本發(fā)明屬于轎車及微車AMT變速器電子控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種轎車機(jī)械式自動變速器(AMT)電控單元(TCU)安全監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前AMT變速器控制系統(tǒng)的安全保護(hù)措施主要有:(1)應(yīng)用主處理芯片內(nèi)的看門狗進(jìn)行安全保護(hù)；(2)應(yīng)用安全監(jiān)控模塊進(jìn)行全系統(tǒng)控制系統(tǒng)安全監(jiān)控。以上二種方式都存在著一定的優(yōu)缺點(diǎn)，第一種方式ECU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計比較簡單，成本低，但功能有限，對電控系統(tǒng)的保護(hù)非常有限；第二種方式在ECU硬件設(shè)計中增加監(jiān)控芯片設(shè)計，讀取多個系統(tǒng)傳感器信息，在運(yùn)行過程中與主處理器實(shí)時交換信息。這種方式的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜，對系統(tǒng)設(shè)計能力要求比較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電路簡單、響應(yīng)速度快，可靠性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)對變速器各執(zhí)行器有效監(jiān)控的轎車機(jī)械式自動變速器電控單元安全監(jiān)控系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的轎車機(jī)械式自動變速器電控單元安全監(jiān)控系統(tǒng)包括主處理器和監(jiān)控芯片；其中主處理器包括AMT控制模塊和邏輯監(jiān)控模塊；

所述邏輯監(jiān)控模塊包括下述程序模塊：

信號處理模塊：接收來自CAN線上的發(fā)動機(jī)信號、車輛信號和來自整車的傳感器信號，這些信號定義為采集信號；同時接收各采集信號對應(yīng)的狀態(tài)信號；其中傳感器信號包括離合器位置信號、選換擋位置信號，以及離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號；對采集信號及其對應(yīng)的狀態(tài)信號首先進(jìn)行濾波處理和信號解析，然后對各狀態(tài)信號進(jìn)行置信度判斷，如果狀態(tài)信號等于設(shè)定值，則認(rèn)為對應(yīng)的采集信號可信，否則，令采集信號等于默認(rèn)值；將各采集信號經(jīng)AMT控制模塊濾波處理和信號解析后得到的信號定義為采測信號；將經(jīng)過置信度判斷后的采集信號與采測信號進(jìn)行比對，如果所有采集信號均與對應(yīng)的采測信號相同，則認(rèn)為采集信號正確，將經(jīng)過置信度判斷后的傳感器信號發(fā)送給應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊，否則向狀態(tài)判斷模塊輸出認(rèn)為錯誤的采集信號及預(yù)警信號；

應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊：接收信號處理模塊發(fā)送的經(jīng)過置信度判斷后的傳感器信號，將這些信號與設(shè)定的信號最大值和最小值進(jìn)行實(shí)時比對，如果這些傳感器信號出現(xiàn)多次連續(xù)超限，則向狀態(tài)判斷模塊輸出連續(xù)超限的信號及其預(yù)警信號；

狀態(tài)判斷模塊：當(dāng)接收到信號處理模塊發(fā)送的錯誤的采集信號及其預(yù)警信號時，對錯誤的采集信號再次進(jìn)行狀態(tài)判斷，將其與采測信號進(jìn)行比對，確認(rèn)異常后通過復(fù)位操作完成主處理器的重啟操作；當(dāng)接收到應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊發(fā)送的連續(xù)超限的信號及其預(yù)警信號時，將離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出電流限制在最大最小值范圍內(nèi)；

第一通訊模塊：實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控芯片之間的通訊；

所述監(jiān)控芯片包括下述程序模塊：

第二通訊模塊：實(shí)現(xiàn)與主處理器之間的通訊，同時完成主處理器和監(jiān)控芯片的應(yīng)答校驗，當(dāng)沒有接收到主處理器信號時，主動對監(jiān)控芯片進(jìn)行復(fù)位處理；

信號采集模塊：采集包括傳感器供電電源信號和主處理器供電電源信號在內(nèi)的供電電源信號及選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號，并將其發(fā)送給變速器工作邏輯狀態(tài)分析模塊；

