一種容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)，位于汽車電子油門踏板和電子節(jié)氣門之間，電子油門踏板位置傳感器直接與踏板相連接，該傳感器的輸出位置信號(hào)進(jìn)入踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元的3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元，得到正確的踏板位置信號(hào)以報(bào)文形式發(fā)送到雙通道FlexRay總線上，油門容錯(cuò)單元讀取FlexRay總線上的報(bào)文，計(jì)算分析并控制電子節(jié)氣門的開(kāi)合程度，進(jìn)而達(dá)到控制油門的目的。本發(fā)明能夠容忍任一通信系統(tǒng)、容錯(cuò)單元中的任一故障抑制單元和三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器中的任一馬達(dá)的隨機(jī)失效，提高了電子化油門系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和汽車的安全運(yùn)行能力，促進(jìn)汽車電子技術(shù)的發(fā)展。
【專利說(shuō)明】一種容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車電子技術(shù)，特別涉及一種容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]自從1886年I月26日，德國(guó)人發(fā)明的第一輛三輪汽車問(wèn)世以來(lái)，汽車工業(yè)飛速發(fā)展，人們對(duì)這種交通工具的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪械拇焦ぞ摺Ｆ嚥粌H對(duì)人們的日常生活，對(duì)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)也產(chǎn)生著非常重要的直接影響，汽車已經(jīng)被認(rèn)為是一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平高低的重要標(biāo)志。隨著時(shí)代的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)于汽車性能的要求在日益提高，除了滿足人們的基本使用要求之外，人們對(duì)于汽車的節(jié)能、環(huán)保、安全性、舒適性等方面提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，其中油門系統(tǒng)有著不言而喻的重要性。
[0003]早期的機(jī)械式油門，加速踏板與節(jié)氣門閥片是通過(guò)拉線機(jī)械連桿連接在一起的，通過(guò)踏板直接控制節(jié)氣門的開(kāi)度，它不能實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門開(kāi)度的自動(dòng)控制，而是嚴(yán)格服從駕駛員意圖及其操作，早期的機(jī)械式節(jié)氣門結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有傳感器裝置.隨著電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合控制，在機(jī)械式油門上加裝了節(jié)氣門位置傳感器，將節(jié)氣門開(kāi)度信號(hào)傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。目前車輛上使用的機(jī)械式節(jié)氣門基本上都裝有這種節(jié)氣門位置傳感器，老式的機(jī)械連接節(jié)氣門已經(jīng)逐步被淘汰。
[0004]電子油門取消了傳統(tǒng)加速踏板與節(jié)氣門閥片之間的拉線連接，采用電機(jī)或執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門。駕駛者的意圖通過(guò)加速踏板位置傳感器傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)或動(dòng)力系統(tǒng)的電控單元ECU。ECU發(fā)出指令給節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門開(kāi)度的控制，這種控制方式是間接的，即電子節(jié)氣門。
[0005]電子節(jié)氣門在國(guó)外發(fā)展較早，已有多年的歷史，產(chǎn)品已大規(guī)模投入市場(chǎng)電子節(jié)氣門作為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣控制系統(tǒng)的下一代產(chǎn)品，國(guó)外的研究試驗(yàn)得到發(fā)展，并日趨成熟。電子節(jié)氣門在控制策略上由先前的線性控制到現(xiàn)在的非線性控制；驅(qū)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)到直流電機(jī)；從先前單一提高駕駛性能到現(xiàn)在為提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、排放性及乘駕舒適性等多項(xiàng)綜合性能。
[0006]國(guó)內(nèi)近年來(lái)在捷達(dá)、寶來(lái)、波羅等轎車上廣泛采用了引進(jìn)的電子油門。但對(duì)于引進(jìn)的電子油門只是處于使用階段，對(duì)其核心技術(shù)知之甚少。國(guó)內(nèi)的電子油門控制系統(tǒng)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外，只有關(guān)于電子油門的結(jié)構(gòu)探討、實(shí)現(xiàn)功能等綜述性報(bào)道。目前清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等幾家單位進(jìn)行過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的研究。
