一种冗余电子控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子控制系统技术领域，具体为一种冗余电子控制系统及其控制方法。

背景技术

随着汽车智能网联化技术的快速发展，人们对自动驾驶的需求也在不断提高。特别是近几年，在智能控制等关键技术上的突破使得自动驾驶从幻想变为现实，大量资本的涌入也扩大了智能驾驶汽车在全球制造研究的范围。传统的机械控制系统已经无法满足自动驾驶需求，因此越来越多的汽车用车载电控系统取代了机械控制系统，通过车载电控系统控制汽车中的执行器(如电动机、电磁阀等)。与机械控制系统相比，车载电控系统具有更高的控制精度、更快的响应速度、更简明的系统结构等优势，有助于实现汽车自动驾驶。

机械控制系统中存在机械连接，其失效是一个长期积累的过程，而车载电控系统的失效通常是突发性的，因此为了实现更安全和更稳定的车载电控系统，通常要对车载电控系统进行冗余设计。以电动汽车转向系统为例，其中设置两套完全相同的电子控制系统，如系统1和系统2，系统1可以控制电动机1工作，系统2可以控制电动机2工作，电动机1和电动机2将电能转化为机械能，从而实现汽车的转向。

智能驾驶的发展关键在于执行机构需要有足够的冗余安全性，以此来确保操作的安全，即对系统的重要部分进行冗余备份设计，当系统发生故障时，冗余备份的部分会继续执行未完成的工作，而且两者相互独立并可以信息共享。如上例中，当系统2发生故障时，系统1可以切断系统2，让系统2处于不工作状态，仅由系统1控制两电动机实现转向功能。

因此，本发明提出的一种更安全、更稳定的冗余电子控制系统是推进汽车自动驾驶的关键和趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冗余电子控制系统及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冗余电子控制系统，用于提供控制执行器1的执行指令一和控制执行器2的执行指令二，所述冗余电子控制系统包括：电源单元、控制模块、驱动模块和输出单元；

所述电源单元包括电源组件1和电源组件2，所述控制模块包括控制单元1和控制单元2，所述驱动模块包括驱动单元1和驱动单元二，所述输出单元包括开关单元1、开关单元2和开关单元3，所述电源组件1为控制单元1提供低压供电电流，为驱动单元1提供高压供电电流，所述电源组件1控制驱动单元1和开关单元1向执行器1传输执行指令一；所述电源组件2为控制单元2提供低压供电电流，为驱动单元二提供高压供电电流，所述控制单元2控制驱动单元二和开关单元2向执行器2传输执行指令二。

优选的，所述控制单元1包括微控制单元1和预驱单元1，所述微控制单元1与电源组件1连接，电源组件1为微控制单元1提供低压供电电流，微控制单元1在正常供电后向电源组件1传输信号，控制电源组件1为驱动单元1提供高压供电电流，所述预驱单元1与电源组件1连接，电源组件1为预驱单元1提供低压供电电流，预驱单元1输出端还与驱动单元1输入端、开关单元2输入端和开关单元3输入端连接，接收微控制单元1传输的执行指令一后，通过控制驱动单元1和开关单元1向执行器1传输执行指令一，或者当系统出现故障时控制开关单元2断开和开关单元3闭合。

优选的，所述控制单元2包括微控制单元2和预驱单元2，所述微控制单元2与电源组件2连接，电源组件2为微控制单元2提供低压供电电流，微控制单元2在正常供电后向电源组件2传输信号，控制电源组件2为驱动单元二提供高压供电电流，预驱单元2与电源组件2连接，电源组件2为预驱单元2提供低压供电电流，所述预驱单元2还与驱动单元二、开关单元1和开关单元3连接，接收微控制单元2发出的执行指令二后，通过控制驱动单元二和开关单元2向执行器2传输执行指令二，或者当系统出现故障时控制开关单元1断开和开关单元3闭合。

