用于车辆故障保护的电路系统和车辆

技术领域

本公开一般地涉及电路技术领域，特别地涉及用于车辆故障保护的电路系统和车辆。

背景技术

在车辆的电子控制系统发生故障时，例如主控芯片跑飞或者硬件损坏，车辆此刻仍然需要完成基本的功能，使得汽车能够以最低的性能水平行驶，安全的行驶到附近的维修地点，避免汽车在外地抛锚而引发更严重的事故，保证车辆安全。这通常称为车辆坡行回家(limp home)模式。

在该模式下，在车辆主控芯片故障时，某些负载需要记住当前的控制状态继续运行，但主控芯片故障时，芯片引脚硬件状态为不确定状态，可能为高，可能为低，这给设计带来较大麻烦。目前的方案如图1所示通常采用两个控制单元(MCU)，一个主MCU，一个从MCU，两个MCU实时的进行状态交互，互相监控。当主MCU故障时，从MCU检测到主MCU出现故障，会接管故障前相关的控制，进入limp home模式，实现相关的功能。但采用了两个MCU，导致硬件成本高，软件逻辑相对复杂。

因此，急需一种用于车辆故障保护的电路系统，以解决目前的技术中存在的问题。

发明内容

根据本公开的示例实施例，提供了一种用于车辆故障保护的电路系统和车辆，以克服双MCU实现复杂limp home模式功能的高成本、高复杂性和其他技术问题。

在本公开的第一方面中，提供了一种用于车辆故障保护的电路系统。该电路系统包括：主控制芯片，包括第一引脚和第二引脚；驱动芯片，适于经由所述主控制芯片的控制而驱动车辆并且包括输入引脚；第一自锁电路，一端电耦合至所述第一引脚并且另一端电耦合至所述输入引脚；第二自锁电路，一端电耦合至所述第二引脚并且另一端电耦合至所述输入引脚，其中所述第二自锁电路经由第二线路电耦合至所述第一引脚，并且其中所述第一自锁电路经由第一线路电耦合至所述第二引脚，以将所述第一自锁电路和所述第二自锁电路互锁；第一电荷泵电路，电耦合至所述第一自锁电路并且适于在状态切换时解锁所述第一自锁电路；以及第二电荷泵电路，耦合至所述第二自锁电路并且适于在状态切换时解锁所述第二自锁电路。

在这样的实施例中，能够克服双MCU实现车辆故障模式下复杂limp home模式功能的高成本、高复杂性，基于单MCU和分立器件搭建低成本、高鲁棒性的车辆故障保护功能电路。

在一些实施例中，所述第一自锁电路包括第二三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻以及第三三极管，并且其中：所述第二三极管发射极耦接至所述第一电荷泵电路，其基极经由所述第四电阻耦接至所述第三三极管集电极，并且其集电极经由第三线路耦接至所述输入引脚；以及所述第五电阻一端耦接至所述第一引脚，另一端一支路耦接至所述第三三极管基极并且另一支路经由所述第三电阻耦接至所述第二三极管集电极，并且所述第三三极管发射极接地。

在一些实施例中，所述第二自锁电路包括第五三极管、第九电阻、第十电阻、第十一电阻以及第六三极管，并且其中所述第十一电阻一端耦接至所述第二引脚，另一端一支路耦接至所述第六三极管基极并且另一支路经由所述第九电阻耦接至所述第五三极管集电极；所述第五三极管发射极耦接至所述第二电荷泵电路，其基极经由所述第十电阻耦接至所述第六三极管集电极；以及所述第六三极管发射极接地并且其集电极经由第四线路耦接至所述输入引脚。

在一些实施例中，所述第一线路由所述第三三极管集电极耦接至所述第二引脚，并且所述第二线路由所述第六三极管集电极耦接至所述第一引脚。

在一些实施例中，所述第一电荷泵电路包括：第一二极管，正极耦接操作电压；第二二极管，与所述第一二极管串联；第一三极管，其基极耦接至所述第二二极管负极，发射极耦接操作电压并且其集电极耦接至所述第二三极管发射极；第一电容器，一个极板耦接至所述第二二极管正极并且另一极板耦接至所述第一引脚；以及第二电容器，一个极板耦接至所述第二二极管负极并且另一极板接地。