[0007]相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)企業(yè)中還沒(méi)有能夠進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的能力，在這方面的研究工作也尚屬起步階段，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，研發(fā)一種普遍適用的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能齊全，安全可靠、并且能夠運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中的電子油門系統(tǒng)具有很好的實(shí)用價(jià)值。
[0008]FlexRay總線因其具有高帶寬、通信線路冗余、通訊靈活等優(yōu)點(diǎn)，成為未來(lái)主要的安全型車載總線。國(guó)外著名的汽車公司奔馳、寶馬、奧迪都對(duì)FlexRay總線在汽車上的應(yīng)用做了嘗試。盡管國(guó)外很早就開(kāi)始研究電子油門系統(tǒng)和FlexRay通信，但是具有很好容錯(cuò)性能的電子油門系統(tǒng)至今未能實(shí)現(xiàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是針對(duì)國(guó)內(nèi)容錯(cuò)性電子油門系統(tǒng)落后的問(wèn)題，提出了一種容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能夠容錯(cuò)的電子油門控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，提高了電子油門系統(tǒng)的安全性，可靠性以及可維護(hù)性等。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)，系統(tǒng)位于汽車電子油門踏板和電子節(jié)氣門之間，包括電子油門踏板位置傳感器、容錯(cuò)單元、兩通道FlexRay總線、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和機(jī)械操縱桿構(gòu)成的三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器、電子節(jié)氣門，其中容錯(cuò)單元FTU包括踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元和油門容錯(cuò)單元，踏板位置傳感器直接與電子油門踏板相連接，踏板位置傳感器的位置信號(hào)輸出進(jìn)入踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元的3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元，正確的故障抑制單元將產(chǎn)生相同的踏板位置報(bào)文，3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元通過(guò)FlexRay總線的兩個(gè)通道，將報(bào)文傳送到油門容錯(cuò)單元，油門容錯(cuò)單元包括3個(gè)故障抑制單元，每個(gè)故障抑制單元包含一個(gè)獨(dú)立的表決器，三個(gè)相同算法的表決器中多數(shù)計(jì)算結(jié)果送三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器控制電子節(jié)氣門的開(kāi)度。
[0011]所述兩通道FlexRay總線為相互獨(dú)立的復(fù)制確定性通道，3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元發(fā)送的每個(gè)報(bào)文通過(guò)兩通道FlexRay總線分別發(fā)出兩個(gè)相同的報(bào)文。所述3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元所產(chǎn)生的可用報(bào)文中，如果兩個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元的報(bào)文有完全相同的位模式，選取這兩個(gè)報(bào)文中的一個(gè)作為踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元三元組的共同輸出。
[0012]所述三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器包括三個(gè)馬達(dá)，每個(gè)馬達(dá)分別與油門容錯(cuò)單元的三個(gè)故障抑制單元輸出之一相連接，任意兩個(gè)馬達(dá)的力量之和超過(guò)第三個(gè)馬達(dá)。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)，能夠容忍任一通信系統(tǒng)、容錯(cuò)單元中的任一故障抑制單元和三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器中的任一馬達(dá)的隨機(jī)失效，提高了電子化油門系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和汽車的安全運(yùn)行能力，促進(jìn)汽車電子技術(shù)的發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)原理圖；
圖2為本發(fā)明容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)工作流程圖；
