CN115476832A - 一种基于线控制动的冗余安全控制系统 - Google Patents

一种基于线控制动的冗余安全控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于线控制动的冗余安全控制系统，包括通过至少两路CAN总线连接的电动助力制动机构和电子车身稳定系统，两路CAN总线传输的信息互为备份；电动助力制动机构和电子车身稳定系统还通过其中一路CAN总线连接整车控制器、电机控制器和电子驻车系统。实现线控制动系统的故障风险辨识及相应的冗余安全控制，满足智能汽车对制动冗余安全的严苛要求，提高车辆的制动安全保障，从而减少汽车交通安全事故造成的生命财产损失。

Description

一种基于线控制动的冗余安全控制系统
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，具体为一种基于线控制动的冗余安全控制系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
车辆上配备的智能驾驶系统控制正在逐步替代驾驶员，形成“无人驾驶系统”。线控制动系统是实现汽车高级辅助驾驶、自动驾驶以及深度制动能量回收的核心部件，因此线控制动系统的冗余安全控制也被提出更高的要求。目前的线控制动系统中，采取传统的真空助力器+液压制动压力调节模块(ABS/ESC)已无法满足智能汽车对制动冗余安全的严苛要求。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于线控制动的冗余安全控制系统，通过合理的冗余安全控制方法对制动系统中各部件故障等级进行监测判断和功能降级，进而避免因制动系统冗余缺陷导致的交通安全事故。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种基于线控制动的冗余安全控制系统，包括：
通过至少两路CAN总线连接的电动助力制动机构和电子车身稳定系统，两路CAN总线传输的信息互为备份；电动助力制动机构和电子车身稳定系统还通过其中一路CAN总线连接整车控制器、电机控制器和电子驻车系统。
电动助力制动机构通过连接在制动踏板上的位移传感器获取的制动踏板行程来获取驾驶员的制动意图；位移传感器采用至少两路模拟量信号，两路模拟量信号之间互相校验和故障诊断，任一路模拟量信号出现开路或短路故障时，通过另外一路模拟量信号进行驾驶员制动意图解析。
制动踏板机构安装的制动开关与整车控制器相连，当位移传感器两路模拟量信号均故障时，整车控制器根据制动开关信号进行制动意图判断，进而判断是否执行制动降级动作。
电动助力制动机构的制动主缸压力传感器与电子车身稳定系统的进油口压力传感器互为冗余，当任一压力传感器故障时，通过另一压力传感器信号进行逻辑判断。
助力制动时，若电动助力制动机构能够运行，通过位移传感器解析驾驶员的制动意图，根据制动意图进行整车总制动力解算，并判断此时是否满足能量回收的条件，若不满足则执行液压制动来满足总制动需求；若满足则执行制动能量回收。
若电动助力制动机构能力降低或无法提供助力，但仍可解析制动意图，整车控制器进行驱动电机限扭请求，整车限速；电动助力制动机构将制动接管请求信号、目标制动压力和电动助力制动机构最大助力建压能力信号发送给电子车身稳定系统。
若电子车身稳定系统能够运行，根据目标制动压力与电动助力制动机构的最大助力建压能力的差值作为目标压力进行主动增压动作。
若电动助力制动机构能力降低或无法提供助力，但仍可解析制动意图，整车控制器根据驾驶员制动意图、车速进行电子驻车请求，电子驻车系统接收驻车指令并执行动态驻车；若电子驻车系统无法执行驻车指令，则仅保留驾驶员机械备份制动，此时驾驶员通过制动踏板传动机构推动主缸进行建压。
若电动助力制动机构无法获取制动意图或无法运行，整车控制器控制驱动电机限扭请求实现整车限速，同时根据制动开关信号获取驾驶员制动意图，并向电子车身稳定系统发送减速度请求；若电子车身稳定系统无故障或为一级故障时，根据目标制动减速度执行主动增压动作；若电子车身稳定系统处于二级故障状态，整车控制器则根据驾驶员制动意图、车速进行驻车请求，电子驻车系统接收驻车指令并执行动态驻车。
若电子驻车系统无法执行驻车指令，则仅保留驾驶员机械备份制动，此时驾驶员通过制动踏板传动机构推动主缸进行建压。
与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
