CN217739765U

CN217739765U - 控制电路及冗余备份系统

Info

Publication number: CN217739765U
Application number: CN202222148994.4U
Authority: CN
Inventors: 赵伟健
Original assignee: Beijing Jingxiang Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingxiang Technology Co Ltd
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2032-08-16

Abstract

本实用新型公开了一种控制电路及冗余备份系统，控制电路应用于车辆自动驾驶域控制器的冗余备份系统，所述系统包括：两个MCU单元，控制电路包括：第一隔离芯片、第二隔离芯片，第一隔离芯片的两端分别与两个MCU单元电性连接，第二隔离芯片的两端分别与两个MCU单元电性连接，两个MCU单元通过第一隔离芯片、第二隔离芯片进行通信，且在两个MCU单元中的其中一个MCU单元发生异常时，通过第一隔离芯片或者第二隔离芯片隔离发生异常时的干扰信号。本申请能够实现两个MCU单元的相互通信及监控，进而实现主控与备控MCU单元的动态切换；同时，两个MCU之间相互隔离、互不干扰，提高了电路及系统的稳定性与安全等级。

Description

控制电路及冗余备份系统

技术领域

本申请涉及车辆自动驾驶域控制器领域，具体涉及一种控制电路及冗余备份系统。

背景技术

随着自动驾驶技术的不断发展，车辆自动驾驶系统对车辆的控制要求也越来越高，保证车辆安全稳定的工作和运行显得尤为重要。MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)是实现车辆行为的控制单元，主要用于车身控制、驾驶控制等系统，具有提高车辆的动力性、安全性的作用。冗余架构的MCU控制是未来车辆域控制器的主流设计。

相关技术中，很多MCU的控制电路及控车系统尚未实现冗余备份的功能，而对于实现冗余备份设计的方案中，两个MCU相互之间不能实现通信、监控与主备动态切换的功能，并且不能完全隔离故障和干扰信号。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种控制电路及冗余备份系统，以达到实现主控与备控MCU之间的相互通信及监控、隔离干扰信号并能够动态切换的技术效果。

依据本申请的第一方面，提供了一种控制电路，应用于车辆自动驾驶域控制器的冗余备份系统，所述冗余备份系统包括：两个MCU单元，所述控制电路包括：第一隔离芯片、第二隔离芯片，所述第一隔离芯片的两端分别与所述两个MCU单元电性连接，所述第二隔离芯片的两端分别与所述两个MCU单元电性连接，

所述两个MCU单元通过所述第一隔离芯片、所述第二隔离芯片进行通信，且在所述两个MCU单元中的其中一个MCU单元发生异常时，通过所述第一隔离芯片或者所述第二隔离芯片隔离发生异常时的干扰信号。

进一步地，所述控制电路还包括：与所述两个MCU单元连接的域控制器通信接口。

进一步地，所述两个MCU单元通过CAN总线或者以太网线与所述车辆域控制器连接并进行通信。

进一步地，所述两个MCU单元分别设置有独立的供电电源，所述第一隔离芯片采用双电源供电且分别与所述两个MCU单元的两个所述供电电源连接，所述第二隔离芯片采用双电源供电且分别与所述两个MCU单元的两个所述供电电源连接。

进一步地，所述第一隔离芯片包括带隔离功能的CAN接口芯片。

进一步地，所述带隔离功能的CAN接口芯片的两端分别与所述两个MCU单元通过CAN总线电性连接。

进一步地，所述第二隔离芯片为数字隔离芯片或模拟隔离芯片。

进一步地，所述第二隔离芯片包括带隔离功能的SPI接口芯片。

进一步地，所述带隔离功能的SPI接口芯片的两端分别与所述两个MCU单元通过SPI总线电性连接。

本申请的第二方面提供了一种冗余备份系统，包括如上述第一方面任一项所述的控制电路。

本申请的优点及有益效果是：提出了一种控制电路，应用于车辆自动驾驶域控制器的冗余备份系统，第一隔离芯片的两端分别与两个MCU单元电性连接，第二隔离芯片的两端分别与两个MCU单元电性连接，两个MCU单元通过所述第一隔离芯片、所述第二隔离芯片进行通信，且在两个MCU单元中的其中一个MCU单元发生异常时，通过第一隔离芯片或者第二隔离芯片隔离发生异常时的干扰信号。不仅达到了监测MCU电源状态、异常状态信息及通信接口的目的，而且能够实现主控与备控MCU之间的动态切换，进而提高了系统的稳定性及安全等级、保证系统的正常运行。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请一个实施例中的用于冗余备份系统的控制电路示意图；