變速器工作邏輯狀態(tài)分析模塊：對供電電源信號進(jìn)行標(biāo)稱值判斷，如果不在標(biāo)稱值范圍內(nèi)，則通過第二通訊模塊、第一通訊模塊向狀態(tài)判斷模塊發(fā)出供電電源信號不準(zhǔn)的預(yù)警信息，狀態(tài)判斷模塊接收到該預(yù)警信息后會對供電電源信號進(jìn)一步判斷，如果確實(shí)不準(zhǔn)，則通過復(fù)位操作完成主處理器和監(jiān)控芯片的重啟操作；同時，對選換擋執(zhí)行器輸出電流信號進(jìn)行最大值判斷，如果長時間超過電流最大值，則向輸出使能模塊輸出電流過大預(yù)警信息；

數(shù)據(jù)保存模塊；主處理器斷電時，接收應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊的離合器位置信號、選換擋位置信號及離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號并保存，等主處理器再次上電時，將離合器位置信號、選換擋位置信號及離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號發(fā)送給主處理器，用于主處理器狀態(tài)初始化的判斷；

輸出使能模塊：當(dāng)接收到變速器工作邏輯狀態(tài)分析模塊發(fā)送的電流過大預(yù)警信息后，輸出使能通過狀態(tài)判斷模塊對電機(jī)進(jìn)行關(guān)斷處理；

所述主處理器還包括平臺組件監(jiān)控模塊，平臺組件監(jiān)控模塊對主處理器自身的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，將主處理器程序運(yùn)行標(biāo)志信號與預(yù)先設(shè)定好的主處理器執(zhí)行序列進(jìn)行對比，如果兩者不一致，則向狀態(tài)判斷模塊發(fā)出輸出故障報警信息，狀態(tài)判斷模塊根據(jù)故障報警信息糾正離合器與選換擋的電流指令，將離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出電流限制在最大最小值范圍內(nèi)。

本發(fā)明由主處理器內(nèi)的邏輯監(jiān)控模塊和監(jiān)控芯片組成，由邏輯監(jiān)控模塊配合監(jiān)控芯片對車輛和發(fā)動機(jī)、變速器進(jìn)行安全監(jiān)控?？梢詫?shí)現(xiàn)與主處理器之間的通訊，同時還可以根據(jù)采測到的變速器運(yùn)行信息確定發(fā)動機(jī)和車輛安全范圍以內(nèi)的界限值，并與主處理器計算得到的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時比較，以確定是否在緊急情況下切斷離合器及選換擋的執(zhí)行器控制命令，其電路簡單、響應(yīng)速度快，可靠性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)對變速器各執(zhí)行器有效監(jiān)控。本發(fā)明可通過對變速器的監(jiān)控對車輛和發(fā)動機(jī)、變速器進(jìn)行保護(hù)，可提供三個層次的系統(tǒng)安全保護(hù)實(shí)施，可在系統(tǒng)出現(xiàn)問題的情況下及時實(shí)現(xiàn)故障判定和采取措施，通過以上ECU安全監(jiān)控模式對變速器的安全狀態(tài)能夠做到可靠識別，避免在突發(fā)情況下系統(tǒng)出現(xiàn)有危害的錯誤響應(yīng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的轎車機(jī)械式自動變速器電控單元安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2主處理器和監(jiān)控芯片通訊邏輯框圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明的轎車機(jī)械式自動變速器電控單元安全監(jiān)控系統(tǒng)，由邏輯監(jiān)控模塊和監(jiān)控芯片組成，由邏輯監(jiān)控模塊配合監(jiān)控芯片對離合器和選換擋驅(qū)動模塊進(jìn)行安全監(jiān)控。其中，邏輯監(jiān)控模塊是本發(fā)明中為了實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控在主處理器內(nèi)新增的功能模塊。主處理器內(nèi)還包括原有的AMT控制模塊。主處理采用Renesas 32位處理器，主頻80MHZ，外設(shè)工作頻率20MHz。監(jiān)控芯片采用Freescale MC9S08處理器。

