一种容错电子离合器系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种容错电子离合器系统，位于汽车离合器踏板和离合器助力缸推杆之间，离合器踏板位置传感器直接与踏板相连接，该传感器的输出位置信号进入踏板位置传感器信号检测单元的3个复制确定性故障抑制单元，得到正确的踏板位置信号以报文形式发送到双通道FlexRay总线上，离合容错单元读取FlexRay总线上的报文，计算分析并控制离合器助力缸推杆的行程，进而达到控制离合器开合的目的。本发明能够容忍任一通信系统、容错单元中的任一故障抑制单元和三模冗余离合器助力缸推杆驱动执行器中的任一马达的随机失效，提高了电子离合器系统的容错能力和汽车的安全运行能力，促进汽车电子技术的发展。
【专利说明】一种容错电子离合器系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车电子技术，特别涉及一种容错电子离合器系统。
【背景技术】
[0002]离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。离合器基本上分有电磁离合器、摩擦式离合器、磁粉离合器、液力偶合器这几种。
[0003]1983年通用公司推出液力自动变速器，采用液力偶合器代替普通的离合器装置，它的优点是自适应性强，使汽车的起步过程平稳、迅速、加速均匀、乘坐舒适度提高。但它有效率低这样的缺点。1948年别克汽车成功地使用了液力变矩器，变矩器与液力偶合器相比不仅可以传递发动机的扭矩，还可以将其提高I倍。80年代以来除了传统的装用液力变矩器的自动变速器外，又出现了新的、纯机械式自动变速器，它由干式离合器和传统的手动机械式变速器加上微机控制实现自动操纵，通常比同条件下的液力自动变速器节油10%?30%。
[0004]随着汽车工业的发展，离合器需要在现有的基础上不断改进和提高，才能适应新的不断发展变化的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来汽车的性能在向高速、安全性发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。因而，对离合器的使用要求也越来越高。所以，提高离合器的安全性已经成为目前离合器的发展趋势。
【发明内容】
[0005]本发明是针对汽车电子离合器安全要求越来越高的问题，提出了一种容错电子离合器系统，实现能够容错的离合器控制系统及其设计方法，提高了电子离合器系统的安全性，可靠性以及可维护性等。
[0006]本发明的技术方案为:一种容错电子离合器系统，系统位于汽车电子离合器踏板和离合器助力缸推杆之间，包括电子离合器踏板位置传感器、容错单元、两通道FlexRay总线、驱动马达和机械操纵杆构成的三模冗余离合器助力缸推杆执行器，其中容错单元FTU包括踏板位置传感器信号检测单元和离合器容错单元，电子踏板位置传感器直接与电子离合器踏板相连接，电子踏板位置传感器的位置信号输出进入踏板位置传感器信号检测单元的3个复制确定性故障抑制单元，正确的故障抑制单元将产生相同的踏板位置报文，3个复制确定性故障抑制单元通过FlexRay总线的两个通道，将报文传送到离合器容错单元，离合器容错单元包括3个故障抑制单元，每个故障抑制单元包含一个独立的表决器，三个相同算法的表决器中多数计算结果送三模冗余离合器助力缸推杆执行器，三模冗余离合器助力缸推杆执行器控制离合器助力缸推杆的行程。[0007]所述两通道FlexRay总线为相互独立的复制确定性通道，3个复制确定性故障抑制单元发送的每个报文通过两通道FlexRay总线分别发出两个相同的报文。所述3个复制确定性故障抑制单元所产生的可用报文中，如果两个复制确定性故障抑制单元的报文有完全相同的位模式，选取这两个报文中的一个作为踏板位置传感器信号检测单元三元组的共同输出。