图2为本申请一个实施例中的控制电路中采用第二隔离芯片检测MCU通信状态的示意图；

图3为本申请一个实施例中的一种带隔离功能的CAN接口芯片的结构示意图；

图4为本申请一个实施例中的控制电路中采用模拟隔离芯片的示意图；

图5为本申请一个实施例中的控制电路中采用数字隔离芯片检测MCU电源状态的示意图；

图6为本申请一个实施例中的数字隔离芯片的内部结构示意图。

图7为本申请一个实施例中的控制电路中一种带隔离功能的芯片检测MCU电源状态的示意图；

图中：10、MCU1单元；11、MCU2单元；12、第一隔离芯片；13、第二隔离芯片；14、第一供电电源；15、第二供电电源；16、域控制器通信接口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

汽车电子系统根据功能划分为若干个功能块，每个功能块内部的系统架构由域控制器为主导搭建，用一个高算力的多核中央计算机取代以往的多个分布式ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)架构。目前域控制器的“域”一般是指功能域，按照最典型的分类方法可分为动力总成、底盘控制、车身控制、娱乐系统(座舱域)、ADAS这五个主要的域。自动驾驶控制总体是通过ADCU(Automated Driving Control Unit，自动驾驶域控制器)的SOC芯片(System on Chip，系统级芯片)来实现多传感器的信息采集，融合、决策，具体地，可以由外部各种传感器模块采集到环境数据后直接用控制总线传输给域控制器，并且由MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)实现车辆行为的控制的功能。现有技术方案中的很多MCU控车系统及控制电路尚未实现冗余备份的功能，而对于实现冗余备份设计的方案中，两个MCU之间完全独立工作，MCU之间不能实现相互通信、监控与主备动态切换的功能，并且两个MCU之间如果其中一个MCU发生故障，则会对另一个MCU存在干扰，不能完全隔离故障和干扰信号。

基于此，本申请的实施例中提出了一种控制电路及冗余备份系统，使得主控与备控MCU单元之间可以相互通信及监控、并且可以实现MCU单元的动态切换并隔离干扰信号的技术效果。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

参照图1所示，图1为本申请一个实施例中的用于冗余备份系统的控制电路示意图，在本申请的一个实施例中，提出了一种控制电路，应用于车辆自动驾驶域控制器的冗余备份系统，所述冗余备份系统包括：两个MCU单元，分别为MCU1单元10、MCU2单元11，所述控制电路包括：第一隔离芯片12、第二隔离芯片13，所述第一隔离芯片12的两端分别与所述两个MCU单元(MCU1单元10、MCU2单元11)电性连接，所述第二隔离芯片13的两端分别与所述两个MCU单元(MCU1单元10、MCU2单元11)电性连接，所述两个MCU单元通过所述第一隔离芯片12、所述第二隔离芯片13进行通信，且在两个MCU单元中的其中一个MCU单元发生异常时，通过所述第一隔离芯片12或者所述第二隔离芯片13隔离发生异常时的干扰信号。本实施例中，在通信正常的情况下，需要将一个MCU单元作为主控MCU，另一个作为备控MCU，两个MCU单元都能控制自动驾驶车辆的域控制器，并且通过CAN接口或者其他网络接口，VDCU是能收到任何一个MCU传输的数据信息的。

所述控制电路使得两个MCU单元之间可以通过第一隔离芯片、第二隔离芯片完全隔离，但是又不完全独立，并通过隔离芯片及相关电路实现两个MCU单元之间相互通信、相互监控的目的，同时，当监测到MCU单元异常时，主控与备控MCU单元之间可以动态、及时地实现软硬件切换，达到无缝平滑切换到另外一路MCU单元的效果，提高控制电路及冗余备份系统的安全等级。

如图2所示，在本申请的一个较优的实施例中，两个MCU单元之间可以通过第二隔离芯片实现电源状态、通信接口以及状态IO信息的监测，具体地，通过所述控制电路不仅可以实现相互通信，而且能够实时地监测对方的通信状态，例如监控对方的电源，异常状态信息(包括诊断，错误，告警信号等预设的故障报警信号)、通信接口等是否异常，以此判断对端的MCU单元有无通信故障，而且车辆域控制器同样会发送一些实时的在线信息，用以判断MCU单元能否进行正常通信。

在本申请的一个实施例中，控制电路还包括：与所述两个MCU单元连接的域控制器通信接口。本实施例中的控制电路可以用于自动驾驶车辆域控制器的冗余备份系统，并且MCU单元可以通过CAN总线或者百兆、千兆的以太网线等方式连接ADCU(Automated DrivingControl Unit，自动驾驶域控制器)和VDCU(Vehicle Domain Control Unit，整车域控制器)以进行数据传输。