在一些实施例中，所述第一电荷泵电路还包括：第一电阻，一端耦接至所述第二二极管负极并且另一端接地；以及第二电阻，设置在所述第一引脚和所述第一电容器之间。

在一些实施例中，所述第二电荷泵电路包括：第三二极管，正极耦接操作电压；第四二极管，与所述第三二极管串联；第四三极管，其基极耦接至所述第四二极管负极，发射极耦接操作电压并且其集电极耦接至所述第五三极管发射极；第三电容器，一个极板耦接至所述第四二极管正极并且另一极板耦接至所述第二引脚；以及第四电容器，一个极板耦接至所述第四二极管负极并且另一极板接地。

在一些实施例中，所述第二电荷泵电路还包括：第七电阻，一端耦接至所述第四二极管负极并且另一端接地；以及第八电阻，设置在所述第二引脚和所述第三电容器之间。

在一些实施例中，所述电路系统还包括第六电阻、第十二电阻以及第十三电阻，并且其中所述第六电阻一端耦接至所述第一引脚并且另一端接地；所述第十二电阻一端耦接至所述第二引脚并且另一端接地；以及所述第十三电阻一端耦接至第五线路并且另一端接地，所述第五线路由所述第三线路和所述第四线路汇合后耦接至所述输入引脚。

在本公开的第二方面中，提供了一种车辆。该车辆包括根据本公开第一方面所述的用于车辆故障保护的电路系统。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定，其中：

图1示出了目前技术中采用的双MCU车辆故障保护电路系统；

图2示出了根据本公开的一些实施例的电路系统示例使用场景；以及

图3示出了根据本公开的一些实施例的示例电路系统。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。应当理解，术语“耦接”、“耦合”、“电耦接”、“连接”、“电连接”、“电耦合”表达相同或相近的概念，在特定场合下可以彼此互换使用。此外，下文所述的二极管、三极管、电容器、电阻器(又称“电阻”)等可以是本技术领域内常用的任意合适的电子元器件，只要能够实现相应功能即可，本公开对此不作限制。

下文将结合图1至图3介绍本公开的示例性实施例。

图1示出了目前技术中采用的双MCU车辆故障保护电路系统。如前文所述，参照图1，目前的电路系统通常采用两个MCU，一个主MCU U1，一个从MCU U2，两个MCU实时的进行状态交互，互相监控。当主MCU U1故障时，从MCU检测到主MCU出现故障，会接管故障前相关的控制，经由驱动芯片U3的输入引脚IN接收信号后驱动汽车进入跛行回家模式，实现相关功能。然而，在这样的方案中，采用了两个MCU，导致硬件成本高，软件逻辑相对复杂。

基于此，本公开的各个实施例利用单个MCU以及分立电路元件，通过两个互锁电路对MCU输出的状态进行实时的锁存，输出到驱动芯片，在任意时刻的MCU失效的情况下，失效前的输出状态会被锁存，即使MCU的引脚为不确定状态，也不会影响驱动芯片，继续以当前的状态继续运行。这样一来，能够克服双MCU实现车辆故障模式下复杂limp home模式功能的高成本、高复杂性，基于单MCU和分立器件搭建低成本、高鲁棒性的limp home功能电路。

图2示出了根据本公开的一些实施例的电路系统示例使用场景。在图2所示的实施例中，车辆100可以是可以承载人和/或物并且通过发动机等动力系统移动的任何类型的车辆，包括但不限于轿车、卡车、巴士、电动车、摩托车、房车、火车等等。在一些实施例中，车辆100可以是具有一定自动驾驶能力的车辆，这样的车辆也被称为无人驾驶车辆。在一些实施例中，车辆100也可以是不具有自动驾驶能力的车辆或者半自动驾驶车辆。

继续参照图2，车辆100中耦合有电路系统101。虽然被示出为单独的实体，但电路系统101可以被嵌入在车辆100中。电路系统101也可以车辆100外部的实体，并且可以经由无线网络与车辆100通信。电路系统101可以是能够实现车辆故障保护的电路系统，例如如图3所示的示意电路系统，下文将对此进行详细介绍。

