CN110914120A - 用于冗余车轮速度感测的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

具有冗余车轮速度感测的制动系统和方法。在一个示例中，制动系统包括：第一电子控制单元，其连接到第一电源；以及第二电子控制单元，其连接到第二电源。第二电子控制单元通信地联接到第一电子控制单元。制动系统还包括第一车轮速度传感器、第二车轮速度传感器、第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器。第一车轮速度传感器和第二车轮速度传感器直接联接到第一电子控制单元并由其供电，并且通信地联接到第二电子控制单元。第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器直接联接到第二电子控制单元并由其供电，并且通信地联接到第一电子控制单元。第一电子控制单元和第二电子控制单元各自被构造成从第一车轮速度传感器、第二车轮速度传感器、第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器计算车轮速度。

Description

用于冗余车轮速度感测的系统和方法
技术领域
本文中呈现的实施例涉及汽车控制系统的领域，并且更具体地，涉及各个车轮速度的监测。
发明内容
现代车辆包括电子稳定性控制系统、自适应巡航控制系统、防碰撞系统以及其他类似的车辆控制系统，这些系统自动应用车辆的制动器来控制车辆的速度和轨迹。车辆控制系统由一个或多个电子控制单元（“ECU”）操作，所述ECU被构造成从传感器（例如，车轮速度传感器）接收输入并控制车辆的部件（例如，车辆的制动器）。例如，由Robert Bosch GmbH以商品名ESP出售的可商购获得的稳定性控制系统包括ECU，该ECU被编程为通过向车轮施加制动力来控制车辆以改善车辆稳定性。其他车辆包括制动力助力器ECU，该制动力助力器ECU控制与真空无关的制动系统助力器。ECU（在稳定性控制系统和制动力助力器中）依赖于车辆的速度的准确指示。ECU使用来自一个或多个车轮速度传感器的数据确定车辆的速度。
通常，主要ECU（例如，稳定性控制系统ECU）直接联接到车辆的车轮速度传感器。该主要ECU使用从传感器接收到的数据来计算各个车轮速度。所计算的车轮速度通过总线从主要ECU传输到次级ECU（例如，制动力助力器ECU）。次级ECU可进一步处理所计算的车轮速度，并将处理后的数据转发到其他车辆子系统。在主要ECU失效的情况下，次级ECU将不会接收到控制制动系统所必需的各个车轮速度数据。结果，人类驾驶员必须手动应用制动器以安全地停止或控制车辆。然而，在高度自动化或自主的车辆中，人类驾驶员也许不能够及时手动应用制动器以安全地停止或控制车辆。
因此，除了其他之外，本文中所描述的实施例提供了用于冗余车轮速度感测以在ECU失效的情况下继续向车辆系统提供车轮速度信息的系统和方法。
例如，一个实施例提供了一种制动系统。该系统包括：第一电子控制单元，其连接到第一电源；以及第二电子控制单元，其连接到第二电源。第二电子控制单元通信地联接到第一电子控制单元。制动系统还包括第一车轮速度传感器、第二车轮速度传感器、第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器。第一车轮速度传感器和第二车轮速度传感器直接联接到第一电子控制单元并由其供电，并且通信地联接到第二电子控制单元。第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器直接联接到第二电子控制单元并由其供电，并且通信地联接到第一电子控制单元。第一电子控制单元和第二电子控制单元各自被构造成从第一车轮速度传感器、第二车轮速度传感器、第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器计算车轮速度。