优选的，所述开关单元1含有信号处理模块1和开关1，所述开关单元2含有信号处理模块2和开关2，所述开关单元3含有信号处理模块3和开关3，且信号处理模块1和信号处理模块2相同，所述预驱单元1输出端和预驱单元2输出端都连接信号处理模块1输入端，所述信号处理模块1输出端连接开关1输入端，所述预驱单元1输出端和预驱单元2输出端都连接信号处理模块2输入端，所述信号处理模块2输出端连接开关2输入端，所述预驱单元1输出端和预驱单元2输出端都连接信号处理模块3输入端，所述信号处理模块3输出端连接开关3输入端。

优选的，所述预驱单元1与预驱单元2的结构相同，预驱单元传输指令经过开关单元中的信号处理模块可以实现对开关闭合的控制，即系统正常工作时开关单元1、开关单元2闭合且开关单元3断开，系统出现故障时，开关单元1或开关单元2断开且开关单元3闭合。

优选的，所述开关单元1和开关单元2结构相同。

一种冗余电子控制系统的控制方法，包括权利要求1所述的一种冗余电子控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、系统进入正常工作模式时，开关单元3处于断开状态，预驱单元1不会控制开关单元2的开闭，预驱单元2也不会控制开关单元1的开闭，控制单元1通过控制驱动单元1和开关单元1向执行器1传输执行指令一，控制单元2通过控制驱动单元二和开关单元2向执行器2传输执行指令二；

S2、若系统中的控制单元1、驱动单元1或开关单元1任意单元出现故障时，预驱单元1不会控制开关单元2开闭，控制单元2通过控制驱动单元二和开关单元2向执行器2传输执行指令二，同时控制单元2中的预驱单元2控制开关单元3闭合，通过开关单元3向执行器1传输执行信号一，预驱单元2还会向开关单元1传输断开指令，确保开关单元1处于断开状态；

S3、若系统中的控制单元2、驱动单元二或开关单元2任意单元出现故障时，预驱单元2不会控制开关单元1开闭，控制单元1通过控制驱动单元1和开关单元1向执行器1传输执行指令一，同时控制单元1中的预驱单元1控制开关单元3闭合，通过开关单元3向执行器2传输执行信号二，预驱单元1还会向开关单元2传输断开指令，确保开关单元2处于断开状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过电源组件1、电源组件2同时进行供电，具有双冗余功能，电源组件1与电源组件2有一个正常供电，装置就可以正常工作，提高装置的供电可靠性，运行的稳定性；

2、本发明同时每个控制单元与驱动单元都只有一条线路，出现故障时，通过控制开关单元3的开闭实现一个输出组件控制两个执行器，简化了冗余电子控制系统的结构，提高了控制效率和冗余度。

附图说明

图1为本发明提供的一种冗余电子控制系统结构示意图；

图2为本发明提供的一种控制单元由微控制单元和预驱单元组成的冗余电子控制系统结构示意图；

图3为本发明提供的一种冗余电子控制系统的开关单元1结构示意图；

图4为本发明提供的一种冗余电子控制系统的开关单元2结构示意图；

图5为本发明提供的一种冗余电子控制系统的开关单元3结构示意图；

图6为本发明提供的一种冗余电子控制系统的驱动单元结构示意图。

图中：1、电源单元；101、电源组件1；102、电源组件2；2、控制模块；201、控制单元1；2011、微控制单元1；2012、预驱单元1；202、控制单元2；2021、微控制单元2；2022、预驱单元2；3、驱动模块；301、驱动单元1；302、驱动单元二；4、输出单元；401、开关单元1；4011、信号处理模块1；4012、开关1；402、开关单元2；4021、信号处理模块2；4022、开关2；403、开关单元3；4031、信号处理模块3；4032、开关3；5、执行器1；6、执行器2。

具体实施方式

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1-6，本发明提供一种技术方案：一种冗余电子控制系统，用于提供控制执行器1 5的执行指令一和控制执行器2 6的执行指令二，冗余电子控制系统包括：电源单元1、控制模块2、驱动模块3和输出单元4；

