CN205787747U - 具有功能安全保护和集成网关的整车控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其中包括网关模块和整车控制模块，所诉的网关模块包括副MCU控制单元，所述的整车控制模块包括主MCU控制单元，所述的副MCU控制单元和主MCU控制单元相通信，所述的主MCU控制单元连接有高有效电平输入单元、低有效电平输入单元、高边输出单元和低边输出单元，所述的副MCU控制单元连接有网络管理单元、网络诊断单元和唤醒单元。采用该种结构的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，增加了功能安全保护，保障整车控制的准确性和安全性，可以有效应用于各种电动汽车中，具有更广泛的应用范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及电动汽车中控制技术领域，具体是指一种具有功能安全保护和集成网关的整车控制器。
背景技术
整车控制模块是电动汽车控制系统的核心部件，它控制汽车主要核心部件如空调、EPS、DCDC、巡航、方向盘、充电等其他系统，它不仅控制车辆的正常行驶，还对车辆的状态进行监控，在电动汽车上起到关键性的作用。
网关控制模块是电动汽车电子架构中的核心部件，其作为整车网络的数据交互枢纽，可将CAN、LIN、MOST等网络数据在不同网络中进行路由。另外，由于独立网关控制器的存在，整车电子架构的设计可以更加优化，整车厂可以通过它来提高整车拓扑结构的可扩展性、整车的安全性，以及整车网络数据的保密性。因此，网关控制器已经日益成为整车电子电气架构中不可或缺的重要部件。
然而，网关及整车控制系统与安全密切相关，其中可能存在的系统性失效和随机硬件失效，有导致汽车安全事故的风险。由于系统的复杂性和集成度在不断提高，这种风险也随之增大；因此，为了使系统自身的安全性应得到保证，即其中可能存在的残余安全风险应当被控制在可接受的范围之内。为此，国际标准化组织(ISO)成立了工作组，研究并制定了汽车电子电气系统的功能安全国际标准ISO26262。
功能安全是指避免由系统功能性故障导致的不可接受的风险。功能安全关注系统故障后的行为，而不是系统的原有功能或性能。功能安全的概念设计必须与整个系统的概念设计同步进行。在概念设计阶段，要基于系统定义和系统初步架构，分析可能存在的功能安全风险并评估风险的等级。然后根据功能安全风险定义安全目标和针对每个安全目标的功能安全概念。以采用电子节气门的发动机管理系统为例，加速踏板位置传感器信号是发动机输出转矩主要决定因素，若该传感器发生故障使其指示位置大于实际位置，则可能导致发动机输出转矩过大，造成车辆发生非驾驶员期望的加速，这是发动机管理系统的一个功能安全风险。从设计上采取措施，使加速踏板传感器故障发生时发动机转矩仍然可控，则提高了发动机管理系统的安全性。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现增加功能安全性保护、提高电动汽车控制准确性和稳定性的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器。
为了实现上述目的，本实用新型具有如下构成：
该具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其主要特点是，所述的控制器包括网关模块和整车控制模块，所诉的网关模块包括副MCU控制单元，所述的整车控制模块包括主MCU控制单元，所述的副MCU控制单元和主MCU控制单元相通信，所述的主MCU控制单元连接有高有效电平输入单元、低有效电平输入单元、高边输出单元和低边输出单元，所述的副MCU控制单元连接有网络管理单元、网络诊断单元和唤醒单元。
较佳地，所述的主MCU控制单元采用TC275芯片，所述的副MCU控制单元采用TC234芯片。
较佳地，所述的主MCU控制单元和副MCU控制单元之间通过SPI总线进行通信。
较佳地，所述的主MCU控制单元还连接有传感器供电单元。
较佳地，所述的主MCU控制单元还连接有模拟通道输入单元和PWM通道输入单元。
较佳地，所述的主MCU控制单元还连接有CAN通信单元。
较佳地，所述的主MCU控制单元还连接有实时时钟单元。
较佳地，所述的网络诊断单元包括网关自诊断子单元、整车网络相关诊断子单元和整车对外诊断接口，唤醒单元包括本地唤醒子单元和总线唤醒子单元。
较佳地，所述的副MCU控制单元还连接有bootloader单元、速率转换与协议翻译单元和报文/信号路由功能单元。