图3示出了根据本公开的一些实施例的示例电路系统。其中图3所示的电路系统例如可以实现为图2中的电路系统101。

如图3所示，电路系统101可以包括单个主控制芯片U1、驱动芯片U2以及主控制芯片U1和驱动芯片U2之间的功能电路。主控制芯片U1可以包括第一引脚Pin1和第二引脚Pin2，并且驱动芯片U2可以包括输入引脚IN。继续参照图3，按照实际的控制需求，主控制芯片U1完成相关的控制。当目前主控制芯片U1输出为高或低，通过主控制芯片U1和驱动芯片U2之间的功能电路，输出到驱动芯片U2的输入引脚IN，进行车辆100相关的控制。当MCU失效时，进入limp home模式，驱动芯片U2则必须保持当前的运行状态继续运行，但此时主控制芯片U1的输出可能会变化，导致控制状态变化，不满足要求。而此时，图3中所示的主控制芯片U1和驱动芯片U2之间的功能电路则对主控制芯片U1输出的状态进行实时的锁存，输出到驱动芯片U2，在任意时刻的主控制芯片U1失效的情况下，失效前的输出状态会被锁存，即使主控制芯片U1的引脚(例如第一引脚Pin1和第二引脚Pin2)为不确定状态，也不会影响驱动芯片，继续以当前的状态继续运行，实现跛行回家。

在一些实施例中，参照图3，主控制芯片U1和驱动芯片U2之间的功能电路可以包括第一自锁电路(可以具体为第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5以及第三三极管Q3组成的支路，下文详细介绍)、第二自锁电路(可以具体位置第五三极管Q5、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11以及第六三极管Q6组成的支路，下文详细介绍)、第一电荷泵电路(可以具体位置第一二极管D1、第二二极管D2、第一三极管Q1、第一电容器C1、第二电容器C2、第一电阻R1、第二电阻R2组成的支路，下文详细介绍)以及第二电荷泵电路(可以具体位置第三二极管D3、第四二极管D4、第四三极管Q4、第三电容器C4、第四电容器C5、第七电阻R7、第八电阻R8组成的支路，下文详细介绍)。在一个实施例中，第一自锁电路一端电耦合至第一引脚Pin1并且另一端电耦合至输入引脚IN，第二自锁电路一端电耦合至第二引脚Pin2并且另一端电耦合至输入引脚IN，其中第二自锁电路经由第二线路2电耦合至第一引脚Pin1，并且其中第一自锁电路经由第一线路1电耦合至第二引脚Pin2，以将第一自锁电路和第二自锁电路互锁；进一步，第一电荷泵电路电耦合至第一自锁电路并且适于在状态切换时解锁第一自锁电路。第二电荷泵电路耦合至第二自锁电路并且适于在状态切换时解锁第二自锁电路。

在这样的实施例中，第一自锁电路和第二自锁电路分别为第一引脚Pin1和第二引脚Pin2的自锁电路，实时的将主控制芯片U1输出的状态进行锁存。当主控制芯片U1的第一引脚Pin1输出高电平(下文简称为“高”)时，通过第一线路1将第二引脚Pin2状态拉为低电平(下文简称为“低”)，防止第二引脚Pin2的状态影响输出。当第二引脚Pin2输出高时，通过第二线路2将第一引脚Pin1的引脚状态进行拉低，防止第一引脚Pin1的状态影响输出，第一线路1和第二线路2由此构成互锁电路。

进一步，第一电荷泵电路和第二电荷泵电路分别为第一引脚Pin1和第二引脚Pin2的电荷泵电路，用于解锁自锁电路，实现状态的切换。

这样一来，能够实现在单MCU的情况下，基于分立元件搭建主控制芯片U1和驱动芯片U2的功能电路，实现复杂limp home功能，降低电路系统实现成本，增加了电路系统可靠性。