电源单元1包括电源组件1 101和电源组件2 102，控制模块2包括控制单元1 201和控制单元2 202，驱动模块3包括驱动单元1 301和驱动单元二302，驱动单元1 301和驱动单元二302里均有多个MOS管，其作用是通过n相桥不限定桥的数量驱动开关单元中的开关开闭，输出单元4包括开关单元1 401、开关单元2 402和开关单元3 403，电源组件1 101为控制单元1 201提供低压供电电流，为驱动单元1 301提供高压供电电流，电源组件1 101控制驱动单元1 301和开关单元1 401向执行器1 5传输执行指令一；电源组件2 102为控制单元2 202提供低压供电电流，为驱动单元二302提供高压供电电流，控制单元2 202控制驱动单元二302和开关单元2 402向执行器2 6传输执行指令二。

控制单元1 201包括微控制单元1 2011和预驱单元1 2012，微控制单元1 2011与电源组件1 101连接，电源组件1 101为微控制单元1 2011提供低压供电电流，微控制单元12011在正常供电后向电源组件1 101传输信号，控制电源组件1 101为驱动单元1 301提供高压供电电流，预驱单元1 2012与电源组件1 101连接，电源组件1 101为预驱单元1 2012提供低压供电电流，预驱单元1 2012输出端还与驱动单元1 301输入端、开关单元2 402输入端和开关单元3 403输入端连接，接收微控制单元1 2011传输的执行指令一后，通过控制驱动单元1 301和开关单元1 401向执行器1 5传输执行指令一，或者当系统出现故障时控制开关单元2 402断开和开关单元3 403闭合。

控制单元2 202包括微控制单元2 2021和预驱单元2 2022，微控制单元2 2021与电源组件2 102连接，电源组件2 102为微控制单元2 2021提供低压供电电流，微控制单元22021在正常供电后向电源组件2 102传输信号，控制电源组件2 102为驱动单元二302提供高压供电电流，预驱单元2 2022与电源组件2 102连接，电源组件2 102为预驱单元2 2022提供低压供电电流，预驱单元2 2022还与驱动单元二302、开关单元1 401和开关单元3 403连接，接收微控制单元2 2021发出的执行指令二后，通过控制驱动单元二302和开关单元2402向执行器2 6传输执行指令二，或者当系统出现故障时控制开关单元1 401断开和开关单元3 403闭合。

开关单元1 401含有信号处理模块1 4011和开关1 4012，开关单元2 402含有信号处理模块2 4021和开关2 4022，开关单元3 403含有信号处理模块3 4031和开关3 4032，且信号处理模块1 4011和信号处理模块2 4021相同，预驱单元1 2012输出端和预驱单元22022输出端都连接信号处理模块1 4011输入端，信号处理模块1 4011输出端连接开关14012输入端，预驱单元1 2012输出端和预驱单元2 2022输出端都连接信号处理模块2 4021输入端，信号处理模块2 4021输出端连接开关2 4022输入端，预驱单元1 2012输出端和预驱单元2 2022输出端都连接信号处理模块3 4031输入端，信号处理模块34031输出端连接开关3 4032输入端。

预驱单元1 2012与预驱单元2 2022的结构相同，预驱单元传输指令经过开关单元中的信号处理模块可以实现对开关闭合的控制，即系统正常工作时开关单元1 401、开关单元2 402闭合且开关单元3 403断开，系统出现故障时，开关单元1 401或开关单元2 402断开且开关单元3 403闭合，以开关单元2 402为例，当系统正常工作时，预驱单元1 2012不会向开关单元2 402传输指令，预驱单元2 2022向开关单元2 402正常传输指令，经过信号处理模块2 4021，控制开关2 4022闭合；当控制单元2 202、驱动单元二302或开关单元2 402出现故障时，预驱单元1 2012向开关单元2 402传输断开指令，预驱单元2 2022不向开关单元2 402传输指令，经过信号处理模块2 4021，控制开关2 4022断开；

在开关单元3 403中，当系统正常工作时，预驱单元1 2012和预驱单元2 2022都不向开关单元3 403传输指令，经过信号处理模块3 4031，控制开关3 4032断开；当控制单元2202、驱动单元二302或开关单元2 402出现故障时，预驱单元1 2012向开关单元3 403传输指令，预驱单元2 2022不向开关单元3 403传输指令，经过信号处理模块3 4031，控制开关34032闭合；或控制单元1 201、驱动单元1 301或开关单元1 401出现故障时，预驱单元22022向开关单元3 403传输指令，预驱单元1 2012不向开关单元3 403传输指令，经过信号处理模块3 4031，控制开关3 4032闭合，实现了系统出现故障时控制开关3 4032闭合。