1、电动助力制动机构与电子稳定控制系统之间采用双路CAN通讯方式，两路CAN总线互为备份，当任一路CAN通讯故障时，电动助力制动机构与电子稳定控制系统之间可根据另外一路CAN网络的传输信息进行逻辑判断和动作执行，该网络通讯方式可以避免单一CAN网络通讯故障时的缺陷。
2、电动助力制动机构的位移传感器通过两路模拟信号实现传感器信号冗余，两路模拟量信号之间互相校验和故障诊断，任一路模拟量信号出现开路或短路故障时，通过另外一路模拟量信号进行驾驶员制动意图解析。
3、电动助力制动机构通过不同的故障状态存在不同的助力制动控制冗余，满足车辆不同状态时的安全考虑。
4、实现线控制动系统的故障风险辨识及相应的冗余安全控制，满足智能汽车对制动冗余安全的严苛要求，提高车辆的制动安全保障，从而减少汽车交通安全事故造成的损失。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个实施例提供的线控制动系统的CAN网络架构；
图2是本发明一个或多个实施例提供的线控制动系统中的助力制动控制冗余逻辑示意图；
图3是本发明一个或多个实施例提供的线控制动系统中的ESC备份制动逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
ABS 制动防抱死系统
AVH 自动驻车
CAN 控制器局域网络
EPB 电子驻车系统
ESC 电子稳定控制系统
HBA 紧急制动辅助功能
HDC 陡坡缓降控制
HHC 坡道辅助控制
iBooster 电动制动助力器
MCU 电机控制器
VCU 整车控制器
正如背景技术中所描述的，目前的线控制动系统中，采取传统的真空助力器+液压制动压力调节模块(ABS/ESC)已无法满足智能汽车对制动冗余安全的严苛要求。
因此，以下实施例给出了一种基于线控制动的冗余安全控制系统，包含电源配电冗余、通信网络冗余、传感器信号冗余、助力制动控制冗余、主动制动控制冗余、高级辅助驾驶附加功能控制冗余和防抱死功能低选控制冗余。通过该控制系统来解决智能汽车对制动冗余安全的严苛要求，从而提高汽车运行的安全性和驾乘体验。线控制动系统包含电动制动助力器iBooster、电子稳定控制系统ESC、电子驻车系统EPB、整车控制器VCU、电机控制器MCU及电机。
实施例一：
如图1-3所示，一种基于线控制动的冗余安全控制系统，包括：
通过至少两路CAN总线连接的电动助力制动机构和电子车身稳定系统，两路CAN总线传输的信息互为备份；电动助力制动机构和电子车身稳定系统还通过其中一路CAN总线连接整车控制器、电机控制器和电子驻车系统。
具体的：
本实施例的线控制动系统包含电动制动助力器iBooster、电子稳定控制系统ESC、电子驻车系统EPB、整车控制器VCU、电机控制器MCU及电机。
(1)电源配电冗余
电动制动助力器iBooster、电子稳定控制系统ESC、电子驻车系统EPB共同构成分立式线控制动系统，采用独立电源进行供电。当单一部件供电回路发生开路、短路、过流及过压等故障时，线控制动系统其他部件可以通过冗余安全降级控制，实现制动减速的需求，该配电方式可以完全避免集中电源供电的缺陷。
(2)通信网络冗余
电动制动助力器iBooster与电子稳定控制系统ESC之间采用双路CAN通讯方式，一路公CAN：两部件均通过星形连接方式跨接至整车CAN；一路私CAN：两部件之间通过私CAN直接相连。两路CAN网络传输信息互为备份，当任一路CAN通讯故障时，iBooster与ESC之间可根据另外一路CAN网络的传输信息进行逻辑判断和动作执行，该网络通讯方式可以避免单一CAN网络通讯故障时的缺陷。
(3)传感器信号冗余
电动制动助力器iBooster通过连接在制动踏板上的位移传感器，获取的制动踏板行程来获取驾驶员的制动意图，位移传感器采用两路模拟量信号，两路模拟量信号之间进行互相校验和故障诊断，任一路模拟量信号出现开路或短路故障时，可通过另外一路模拟量信号进行驾驶员制动意图解析。制动踏板机构处安装的制动开关通过硬线与整车控制器VCU相连，当iBooster位移传感器两路模拟量信号均故障时，VCU可根据制动开关信号进行制动意图判断，进而判断是否执行制动降级动作。iBooster制动主缸压力传感器与ESC进油口压力传感器互为冗余，当任一压力传感器故障时，可通过另一压力传感器信号进行逻辑判断。
(4)助力制动控制冗余