另一个示例实施例提供了一种用于控制制动系统的方法。该方法包括从第一电源向第一电子控制单元提供电力。第一电子控制单元向第一车轮速度传感器和第二车轮速度传感器提供电力，其中所述第一车轮速度传感器和第二车轮速度传感器直接联接到第一电子控制单元。第二电源向第二电子控制单元提供电力，该第二电子控制单元通信地联接到第一电子控制单元。第二电子控制单元向第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器提供电力，所述第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器直接联接到第二电子控制单元。第一电子控制单元从第一车轮速度传感器、第二车轮速度传感器、第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器接收数据。第一电子控制单元利用电子处理器从该数据计算第一车轮速度、第二车轮速度、第三车轮速度和第四车轮速度。第一电子控制单元将第一车轮速度、第二车轮速度、第三车轮速度和第四车轮速度传输到第二电子控制单元。
通过考虑详细说明和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1是根据一个实施例的制动系统的示意性框图。
图2是图示操作图1的制动系统的方法的流程图。
图3是图示由图1的制动系统的ECU执行的冗余自我数据监测和个体失效保护监测测试的类型的表格。
具体实施方式
在详细解释任何实施例之前，要理解的是，实施例在其应用方面并不限于在以下描述中阐述或在以下附图中图示的部件的构造和布置的细节。其他实施例是可能的，并且所描述的实施例能够以各种方式被实践或实施。
还应注意的是，可使用多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的结构部件以实现各种实施例。另外，应理解的是，实施例可包括硬件、软件以及电子部件或模块，出于讨论的目的，所述硬件、软件以及电子部件或模块可被图示和描述为如同这些部件中的大多数在硬件中单独地实现那样。然而，基于对本详细描述的阅读，本领域普通技术人员将认识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可在可由一个或多个处理器执行的软件（例如，存储在非暂时性计算机可读介质上）中实现。因此，应注意的是，可利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实现本发明。例如，说明书中所描述的“控制单元”和“控制器”能够包括一个或多个处理器、包括非暂时性计算机可读介质的一个或多个存储器模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接部件的各种连接件（例如，系统总线）。
图1示意性地图示了根据一些实施例的车辆101的示例制动系统100。在一些实施例中，车辆101是自主车辆。在一个示例中，制动系统100包括第一（电子控制单元）ECU 102、第二ECU 104、第一车轮速度传感器106、第二车轮速度传感器108、第三车轮速度传感器110、第四车轮速度传感器112、第一电源114和第二电源116。第一ECU 102和第二ECU 104经由通信链路118彼此通信地联接。在其他实施例中，特别是在具有少于或多于四个车轮的车辆中，可使用不同数量的部件。
在一些实施例中，第一ECU 102和第二ECU 104包括多个电气和电子部件，所述多个电气和电子部件向第一ECU 102和第二ECU 104内的部件和模块提供电力、操作控制和保护。除了其他之外，第一ECU 102和第二ECU 104各自包括电子处理单元（例如，微处理器或其他合适的可编程装置）、非暂时性存储器（例如，计算机可读存储介质）和输入/输出接口。处理单元、存储器和输入/输出接口通过一条或多条控制或数据总线通信。应理解的是，第一ECU 102和第二ECU 104可包括附加的、更少的或不同的部件。
在一些实施例中，第一ECU 102和第二ECU 104各自部分地或全部地在半导体（例如，现场可编程门阵列（“FPGA”）半导体）芯片上实现。第一ECU 102和第二ECU 104的存储器能够包括程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域能够包括不同类型的存储器（诸如，只读存储器（“ROM”）、随机存取存储器（“RAM”）或其他合适的存储器装置）的组合。处理单元执行存储在存储器中的计算机可读指令（“软件”）。该软件能够包括固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块以及其他可执行指令。例如，该软件能够包括用于控制车辆101的系统（诸如，制动系统100）的指令和相关联的数据。