[0008]所述三模冗余离合器助力缸推杆驱动执行器包括三个马达，每个马达分别与离合器容错单元的三个故障抑制单元输出之一相连接，任意两个马达的力量之和超过第三个马达。
[0009]本发明的有益效果在于:本发明容错电子离合器系统，能够容忍任一通信系统、容错单元中的任一故障抑制单元和三模冗余离合器助力缸推杆驱动执行器中的任一马达的随机失效，提高了电子离合器系统的容错能力和汽车的安全运行能力，促进汽车电子技术的发展。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明容错电子离合器系统原理图；
图2为本发明容错电子离合器系统工作流程图；
图3为本发明容错电子离合器系统中踏板位置报文的FlexRay通信示意图。
【具体实施方式】
[0011]如图1所示容错离合器系统原理图，该系统位于汽车电子离合器踏板I和离合器助力缸推杆6之间，系统包括离合器踏板位置传感器2、容错单元FTU、两通道FlexRay总线7、驱动马达5和机械操纵杆8构成的三模冗余离合器助力缸推杆执行器、离合器助力缸推杆6。其中容错单元FTU包括FTU1踏板位置传感器信号检测单元3和FTU2离合器容错单元4，踏板位置传感器2直接与离合器踏板I相连接，踏板位置传感器2的输出同时进入FTU1踏板位置传感器信号检测单元3的3个复制确定性故障抑制单元FCU1' FCU2和FCU3,正确的FCU将产生相同的踏板位置报文。TOUpFCU2和FCU3通过FlexRay总线7的A、B两个通道，将报文传送到FTU2离合容错单元4。FTU2离合容错单元4包括3个故障抑制单元FCU4, FCU5和FCU6,但这些故障抑制单元FCU与检测单元FTU1中的复制确定性故障抑制单元FCU有所不同，它们都包含一个表决器，在收到报文后，它们首先比较三个FCU的独立计算结果，然后选择大多数FCU的计算结果，即三个FCU中的两个所得的计算结果，能在一步之内检测发现错误报文，并屏蔽该错误。FlexRay总线7的两个通道A、B被配置成相互独立的复制确定性通道，通信系统事先知道每个FCU的合法时间基准，如果一个FCU违背了时间规则，那么通信系统将放弃从这个F⑶收到的所有报文，以防止过载情况发生。在没有故障的情况下，每个发送报文的FCU通过两个独立的通信系统各发送I个报文，因此，每个接收报文的FCU将收到来自FCUpFCU2和FCU3的6个报文。通过FlexRay总线7相互连接的故障抑制单元，能够容忍任意一个通信系统的某个失效。三模冗余(TMR)离合器助力缸推杆驱动执行器各自包括三个马达，每个马达分别与FTU2离合容错单元4的三个FCU输出之一相连接，任意两个马达的力量之和超过第三个马达，即三个FCU输出中的多数输出决定了操纵杆作用点的位置，去除了不一致的输出，TMR可被看作是机械表决器。FTU2离合容错单元4的三个FCU都使用相同的算法，这些算法根据电子离合器踏板的位置计算并控制电离合器助力缸推杆的行程，进而实现离合器的接合与分离。
[0012]本发明的工作流程图如图2，具体步骤如下:所述的踏板位置传感器2检测到电子离合器踏板I的位置信号，位置信号进入FTU1踏板位置传感器信号检测单元3的3个复制确定性故障抑制单元FCU，由于这三个FCU是确定性的，在FTU1踏板位置检测检测单元3的三个FCU所产生的可用报文中，如果两个FCU的报文有完全相同的位模式，那么选取这两个报文中的一个作为三元组的输出。可在一步之内检测发现错误报文，并屏蔽该错误，正确的rcu将产生相同的踏板位置报文并发送到FlexRay总线7上，FlexRay总线7的两个通道A、B被配置成相互独立的复制确定性通道，这有助于容忍任一通信系统内的某个失效。所有通信系统与FCU—样，都有权访问全局时基，通信系统了解FCU的合法时间行为。如果一个FCU违背了自身的时间规范，那么通信系统将放弃从这个FCU收到的所有报文，以防止过载情况发生。在没有故障的情况下，每个发送F⑶通过两个独立的通信系统各发送I个报文，因此，每个接收F⑶将收到来自3个发送F⑶的6个报文。