如图2-3所示，助力制动时，如果电动助力制动器iBooster无故障或一级故障时(轻微故障，不影响功能)，iBooster通过位移传感器来解析驾驶员的制动意图，根据驾驶员制动意图进行整车总制动力解算，并判断此时是否满足能量回收的条件，若不满足，则执行正常液压制动来满足总制动需求；若满足条件，则执行制动能量回收功能，根据动力学要求，优先以电机制动来满足总制动需求，并计算最低液压制动力，保证车辆制动的平顺性和稳定性，同时最大限度的回收制动能量。
如果电动助力制动器iBooster为二级故障(助力能力降低或无法提供助力，但仍可解析制动意图)时，整车控制器进行驱动电机限扭请求，并进行整车限速；iBooster则将制动接管请求信号、目标制动压力、iBooster最大助力建压能力等信号发送给ESC。若ESC无故障或为一级故障(轻微故障，不影响功能)时，ESC根据目标制动压力与iBooster最大助力建压能力的差值作为目标压力进行主动增压动作。若ESC处于严重故障状态(无法执行功能或功能降级)时，整车控制器则根据驾驶员制动意图、车速进行EPB驻车请求，EPB接收驻车指令并执行动态驻车功能。如果EPB因自身故障无法执行驻车指令，则线控制动系统仅保留驾驶员机械备份制动(驾驶员通过制动踏板传动机构推动主缸进行建压)。
如果电动助力制动器iBooster为三级故障(无法获取制动意图，电机助力机构死机)时，整车控制器VCU进行驱动电机限扭请求实现整车限速；同时VCU根据制动开关信号获取驾驶员制动意图，并向ESC发送减速度请求(减速度目标值大于驾驶员机械备份制动产生的最大减速度，需根据整车实际情况进行测试标定)。若ESC无故障或为一级故障(轻微故障，不影响功能)时，ESC根据目标制动减速度进行主动增压动作。若ESC处于严重故障状态(无法执行功能或功能降级)时，整车控制器则根据驾驶员制动意图、车速进行EPB驻车请求，EPB接收驻车指令并执行动态驻车功能。如果EPB因自身故障无法执行驻车指令，则线控制动系统仅保留驾驶员机械备份制动(驾驶员通过制动踏板传动机构推动主缸进行建压)。
故障等级的设定如表1所示。
表1：线控制动系统部件故障等级
Figure BDA0003859584280000091
(5)主动制动控制冗余
主动制动时，电动制动助力器iBooster为主控制制动模块，电子稳定控制系统ESC为副控制制动模块。iBooster根据外部制动请求指令(包括制动压力、制动减速度及踏板开度等指令)驱动伺服电机进行主动增压动作，同时ESC对iBooster制动接管请求信号、目标制动压力、iBooster最大助力建压能力进行监控。如果iBooster因故障导致制动建压不足或无法建压时，ESC会将目标制动压力与iBooster最大助力建压能力的差值作为目标进行主动增压动作，确保整车总制动力满足外部制动需求。若ESC处于严重故障状态(无法执行功能或功能降级)时，整车控制器进行驱动电机限扭请求，并进行整车限速；同时根据外部制动请求进行EPB驻车请求，EPB接收驻车指令并执行动态驻车功能。
(6)高级辅助驾驶附加功能控制冗余
对于坡道辅助HHC、自动驻车AVH、紧急制动辅助HBA及陡坡缓降HDC等高级附加功能，定义电子稳定控制系统ESC为主控制制动模块，电动制动助力器iBooster为副控制制动模块。ESC通过判断各高级附加功能触发条件满足与否执行相应的功能，同时iBooster对各附加功能的实际执行状态及触发条件进行实时监控。如果ESC因故障导致无法完成相应功能时，iBooster作为副控制制动模块将根据触发逻辑执行对应功能。
(7)防抱死功能低选控制冗余
当电子稳定控制系统ESC因ECU故障、电磁阀故障、偏轴电机及柱塞泵故障等原因造成无法完成制动轮缸的增压、减压、保压等动作时，进而无法实现防抱死功能。iBooster可通过监测ABS故障状态，根据车轮状态，设置轮减速度与滑移率等门限值，对车轮制动压力进行修正性调节，实现防抱死功能的低选控制冗余。当两后轮均抱死时，iBooster防抱死备份功能触发，对制动主缸进行减压、保压、增压动作，避免发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性；当单侧两轮均抱死时，iBooster防抱死备份功能触发，对制动主缸进行减压、保压、增压动作，可避免对开路面整车横摆力矩过大造成的失稳工况；当两前轮均抱死时，虽然丧失转向能力，但属于稳定工况，故iBooster不作处理；当四轮同时抱死时，也丧失转向能力，但也属于稳定工况，故iBooster也不作处理。
