一种基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统及方法

技术领域

本发明属于汽车的AMT自动变速箱控制技术领域，尤其涉及一种基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统及方法。

背景技术

AMT技术是汽车的关键技术之一，AMT自动变速箱主要采用液压和气动作为动力源，换挡过程由电磁阀实现精确的换挡控制。随着汽车电控技术的发展，车用电磁阀也在更新换代，近年来人们对功能安全的需求加剧，对变速箱控制器TCU的设计提出了更高的需求。变速箱控制器TCU电路模块复杂，不仅要实现电磁阀驱动输出，还要实现多路传感器的信号采集，以及各控制器之间的通讯，支持全面的故障诊断功能。变速箱控制器TCU在工作过程中难免会出现故障或者干扰，甚至有时电磁阀本身也可能会出现故障。而一旦出现故障，将会造成挡位无法切换、离合器无法分离等问题，这些对驾驶员及行人都会造成严重的危害。

目前采用高边开关控制电磁阀的通断，高边开关接电源端，软件通过控制高边开关实现挡位控制，正常情况下高边开关的通断决定了挡位切换，然而，当高边开关出现非预期闭合，且不能快速切断时，非预期的加速、非预期的减速等风险，给驾驶员及带来极大的安全风险。

传统多路电磁阀驱动控制方法，一般是单独使用高边驱动电路或低边驱动电路，并辅助以检测电路，完成每一路电磁阀的驱动控制。高边驱动是电磁阀串接在MOSFET与电源高边控制开关，低边驱动是电磁阀串接在MOSFET和地之间的低边控制开关。目前单边控制存在控制失效的安全隐患。当高边开关出现非预期闭合，且不能快速切断时，存在非预期的加速、非预期的减速等风险。

发明内容

本发明提供一种基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统，系统可以满足功能安全的要求，解决现有技术中电磁阀组驱动控制系统中驱动控制电路数量多，驱动控制方法复杂且实现成本高的问题。

系统包括：信号获取模块、中央处理模块、电磁阀组、高边驱动模块、低边驱动模块以及用于给车辆供电的电源模块；

中央处理模块分别通过高边驱动模块和低边驱动模块通信连接并控制电磁阀组；

中央处理模块通过与信号获取模块连接，获取车辆变速箱的运行状态以及获取电源模块的运行状态，当检测到车辆变速箱故障时，触发变速箱故障的中断服务，控制低边驱动模块中的低边驱动芯片动作，实现低边驱动输出关闭；

