内的看门狗进行安全保护；(2)应用安全监控模块进行全系统控制系统安全监控。以上二种方式都存在着一定的优缺点，第一种方式ECU硬件结构设计比较简单，成本低，但功能有限，对电控系统的保护非常有限；第二种方式在ECU硬件设计中增加监控芯片设计，读取多个系统传感器信息，在运行过程中与主处理器实时交换信息。这种方式的缺点是结构设计比较复杂，对系统设计能力要求比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电路简单、响应速度快，可靠性强、可实现对变速器各执行器有效监控的轿车机械式自动变速器电控单元安全监控系统。
为了解决上述技术问题，本发明的轿车机械式自动变速器电控单元安全监控系统包括主处理器和监控芯片；其中主处理器包括AMT控制模块和逻辑监控模块；
所述逻辑监控模块包括下述程序模块：
信号处理模块：接收来自CAN线上的发动机信号、车辆信号和来自整车的传感器信号，这些信号定义为采集信号；同时接收各采集信号对应的状态信号；其中传感器信号包括离合器位置信号、选换挡位置信号，以及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号；对采集信号及其对应的状态信号首先进行滤波处理和信号解析，然后对各状态信号进行置信度判断，如果状态信号等于设定值，则认为对应的采集信号可信，否则，令采集信号等于默认值；将各采集信号经AMT控制模块滤波处理和信号解析后得到的信号定义为采测信号；将经过置信度判断后的采集信号与采测信号进行比对，如果所有采集信号均与对应的采测信号相同，则认为采集信号正确，将经过置信度判断后的传感器信号发送给应用层逻辑监控模块，否则向状态判断模块输出认为错误的采集信号及预警信号；
应用层逻辑监控模块：接收信号处理模块发送的经过置信度判断后的传感器信号，将这些信号与设定的信号最大值和最小值进行实时比对，如果这些传感器信号出现多次连续超限，则向状态判断模块输出连续超限的信号及其预警信号；
状态判断模块：当接收到信号处理模块发送的错误的采集信号及其预警信号时，对错误的采集信号再次进行状态判断，将其与采测信号进行比对，确认异常后通过复位操作完成主处理器的重启操作；当接收到应用层逻辑监控模块发送的连续超限的信号及其预警信号时，将离合器、选换挡执行器的输出电流限制在最大最小值范围内；
第一通讯模块：实现与监控芯片之间的通讯；
所述监控芯片包括下述程序模块：
第二通讯模块：实现与主处理器之间的通讯，同时完成主处理器和监控芯片的应答校验，当没有接收到主处理器信号时，主动对监控芯片进行复位处理；
信号采集模块：采集包括传感器供电电源信号和主处理器供电电源信号在内的供电电源信号及选换挡执行器的输出需求电流信号，并将其发送给变速器工作逻辑状态分析模块；
变速器工作逻辑状态分析模块：对供电电源信号进行标称值判断，如果不在标称值范围内，则通过第二通讯模块、第一通讯模块向状态判断模块发出供电电源信号不准的预警信息，状态判断模块接收到该预警信息后会对供电电源信号进一步判断，如果确实不准，则通过复位操作完成主处理器和监控芯片的重启操作；同时，对选换挡执行器输出电流信号进行最大值判断，如果长时间超过电流最大值，则向输出使能模块输出电流过大预警信息；
数据保存模块；主处理器断电时，接收应用层逻辑监控模块的离合器位置信号、选换挡位置信号及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号并保存，等主处理器再次上电时，将离合器位置信号、选换挡位置信号及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号发送给主处理器，用于主处理器状态初始化的判断；
输出使能模块：当接收到变速器工作逻辑状态分析模块发送的电流过大预警信息后，输出使能通过状态判断模块对电机进行关断处理；
所述主处理器还包括平台组件监控模块，平台组件监控模块对主处理器自身的运行情况进行监测，将主处理器程序运行标志信号与预先设定好的主处理器执行序列进行对比，如果两者不一致，则向状态判断模块发出输出故障报警信息，状态判断模块根据故障报警信息纠正离合器与选换挡的电流指令，将离合器、选换挡执行器的输出电流限制在最大最小值范围内。
本发明由主处理器内的逻辑监控模块和监控芯片组成，由逻辑监控模块配合监控芯片对车辆和发动机、变速器进行安全监控。可以实现与主处理器之间的通讯，同时还可以根据采测到的变速器运行信息确定发动机和车辆安全范围以内的界限值，并与主处理器计算得到的结果进行实时比较，以确定是否在紧急情况下切断离合器及选换挡的执行器控制命令，其电路简单、响应速度快，可靠性强、可实现对变速器各执行器有效监控。本发明可通过对变速器的监控对车辆和发动机、变速器进行保护，可提供三个层次的系统安全保护实施，可在系统出现问题的情况下及时实现故障判定和采取措施，通过以上ECU安全监控模式对变速器的安全状态能够做到可靠识别，避免在突发情况下系统出现有危害的错误响应。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的轿车机械式自动变速器电控单元安全监控系统结构框图。