所述邏輯監(jiān)控模塊包括信號處理模塊、應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊、平臺組件監(jiān)控模塊、第一通訊模塊。

信號處理模塊：接收來自CAN線上的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、油門位置、剎車開關(guān)、節(jié)氣門位置信號等發(fā)動機(jī)信號和車輛信號，以及來自整車的傳感器信號；同時接收與這些采集信號相對應(yīng)的狀態(tài)信號；其中傳感器信號包括：離合器位置、選換擋位置信號，離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號；對接收到的這些采集信號及其對應(yīng)的狀態(tài)信號首先進(jìn)行濾波處理和信號解析，然后進(jìn)行信號的置信度判斷，置信度判斷主要是對狀態(tài)信號進(jìn)行判斷，如果狀態(tài)信號等于設(shè)定值，則認(rèn)為相對應(yīng)的采集信號可信，否則，令采集信號等于默認(rèn)值。定義采集信號經(jīng)過AMT控制模塊濾波和解析后的信號為采測信號。將各采集信號與對應(yīng)的采測信號進(jìn)行比對，如果所有信號都相同，則認(rèn)為采集信號正確，否則向狀態(tài)判斷模塊發(fā)出錯誤的采集信號及其預(yù)警信號；當(dāng)認(rèn)為所有采集信號都正確時，將經(jīng)過置信度判斷后的離合器位置、選換擋位置信號，以及離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號輸送給應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊。

應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊：接收信號處理模塊發(fā)送的離合器位置、選換擋位置信號，以及離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號，然后啟動安全監(jiān)控機(jī)制，將這些信號與設(shè)定的信號最大值和最小值進(jìn)行實(shí)時比對，如果出現(xiàn)多次連續(xù)超限，則向狀態(tài)判斷模塊輸出連續(xù)超限的信號及其報警信息。

平臺組件監(jiān)控模塊：對主處理器自身的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，主處理器在運(yùn)行時會在主要程序段設(shè)置程序運(yùn)行標(biāo)志，并把程序運(yùn)行標(biāo)志信號發(fā)送給平臺組件監(jiān)控模塊，平臺組件監(jiān)控模塊接收到程序運(yùn)行標(biāo)志信號后，與預(yù)先設(shè)定好的主處理器的執(zhí)行序列進(jìn)行對比，如果程序運(yùn)行標(biāo)志信號與執(zhí)行序列不一致，則向狀態(tài)判斷模塊發(fā)出故障報警信息。

狀態(tài)判斷模塊：當(dāng)接收到錯誤的采集信號及其預(yù)警信號時，對錯誤的采集信號再次進(jìn)行狀態(tài)判斷，將其與采測信號進(jìn)行比對，確認(rèn)異常后通過復(fù)位操作完成主處理器的重啟操作；當(dāng)接收到連續(xù)超限的信號及其預(yù)警信號和故障報警信息時，將離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流限制在最大最小值范圍內(nèi)。。

第一通訊模塊：采用SPI通訊模塊，SPI通訊模塊主要實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控芯片通訊。其功能如下：第一：主處理器和監(jiān)控芯片應(yīng)答校驗；第二：接收來自監(jiān)控芯片的主處理器供電電源信號不準(zhǔn)的預(yù)警信息；第三：主處理器斷電時，給監(jiān)控芯片發(fā)送主處理器內(nèi)部的離合器位置信號、選換擋位置信號及離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號，再次上電時，接收來自監(jiān)控芯片的離合器狀態(tài)，選換擋狀態(tài)信息，用于主處理器狀態(tài)初始化的判斷。

監(jiān)控芯片包括第二通訊模塊、信號采集模塊、變速器工作邏輯狀態(tài)分析模塊、數(shù)據(jù)保存模塊和輸出使能模塊。

第二通訊模塊采用SPI通訊模塊，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控芯片與主處理器之間的通訊，同時完成主處理器和監(jiān)控芯片的應(yīng)答校驗，當(dāng)沒有接收到主處理器信號時，主動對監(jiān)控芯片進(jìn)行復(fù)位處理。