当检测到车辆变速箱故障时，触发变速箱故障的中断服务，控制低边驱动模块中的变速箱低边驱动芯片动作，实现变速箱低边驱动输出关闭；

当检测到电源模块出现过压、欠压、短路状态时，触发电源故障的中断服务，控制低边驱动模块中的电源低边驱动芯片动作，实现电源低边驱动输出关闭。

进一步需要说明的是，系统还包括：TCU监控层和诊断监控处理层；

诊断监控处理层用于监控基本功能层获取的选换挡，判断选挡信息与换挡信息是否匹配，对诊断发现的选换挡故障进行解析，并基于选换挡故障状态，通过低边驱动模块执行控制。

TCU监控层用于对车辆运行程序的校验、数据的校验、执行内存保护进程、寄存器保护进程。

进一步需要说明的是，还包括：TLF35584电源管理芯片；TLF35584电源管理芯片监控电源模块的运行状态，并将电源模块的运行状态发送给中央处理模块。

进一步需要说明的是，电磁阀组包括：选挡电磁阀、换挡电磁阀、差分挡电磁阀、范围挡电磁阀、选挡电磁阀冗余、换挡电磁阀冗余、差分挡电磁阀冗余以及范围挡电磁阀冗余。

进一步需要说明的是，高边驱动模块包括：第一高边驱动芯片、第二高边驱动芯片、第三高边驱动芯片、第四高边驱动芯片；

低边驱动模块包括：第一低边驱动芯片、第二低边驱动芯片以及第三低边驱动芯片；

换挡电磁阀的高边连接第一高边驱动芯片的引脚HSS2，换挡电磁阀的低边连接第一低边驱动芯片的引脚LSS1；

换挡电磁阀冗余高边连接第四高边驱动芯片的引脚HSS7，低边连接第二低边驱动芯片的引脚LSS2；

差分挡电磁阀高边连接第二高边驱动芯片的引脚HSS4，低边连接第三低边驱动芯片的引脚LSS3；

差分挡电磁阀冗余高边连接第一高边驱动芯片的引脚HSS1，低边连接第一低边驱动芯片的引脚LSS1；

选挡电磁阀高边连接第四高边驱动芯片的引脚HSS8，低边连接第三低边驱动芯片的引脚LSS3；

选挡电磁阀冗余高边连接第三高边驱动芯片的引脚HSS5，低边连接第二低边驱动芯片的引脚LSS2；

范围挡电磁阀高边连接第四高边驱动芯片的引脚HSS6，低边连接第二低边驱动芯片的引脚LSS2；

范围挡电磁阀冗余高边连接第二高边驱动芯片的引脚HSS3，低边连接第一低边驱动芯片的引脚的LSS1。

本发明还提供一种基于功能安全AMT电磁阀驱动控制方法，方法包括：

获取车辆变速箱的运行状态以及获取电源模块的运行状态，当检测到车辆变速箱故障时，触发变速箱故障的中断服务，控制低边驱动模块中的低边驱动芯片动作，实现低边驱动输出关闭；

当检测到车辆变速箱故障时，触发变速箱故障的中断服务，控制低边驱动模块中的变速箱低边驱动芯片动作，实现变速箱低边驱动输出关闭；

当检测到电源模块出现过压、欠压、短路状态时，触发电源故障的中断服务，控制低边驱动模块中的电源低边驱动芯片动作，实现电源低边驱动输出关闭。

进一步需要说明的是，当选挡电磁阀出现异常状态，且无法通过高边驱动关闭时，第三低边驱动芯片的引脚LSS3断开，此时第三高边驱动芯片的引脚HSS5和第一高边驱动芯片的引脚HSS1动作，第一低边驱动芯片的引脚LSS1启动保护第一高边驱动芯片的引脚HSS1和引脚HSS2；

第二低边驱动芯片的引脚LSS2启动保护第三高边驱动芯片的引脚HSS5和引脚HSS6；

当换挡电磁阀出现异常状态，且无法通过高边驱动关闭时，第一低边驱动芯片的引脚LSS1断开，此时第四高边驱动芯片的引脚HSS7启动，第三低边驱动芯片的引脚LSS3启动保护第四高边驱动芯片的引脚HSS6和第四高边驱动芯片的引脚HSS7，第三低边驱动芯片的引脚LSS3启动第二高边驱动芯片的引脚HSS4和第四高边驱动芯片的引脚HSS8。

进一步需要说明的是，当差分挡电磁阀出现异常状态，且无法通过高边驱动关闭时，第三低边驱动芯片的引脚LSS3断开，此时第三高边驱动芯片的引脚HSS5和第一高边驱动芯片的引脚HSS1均启动，第一低边驱动芯片的引脚LSS1启动保护第一高边驱动芯片的引脚HSS1和第一高边驱动芯片的引脚HSS2，第二低边驱动芯片的引脚LSS2启动保护第三高边驱动芯片的引脚HSS5和第四高边驱动芯片的引脚HSS6。

进一步需要说明的是，当范围挡电磁阀出现异常状态，且无法通过高边驱动关闭时，第二低边驱动芯片的引脚LSS2断开，此时第二高边驱动芯片的引脚HSS3启动，第一低边驱动芯片的引脚LSS1启动保护第二高边驱动芯片的引脚HSS3和第一高边驱动芯片的引脚HSS2，第三低边驱动芯片的引脚LSS3启动保护第二高边驱动芯片的引脚HSS4和第四高边驱动芯片的引脚HSS8。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明涉及的基于功能安全AMT电磁阀驱动控制方法通过高边开关和低边开关组合分配机制实现对电磁阀组的分别控制，同时基于功能安全要求实现电磁阀组的冗余分配及驱动控制，增加了电磁阀组驱动控制的稳定性和灵活性。解决了现有技术中单边控制存在控制失效的安全隐患，避免当高边开关出现非预期闭合，且不能快速切断时，存在非预期的加速、非预期的减速等风险。