通过以上冗余安全控制方法可以对线控制动系统中电源配电、通信网络、传感器信号进行冗余备份，同时对系统各部件故障等级进行监测判断和功能降级，提高线控制动系统的安全性和可靠性。
上述系统实现线控制动系统的故障风险辨识及相应的冗余安全控制，满足智能汽车对制动冗余安全的严苛要求，提高车辆的制动安全保障，从而减少汽车交通安全事故造成的生命财产损失。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：包括：
通过至少两路CAN总线连接的电动助力制动机构和电子车身稳定系统，两路CAN总线传输的信息互为备份；电动助力制动机构和电子车身稳定系统还通过其中一路CAN总线连接整车控制器、电机控制器和电子驻车系统。
2.如权利要求1所述的一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：所述电动助力制动机构通过连接在制动踏板上的位移传感器获取的制动踏板行程来获取驾驶员的制动意图；位移传感器采用至少两路模拟量信号，两路模拟量信号之间互相校验和故障诊断，任一路模拟量信号出现开路或短路故障时，通过另外一路模拟量信号进行驾驶员制动意图解析。
3.如权利要求2所述的一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：所述制动踏板机构安装的制动开关与整车控制器相连，当位移传感器两路模拟量信号均故障时，整车控制器根据制动开关信号进行制动意图判断，进而判断是否执行制动降级动作。
4.如权利要求1所述的一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：所述电动助力制动机构的制动主缸压力传感器与电子车身稳定系统的进油口压力传感器互为冗余，当任一压力传感器故障时，通过另一压力传感器信号进行逻辑判断。
5.如权利要求1所述的一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：助力制动时，若电动助力制动机构能够运行，通过位移传感器解析驾驶员的制动意图，根据制动意图进行整车总制动力解算，并判断此时是否满足能量回收的条件，若不满足则执行液压制动来满足总制动需求；若满足则执行制动能量回收。
6.如权利要求1所述的一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：若电动助力制动机构能力降低或无法提供助力，但仍可解析制动意图，整车控制器进行驱动电机限扭请求，整车限速；电动助力制动机构将制动接管请求信号、目标制动压力和电动助力制动机构最大助力建压能力信号发送给电子车身稳定系统。
7.如权利要求1所述的一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：若电子车身稳定系统能够运行，根据目标制动压力与电动助力制动机构的最大助力建压能力的差值作为目标压力进行主动增压动作。
8.如权利要求1所述的一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：若电动助力制动机构能力降低或无法提供助力，但仍可解析制动意图，整车控制器根据驾驶员制动意图、车速进行电子驻车请求，电子驻车系统接收驻车指令并执行动态驻车；若电子驻车系统无法执行驻车指令，则仅保留驾驶员机械备份制动，此时驾驶员通过制动踏板传动机构推动主缸进行建压。
9.如权利要求1所述的一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：若电动助力制动机构无法获取制动意图或无法运行，整车控制器控制驱动电机限扭请求实现整车限速，同时根据制动开关信号获取驾驶员制动意图，并向电子车身稳定系统发送减速度请求；若电子车身稳定系统无故障或为一级故障时，根据目标制动减速度执行主动增压动作；若电子车身稳定系统处于二级故障状态，整车控制器则根据驾驶员制动意图、车速进行驻车请求，电子驻车系统接收驻车指令并执行动态驻车。
10.如权利要求9所述的一种基于线控制动的冗余安全控制系统，其特征在于：若电子驻车系统无法执行驻车指令，则仅保留驾驶员机械备份制动，此时驾驶员通过制动踏板传动机构推动主缸进行建压。
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