在一个特定示例中，继续参照图3，第一自锁电路可以包括第二三极管Q2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5以及第三三极管(Q3)。其中，第二三极管Q2发射极耦接至第一电荷泵电路，具体地耦接至第一三极管Q1集电极，下文将详细进行介绍。第二三极管Q2基极可以经由第四电阻R4耦接至第三三极管Q3集电极，并且第二三极管Q2集电极经由第三线路3耦接至输入引脚IN。具体地，还可以经由第三线路3之后再经由第五线路5耦接至输入引脚IN。

在该实施例中，第五电阻R5一端可以耦接至第一引脚Pin1，另一端的其中一个支路耦接至第三三极管Q3基极并且另一支路可以经由第三电阻R3耦接至第二三极管Q2集电极。在这样的实施例中，第三三极管Q3发射极接地。

在一个实施例中，作为第一引脚Pin1的解锁电路，第一电荷泵电路可以包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一三极管Q1、第一电容器C1以及第二电容器C2。其中，第一二极管D1和第二二极管D2串联连接，第一二极管D1的正极耦接操作电压，例如如图3所示的3.3V。第一三极管Q1基极可以耦接至第二二极管D2负极，第一三极管Q1发射极可以耦接操作电压(例如如图3所示的3.3V)并且第一三极管Q1集电极耦接至第二三极管Q2发射极。

在该实施例中，第一电容器C1的一个极板耦接至第二二极管D2的正极，另一极板耦接至第一引脚Pin1。换言之，第一电容器C1的上极板位于串联连接的第一二极管D1和第二二极管D2之间，第一电容器C1的下极板则耦接到第一引脚Pin1。在另一实施例中，第一电容器C1的下极板可以先串联第二电阻R2，随后通过第二电阻R2耦接至第一引脚Pin1。

在该实施例中，第二电容器C2的一个极板可以耦接至第二二极管D2负极并且另一极板可以接地。

进一步，第一电荷泵电路还可以包括第一电阻R1。第一电阻R1的一端可以耦接至第二二极管D2负极，并且第一电阻R1的另一端接地。

由此，第一自锁电路和第一电荷泵电路分别为第一引脚Pin1的自锁和解锁电路，从而可以配合下文介绍的第二自锁电路和第二电荷泵电路实现电路的自锁和状态的切换。

在另一实施例中，继续参照图3，与第一自锁电路类似，第二自锁电路可以包括第五三极管Q5、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11以及第六三极管Q6。其中，第十一电阻R11一端可以耦接至第二引脚Pin2，第十一电阻R11另一端连接两条支路，其中一支路耦接至第六三极管Q6基极并且另一支路可以经由第九电阻R9耦接至第五三极管Q5集电极。进一步，第五三极管Q5发射极耦接至第二电荷泵电路，具体地为第四三极管Q4的集电极，第五三极管Q5基极可以经由第十电阻R10耦接至第六三极管Q6集电极。优选地，第六三极管Q6发射极可以接地并且第六三极管Q6集电极经由第四线路4耦接至输入引脚IN。在又一实施例中，还可以经由第四线路4之后再经由第五线路5耦接至输入引脚IN。

在上述实施例中，第一线路1可以具体地由第三三极管Q3集电极耦接至第二引脚Pin2，并且第二线路2可以由第六三极管Q6集电极耦接至第一引脚Pin1。

在一个实施例中，作为第二引脚Pin2的解锁电路，第二电荷泵电路可以包括第三二极管D3、第四二极管D4、第四三极管Q4、第三电容器C4以及第四电容器C5。其中，第三二极管D3和第四二极管D4串联连接，第三二极管D3正极耦接操作电压，例如如图3所示的3.3V。第四三极管Q4基极耦接至第四二极管D4负极，发射极可以耦接操作电压(例如如图3所示的3.3V)并且第四三极管Q4集电极耦接至第五三极管Q5发射极。

在该实施例中，第三电容器C4的一个极板耦接至第四二极管D4的正极，并且第三电容器C4的另一极板耦接至第二引脚Pin2。换言之，第三电容器C4的上极板位于串联连接的第三二极管D3和第四二极管D4之间，第三电容器C4的下极板则耦接到第二引脚Pin2。在另一实施例中，第三电容器C4的下极板可以先串联第八电阻R8，随后通过第八电阻R8耦接至第二引脚Pin2。

