CN113386572A - 一种主从冗余高压安全监控系统及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种主从冗余高压安全监控系统，该系统针对整车控制器在计算高压切换的需求时采用冗余计算的方式，避免控制器本身的失效，导致整车在需要下高压的时候整车控制器没有发出下高压的指令带来安全风险，或者在不需要下高压的时候整车控制器发出了下高压的指令导致动力中断。
Description
技术领域
本发明涉及纯电动汽车技术领域，具体涉及一种主从冗余高压安全监控系统。
背景技术
能源危机、环境污染及温室效应等问题的日益严重，使新能源汽车特别是纯电动汽车成为汽车行业变革的必然趋势。纯电动汽车具有NVH品质高、结构简单、节能环保、经济、动力性强等优势，受到科研机构与企业的广泛关注。
由于纯电动汽车使用动力电池作为能量源，车辆处于ON挡后，车辆高压回路导通，车辆上起高压，当车辆高压上起后，在某些场景下就有人员触电的风险，为保证人员的安全，设计一种避免非预期的高压监控策略就显的尤为重要。公开号为CN109017313A 的在专利《电动汽车高压安全控制系统和方法》公布了一种电动汽车高压安全控制系统和方法，通过检测电动汽车高压回路的绝缘电阻，高压接插件的环路状态信息和电动汽车的当前加速度，当发生异常时，向整车控制器发送报警信息，以使整车控制器向高压安全控制模块发送当前车速状态信息或碰撞提示信息，从而使高压安全控制模块根据当前车速状态信息或碰撞提示信息切断高压回路，有效保护用户安全。但该专利中未考虑整车控制器的失效模式，比如整车控制器本身出现问题，收到报警信息后没有向高压安全控制模块发送碰撞提示，或者没有收到报警信息但是非预期向高压安全控制模块发送碰撞提示，前者的结果是不能有效保护用户安全，后者的结果是造成用车辆使用体验较差。本发明提供的一种主从冗余高压安全监控系统，该系统针对整车控制器在计算高压切换的需求时采用冗余计算的方式，避免控制器本身的失效，导致整车在需要下高压的时候整车控制器没有发出下高压的指令带来安全风险，或者在不需要下高压的时候整车控制器发出了下高压的指令导致动力中断带来整车。
发明内容
本发明提供的一种主从冗余高压安全监控系统，该系统针对整车控制器在计算高压切换的需求时采用冗余计算的方式，避免控制器本身的失效，导致整车在需要下高压的时候整车控制器没有发出下高压的指令带来安全风险，或者在不需要下高压的时候整车控制器发出了下高压的指令导致动力中断。
本发明公开的一种主从冗余高压安全监控系统，包括输入模块及主控制单元；所述主控制单元包含高压下电请求计算模块、冗余高压下电请求计算模块和高压下电请求仲裁模块；
所述输入模块接收车辆传感器信号以及CAN通讯信号；
所述高压下电请求计算模块根据输入模块接收的车辆传感器信号以及CAN通讯信号，计算判断整车高压下电请求；
所述冗余高压下电请求计算模块根据输入模块接收的车辆传感器信号以及CAN通讯信号，计算判断整车高压下电请求；
所述高压下电请求仲裁模块，仲裁高压下电请求计算模块输出的高压下电请求及冗余高压下电请求计算模块输出的高压下电请求信号；当高压下电请求计算模块输出的高压下电请求与冗余高压下电请求计算模块输出的高压下电请求信号不一致时，以冗余高压下电请求计算模块输出的高压下电请求为准；所述冗余高压下电请求计算模块、高压下电请求仲裁模块两个模块的代码存储与运行空间被用于被整车控制器分别进行内存保护及指令集校验，且独立于高压下电请求计算模块的代码存储与运行空间。
进一步地，还包括主控制器监控模块；所述主控制器监控模块通过问答校验机制对主控制单元的芯片程序流进行监控，发现主控制单元的芯片发送的答案与正确答案不一致，认定主控制器单元出现问题，同时发送CAN通讯的关闭请求。
进一步地，主控制器单元与所述主控制器监控模块建立通讯机制，所述主控制器监控模块在每个驾驶循环过程中定时向主控制器单元发送问题，主控制器单元根据问题选择确定好的答案发给所述主控制器监控模块，所述主控制器监控模块针对主控制器单元发送的答案与正确的答案做比较，发现答案不一致时，认为主控制器单元出现问题并控制主控制器单元进行重新初始化启动，同时发送CAN通讯的关闭请求。