较佳地，所述的副MCU控制单元还连接有开关采集单元、整车节点配置单元、整车数据信息备份单元和整车运输模式控制单元。
采用了该实用新型中的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，通过设置网关模块和整车控制模块，采用双CPU模式，在整车控制模块和网关模块中增加功能安全性保护，对电动汽车的整车控制进行优化，提高了整车控制的安全性、准确性和稳定性，具有更广泛的应用范围。
附图说明
图1为本实用新型的网关模块的结构示意图。
图2为本实用新型的整车控制模块的结构示意图。
图3为本实用新型的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本实用新型的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其主要特点是，所述的控制器包括网关模块和整车控制模块，所诉的网关模块包括副MCU控制单元，所述的整车控制模块包括主MCU控制单元，所述的副MCU控制单元和主MCU控制单元相通信，所述的主MCU控制单元连接有高有效电平输入单元、低有效电平输入单元、高边输出单元和低边输出单元，所述的副MCU控制单元连接有网络管理单元、网络诊断单元和唤醒单元。
在一种较佳的实施方式中，所述的主MCU控制单元采用TC275芯片，所述的副MCU控制单元采用TC234芯片。
在一种较佳的实施方式中，所述的主MCU控制单元和副MCU控制单元之间通过SPI总线进行通信。
在一种较佳的实施方式中，所述的主MCU控制单元还连接有传感器供电单元。
在一种较佳的实施方式中，所述的主MCU控制单元还连接有模拟通道输入单元和PWM通道输入单元。
在一种较佳的实施方式中，所述的主MCU控制单元还连接有CAN通信单元。
在一种较佳的实施方式中，所述的主MCU控制单元还连接有实时时钟单元。
在一种较佳的实施方式中，所述的网络诊断单元包括网关自诊断子单元、整车网络相关诊断子单元和整车对外诊断接口，唤醒单元包括本地唤醒子单元和总线唤醒子单元。
在一种较佳的实施方式中，所述的副MCU控制单元还连接有bootloader单元、速率转换与协议翻译单元和报文/信号路由功能单元。
在一种较佳的实施方式中，所述的副MCU控制单元还连接有开关采集单元、整车节点配置单元、整车数据信息备份单元和整车运输模式控制单元。
为达到以上要求，如图3所示，本实用新型的整车控制器采用包括：满足ISO26262要求设计的电源芯片、双MCU单元及功率输出模块逻辑控制等。
1、根据ISO26262开发的适合功能安全系统的TLF35584模块；
2、双MCU模块均采用英飞凌最新AURIX多核架构。通过ISO26262认证的流程开发和设计，可高效地满足ASIL D级应用的要求。这种多核架构在多样的锁步架构中使用多达两颗TriCore CPU，并结合采用安全内部通信总线和分布式内存保护系统等安全技术。创新的封装技术允许不同来源的具备不同安全等级(高达ASIL D)的软件实现集成。与传统的锁步架构相比，安全系统的开发工作量可减少30％，从而缩短产品的开发周期。此外，为满足未来更好地防止汽车应用被盗窃、欺诈或篡改的安全要求，AURIX系列的各款产品均内置一个硬件安全模块(HSM)。
主MCU采用TC275；不同的锁步架构，以降低ISO26262系统的开发工作；高集成度，可降低复杂性和显著的成本节约；Delta-Sigma模拟到数字的快速和精确的测量转换器；创新的单电源的概念导致了低功耗和低成本的外部电源；可扩展封装系列跨平台概念的灵活性；多核调试，跟踪和校准专用仿真设备芯片(ED)；ISO26262符合支持安全要求达到ASIL-DAUTOSAR V3.2和V4.x中；
副MCU采用TC234；不同的锁步架构，以减少对ASIL-D系统的开发工作；高集成度，可降低复杂性和显著的成本节约；在外部电源最好的一流的功耗和成本节约创新的单电源供电的概念；可扩展的性能，封装，内存方面和外围设备跨平台概念的灵活性；最新连接CANFD(灵活的数据速率)；硬件安全模块，以满足最新的标准EVITA；从质量管理的可扩展安全ASIL D；
如图2所示，整车控制模块包括如下功能：1、高有效电平输入单元；2、低有效电平输入单元；3、模拟通道输入单元；4、PWM通道输入单元；5、各路传感器供电单元；6、CAN通信单元；7、主MCU控制单元；8、高边输出单元；9、低边输出单元；10、实时时钟单元；