在该实施例中，第四电容器C5的一个极板可以耦接至第四二极管D4的负极，第四电容器C5的另一个极板可以接地。

进一步，第二电荷泵电路还可以包括第七电阻R7。第七电阻R7的一端耦接至第四二极管D4负极，并且第七电阻R7的另一端接地。

由此，第二自锁电路和第二电荷泵电路分别为第二引脚Pin2的自锁和解锁电路，从而可以配合前文所述的第一自锁电路和第一电荷泵电路实现电路的自锁和状态的切换。

在一个实施例中，继续参照图3，电路系统101还可以包括第六电阻R6、第十二电阻R12以及第十三电阻R13。其中，第六电阻R6一端可以耦接至第一引脚Pin1并且另一端接地，第十二电阻R12一端可以耦接至第二引脚Pin2并且另一端接地，并且第十三电阻(R13)一端耦接至第五线路5并且另一端接地。在该实施例中，第五线路5由第三线路3和第四线路4汇合后耦接至驱动芯片U2的输入引脚IN。

下文将结合图3详细介绍本电路系统101的操作原理。

如图3所示，在该电路系统101下，当汽车100处于工作状态时，第一电荷泵电路中的第一三极管Q1和第二电荷泵电路中的第四三极管Q4是默认闭合状态。当驱动芯片U2的需求为“高”时，主控制芯片U1的第一引脚Pin1会输出为“高”，此时通过驱动第三三极管Q3，使第三三极管Q3闭合，然后使第二三极管Q2再闭合，通过自锁电路的原理，第二三极管Q2和第三三极管Q3一直处于闭合的状态，即使主控制芯片U1的第一引脚Pin1的状态变化，也不会影响第二三极管Q2和第三三极管Q3的状态。通过第一线路1，将主控制芯片U1的第二引脚Pin2引脚输出拉低，实现互锁功能。此时通过第三线路3将高电平传输到第五线路5，从而控制驱动芯片U2。当主控制芯片U1出现故障时，主控制芯片U1的第一引脚Pin1和第二引脚Pin2的状态是不确定的，可能为“高”，可能为“低”，当通过上述的自锁和互锁，第五线路5的状态一直为“高”，不会变化，从而实现执行当前的状态继续运行的目的。

进一步，当驱动芯片U2的需求为“低”时，主控制芯片U1的第二引脚Pin2会输出为“高”，但驱动芯片U2目前的状态已经被锁存，需要通过电荷泵电路进行解锁，在第二引脚Pin2输出“高”之前，第一引脚Pin1例如可以发出毫秒级的PWM信号，通过正压电荷泵，驱动第一三极管Q1关断。此时，自锁电路会解锁。之后，第二引脚Pin2输出为高，通过驱动第六三极管Q6，使第六三极管Q6闭合，然后使第五三极管Q5再闭合，通过自锁电路的原理，第五三极管Q5和第六三极管Q6的一直处于闭合的状态，即使第二引脚Pin2的状态发生变化，也不会影响第五三极管Q5和第六三极管Q6的状态。通过第二线路2，将主控制芯片U1的第一引脚Pin1引脚输出拉低，实现互锁功能。此时通过第四线路4将低电平传输到第五线路5，从而控制驱动芯片。当主控制芯片U1出现故障时，主控制芯片U1的第一引脚Pin1和第二引脚Pin2的状态是不确定的，可能为“高”，可能为“低”，当通过上述的自锁和互锁，第五线路5的状态一直为低，不会变化，从而实现执行当前的状态继续运行的目的。

综上，本公开的各个实施例利用单个主控制单元以及分立电路元件，通过两个互锁电路对主控制单元输出的状态进行实时的锁存，输出到驱动芯片，在任意时刻的主控制单元失效的情况下，失效前的输出状态会被锁存，即使主控制单元的引脚为不确定状态，也不会影响驱动芯片，继续以当前的状态继续运行。这样一来，能够克服双主控制单元实现车辆故障模式下复杂跛行回家模式功能的高成本、高复杂性，基于单主控制单元和分立器件搭建低成本、高鲁棒性的用于车辆故障保护的功能电路系统。该系统能够广泛应用于各类型车辆。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。