第一ECU 102可以是车辆的主要制动系统的至少一部分，同时第二ECU 104是车辆的次级制动系统的至少一部分。在一些实施例中，第二ECU 104是机电制动助力器。
车轮速度传感器106、108、110和112中的每一者与车辆101的车轮（未示出）中的一者相关联并位于其附近。车轮速度传感器106、108、110和112中的每一者监测各个车轮的速度，并且向第一ECU 102和第二ECU 104提供指示车轮速度的信息（或数据）。各种车辆子系统（未示出）使用每个单个车轮的车轮速度信息来监测或控制车辆性能。第一车轮速度传感器106和第二车轮速度传感器108直接联接到第一ECU 102并由其供电。第三车轮速度传感器110和第四车轮速度传感器112直接联接到第二ECU 104并由其供电。第一ECU 102从第一车轮速度传感器106和第二车轮速度传感器108接收车轮速度数据，并且第二ECU从第三车轮速度传感器110和第四车轮速度传感器112接收车轮速度数据。
第一电源114直接联接到第一ECU 102以向第一ECU 102提供电力。同样地，第二电源116直接联接到第二ECU 104，以向第二ECU 104提供电力。第一电源114和第二电源116彼此独立地操作，使得一者可在另一者不能够提供电力（例如，由于故障）时提供电力。
通信链路118可以是数据总线、有线、无线或光学连接件，其使得部件能够使用例如网络通信协议（例如，CAN协议）来彼此通信。在一些实施例中，通信链路118是控制器局域网总线或确定性通信总线，诸如FlexRay总线。在一些实施例中，第一ECU 102和第二ECU104被同步，并且通过通信链路118同步地交换信息。在为第一ECU 102和第二ECU 104供电时，第一ECU 102和第二ECU 104同步，并且在通电时维持同步通信。
图2示意性地图示了操作图1的制动系统100的方法200。在框202处，第一ECU 102向第一车轮速度传感器106和第二车轮速度传感器108提供电力，并且第二ECU 104向第三车轮速度传感器110和第四车轮速度传感器112提供电力。在框204处，第一ECU 102和第二ECU 104各自从第一车轮速度传感器106、第二车轮速度传感器108、第三车轮速度传感器110和第四车轮速度传感器112接收车轮速度数据。在框206处，第一ECU 102从车轮速度数据计算第一车轮速度、第二车轮速度、第三车轮速度和第四车轮速度。同样地，第二ECU 104从车轮速度数据计算次级第一车轮速度、次级第二车轮速度、次级第三车轮速度和次级第四车轮速度。
在框208处，第一ECU 102和第二ECU 104通过通信链路118彼此交换所计算的车轮速度。第一ECU 102向第二ECU 104传输第一车轮速度、第二车轮速度、第三车轮速度和第四车轮速度，并且第二ECU 104向第一ECU 102传输次级第一车轮速度、次级第二车轮速度、次级第三车轮速度和次级第四车轮速度。在框210处，第一ECU 102和第二ECU 104各自在从另一者接收到所计算的车轮速度之后，将所计算的车轮速度中的每一者与从另一个ECU接收到的对应的所计算的车轮速度相比较。例如，第一ECU 102将第一车轮速度与次级第一车轮速度相比较，将第二车轮速度与次级第二车轮速度相比较，将第三车轮速度与次级第三车轮速度相比较，以及将第四车轮速度与次级第四车轮速度相比较。
在框212处，第一ECU 102和第二ECU 104中的每一者确定比较（comparison）中的差异（例如，如果比较的车轮速度不匹配）。在存在差异的情况下，ECU 102和104两者均交换自我失效保护监测状态（框214）。自我失效保护监测状态对应于下文关于图3更详细描述的自我数据监测和个体失效保护监测信息。通过交换这种自我诊断信息，能够确定第一电子控制单元和第二电子控制单元之间的哪个正经历失效以及两个所计算的车轮速度中的哪一个更加可靠。在交换了自我失效保护监测状态之后，方法200可返回框204。当两个车轮速度匹配时（例如，在预定偏差内），车轮速度监测再次在框204处继续。