图2主处理器和监控芯片通讯逻辑框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的轿车机械式自动变速器电控单元安全监控系统，由逻辑监控模块和监控芯片组成，由逻辑监控模块配合监控芯片对离合器和选换挡驱动模块进行安全监控。其中，逻辑监控模块是本发明中为了实现安全监控在主处理器内新增的功能模块。主处理器内还包括原有的AMT控制模块。主处理采用Renesas 32位处理器，主频80MHZ，外设工作频率20MHz。监控芯片采用Freescale MC9S08处理器。
所述逻辑监控模块包括信号处理模块、应用层逻辑监控模块、平台组件监控模块、第一通讯模块。
信号处理模块：接收来自CAN线上的发动机转速、扭矩、油门位置、刹车开关、节气门位置信号等发动机信号和车辆信号，以及来自整车的传感器信号；同时接收与这些采集信号相对应的状态信号；其中传感器信号包括：离合器位置、选换挡位置信号，离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号；对接收到的这些采集信号及其对应的状态信号首先进行滤波处理和信号解析，然后进行信号的置信度判断，置信度判断主要是对状态信号进行判断，如果状态信号等于设定值，则认为相对应的采集信号可信，否则，令采集信号等于默认值。定义采集信号经过AMT控制模块滤波和解析后的信号为采测信号。将各采集信号与对应的采测信号进行比对，如果所有信号都相同，则认为采集信号正确，否则向状态判断模块发出错误的采集信号及其预警信号；当认为所有采集信号都正确时，将经过置信度判断后的离合器位置、选换挡位置信号，以及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号输送给应用层逻辑监控模块。
应用层逻辑监控模块：接收信号处理模块发送的离合器位置、选换挡位置信号，以及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号，然后启动安全监控机制，将这些信号与设定的信号最大值和最小值进行实时比对，如果出现多次连续超限，则向状态判断模块输出连续超限的信号及其报警信息。
平台组件监控模块：对主处理器自身的运行情况进行监测，主处理器在运行时会在主要程序段设置程序运行标志，并把程序运行标志信号发送给平台组件监控模块，平台组件监控模块接收到程序运行标志信号后，与预先设定好的主处理器的执行序列进行对比，如果程序运行标志信号与执行序列不一致，则向状态判断模块发出故障报警信息。
状态判断模块：当接收到错误的采集信号及其预警信号时，对错误的采集信号再次进行状态判断，将其与采测信号进行比对，确认异常后通过复位操作完成主处理器的重启操作；当接收到连续超限的信号及其预警信号和故障报警信息时，将离合器、选换挡执行器的输出需求电流限制在最大最小值范围内。。
第一通讯模块：采用SPI通讯模块，SPI通讯模块主要实现与监控芯片通讯。其功能如下：第一：主处理器和监控芯片应答校验；第二：接收来自监控芯片的主处理器供电电源信号不准的预警信息；第三：主处理器断电时，给监控芯片发送主处理器内部的离合器位置信号、选换挡位置信号及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号，再次上电时，接收来自监控芯片的离合器状态，选换挡状态信息，用于主处理器状态初始化的判断。
监控芯片包括第二通讯模块、信号采集模块、变速器工作逻辑状态分析模块、数据保存模块和输出使能模块。
第二通讯模块采用SPI通讯模块，实现监控芯片与主处理器之间的通讯，同时完成主处理器和监控芯片的应答校验，当没有接收到主处理器信号时，主动对监控芯片进行复位处理。
信号采集模块：采集供电电源信号和选换挡执行器的输出需求电流信号，其中供电电源信号包括传感器供电电源信号、主处理器和监控芯片供电电源信号；将供电电源信号和选换挡执行器的输出需求电流信号发送给变速器工作逻辑状态分析模块。
变速器工作逻辑判断模块：对采集的信号做出如下判断：对供电电源信号(包括传感器供电电源信号、主处理器供电电源信号和监控芯片供电电源信号)进行标称值判断，如果不在标称值范围内，通过第二通讯模块和第一通讯模块向主处理器的状态判断模块发出不在标称值范围内的供电电源信号及其预警信息，告知电压不准，状态判断模块接收到不在标称值范围内的供电电源信号及其预警信息后会对其电压信号进一步判断，如果确实不准，则做出主处理器和监控芯片的重启操作；对选换挡执行电机输出电流信号进行最大值判断，如果电流长时间过大，则向输出使能模块输出电流过大预警信息。
数据保存模块：主处理器断电时，接收应用层逻辑监控模块的离合器位置信号、选换挡位置信号及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号并保存，等主处理器再次上电时，将离合器状态及选换挡状态信息发送给主处理器，用于主处理器状态初始化的判断。
输出使能模块：当接收到变速器工作逻辑状态分析模块发送的电流过大预警信息后，输出使能通过状态判断模块对电机进行关断处理。
主处理器和监控芯片协调工作，实现三个安全监控层次，如图2所示：