圖3為本發(fā)明容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)中踏板位置報(bào)文的FlexRay通信示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)位于汽車電子油門踏板I和電子氣節(jié)門6之間，系統(tǒng)包括電子油門踏板位置傳感器2、容錯(cuò)單元FTU、兩通道FlexRay總線7、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)5和機(jī)械操縱桿8構(gòu)成的TMR執(zhí)行器、電子氣節(jié)門6。其中容錯(cuò)單元FTU包括FTU1踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元3和FTU2油門容錯(cuò)單元4，踏板位置傳感器2直接與電子油門踏板I相連接，踏板位置傳感器2的輸出同時(shí)進(jìn)入FTU1踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元3的3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元FCTp FCU2和FCT3,正確的F⑶將產(chǎn)生相同的踏板位置報(bào)文。rcU1、FCU2和TOU3通過(guò)FlexRay總線7的A、B兩個(gè)通道，將報(bào)文傳送到FTU2油門容錯(cuò)單元4。FTU2油門容錯(cuò)單元4包括3個(gè)故障抑制單元FCU4、FCT5和FCU6,但這些故障抑制單元FCU與檢測(cè)單元FTU1中的復(fù)制確定性故障抑制單元FCU有所不同，它們都包含一個(gè)表決器，在收到報(bào)文后，它們首先比較三個(gè)FCU的獨(dú)立計(jì)算結(jié)果，然后選擇大多數(shù)FCU的計(jì)算結(jié)果，即三個(gè)FCU中的兩個(gè)所得的計(jì)算結(jié)果，能在一步之內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)文，并屏蔽該錯(cuò)誤。FlexRay總線7的兩個(gè)通道A、B被配置成相互獨(dú)立的復(fù)制確定性通道，通信系統(tǒng)事先知道每個(gè)FCU的合法時(shí)間基準(zhǔn)，如果一個(gè)FCU違背了時(shí)間規(guī)則，那么通信系統(tǒng)將放棄從這個(gè)FCU收到的所有報(bào)文，以防止過(guò)載情況發(fā)生。在沒(méi)有故障的情況下，每個(gè)發(fā)送報(bào)文的FCU通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的通信系統(tǒng)各發(fā)送I個(gè)報(bào)文，因此，每個(gè)接收?qǐng)?bào)文的FCU將收到來(lái)自FCU1' FCU2和FCU3的6個(gè)報(bào)文。通過(guò)FlexRay總線7相互連接的故障抑制單元,能夠容忍任意一個(gè)通信系統(tǒng)的某個(gè)失效。三模冗余(TMR)電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器各自包括三個(gè)馬達(dá)，每個(gè)馬達(dá)分別與FTU2油門容錯(cuò)單元4的三個(gè)FCU輸出之一相連接，任意兩個(gè)馬達(dá)的力量之和超過(guò)第三個(gè)馬達(dá)，即三個(gè)FCU輸出中的多數(shù)輸出決定了操縱桿作用點(diǎn)的位置，去除了不一致的輸出，TMR可被看作是機(jī)械表決器。FTU2油門容錯(cuò)單元4的三個(gè)F⑶都使用相同的算法，這些算法根據(jù)電子油門踏板I的位置計(jì)算并控制電子節(jié)氣門6的開(kāi)合程度，達(dá)到控制油門的目的。
[0016]如圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程圖，具體步驟如下:所述的踏板位置傳感器2檢測(cè)到電子油門踏板I的位置信號(hào)，位置信號(hào)進(jìn)入FTU1踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元3的3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元FCU，由于這三個(gè)FCU是確定性的，在FTU1踏板位置檢測(cè)檢測(cè)單元3的三個(gè)FCU所產(chǎn)生的可用報(bào)文中，如果兩個(gè)FCU的報(bào)文有完全相同的位模式，那么選取這兩個(gè)報(bào)文中的一個(gè)作為三元組的輸出?？稍谝徊街畠?nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)文，并屏蔽該錯(cuò)誤，正確的FCU將產(chǎn)生相同的踏板位置報(bào)文并發(fā)送到FlexRay總線7上，F(xiàn)lexRay總線7的兩個(gè)通道A、B被配置成相互獨(dú)立的復(fù)制確定性通道，這有助于容忍任一通信系統(tǒng)內(nèi)的某個(gè)失效。所有通信系統(tǒng)與FCU—樣，都有權(quán)訪問(wèn)全局時(shí)基，通信系統(tǒng)了解FCU的合法時(shí)間行為。如果一個(gè)FCU違背了自身的時(shí)間規(guī)范，那么通信系統(tǒng)將放棄從這個(gè)FCU收到的所有報(bào)文，以防止過(guò)載情況發(fā)生。在沒(méi)有故障的情況下，每個(gè)發(fā)送FCU通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的通信系統(tǒng)各發(fā)送I個(gè)報(bào)文，因此，每個(gè)接收F⑶將收到來(lái)自3個(gè)發(fā)送F⑶的6個(gè)報(bào)文。