进一步地，还包括输出模块，所述输出模块从高压下电请求仲裁模块和主控制器监控模块接收输出高压下电请求及CAN通讯的关闭请求；当主控制器监控模块没有CAN通讯的关闭请求时，输出模块输出高压下电请求仲裁模块的高压下电请求，有CAN通讯的关闭请求时，输出模块关闭CAN通讯。
进一步地，所述输入模块接收车辆传感器信号为车身控制器传送的ON挡信号，和/或碰撞控制器发送的碰撞信号，和/或整车控制器本身采集的高压互锁信号，和/或接收车辆CAN信号为底盘控制器发送的车速信号。
所述高压下电请求计算模块在ON挡信号由ON挡变为OFF挡，或碰撞信号为碰撞，或高压互锁信号表示有开路且车速低于设定值时仲裁输出高压下电请求；
所述冗余高压下电请求计算模块在ON挡信号由ON挡变为OFF挡，或碰撞信号为碰撞，或高压互锁信号表示有开路且车速低于设定值时仲裁输出高压下电请求。
进一步地，车速信号由底盘控制器通过CAN线发送的车速信号提供给输入模块；当底盘发送的车速信号所在的CAN通讯有问题，输入模块通过接收电机控制器通过CAN发送的电机转速信号来换算得到车速信号；当底盘发送的车速信号所在的CAN通讯有问题以及电机控制器发送的电机转速信号所在的CAN通讯也有问题时，则设定车速信号为小于高压互锁开路时车速判断设定的默认值，也可以为数值较小的默认值。
本发明还公开了一种汽车，其配置采用上述一种主从冗余高压安全监控系统。
本发明有益技术效果为：设定整车下高压的条件有钥匙进入OFF挡，整车发生碰撞故障，整车在低车速时检测到高压互锁故障，针对整车需要高压下电时候做高压状态的监控，实现冗余高压下电请求计算模块及高压下电请求计算模块双模块冗余校验，确保整车在需要下高压时，整车能够按照预期顺利的下高压。同时增加主控制器监控模块对主控制器单元1发送的答案与正确的答案做比较，发现答案不一致时，认为主控制器单元1出现问题，发送CAN通讯的关闭请求给输出模块，避免错误输出指令。因此，该系统针对整车控制器在计算高压切换的需求时采用冗余计算的方式，避免控制器本身的失效，导致整车在需要下高压的时候整车控制器没有发出下高压的指令带来安全风险，或者在不需要下高压的时候整车控制器发出了下高压的指令导致动力中断。
附图说明
图1是一种主从冗余高压安全监控系统模块示意图；
图2是一种主从冗余高压安全监控系统高压下电请求计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1、图2所示，本发明公开的一种主从冗余高压安全监控系统，包括输入模块11、主控制器单元1、监控控制器单元2和输出模块15。其中，主控制器单元1包括高压下电请求计算模块12、冗余高压下电请求计算模块13和高压下电请求仲裁模块14。监控控制器单元2包括主控制器监控模块16。
输入模块11接收车辆传感器信号以及CAN通讯信号，车辆传感器信号涉及相关控制器硬线信号，CAN通讯信号为相关CAN信号。具体，第一为控制器硬线采集信号，控制器硬线采集信号有： ON挡信号、碰撞信号和高压互锁信号；第二为通过CAN收发模块接收的CAN信号，通过CAN接收的信号有： ON挡信号、碰撞信号、车速信号及轮速信号和电机转速信号。
整车控制器在采用接收的CAN信号及控制器硬线信号之前会做校验，避免接收错误的信号进行计算，导致计算错误。
对于接收的CAN线信号，做如下校验：第一，CAN丢帧校验，各控制器初始化完成后，整车控制器的输入模块11未收到其它控制发出报文时的状态大于一定倍数报文周期时，认为有CAN丢帧故障；第二，循环冗余校验（CRC，Cyclic Redundancy Check），整车控制器根据相应源数据计算的CRC参数与跟随源数据帧传递过来的CRC校验码不一致，且时间周期大于一定倍数的报文周期，认为有循环冗余校验码故障；第三，计数校验，控制器接收CAN信号所在的帧连续相邻计数的数值之差不等于一定值且持续时间大于一定倍数的报文周期或者计数数值不变持续时间大于一定倍数的报文周期时，认为有计数校验故障。
对于控制器硬线信号对应接收连接的硬线，做如下校验：对于碰撞硬线，整车控制器会做短电源故障、短地故障及开路故障的检测；对于高压互锁，整车控制器也会检测回路的短电源故障、短地故障及开路故障的检测。