本方法在高边开关出现非预期闭合，且不能快速切断等问题时，通过低边驱动控制快速切断，避免非预期的加速、非预期的减速等风险及危害发生，提升了车辆的稳定性和可靠性。而且冗余设计以及实现方式满足功能安全要求，在变速箱控制器TCU驱动电路中具备较高的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统示意图；

图2为基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统实施例示意图。

具体实施方式

如图1是本发明提供基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统的图例，图1仅以示意方式说明本发明的基本构想，图中仅显示与本发明中有关的模块而非按照实际实施时的模块数目及功能，其实际实施时各模块的功能、数量及作用可为一种随意的改变，且其模块的功能和用途也可能更为复杂。

基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统可以基于车辆智能技术对关联的选挡、换挡、差分挡、范围挡相关信息进行获取和处理。利用传感器监控、数据传输等技术，实现具有AMT车辆的实时交互控制，进而在出现异常或故障时,及时进行动作。避免单边控制存在控制失效的安全隐患。对于降低提升车辆稳定运行有积极的作用。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2所示是一具体实施例中基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统的示意图，系统包括：信号获取模块、中央处理模块、电磁阀组、高边驱动模块、低边驱动模块以及用于给车辆供电的电源模块。其中，中央处理模块可以为整车控制器，电磁阀组包括：选挡电磁阀、换挡电磁阀、差分挡电磁阀、范围挡电磁阀、选挡电磁阀冗余、换挡电磁阀冗余、差分挡电磁阀冗余以及范围挡电磁阀冗余。

中央处理模块分别通过高边驱动模块和低边驱动模块通信连接并控制电磁阀组，也就是连接每个电磁阀，这样可以根据车辆的运行状态以及驾驶员输入的控制指令，控制相应的电磁阀动作。

具体来讲，中央处理模块通过与信号获取模块连接，获取车辆变速箱的运行状态以及获取电源模块的运行状态，当检测到车辆变速箱故障时，触发变速箱故障的中断服务，控制低边驱动模块中的低边驱动芯片动作，实现低边驱动输出关闭。

当检测到车辆变速箱故障时，触发变速箱故障的中断服务，控制低边驱动模块中的变速箱低边驱动芯片动作，实现变速箱低边驱动输出关闭。

当检测到电源模块出现过压、欠压、短路状态时，触发电源故障的中断服务，控制低边驱动模块中的电源低边驱动芯片动作，实现电源低边驱动输出关闭。

根据本申请的实施例，为了保证电磁阀组输出驱动的安全性及可靠性，车辆采用高边进行驱动控制，低边进行保护控制的方式对电磁阀组进行驱动。

车辆在运行过程中，当高边的驱动控制信号出现异常输出且无法及时做出有效调整时，可以通过低边驱动调整电磁阀的驱动控制或者直接切断对电磁阀组的驱动，保障安全。

高边输出的电流过大会影响器件使用寿命，也可以用低边驱动在电流过高的时刻对电流进行调节，且不影响高边对阀组的正常驱动。可选的，电磁阀组的功能分别为选挡电磁阀、换挡电磁阀、差分挡电磁阀、范围挡电磁阀和以上电磁阀的冗余。

本发明的在对电磁阀的控制方式中，采用双路高边驱动芯片，具体来讲，高边驱动模块包括：第一高边驱动芯片1、第二高边驱动芯片2、第三高边驱动芯片3、第四高边驱动芯片4。

