CN212861418U - 一种具有冗余制动控制功能的商用车制动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有冗余制动控制功能的商用车制动控制系统，集成有主控制单元和冗余控制单元，主控制单元包括主控制ECU芯片、电源芯片、轮速处理模块、阀驱动模块、公共CAN模块、第一私有CAN1模块、第一私有CAN2模块，冗余控制单元包括控制ECU、电源芯片、轮速处理模块、阀驱动模块、冗余公共CAN模块、第二私有CAN1模块、第二私有CAN2模块，其中，公共CAN模块用于与车身CAN总线一信号连接，冗余公共CAN模块用于与车身CAN总线二信号连接，第二私有CAN1模块与第一私有CAN1模块通过内部私有CAN总线连接，第二私有CAN2模块与第一私有CAN模块通过外部私有CAN总线连接。本系统能够满足商用车制动系统的多级冗余备份功能的需要。

Description

一种具有冗余制动控制功能的商用车制动控制系统

技术领域

本实用新型涉及商用车制动控制系统，尤其涉及一种具有冗余制动控制功能的商用车制动控制系统。

背景技术

近年来，商用车向着轻量化、电动化、智能化以及网联化等方向发展，其中自动驾驶是其中的发展重点，也是未来商用车发展的主要方向和关键竞争领域。

智能汽车的迅猛发展也对制动系统及其控制方法提出了新的更高的要求。例如随着环境感知技术的不断完善，AEB、ACC等驾驶辅助系统已经在汽车上广泛应用，进一步自动驾驶汽车也得以快速发展。

无论驾驶辅助系统还是自动驾驶汽车，最终都需要通过对汽车的横纵向运动控制来实现，作为核心安全部件的制动系统起着最为关键的作用。这就需要制动系统至少满足以下功能：

1.响应自动驾驶制动请求功能。2.具有冗余防止失效制动能力，即失效时在无驾驶员干预的情况下，仍然具备一定程度的制动能力。

目前在商用车上使用最广泛的主要是WABCO公司推出的EBS制动系统，这个系统可以满足汽车电动化和智能化的大部分要求。然而：

1)EBS仅是一套线控制动系统，很难满足冗余防止失效的制动能力要求。

2)为了满足冗余功能要求，需要额外增加一套冗余制动控制系统，其结构复杂，制造成本高，很难满足车辆对于低成本的要求。

基于控制器外部电路连接的冗余通讯容易受外部干扰，稳定性不好。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有冗余制动控制功能的商用车制动控制系统，以使该硬件架构能够满足商用车制动系统多级冗余备份功能的需要。

为此，本实用新型提供了一种具有冗余制动控制功能的商用车制动控制系统，集成有主控制单元和冗余控制单元，所述主控制单元包括主控制ECU芯片、电源芯片、轮速处理模块、阀驱动模块、公共CAN模块、第一私有CAN1模块、第一私有CAN2模块，所述冗余控制单元包括冗余控制ECU、冗余电源芯片、冗余轮速处理模块、冗余阀驱动模块、冗余公共CAN模块、第二私有CAN1模块、第二私有CAN2模块，其中，所述公共CAN模块用于与车身CAN总线一信号连接，所述冗余公共CAN模块用于与车身CAN总线二信号连接，所述第二私有CAN1模块与第一私有CAN1模块通过内部私有CAN总线连接，所述第二私有CAN2模块与第一私有CAN2模块通过外部私有CAN总线连接。

进一步地，上述商用车制动控制系统用于商用车制动系统中，所述商用车制动系统包括：若干制动气室、与各制动气室对应设置的第一轮速传感器和第二轮速传感器、用于向若干制动气室布气的主布气管路和用于控制主布气管路启闭的制动阀、用于向若干制动气室布气的冗余布气管路和用于控制冗余布气管路的冗余制动阀，其中，每个第一轮速传感器均电连接至所述轮速处理模块，每个第二轮速传感器均电连接至冗余轮速处理模块，所述制动阀与阀驱动模块信号连接，所述冗余制动阀与冗余阀驱动模块信号连接。

根据本实用新型的商用车制动控制系统的硬件架构，能够满足以下多级冗余备份功能的需要：

1、通过私有CAN1将车身CAN总线二上的自动驾驶制动请求转发给主控制单元，实现车身CAN总线一的冗余备份功能。

2、通过私有CAN1实现内部私有CAN通讯，通过私有CAN2实现外部私有CAN通讯，一方面内部私有CAN通讯不受外界干扰，稳定性好，另一方面私有CAN2为私有CAN1提供冗余备份功能。

3、主控制单元把初始状态及工作状态发给冗余控制单元，如此冗余控制单元能够及时接替主控制单元响应自动驾驶制动请求。

本商用车制动控制系统将主控制单元和冗余控制单元集成为一体，结构更加简单紧凑，降低了制造生产成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1根据本实用新型的商用车制动控制系统的架构示意图；