其中高有效、低有效及模拟通道输入分别对油门、刹车、档位、空调、EPS、PTC、充电等整车主要信号进行采集监控；
传感器供电单元分别给拨片开关、巡航开关、温度传感器、压力传感器等供电；
主MCU控制单元用来监控整车各路信号并处理，同时和辅助MCU进行通信，实现数据交互；
高低边输出单元用来控制车上各路继电器，并进行诊断，反馈控制结果；并输出使能车上其他模块，实现整车的控制；
此外，还包含4路普通CAN总线和高速CAN总线。对外用于和车内其他模块之间的通信；对内预留和网关模块交互通信；
实时时钟单元来提高整车控制功能的多样化，可以精确记录当前时间，满足用户的需要。
如图1所示，以上网关模块功能包括：副MCU内部具有6路CAN总线扩展；其中包括普通CAN总线和高速CAN总线以及唤醒功能；此网关具有网络管理、网关自诊断、整车网络相关诊断、本地唤醒、总线唤醒、整车对外诊断接口、bootloader(引导加载程序)、速率转换与协议翻译、报文/信号路由功能、开关采集、整车节点配置、整车数据信息备份、整车运输模式控制及其他等功能。此外，LIN总线也扩展了其功能的通用性。
本实用新型的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器的技术方案中，其中所包括的各个功能设备和模块装置均能够对应于实际的具体硬件电路结构，因此这些模块和单元仅利用硬件电路结构就可以实现，不需要辅助以特定的控制软件即可以自动实现相应功能。
采用了该实用新型中的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，通过设置网关模块和整车控制模块，采用双CPU模式，在整车控制模块和网关模块中增加功能安全性保护，对电动汽车的整车控制进行优化，提高了整车控制的安全性、准确性和稳定性，具有更广泛的应用范围。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的控制器包括网关模块和整车控制模块，所诉的网关模块包括副MCU控制单元，所述的整车控制模块包括主MCU控制单元，所述的副MCU控制单元和主MCU控制单元相通信，所述的主MCU控制单元连接有高有效电平输入单元、低有效电平输入单元、高边输出单元和低边输出单元，所述的副MCU控制单元连接有网络管理单元、网络诊断单元和唤醒单元。
2.根据权利要求1所述的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的主MCU控制单元采用TC275芯片，所述的副MCU控制单元采用TC234芯片。
3.根据权利要求1所述的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的主MCU控制单元和副MCU控制单元之间通过SPI总线进行通信。
4.根据权利要求1所述的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的主MCU控制单元还连接有传感器供电单元。
5.根据权利要求1所述的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的主MCU控制单元还连接有模拟通道输入单元和PWM通道输入单元。
6.根据权利要求1所述的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的主MCU控制单元还连接有CAN通信单元。
7.根据权利要求1所述的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的主MCU控制单元还连接有实时时钟单元。
8.根据权利要求1所述的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的网络诊断单元包括网关自诊断子单元、整车网络相关诊断子单元和整车对外诊断接口，唤醒单元包括本地唤醒子单元和总线唤醒子单元。
9.根据权利要求1所述的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的副MCU控制单元还连接有bootloader单元、速率转换与协议翻译单元和报文/信号路由功能单元。
10.根据权利要求1所述的具有功能安全保护和集成网关的整车控制器，其特征在于，所述的副MCU控制单元还连接有开关采集单元、整车节点配置单元、整车数据信息备份单元和整车运输模式控制单元。
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