具体地，所述两个MCU单元上还设置有连接车辆域控制器的对外接口用于与ADCU、VDCU的通信接口相连接，所述接口包括但不限于CAN接口和以太网接口等各类通信接口，并且根据具体情况MCU单元可以通过CAN总线或者百兆、千兆的以太网线等对ADCU、VDCU等域控制器进行数据传输，如将MCU单元与域控制器通信接口16连接。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，所述两个MCU单元通过CAN总线或者以太网线与所述车辆域控制器连接并进行通信。CAN是指控制器局域网络(Controller AreaNetwork,CAN)，CAN总线是广泛应用于汽车领域的总线之一，而以太网(Ethernet)是应用最广泛的局域网通讯方式，因此，在本申请的一个较优的实施例中，可以选取CAN总线或者百兆、千兆的以太网线进行对外的数据传输。

具体地，结合图1和图2所示，在车辆行为的控制过程中，两个MCU单元之间可以进行实时地数据通信，MCU单元与车辆的域控制器之间也会进行通信，例如，如果控制电路监测到一个MCU单元发生异常，则将所述未发生异常的MCU单元作为主控MCU单元，并且由主控MCU单元与所述车辆域控制器之间进行通信，包括与ADCU和VDCU在内的域控制器进行通信并且向其上报异常MCU单元的故障信息。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，所述两个MCU单元(MCU1单元10、MCU2单元11)分别设置有独立的供电电源(第一供电电源14，第二供电电源15)，MCU1单元10与第一供电电源14连接，MCU2单元与第二供电电源15连接，所述第一隔离芯片12采用双电源供电且分别与所述两个MCU单元的两个所述供电电源连接，所述第二隔离芯片13采用双电源供电且分别与所述两个MCU单元的两个所述供电电源连接。

具体地，使用隔离芯片的目的是为了保证强弱电路之间信号传输的安全性，如果没有隔离芯片进行电气隔离，一旦发生故障，强电电路的电流将直接流到弱电电路，不仅可能对电路及设备造成损害，而且还会导致相关人员的安全问题。值得注意的是，两个MCU单元分别设置了独立的供电电源，而且所述隔离芯片都是采用双电源的供电模式，隔离芯片的一端需要连接至其中一个MCU单元的供电电源，隔离芯片的另一端需要连接另一个MCU单元的供电电源，这样就可以保证在一个MCU单元的电源故障时，不会影响到另一个MCU单元的工作。

在本申请的一个实施例中，所述第一隔离芯片包括带隔离功能的CAN接口芯片。具体地，在两个MCU单元之间配置带隔离功能的CAN接口芯片，可以使两个MCU单元在进行CAN通信时通过该芯片隔离由CAN通信异常产生的干扰信号。

在本申请的一个实施例中，所述带隔离功能的CAN接口芯片的两端分别与所述两个MCU单元通过CAN总线电性连接。具体地，如图3所示，图中芯片是一种能够实现隔离功能的CAN接口芯片，图中Vcc1、Vcc2代表连接的两个电源电压，TXD代表CAN传输数据输入端、RXD代表CAN接收数据输出端、CANH代表低电平的CAN总线、CANL代表高电平的CAN总线。将上述带隔离功能的CAN接口芯片用于所述控制电路，可以使得两个MCU单元之间的干扰信号实现完全隔离，而且电源之间也能实现完全隔离，供电互不影响，进而实现电路异常的短路保护。

可以理解，上述隔离芯片的类型或者管脚仅为举例，并不用于限定本申请的保护范围。

在本申请的领一个实施例中，所述第二隔离芯片为数字隔离芯片或模拟隔离芯片。具体地，图4为采用模拟隔离芯片的示意图，图5中的控制电路则采用了数字隔离芯片，这也就是说，两个MCU之间的通信信号可以是模拟信号也可以是数字信号，当然，也可以设计具体的电路结构将模拟信号转换为数字信号。如图4和图5所示，两个MCU单元之间的数字信号通过数字隔离芯片实现通信和隔离，两个MCU单元之间的模拟信号可以通过模拟隔离芯片以实现通信和隔离，两个MCU单元之间互联的通信信号都能经过模拟隔离芯片或者数字隔离芯片，以保证其中一个MCU单元出现故障时，不会损坏另外一个MCU单元正常工作的进行。由此，主控与备控MCU单元完全隔离，但是不完全独立，既能通过隔离芯片实现通信、相互监控，又能实现系统中的MCU单元的动态、实时切换。

在本申请的一个实施例中，如图6中的数字隔离芯片的内部结构图所示，Vcc1和Vcc2分别用于连接两个MCU单元的两个供电电源，IN端用于输入，OUT端用于输出，两个MCU之间可以通过所述数字隔离芯片实现包括诊断，错误，告警信号等预设的故障报警信号在内的异常状态信息的数据监测。