图2是根据本实用新型的商用车制动控制系统的商用车制动系统的架构示意图；

图3是根据本实用新型的实现第一级公共CAN冗余备份功能的流程图；

图4是根据本实用新型的实现第二级私有CAN冗余功能的流程图；以及

图5是根据本实用新型的实现第三级制动控制冗余功能的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

图1至图2示出了根据本实用新型的一些实施例。

如图1所示，本实用新型的商用车制动控制系统集成有主控制单元和冗余控制单元，例如以控制器形式体现。

主控制单元包括主控制ECU芯片、电源芯片、轮速处理模块、阀驱动模块、公共CAN模块、第一私有CAN1模块、第一私有CAN2模块，其中，所述公共CAN模块用于与车身CAN总线一信号连接，所述轮速处理模块用于采集各路第一轮速传感器提供的轮速检测信息，所述阀驱动模块用于向制动阀提供控制信号，控制制动阀的动作。

冗余控制单元包括冗余控制ECU、冗余电源芯片、冗余轮速处理模块、冗余阀驱动模块、冗余公共CAN模块、第二私有CAN1模块、第二私有CAN2模块，其中，所述冗余公共CAN模块用于与车身CAN总线二信号连接，所述冗余轮速处理模块用于接收各路第二轮速传感器提供的轮速检测信息，所述冗余阀驱动模块用于向冗余制动阀提供控制信号，控制冗余制动阀的动作。

所述第二私有CAN1模块与第一私有CAN1模块于控制器通过内部私有CAN总线连接，所述第二私有CAN2模块与第一私有CAN2模块通过外部私有CAN总线连接。

在一实施例中，主控制ECU芯片选自瑞萨公司的RH850-P1H-C8M型号的ECU芯片，电源芯片选自英飞凌公司的TLE6389型号的芯片，阀驱动模块选自英飞凌公司的BTS723型号的芯片；冗余控制ECU芯片选自英飞凌公司的AURIX TC234型号的ECU芯片，冗余电源芯片选自英飞凌公司的TLE4473型号的芯片，冗余阀驱动模块选自英飞凌公司的BTS723型号的芯片，轮速处理模块和冗余轮速处理模块均选自德州仪器公司的LM2904型号的芯片。

本商用车制动控制系统用于以下结构的商用车制动系统中。

如图2所示，该商用车制动系统包括若干制动气室、与各制动气室对应设置的第一轮速传感器和第二轮速传感器、用于向各制动气室布气的主布气管路和用于控制主布气管路启闭的制动阀、用于向各制动气室布气的冗余布气管路和用于控制冗余布气管路启闭的冗余制动阀，其中，所述制动阀与阀驱动模块信号连接，所述冗余制动阀与冗余阀驱动模块信号连接。

本商用车制动控制系统的上述硬件架构能够满足多级冗余防失效功能的需要。从而提高车辆行驶过程中的安全性，更加符合自动驾驶的需求。

1、第一级公共CAN冗余备份。

主控制单元监控车身CAN总线一，当车身CAN总线一出现故障失效的情况下，主控制单元通过私有CAN1通知冗余控制单元接收车身CAN总线二上的控制信号，并通过私有CAN1转发给主控制ECU。

如图3所示，实现第一级公共CAN冗余备份功能的流程如下：

主控制单元监控车身CAN总线一状态，在车身CAN总线一正常的情况下，通过车身CAN总线一接收自动驾驶制动请求，在车身CAN总线一出现故障失效的情况下，主控制单元通过私有CAN1向冗余控制单元发出通过私有CAN1转发车身CAN总线二上的控制信号的指令，然后接收私有CAN1转发的车身CAN总线二上的自动驾驶制动请求；冗余控制单元通过私有CAN1接收主控单元发出的信号，如果接收到主控制单元发出的转发车身CAN总线二信号的指令，则通过私有CAN1转发车身CAN总线二上的自动驾驶制动请求给主控制单元。

2、第二级私有CAN冗余。

主控制单元监控私有CAN1状态，在私有CAN1正常的情况下，通过私有CAN1与冗余控制单元通讯，当私有CAN1出现故障失效的情况下，冗余控制ECU采用私有CAN2与主控制单元通讯。

如图4所示，实现第二级私有CAN冗余功能的流程如下：

主控制单元监控私有CAN1状态，在私有CAN1正常的情况下，通过私有CAN1与冗余控制单元通讯，在私有CAN1出现故障失效的情况下，主控制单元通过私有CAN2向冗余控制单元发出使用私有CAN2的指令，然后通过私有CAN2与冗余控制单元通讯；冗余控制单元通过私有CAN2接收主控单元发出的信号，如果接收到主控制单元发出的使用私有CAN2的指令，则通过私有CAN2与主控制单元通讯。