[0013]所述FTU2离合器容错单元4中的故障抑制单元FCU4、K:U5、FCU6、各自包含一个表决器，通过FlexRay总线7接收FTU1踏板位置传感器信号检测单元3所产生的信号，在收到报文后，它们首先比较这三个FCU的三个独立计算结果，然后选择大多数FCU的计算结果，即三个FCU中的两个所得的计算结果，做出精确表决进而得到正确的踏板位置信息。FTU2油门容错单元4中的FCU具有相同的算法，这些算法根据离合器踏板I的位置信息计算并控制电子节气门的开合程度，进而达到控制容们的目的。任一节点随机失效、任一通道的报文丢失或任一马达失灵，都不影响系统的正常运行。
[0014]图3为本发明踏板位置报文的FlexRay通信示意图，软件上，首先采用双通道的FlexRay通信网络，其本身具有双通道的通信结构，在静态时隙I中，FTU1分别在通道A和B上发送FCT1，静态时隙2中，FTU1分别在通道A和B上发送FCU2 ;静态时隙3中，FTU1分别在通道A和B上发送rcu3。同时，为了保证传感器报文的实时性，必须利用FlexRay的静态时隙进行传输，这也就意味着同一时间只能有一个节点能够在该时隙进行传输。正常工作时，只用其中的一个通道的数据进行通信，当一个通道发生通信错误时，在两个通道进行的通信一致的前提下，系统仍然可以依靠另外一个通道工作，动态段中，动态的基于微型时槽方式，用来仲裁动态段传输的优先级。SW是一段通信时间段,在这段时间内可以传输一个符号，其主要功能是检查总线监视操作。NIT为一段总线通信空闲时间，一个通信周期在此后结束。
【权利要求】
1.一种容错电子离合器系统，系统位于汽车电子离合器踏板和离合器助力缸推杆之间，其特征在于，包括电子离合器踏板位置传感器、容错单元、两通道FlexRay总线、驱动马达和机械操纵杆构成的三模冗余离合器助力缸推杆执行器，其中容错单元FTU包括踏板位置传感器信号检测单元和离合器容错单元，电子踏板位置传感器直接与电子离合器踏板相连接，电子踏板位置传感器的位置信号输出进入踏板位置传感器信号检测单元的3个复制确定性故障抑制单元，正确的故障抑制单元将产生相同的踏板位置报文，3个复制确定性故障抑制单元通过FlexRay总线的两个通道，将报文传送到离合器容错单元，离合器容错单元包括3个故障抑制单元，每个故障抑制单元包含一个独立的表决器，三个相同算法的表决器中多数计算结果送三模冗余离合器助力缸推杆执行器，三模冗余离合器助力缸推杆执行器控制离合器助力缸推杆的行程。
2.根据权利要求1所述容错电子离合器系统，其特征在于，所述两通道FlexRay总线为相互独立的复制确定性通道，3个复制确定性故障抑制单元发送的每个报文通过两通道FlexRay总线分别发出两个相同的报文。
3.根据权利要求2所述容错电子离合器系统，其特征在于，所述3个复制确定性故障抑制单元所产生的可用报文中，如果两个复制确定性故障抑制单元的报文有完全相同的位模式，选取这两个报文中的一个作为踏板位置传感器信号检测单元三元组的共同输出。
4.根据权利要求1所述容错电子离合器系统，其特征在于，所述三模冗余离合器助力缸推杆驱动执行器包括三个马达，每个马达分别与离合器容错单元的三个故障抑制单元输出之一相连接，任意两个马达的力量之和超过第三个马达。
【文档编号】B60K23/02GK103612562SQ201310626830
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】张凤登, 陈兴隆, 于明慧 申请人:上海理工大学