第一层的安全监控对控制系统的主要控制输出量进行监控，主要监控的部件有离合器位置、选换挡位置及相应的电流监控。这一级别的安全监控模块在运行时间上与主处理器的AMT控制模块处于相同的时间周期或者相同级别的中断任务。选换挡位置及离合器位置是否合理采用这个方式进行监控。
第二层平台组件安全监控模块主要是监控主处理器的工作状态和应用层控制程序的执行过程，由于受到潜在的电磁干扰和硬件寄存器的损坏，主处理器的AMT控制模块在运行过程中存在程序地址紊乱的可能，平台组件安全监控模块有必要对应用控制程序的工作过程进行监控。如果发现异常则对离合器和选换挡电机的控制电流进行限制，使由于硬件主控模块失效所造成的系统安全性降低所带来的影响得到有效控制。
第三层安全监控通过监控芯片对主处理器的应答来完成，安全机制的实现依赖主处理器和监控芯片之间的SPI通讯。监控芯片具有3个工作状态：信号采集、状态判断、异常处理。监控芯片接收来自主处理器(MCU)的控制指令及状态信息，并采集电路板上主要的信号(如传感器供电电压、电机驱动电流等信号)，做出是否安全的判断，在异常处理状态中做出适当的动作如将主处理器复位、将TCU(自动变速箱控制单元)输出端口关闭、对电流输出进行限制等。

Claims (2)

1.一种轿车机械式自动变速器电控单元安全监控系统，其特征在于包括主处理器和监控芯片；其中主处理器包括AMT控制模块和逻辑监控模块；
所述逻辑监控模块包括下述程序模块：信号处理模块,应用层逻辑监控模块,状态判断模块,第一通讯模块；
信号处理模块：接收来自CAN线上的发动机信号、车辆信号和来自整车的传感器信号，这些信号定义为采集信号；同时接收各采集信号对应的状态信号；其中传感器信号包括离合器位置信号、选换挡位置信号，以及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号；对采集信号及其对应的状态信号首先进行滤波处理和信号解析，然后对各状态信号进行置信度判断，如果状态信号等于设定值，则认为对应的采集信号可信，否则，令采集信号等于默认值；将各采集信号经AMT控制模块滤波处理和信号解析后得到的信号定义为采测信号；将经过置信度判断后的采集信号与采测信号进行比对，如果所有采集信号均与对应的采测信号相同，则认为采集信号正确，将经过置信度判断后的传感器信号发送给应用层逻辑监控模块，否则向状态判断模块输出认为错误的采集信号及预警信号；
应用层逻辑监控模块：接收信号处理模块发送的经过置信度判断后的传感器信号，将这些信号与设定的信号最大值和最小值进行实时比对，如果这些传感器信号出现多次连续超限，则向状态判断模块输出连续超限的信号及其预警信号；
状态判断模块：当接收到信号处理模块发送的错误的采集信号及其预警信号时，对错误的采集信号再次进行状态判断，将其与采测信号进行比对，确认异常后通过复位操作完成主处理器的重启操作；当接收到应用层逻辑监控模块发送的连续超限的信号及其预警信号时，将离合器、选换挡执行器的输出电流限制在最大最小值范围内；
第一通讯模块：实现与监控芯片之间的通讯；
所述监控芯片包括下述程序模块：第二通讯模块，信号采集模块，变速器工作逻辑状态分析模块，数据保存模块，输出使能模块；
第二通讯模块：实现与主处理器之间的通讯，同时完成主处理器和监控芯片的应答校验，当没有接收到主处理器信号时，主动对监控芯片进行复位处理；
信号采集模块：采集包括传感器供电电源信号和主处理器供电电源信号在内的供电电源信号及选换挡执行器的输出需求电流信号，并将其发送给变速器工作逻辑状态分析模块；
变速器工作逻辑状态分析模块：对供电电源信号进行标称值判断，如果不在标称值范围内，则通过第二通讯模块、第一通讯模块向状态判断模块发出供电电源信号不准的预警信息，状态判断模块接收到该预警信息后会对供电电源信号进一步判断，如果确实不准，则通过复位操作完成主处理器和监控芯片的重启操作；同时，对选换挡执行器输出电流信号进行最大值判断，如果长时间超过电流最大值，则向输出使能模块输出电流过大预警信息；
数据保存模块；主处理器断电时，接收应用层逻辑监控模块的离合器位置信号、选换挡位置信号及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号并保存，等主处理器再次上电时，将离合器位置信号、选换挡位置信号及离合器、选换挡执行器的输出需求电流信号发送给主处理器，用于主处理器状态初始化的判断；
输出使能模块：当接收到变速器工作逻辑状态分析模块发送的电流过大预警信息后，输出使能通过状态判断模块对电机进行关断处理。
2.根据权利要求1所述的轿车机械式自动变速器电控单元安全监控系统，其特征在于所述主处理器还包括平台组件监控模块，平台组件监控模块对主处理器自身的运行情况进行监测，将主处理器程序运行标志信号与预先设定好的主处理器执行序列进行对比，如果两者不一致，则向状态判断模块发出输出故障报警信息，状态判断模块根据故障报警信息纠正离合器与选换挡的电流指令，将离合器、选换挡执行器的输出电流限制在最大最小值范围内。
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