图3图示了表格，该表格图示了由第一ECU 102和第二ECU 104执行的冗余自我数据监测和个体失效保护监测的一个示例。在所提供的示例中，由第一ECU 102和第二ECU104两者针对所有四个车轮速度传感器106、108、110和112执行的冗余自我数据监测包括车轮速度数据计算、车轮速度构型和方向信息。
第一ECU 102和第二ECU 104各自对它们所直接联接到的车轮速度传感器执行个体自我失效保护监测。第一ECU 102针对第一车轮速度传感器106和第二车轮速度传感器108执行自我失效保护监测。第二ECU 104针对第三车轮速度传感器110和第四车轮速度传感器112执行相同的自我失效保护监测。
个体自我失效保护监测包括例如车轮速度传感器测试、连续电压供应监测、线路监测、气隙监测、脉冲宽度监测、车轮速度监测和高端计时器缓冲监测。车轮速度传感器测试测试并验证车轮速度传感器的供应电压。连续电压供应监测监测至ECU的电力供应（来自对应的电源114或116）。线路监测测试测试电压供应线路、信号线路和电气接地线路之间传感器的电气失效（例如，短路或断路）。气隙监测验证车轮速度传感器和音环之间的距离是否处于一定范围内以便恰当操作。脉冲宽度监测检查来自车轮速度传感器的电气信号是否具有足够的宽度（时间）以被恰当地读取。车轮速度监测比较地检查第一车轮速度传感器106、第二车轮速度传感器108、第三车轮速度传感器110和第四车轮速度传感器112之间的信号，以确定这些信号（即，时间）之间的差异是否可接受，例如，相对于预定的偏差或容差。高端计时器缓冲监测检查第一ECU 102和第二ECU 104的内部时钟没有溢出并且恰当地运行。
冗余自我数据监测和个体失效保护监测确保第一ECU 102和第二ECU 104两者在典型的操作条件和降级的失效保护情形两者期间都具有车轮速度传感器信息。第一ECU102和第二ECU 104通过通信链路118彼此交换自我失效保护监测状态信息（与任何检测到的自误差/故障有关）。在一个示例中，第一ECU 102和第二ECU 104两者在它们之间保持类似的有效、可疑和无效标识。通过在第一ECU 102和第二ECU 104之间交换自我失效保护监测状态信息，ECU 102和104两者都能够确定通过通信链路118从另一ECU接收到的信息的准确性/有效性。在一些实施例中，第一ECU 102和第二ECU 104在预定时间秒数（例如，5 ms）之后重复地交换自我数据监测状态。
在一些实施例中，第一ECU 102和第二ECU 104执行个体电源监测。如所述的那样，第一ECU 102由第一电源114供电，并且第二ECU 104由第二电源116供电。ECU 102、104两者都监测它们所连接到的电源（分别为114和116）。ECU 102、104各自根据其电源的电源监测确定第一电源114和第二电源116的电源监测状态。ECU 102和104交换对应的电源114和116的电源监测状态。
电源监测可包括例如验证至第一ECU 102和第二ECU 104的电压供应处于阈值或预定容差内。在ECU 102抑或104中的任一者的电压供应高于或低于阈值的情况下，该ECU被关闭。ECU 102和104可附加地被构造成监测从通信链路118（例如，在通信链路118是车辆网络总线的情况下）供应的电压在最大和最小阈值内。ECU 102和104两者都可进一步监测被供应到它们的内部部件和它们所连接到的装置的电压。例如，第二ECU 104可连接到温度传感器和/或位置传感器，所述温度传感器和/或位置传感器监测第二ECU 104的制动助力器的温度和/或位置。类似于上文关于自我失效保护监测所讨论的实施例，ECU 102和104通过通信链路118彼此交换个体电源监测状态信息。在一些实施例中，第一ECU 102和第二ECU104在每预定的秒数（例如，5 ms）之后交换电池供应监测状态。
因此，除了其他之外，实施例提供了用于冗余车轮速度感测的系统和方法。在所附权利要求中阐述了某些实施例的各种特征和优点。

Claims (12)

1.一种车辆的制动系统，所述制动系统包括：
第一电子控制单元，其连接到第一电源；
第二电子控制单元，其连接到第二电源，所述第二电子控制单元通信地联接到所述第一电子控制单元；