低边驱动模块包括：第一低边驱动芯片5、第二低边驱动芯片6以及第三低边驱动芯片7。

换挡电磁阀的高边连接第一高边驱动芯片1的引脚HSS2，换挡电磁阀的低边连接第一低边驱动芯片5的引脚LSS1。

换挡电磁阀冗余高边连接第四高边驱动芯片4的引脚HSS7，低边连接第二低边驱动芯片6的引脚LSS2。

差分挡电磁阀高边连接第二高边驱动芯片2的引脚HSS4，低边连接第三低边驱动芯片7的引脚LSS3。

差分挡电磁阀冗余高边连接第一高边驱动芯片1的引脚HSS1，低边连接第一低边驱动芯片5的引脚LSS1。

选挡电磁阀高边连接第四高边驱动芯片4的引脚HSS8，低边连接第三低边驱动芯片7的引脚LSS3。

选挡电磁阀冗余高边连接第三高边驱动芯片3的引脚HSS5，低边连接第二低边驱动芯片6的引脚LSS2。

范围挡电磁阀高边连接第四高边驱动芯片4的引脚HSS6，低边连接第二低边驱动芯片6的引脚LSS2。

范围挡电磁阀冗余高边连接第二高边驱动芯片2的引脚HSS3，低边连接第一低边驱动芯片5的引脚的LSS1。

可以看出，本发明的系统对芯片每一路对应的功能进一步进行了分配。低边驱动的数量未采用一对一的控制方式，而是合理分配一路低边驱动对应保护多路高边。本实施例还设置了电磁阀的冗余，低边驱动保护可以根据需要分别进行分配使用，在出现异常时能够及时作出动作，对车辆起到保护的作用。

在一个示例性实施例中，系统采用E-GAS三层软件架构设计，由中央处理模块来执行软件架构，中央处理模块可以在车辆或者系统出现严重故障时，能够关闭安全相关的执行器，关闭执行器可使变速器在规定的容错时间间隔内进入一个正常机械状态。

系统包括了基本功能L1层、TCU监控的L2层和诊断监控处理的L3层。

L1层为基本功能层是根据获取的传感器信号确保实现正确的换挡策略，由L1级别软件和硬件、随机故障或系统引起的任何危害故障都必须由L2层和L3层来管理，L1层不被分配安全要求，为QM级别，也就是不需要考虑安全设计。

需要说明的是，L2层是诊断监控处理层，主要是对L1层的监控，监控L1层的安全状态，针对安全目标的安全机制在L2层实现，由故障检测和故障响应两部分组成。包括对L1层选换挡等功能层的监控，对输入输出的诊断，对所有诊断发现的故障处理涉及故障分类、处理优先级仲裁等。使用输入信号可以检测执行器的状态。这些信号与L1层使用的信号相同，而L2层可以确保足够的完整性以允许可靠的故障检测。

需要说明的是，系统还支持高级别的ASIL等级，确保汽车电子系统在各种情况下都能够提供足够的安全性和可靠性。安全机制被分为两个平行且独立的分解路径，每个路径都有不同的输入信号，这种机制提高系统的可靠，即使一条路径受到故障影响，另一条独立路径也不会被影响且能检测到安全目标违规并触发安全状态。安全机制的故障检测和响应必须在FTTI内适当规划并可靠执行。

对于本系统的TCU监控层，也就是L3层来讲，L3层控制器监控层，为了确保L2层及其它车载控制器的可靠运行，L3层可以监控车辆硬件相关故障。L3层监控系统中的硬件包括内存、ADC、定时器、CPU等，检测机制包括程序校验、数据校验、内存保护、寄存器保护等。TCU监控层可以作为一个独立检测单元，对于电源模块的监控可以采用SBC TLF35584电源管理芯片来实现，配合中央处理模块实现功能安全，同时提供功能安全路径输出。

还需要说明的是，作为车辆中的TCU控制器来讲，发生故障无法可靠性执行相关逻辑，为保证安全性需要外部独立监控模块，系统还可以集成看门狗的电源管理芯片，同时L3层监控功能检查程序流是否正常，通过程序流检查和看门狗喂狗绑定实现。