整车控制器的主控制器单元1同时计算高压下电请求及冗余高压下电请求，并仲裁输出。体现为：高压下电请求计算模块12根据输入模块11接收的车辆传感器信号，计算判断整车高压下电请求；冗余高压下电请求计算模块13根据输入模块11接收的车辆传感器信号，计算判断整车高压下电请求。
高压下电请求计算模块12接收车身控制器通过CAN发送的ON挡信号，碰撞控制器通过CAN发送的碰撞信，电机控制器通过CAN线发送的电机转速信号，整车控制器本身采集的高压互锁信号及底盘控制器通过CAN线发送的车速信号。在ON挡信号、碰撞信号、车速信号所在的CAN通讯没有CAN丢帧校验、循环冗余校验和计数校验问题时，ON挡变为OFF挡或者碰撞信号为有碰撞时或者检测高压互锁有开路且车速低于一定值时，高压下电请求计算模块12仲裁输出高压下电请求。当底盘发送的车速信号所在的CAN通讯有问题，电机控制器发送的电机转速信号所在的CAN通讯没有问题时，高压互锁判断采用的车速用电机转速换算得到，当两路CAN通讯都有问题时，则采用数值较小的默认值。当碰撞控制器发送的碰撞信号所在的CAN通讯有问题时，则碰撞信号采用的默认值为无碰撞。当车身控制器发送的ON挡信号所在的CAN通讯有问题时，则ON挡信号一直采用上一周期的有效值。
冗余高压下电请求计算模块13接收车身控制器通过硬线发送的ON挡信号，碰撞控制器发送的硬线碰撞信号，电机控制器通过CAN线发送的电机转速信号，整车控制器本身采集的高压互锁信号以及底盘控制器通过CAN发送的轮速信号。当检测碰撞硬线短地，短电源或开路，高压互锁短电源或短地时，整车控制器输出点亮黄灯请求到仪表。没有上述故障时，当ON挡变为OFF挡或者碰撞信号为有碰撞时或者检测高压互锁有开路且车速低于一定值时，冗余高压下电请求计算模块13仲裁输出高压下电请求。车速信号首先采用底盘控制器通过轮速传感器采集的轮速信号换算得到，当底盘发送的轮速信号所在的CAN通讯有问题，电机控制器发送的电机转速信号所在的CAN通讯没有问题时，高压互锁判断采用的车速用电机转速换算得到，当两路CAN通讯都有问题时，则采用默认值，默认值小于高压互锁开路时车速判断设定的默认值，也可以是数值较小的默认值。
整车控制器计算过程中，高压下电请求计算模块12和冗余高压下电请求计算模块13同时计算，并将结果输出高压下电请求仲裁模块14。高压下电请求仲裁模块14接收并仲裁高压下电请求计算模块12及冗余高压下电请求计算模块13输出的高压下电请求信号。当高压下电请求计算模块12输出的高压下电请求与冗余高压下电请求计算模块13输出的高压下电请求信号不一致时，以冗余高压下电请求计算模块13输出的高压下电请求为准。冗余高压下电请求计算模块13、高压下电请求仲裁模块14两个模块与高压下电请求计算模块12代码存储及运行空间是完全独立的，计算是相互不影响。对于冗余高压下电请求计算模块13、高压下电请求仲裁模块14两个模块代码所在的存储区及运行空间段需要做位反转的校验，一段时间内出现的次数达到一定值时，两个模块通过软件控制整个模块控制器进行重启。两个模块的代码会镜像一份，预先设置好输入输出，在高压下电请求仲裁模块14和冗余高压下电请求计算模块13运行的过程中，每隔一段时间执行一下该代码，当输出的结果与预定的结果不同时，控制器进行重启，避免控制器的代码运算执行错误。
在整车控制器的主控制器单元1的高压下电请求计算模块12和冗余高压下电请求计算模块13计算的过程中，监控控制器单元2的主控制器监控模块16时刻对主控制器单元1的部分存储区，算法计算，程序流等做监控。具体为：主控制器监控模块16由独立于主芯片的监控芯片实现，通过问答校验机制对主控制单元1的芯片程序流进行监控。具体实现方法是主控制器单元1的芯片与主控制器监控模块16的芯片建立通讯机制，主控制器监控模块16的芯片在每个驾驶循环过程中定时向主控制器单元1的芯片发送问题，主控制器单元1的芯片根据问题选择确定好的答案发给主控制器监控模块16的芯片，主控制器监控模块16的芯片针对主控制器单元1的芯片发送的答案与正确的答案做比较，发现答案不一致时，认为主控制器单元1出现问题并控制主控制器单元1进行重新初始化启动，同时发送CAN通讯的关闭请求给输出模块。