第一车轮速度传感器；
第二车轮速度传感器；
第三车轮速度传感器；以及
第四车轮速度传感器；
其中，所述第一车轮速度传感器和所述第二车轮速度传感器直接联接到所述第一电子控制单元并由其供电，并且通信地联接到所述第二电子控制单元；
所述第三车轮速度传感器和所述第四车轮速度传感器直接联接到所述第二电子控制单元并由其供电，并且通信地联接到所述第一电子控制单元；并且
所述第一电子控制单元和所述第二电子控制单元各自被构造成从所述第一车轮速度传感器、所述第二车轮速度传感器、所述第三车轮速度传感器和所述第四车轮速度传感器计算车轮速度。
2.根据权利要求1所述的制动系统，其中，所述第一电子控制单元和所述第二电子控制单元各自被构造成执行自我数据监测和自我失效保护监测。
3.根据权利要求2所述的制动系统，其中，所述第一电子控制单元和所述第二电子控制单元各自彼此交换关于自我数据处理和自我失效保护监测的信息。
4.根据权利要求1所述的制动系统，其中，自我失效保护监测包括选自由以下各项组成的集合中的至少一项：车轮速度传感器测试、连续电压供应监测、线路监测、气隙监测和脉冲宽度监测。
5.根据权利要求1所述的制动系统，其中，所述第一电子控制单元和所述第二电子控制单元经由控制器局域网总线抑或确定性通信总线中的任一者彼此通信。
6.根据权利要求1所述的制动系统，其中，所述第一电子控制单元和所述第二电子控制单元彼此同步，使得在每个预定时间之后在它们之间重复地交换数据。
7.根据权利要求1所述的制动系统，其中，所述第一电子控制单元是所述车辆的主要电子控制单元，并且所述第二电子控制单元是次级制动力助力器电子控制单元。
8.根据权利要求1所述的制动系统，其中，所述第一电子控制单元或所述第二电子控制单元中的至少一者是机电制动助力器。
9.一种操作制动系统的方法，所述方法包括：
从第一电源向第一电子控制单元提供电力；
从所述第一电子控制单元向第一车轮速度传感器和第二车轮速度传感器提供电力，所述第一车轮速度传感器和所述第二车轮速度传感器直接联接到所述第一电子控制单元；
从第二电源向第二电子控制单元提供电力，所述第二电子控制单元通信地联接到所述第一电子控制单元；
从所述第二电子控制单元向第三车轮速度传感器和第四车轮速度传感器提供电力，所述第三车轮速度传感器和所述第四车轮速度传感器直接联接到所述第二电子控制单元；
在所述第一电子控制单元处从所述第一车轮速度传感器、所述第二车轮速度传感器、所述第三车轮速度传感器和所述第四车轮速度传感器接收数据；
用电子处理器从所述数据计算第一车轮速度、第二车轮速度、第三车轮速度和第四车轮速度；以及
将所述第一车轮速度、所述第二车轮速度、所述第三车轮速度和所述第四车轮速度从所述第一电子控制单元传输到所述第二电子控制单元。
10.根据权利要求9所述的方法，其还包括：
在所述第二电子控制单元处从所述第一车轮速度传感器、所述第二车轮速度传感器、所述第三车轮速度传感器和所述第四车轮速度传感器接收第二数据；
用第二电子处理器从所述第二数据计算次级第一车轮速度、次级第二车轮速度、次级第三车轮速度和次级第四车轮速度；以及
将所述次级第一车轮速度、所述次级第二车轮速度、所述次级第三车轮速度和所述次级第四车轮速度从所述第二电子控制单元传输到所述第一电子控制单元。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
生成所述第一车轮速度、所述第二车轮速度、所述第三车轮速度或所述第四车轮速度中的至少一者与对应的次级第一车轮速度、次级第二车轮速度、次级第三车轮速度或次级第四车轮速度中的至少一者的比较；
确定所述比较之间的差异；
交换自我失效保护监测状态；以及
从所述自我失效保护监测状态确定所述第一电子控制单元和所述第二电子控制单元之间的哪一个正经历失效。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括：在向所述第一电子控制单元和所述第二电子控制单元供电时，使所述第一电子控制单元和所述第二电子控制单元之间的通信同步；以及维持所述第一电子控制单元和所述第二电子控制单元之间的同步通信。
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