3、第三级制动控制冗余。

在工作过程中，自动驾驶制动请求通过车身CAN总线一及车身CAN总线二分别发送给主控制单元和冗余控制单元，主控制单元在轮速处理模块监控车轮状态的情况下通过阀驱动模块进行制动阀控制从而实现自动驾驶制动请求。

主控制单元把自身运行状态通过私有CAN1实时发送给冗余控制单元，在主控制单元正常的情况下，冗余控制单元处于待机状态，当冗余控制单元收到主控制单元异常信号或判断出主控制响应自动驾驶制动请求异常的情况下，冗余控制单元从待机状态转为响应工作，冗余控制单元在冗余轮速处理模块监控车轮状态的情况下通过冗余阀驱动模块进行制动阀控制从而实现自动驾驶制动请求。

如图5所示，实现第三级制动控制冗余功能的流程如下：

在工作过程中，自动驾驶控制器发出制动请求给控制器，其中主控制单元通过车身CAN总线一接收请求信号，冗余控制单元通过车身CAN总线二接收请求信号，主控制单元判断其初始状态，并发送主控制单元初始状态给冗余控制单元，当主控制单元初始状态正常，没有收到自动驾驶制动请求时主控制单元处于待机状态，当主控制单元收到自动驾驶制动请求后首先通过轮速处理监控轮速状态，然后通过阀驱动进行制动阀控制从而实现自动驾驶制动请求，再通过私有CAN1把主控单元工作状态发送给冗余控制单元。

冗余控制单元首先通过私有CAN1接收主控制单元初始状态，当主控制单元初始状态正常，然后通过私有CAN1接收主控单元工作状态，当主控单元工作状态正常则冗余控制单元处于待机状态。如果主控制单元出现初始状态失效或者工作状态异常，则冗余控制单元开始响应自动驾驶制动请求，当收到自动驾驶制动请求后首先通过冗余轮速处理监控轮速状态，然后通过冗余阀驱动进行制动阀控制从而实现自动驾驶制动请求。

本实用新型具有以下技术优势/效果：

1、控制器集成有主控制单元和冗余控制单元，冗余控制单元与主控制单元并联，冗余控制单元的各部件均为独立运行，实现了多级别冗余，结构更加简单紧凑，降低了制造生产成本。

2、通过冗余控制单元接收车身CAN总线二上信号并在车身CAN总线一失效的情况下，通过私有CAN1将车身CAN总线二上的自动驾驶制动请求转发给主控制单元，实现了车身CAN总线一的冗余备份功能。

3、通过私有CAN1实现内部私有CAN通讯，通过私有CAN2实现外部私有CAN通讯，一方面内部私有CAN通讯不受外界干扰，稳定性好，另一方面私有CAN2为私有CAN1提供冗余备份功能。

目前最有希望率先落地的自动驾驶场景就是商用车无人自动驾驶运输，这样制动系统设计也就成为了一个非常重要的问题。制动系统必须保证响应自动驾驶制动请求的能力，同时还需要对于制动系统的可靠性也必须得到保证，即冗余制动系统的设计。本实用新型充分考虑到这些要求，适合在车辆自动驾驶制动系统领域中应用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有冗余制动控制功能的商用车制动控制系统，其特征在于，集成有主控制单元和冗余控制单元，

所述主控制单元包括主控制ECU芯片、电源芯片、轮速处理模块、阀驱动模块、公共CAN模块、第一私有CAN1模块、第一私有CAN2模块，

所述冗余控制单元包括冗余控制ECU、冗余电源芯片、冗余轮速处理模块、冗余阀驱动模块、冗余公共CAN模块、第二私有CAN1模块、第二私有CAN2模块，

其中，所述公共CAN模块用于与车身CAN总线一信号连接，所述冗余公共CAN模块用于与车身CAN总线二信号连接，所述第二私有CAN1模块与第一私有CAN1模块通过内部私有CAN总线通讯连接，所述第二私有CAN2模块与第一私有CAN2模块通过外部私有CAN总线通讯连接。

2.根据权利要求1所述的具有冗余制动控制功能的商用车制动控制系统，其特征在于，所述商用车制动控制系统用于商用车制动系统中，所述商用车制动系统包括：

若干制动气室、与各制动气室对应设置的第一轮速传感器和第二轮速传感器、用于向若干制动气室布气的主布气管路和用于控制主布气管路启闭的制动阀、用于向若干制动气室布气的冗余布气管路和用于控制冗余布气管路的冗余制动阀，

其中，每个第一轮速传感器均电连接至所述轮速处理模块，每个第二轮速传感器均电连接至冗余轮速处理模块，所述制动阀与阀驱动模块信号连接，所述冗余制动阀与冗余阀驱动模块信号连接。

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