开关单元1 401和开关单元2 402结构相同，当控制单元1 201、驱动单元1 301或开关单元1 401出现故障时，不论预驱单元1 2012是否对开关单元1 401传输指令，预驱单元2 2022都能控制开关单元1 401断开，并且控制开关单元3 403闭合；当控制单元2 202、驱动单元二302或开关单元2 402出现故障时，不论预驱单元2 2022是否对开关单元2 402传输指令，预驱单元1 2012都能控制开关单元2 402断开，并且控制开关单元3 403闭合；

以开关单元2 402为例，当控制单元2 202、驱动单元二302或开关单元2 402出现故障时，预驱单元1 2012向开关单元2 402传输断开指令，假设此时预驱单元2 2022也向开关单元2 402传输指令，经过信号处理模块24021，仍能控制开关2 4022断开。

一种冗余电子控制系统的控制方法，包括权利要求1的一种冗余电子控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、系统进入正常工作模式时，开关单元3 403处于断开状态，预驱单元1 2012不会控制开关单元2 402的开闭，预驱单元2 2022也不会控制开关单元1 401的开闭，控制单元1 201通过控制驱动单元1 301和开关单元1401向执行器1 5传输执行指令一，控制单元2202通过控制驱动单元二302和开关单元2 402向执行器2 6传输执行指令二；

S2、若系统中的控制单元1 201、驱动单元1 301或开关单元1 401任意单元出现故障时，预驱单元1 2012不会控制开关单元2 402开闭，控制单元2 202通过控制驱动单元二302和开关单元2 402向执行器2 6传输执行指令二，同时控制单元2 202中的预驱单元22022控制开关单元3 403闭合，通过开关单元3 403向执行器1 5传输执行信号一，预驱单元2 2022还会向开关单元1 401传输断开指令，确保开关单元1 401处于断开状态；

S3、若系统中的控制单元2 202、驱动单元二302或开关单元2 402任意单元出现故障时，预驱单元2 2022不会控制开关单元1 401开闭，控制单元1 201通过控制驱动单元1301和开关单元1 401向执行器1 5传输执行指令一，同时控制单元1 201中的预驱单元12012控制开关单元3 403闭合，通过开关单元3 403向执行器2 6传输执行信号二，预驱单元1 2012还会向开关单元2 402传输断开指令，确保开关单元2 402处于断开状态。

工作原理：该发明在使用时，当系统正常工作时，开关单元3 403处于断开状态，预驱单元1 2012不会控制开关单元2 402的开闭，预驱单元2 2022也不会控制开关单元1 401的开闭，控制单元1 201通过控制驱动单元1 301和开关单元1 401向执行器1 5传输执行指令一，控制单元2 202通过控制驱动单元二302和开关单元2 402向执行器2 6传输执行指令二；当系统中的控制单元1 201、驱动单元1 301或开关单元1 401任意单元出现故障时，预驱单元1 2012不会控制开关单元2 402开闭，控制单元2 202通过控制驱动单元二302和开关单元2 402向执行器2 6传输执行指令二，同时控制单元2 202中的预驱单元2 2022控制开关单元3 403闭合，通过开关单元3 403向执行器1 5传输执行信号一，预驱单元2 2022还会向开关单元1 401传输断开指令，确保开关单元1 401处于断开状态；当系统中的控制单元2 202、驱动单元二302或开关单元2 402任意单元出现故障时，预驱单元2 2022不会控制开关单元1 401开闭，控制单元1 201通过控制驱动单元1 301和开关单元1 401向执行器15传输执行指令一，同时控制单元1 201中的预驱单元1 2012控制开关单元3 403闭合，通过开关单元3 403向执行器2 6传输执行信号二，预驱单元1 2012还会向开关单元2 402传输断开指令，确保开关单元2 402处于断开状态，具有结构简单、使用方便、使用效果好的优点。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。