如无法正常喂狗等，控制进入安全状态。这样，TCU控制器的引脚输出其中之一输出都会导致低边驱动控制关闭，切换电磁阀组的驱动控制。当高边开关出现非预期闭合，且不能快速切断时，通过低边驱动控制快速切断，避免非预期的加速、非预期的减速等风险及危害发生。

以下是本公开实施例提供的基于功能安全AMT电磁阀驱动控制方法的实施例，该方法与上述各实施例的基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统属于同一个发明构思，在基于功能安全AMT电磁阀驱动控制方法的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统的实施例。

方法包括：

获取车辆变速箱的运行状态以及获取电源模块的运行状态，当检测到车辆变速箱故障时，触发变速箱故障的中断服务，控制低边驱动模块中的低边驱动芯片动作，实现低边驱动输出关闭；

当检测到车辆变速箱故障时，触发变速箱故障的中断服务，控制低边驱动模块中的变速箱低边驱动芯片动作，实现变速箱低边驱动输出关闭；

当检测到电源模块出现过压、欠压、短路状态时，触发电源故障的中断服务，控制低边驱动模块中的电源低边驱动芯片动作，实现电源低边驱动输出关闭。

进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例中的具体实施过程，该方法还包括：

当选挡电磁阀出现异常状态，且无法通过高边驱动关闭时，第三低边驱动芯片的引脚LSS3断开，此时第三高边驱动芯片的引脚HSS5和第一高边驱动芯片的引脚HSS1动作，第一低边驱动芯片的引脚LSS1启动保护第一高边驱动芯片的引脚HSS1和引脚HSS2；

第二低边驱动芯片的引脚LSS2启动保护第三高边驱动芯片的引脚HSS5和引脚HSS6；

当换挡电磁阀出现异常状态，且无法通过高边驱动关闭时，第一低边驱动芯片的引脚LSS1断开，此时第四高边驱动芯片的引脚HSS7启动，第三低边驱动芯片的引脚LSS3启动保护第四高边驱动芯片的引脚HSS6和第四高边驱动芯片的引脚HSS7，第三低边驱动芯片的引脚LSS3启动第二高边驱动芯片的引脚HSS4和第四高边驱动芯片的引脚HSS8。

当差分挡电磁阀出现异常状态，且无法通过高边驱动关闭时，第三低边驱动芯片的引脚LSS3断开，此时第三高边驱动芯片的引脚HSS5和第一高边驱动芯片的引脚HSS1均启动，第一低边驱动芯片的引脚LSS1启动保护第一高边驱动芯片的引脚HSS1和第一高边驱动芯片的引脚HSS2，第二低边驱动芯片的引脚LSS2启动保护第三高边驱动芯片的引脚HSS5和第四高边驱动芯片的引脚HSS6。

当范围挡电磁阀出现异常状态，且无法通过高边驱动关闭时，第二低边驱动芯片的引脚LSS2断开，此时第二高边驱动芯片的引脚HSS3启动，第一低边驱动芯片的引脚LSS1启动保护第二高边驱动芯片的引脚HSS3和第一高边驱动芯片的引脚HSS2，第三低边驱动芯片的引脚LSS3启动保护第二高边驱动芯片的引脚HSS4和第四高边驱动芯片的引脚HSS8。

本发明涉及的基于功能安全AMT电磁阀驱动控制方法通过高边开关和低边开关组合分配机制实现对电磁阀组的分别控制，同时基于功能安全要求实现电磁阀组的冗余分配及驱动控制，增加了电磁阀组驱动控制的稳定性和灵活性。解决了现有技术中单边控制存在控制失效的安全隐患，避免当高边开关出现非预期闭合，且不能快速切断时，存在非预期的加速、非预期的减速等风险。

本方法在高边开关出现非预期闭合，且不能快速切断等问题时，通过低边驱动控制快速切断，避免非预期的加速、非预期的减速等风险及危害发生，提升了车辆的稳定性和可靠性。而且冗余设计以及实现方式满足功能安全要求，在变速箱控制器TCU驱动电路中具备较高的应用价值。

本发明提供的基于功能安全AMT电磁阀驱动控制系统及方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以车辆、车载软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。