在本申请的一个实施例中，如图5所示，在该实施例中，设置有两个MCU单元(分别为MCU1和MCU2)，图中所示为MCU2监测MCU1(图中未画出)的电源状态的电路实现方式。本实施例中是利用迟滞比较器和多个电阻组成的监测电路来判断MCU1的供电电源是否正常，例如，可以为迟滞比较器设置一个较宽的输入电压范围，并利用比较器输出电压的高低来判断该路电源是否存在，如果输出低电平，则认为MCU1的电源供电异常，进而判断出通信异常；如果输出高电平，则认为MCU1的电源处于正常供电的状态。同理，也可以使用MCU1来监测MCU2的电源状态。当然，也可以设计其他结构的监测电路以实现监控两个MCU单元之间的电源是否异常的目的，并由此判断两个MCU单元之间是否能够正常通信。

在本申请的另一个实施例中，采用了一种带隔离功能的芯片来实现监测供电电源的目的。如图7所示，图中INP为同向模拟输入端、INN为反向模拟输入端、DOUT为数据输出端、CLKOUT为时钟输出端。可以看出，V_AC为被测电压，AVDD为被测MCU的电源，DVDD是另一个MCU单元的电源，利用所述带隔离功能的芯片，即可实现一个MCU单元实时地监测另外一路MCU的电源状态的目的，并且当一路MCU单元的相关电路出现短路甚至烧坏的情况时不会影响到另外一路MCU单元的正常工作。

可以理解，上述隔离芯片的类型或管脚的连接仅为举例，并不用于限定本申请的保护范围。

进一步地，如图1所示，在本申请的实施例中，所述第二隔离芯片13包括带隔离功能的SPI接口芯片。具体地，本实施例中的MCU单元均设置有SPI接口以便与所述SPI接口芯片进行连接，两个MCU单元之间的通信通过SPI接口实现，SPI接口用以连接带隔离功能的SPI高速接口芯片。

进一步地，在本申请的实施例中，所述带隔离功能的SPI接口芯片的两端分别与所述两个MCU单元通过SPI总线电性连接。并且可以通过上述芯片隔离由所述SPI总线通信异常产生的干扰信号。

在本申请的实施例中，还提出了一种冗余备份系统，包括如上述实施例中任一项所述的控制电路。将所述控制电路应用于所述冗余备份系统中，能够监测两个MCU单元之间的电源状态、异常状态信息及通信接口并判断通信是否正常，不仅实现了两个MCU单元之间的相互通信、相互监控，而且能够实现主控与备控MCU单元之间的动态切换并使得主控与备控MCU单元相互隔离、互不干扰，进而提高了冗余备份系统、控制电路的稳定性及安全等级、保证了冗余备份系统、控制电路的正常运行。

综上所述，本实施例提出了一种控制电路及冗余备份系统，所述控制电路应用于车辆自动驾驶域控制器的冗余备份系统，两个MCU单元通过第一隔离芯片、第二隔离芯片进行通信，且在两个MCU单元中的其中一个MCU单元发生异常时，通过第一隔离芯片或者所述第二隔离芯片隔离发生异常时的干扰信号，不仅实现了两个MCU单元之间的相互通信、相互监控，而且能够实现主控与备控MCU之间的动态切换，并使得主控与备控MCU相互隔离、互不干扰，进而提高了控制电路与冗余备份系统的稳定性及安全等级、保证了电路及系统的正常运行。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。还需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种控制电路，其特征在于，应用于车辆自动驾驶域控制器的冗余备份系统，所述冗余备份系统包括：两个MCU单元，所述控制电路包括：第一隔离芯片、第二隔离芯片，所述第一隔离芯片的两端分别与所述两个MCU单元电性连接，所述第二隔离芯片的两端分别与所述两个MCU单元电性连接，

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括：与所述两个MCU单元连接的域控制器通信接口。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述两个MCU单元通过CAN总线或者以太网线与所述车辆域控制器连接并进行通信。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述两个MCU单元分别设置有独立的供电电源，所述第一隔离芯片采用双电源供电且分别与所述两个MCU单元的两个所述供电电源连接，所述第二隔离芯片采用双电源供电且分别与所述两个MCU单元的两个所述供电电源连接。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第一隔离芯片包括带隔离功能的CAN接口芯片。

6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述带隔离功能的CAN接口芯片的两端分别与所述两个MCU单元通过CAN总线电性连接。

7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第二隔离芯片为数字隔离芯片或模拟隔离芯片。

8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，所述第二隔离芯片包括带隔离功能的SPI接口芯片。

9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述带隔离功能的SPI接口芯片的两端分别与所述两个MCU单元通过SPI总线电性连接。

10.一种冗余备份系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的控制电路。