输出模块15接收高压下电请求仲裁模块14输出的高压下电请求及主控制器监控模块16的CAN通讯关闭使能，当CAN通讯关闭使能信号为不使能时，输出模块15输出高压下电请求仲裁模块14输出的高压下电请求，有CAN通讯关闭使能信号为使能时，输出模块15关闭CAN通讯，不在收发CAN通讯。
Claims (7)
1.一种主从冗余高压安全监控系统，其特征在于：包括输入模块（11）及主控制单元（1）；所述主控制单元（1）包含高压下电请求计算模块（12）、冗余高压下电请求计算模块（13）和高压下电请求仲裁模块（14）；
所述输入模块（11）接收车辆传感器信号以及CAN通讯信号；
所述高压下电请求计算模块（12）根据输入模块（11）接收的车辆传感器信号以及CAN通讯信号，计算判断整车高压下电请求；
所述冗余高压下电请求计算模块（13）根据输入模块（11）接收的车辆传感器信号以及CAN通讯信号，计算判断整车高压下电请求；
所述高压下电请求仲裁模块（14），仲裁高压下电请求计算模块（12）输出的高压下电请求及冗余高压下电请求计算模块（13）输出的高压下电请求信号；当高压下电请求计算模块（12）输出的高压下电请求与冗余高压下电请求计算模块（13）输出的高压下电请求信号不一致时，以冗余高压下电请求计算模块（13）输出的高压下电请求为准；所述冗余高压下电请求计算模块（13）、高压下电请求仲裁模块（14）两个模块的代码存储与运行空间被用于被整车控制器分别进行内存保护及指令集校验，且独立于高压下电请求计算模块（12）的代码存储与运行空间。
2.如权利要求1所述的一种主从冗余高压安全监控系统，其特征在于：还包括主控制器监控模块（16）；所述主控制器监控模块（16）通过问答校验机制对主控制单元（1）的芯片程序流进行监控，发现主控制单元（1）的芯片发送的答案与正确答案不一致，认定主控制器单元（1）出现问题，同时发送CAN通讯的关闭请求。
3.如权利要求2所述的一种主从冗余高压安全监控系统，其特征在于：主控制器单元（1）与所述主控制器监控模块（16）建立通讯机制，所述主控制器监控模块（16）在每个驾驶循环过程中定时向主控制器单元发送问题，主控制器单元根据问题选择确定好的答案发给所述主控制器监控模块（16），所述主控制器监控模块（16）针对主控制器单元发送的答案与正确的答案做比较，发现答案不一致时，认为主控制器单元出现问题并控制主控制器单元进行重新初始化启动，同时发送CAN通讯的关闭请求。
4.如权利要求3所述的一种主从冗余高压安全监控系统，其特征在于：还包括输出模块（15），所述输出模块（15）从高压下电请求仲裁模块（14）和主控制器监控模块（16）接收输出高压下电请求及CAN通讯的关闭请求；当主控制器监控模块（16）没有CAN通讯的关闭请求时，输出模块（15）输出高压下电请求仲裁模块（14）的高压下电请求，有CAN通讯的关闭请求时，输出模块（15）关闭CAN通讯。
5.如权利要求4所述的一种主从冗余高压安全监控系统，其特征在于：所述输入模块（11）接收车辆传感器信号为车身控制器传送的ON挡信号，和/或碰撞控制器发送的碰撞信号，和/或整车控制器本身采集的高压互锁信号，和/或接收车辆CAN信号为底盘控制器发送的车速信号；
所述高压下电请求计算模块（12）在ON挡信号由ON挡变为OFF挡，或碰撞信号为碰撞，或高压互锁信号表示有开路且车速低于设定值时仲裁输出高压下电请求；
所述冗余高压下电请求计算模块（13）在ON挡信号由ON挡变为OFF挡，或碰撞信号为碰撞，或高压互锁信号表示有开路且车速低于设定值时仲裁输出高压下电请求。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种主从冗余高压安全监控系统，其特征在于：车速信号由底盘控制器通过CAN线发送的车速信号提供给输入模块（11）；当底盘发送的车速信号所在的CAN通讯有问题，输入模块（11）通过接收电机控制器通过CAN发送的电机转速信号来换算得到车速信号；当底盘发送的车速信号所在的CAN通讯有问题以及电机控制器发送的电机转速信号所在的CAN通讯也有问题时，则设定车速信号为小于高压互锁开路时车速判断设定的默认值。
7.一种汽车，其特征在于：其配置采用权利要求1-6任一项所述一种主从冗余高压安全监控系统。
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