[0017]所述FTU2油門容錯(cuò)單元4中的故障抑制單元FCU4、TOU5、FCU6、各自包含一個(gè)表決器，通過(guò)FlexRay總線7接收FTU1踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元3所產(chǎn)生的信號(hào)，在收到報(bào)文后，它們首先比較這三個(gè)FCU的三個(gè)獨(dú)立計(jì)算結(jié)果，然后選擇大多數(shù)FCU的計(jì)算結(jié)果，即三個(gè)FCU中的兩個(gè)所得的計(jì)算結(jié)果，做出精確表決進(jìn)而得到正確的踏板位置信息。FTU2油門容錯(cuò)單元4中的FCU具有相同的算法，這些算法根據(jù)電子油門踏板I的位置信息計(jì)算并控制電子節(jié)氣門的開(kāi)合程度，進(jìn)而達(dá)到控制容們的目的。任一節(jié)點(diǎn)隨機(jī)失效、任一通道的報(bào)文丟失或任一馬達(dá)失靈，都不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
[0018]圖3為本發(fā)明踏板位置報(bào)文的FlexRay通信示意圖，軟件上，首先采用雙通道的FlexRay通信網(wǎng)絡(luò)，其本身具有雙通道的通信結(jié)構(gòu)，在靜態(tài)時(shí)隙I中，F(xiàn)TU1分別在通道A和B上發(fā)送FCT1，靜態(tài)時(shí)隙2中，F(xiàn)TU1分別在通道A和B上發(fā)送FCU2 ;靜態(tài)時(shí)隙3中，F(xiàn)TU1分別在通道A和B上發(fā)送rcu3。同時(shí)，為了保證傳感器報(bào)文的實(shí)時(shí)性，必須利用FlexRay的靜態(tài)時(shí)隙進(jìn)行傳輸，這也就意味著同一時(shí)間只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠在該時(shí)隙進(jìn)行傳輸。正常工作時(shí)，只用其中的一個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，當(dāng)一個(gè)通道發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)，在兩個(gè)通道進(jìn)行的通信一致的前提下，系統(tǒng)仍然可以依靠另外一個(gè)通道工作。動(dòng)態(tài)段中，動(dòng)態(tài)的基于微型時(shí)槽方式，用來(lái)仲裁動(dòng)態(tài)段傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)。SW是一段通信時(shí)間段,在這段時(shí)間內(nèi)可以傳輸一個(gè)符號(hào)，其主要功能是檢查總線監(jiān)視操作。NIT為一段總線通信空閑時(shí)間，一個(gè)通信周期在此后結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)，系統(tǒng)位于汽車電子油門踏板和電子節(jié)氣門之間，其特征在于，包括電子油門踏板位置傳感器、油門容錯(cuò)單元、兩通道FlexRay總線、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和機(jī)械操縱桿構(gòu)成的三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器、電子節(jié)氣門，其中容錯(cuò)單元FTU包括踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元和油門容錯(cuò)單元，踏板位置傳感器直接與電子油門踏板相連接，踏板位置傳感器的位置信號(hào)輸出進(jìn)入踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元的3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元，正確的故障抑制單元將產(chǎn)生相同的踏板位置報(bào)文，3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元通過(guò)FlexRay總線的兩個(gè)通道，將報(bào)文傳送到油門容錯(cuò)單元，油門容錯(cuò)單元包括3個(gè)故障抑制單元，每個(gè)故障抑制單元包含一個(gè)獨(dú)立的表決器，三個(gè)相同算法的表決器中多數(shù)計(jì)算結(jié)果送三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器控制電子節(jié)氣門的開(kāi)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)，其特征在于，所述兩通道FlexRay總線為相互獨(dú)立的復(fù)制確定性通道，3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元發(fā)送的每個(gè)報(bào)文通過(guò)兩通道FlexRay總線分別發(fā)出兩個(gè)相同的報(bào)文。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)，其特征在于，所述3個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元所產(chǎn)生的可用報(bào)文中，如果兩個(gè)復(fù)制確定性故障抑制單元的報(bào)文有完全相同的位模式，選取這兩個(gè)報(bào)文中的一個(gè)作為踏板位置傳感器信號(hào)檢測(cè)單元三元組的共同輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述容錯(cuò)電子油門系統(tǒng)，其特征在于，所述三模冗余電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器包括三個(gè)馬達(dá)，每個(gè)馬達(dá)分別與油門容錯(cuò)單元的三個(gè)故障抑制單元輸出之一相連接，任意兩個(gè)馬達(dá)的力量之和超過(guò)第三個(gè)馬達(dá)。
【文檔編號(hào)】F02D41/02GK103628992SQ201310626429
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】張鳳登, 陳興隆, 于明慧 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)