信號采集模塊：采集供電電源信號和選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號，其中供電電源信號包括傳感器供電電源信號、主處理器和監(jiān)控芯片供電電源信號；將供電電源信號和選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號發(fā)送給變速器工作邏輯狀態(tài)分析模塊。

變速器工作邏輯判斷模塊：對采集的信號做出如下判斷：對供電電源信號(包括傳感器供電電源信號、主處理器供電電源信號和監(jiān)控芯片供電電源信號)進(jìn)行標(biāo)稱值判斷，如果不在標(biāo)稱值范圍內(nèi)，通過第二通訊模塊和第一通訊模塊向主處理器的狀態(tài)判斷模塊發(fā)出不在標(biāo)稱值范圍內(nèi)的供電電源信號及其預(yù)警信息，告知電壓不準(zhǔn)，狀態(tài)判斷模塊接收到不在標(biāo)稱值范圍內(nèi)的供電電源信號及其預(yù)警信息后會對其電壓信號進(jìn)一步判斷，如果確實(shí)不準(zhǔn)，則做出主處理器和監(jiān)控芯片的重啟操作；對選換擋執(zhí)行電機(jī)輸出電流信號進(jìn)行最大值判斷，如果電流長時間過大，則向輸出使能模塊輸出電流過大預(yù)警信息。

數(shù)據(jù)保存模塊：主處理器斷電時，接收應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊的離合器位置信號、選換擋位置信號及離合器、選換擋執(zhí)行器的輸出需求電流信號并保存，等主處理器再次上電時，將離合器狀態(tài)及選換擋狀態(tài)信息發(fā)送給主處理器，用于主處理器狀態(tài)初始化的判斷。

輸出使能模塊：當(dāng)接收到變速器工作邏輯狀態(tài)分析模塊發(fā)送的電流過大預(yù)警信息后，輸出使能通過狀態(tài)判斷模塊對電機(jī)進(jìn)行關(guān)斷處理。

主處理器和監(jiān)控芯片協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)三個安全監(jiān)控層次，如圖2所示：

第一層的安全監(jiān)控對控制系統(tǒng)的主要控制輸出量進(jìn)行監(jiān)控，主要監(jiān)控的部件有離合器位置、選換擋位置及相應(yīng)的電流監(jiān)控。這一級別的安全監(jiān)控模塊在運(yùn)行時間上與主處理器的AMT控制模塊處于相同的時間周期或者相同級別的中斷任務(wù)。選換擋位置及離合器位置是否合理采用這個方式進(jìn)行監(jiān)控。

第二層平臺組件安全監(jiān)控模塊主要是監(jiān)控主處理器的工作狀態(tài)和應(yīng)用層控制程序的執(zhí)行過程，由于受到潛在的電磁干擾和硬件寄存器的損壞，主處理器的AMT控制模塊在運(yùn)行過程中存在程序地址紊亂的可能，平臺組件安全監(jiān)控模塊有必要對應(yīng)用控制程序的工作過程進(jìn)行監(jiān)控。如果發(fā)現(xiàn)異常則對離合器和選換擋電機(jī)的控制電流進(jìn)行限制，使由于硬件主控模塊失效所造成的系統(tǒng)安全性降低所帶來的影響得到有效控制。

第三層安全監(jiān)控通過監(jiān)控芯片對主處理器的應(yīng)答來完成，安全機(jī)制的實(shí)現(xiàn)依賴主處理器和監(jiān)控芯片之間的SPI通訊。監(jiān)控芯片具有3個工作狀態(tài)：信號采集、狀態(tài)判斷、異常處理。監(jiān)控芯片接收來自主處理器(MCU)的控制指令及狀態(tài)信息，并采集電路板上主要的信號(如傳感器供電電壓、電機(jī)驅(qū)動電流等信號)，做出是否安全的判斷，在異常處理狀態(tài)中做出適當(dāng)?shù)膭幼魅鐚⒅魈幚砥鲝?fù)位、將TCU(自動變速箱控制單元)輸出端口關(guān)閉、對電流輸出進(jìn)行限制等。