集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，包括相互通過電氣線路連接的高壓電池與電池管理系統(1)、鑰匙開關(16)、供電單元、智能決策與控制單元、傳感器單元和執行器單元，鑰匙開關(16)設置OFF檔、ACC檔、ON檔和START檔，供電單元包括主蓄電池(12)和輔助蓄電池(11)，電氣線路包括主ACC線路、輔助ACC線路、ON線路、START線路以及與主蓄電池(12)正極輸出端連接的常電線路，與現有技術相比，本發明解決了電動智能汽車控制單元以及線控系統對于冗余性的要求，為車輛行駛中的轉向、制動、中央控制單元等關鍵部件設計了硬件和供電的冗余，提高了自動駕駛汽車的安全性。
【專利說明】
集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種智能汽車電氣系統，尤其是涉及一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統。
【背景技術】
[0002]現有的電動智能汽車研發一般是基于純電動汽車進行的，相應的電氣系統也是基于純電動汽車電氣系統進行開發。但由于電動智能汽車未來的發展趨勢為線控轉向、線控制動以及以太網通信，而非目前普遍的機械轉向、液壓制動和CAN總線通信，因此需要保證硬件、供電以及通信上的冗余。
[0003]中國專利CN102501770A對一種純電動汽車電氣系統進行了描述，該電氣系統對純電動汽車電氣系統工作方式描述較詳細，但未為電動智能車輛控制系統以及線控系統做冗余性的設計。若仍基于原有純電動汽車電氣系統進行開發，則在關鍵控制器、關鍵部件或供電出現問題時，將會為整車以及乘客帶來安全隱患。

【發明內容】

[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]—種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，包括相互通過電氣線路連接的高壓電池與電池管理系統、鑰匙開關、供電單元、智能決策與控制單元、傳感器單元和執行器單元，所述的高壓電池與電池管理系統包括電池包和電池管理系統，所述的鑰匙開關設置OFF檔、ACC檔、ON檔和START檔，
[0007]其特征在于，所述的供電單元包括主蓄電池和輔助蓄電池，所述的主蓄電池和輔助蓄電池負極輸出端搭鐵，所述的電氣線路包括高壓線路和低壓線路，低壓線路包括主ACC線路、輔助ACC線路、ON線路、START線路以及與主蓄電池正極輸出端連接的常電線路，所述的主ACC線路和輔助ACC線路分別連接智能傳感器單元，并分別連接執行器單元；
[0008]所述的智能決策與控制單元包括各自帶有繼電器的主ECU和冗余ECU，所述的主ECU的繼電器線圈與主ACC線路連接，繼電器常開觸點與主ACC線路或常電線路連接，所述的冗余E⑶的繼電器的線圈和常開觸點分別與輔助ACC線路連接，主E⑶和冗余E⑶之間設有信號傳輸通道，用于二者同時工作時信號的比對；
[0009]所述的鑰匙開關處于OFF檔時，電氣線路中除常電線路以外的各線路均與供電單元斷開，鑰匙開關處于ACC檔時，主ACC線路與常電線路連通、輔助ACC線路與輔助蓄電池正極輸出端連通，鑰匙開關處于ON檔時，主ACC線路、ON線路與常電線路連通，輔助ACC線路與輔助蓄電池正極輸出端連通，鑰匙開關處于START檔時，主ACC線路、ON線路、START線路與常電線路連通，輔助ACC線路與輔助蓄電池正極輸出端連通，汽車正常行駛時，主ECU與冗余E⑶同時工作，當主蓄電池故障時，主E⑶退出，冗余E⑶工作。
[0010]所述的方向盤傳感器與方向盤傳感器單刀雙擲繼電器連接，所述的電子踏板傳感器與電子踏板傳感器單刀雙擲繼電器連接，所述的方向盤傳感器單刀雙擲繼電器和電子踏板傳感器單刀雙擲繼電器分別常接至主ACC線路并受控于主ACC線路，當主ACC線路電壓不正常時，自動切換至輔助ACC線路保證方向盤傳感器和電子踏板傳感器的供電。
[0011]所述的執行器單元包括左后輪制動執行器、右后輪制動執行器、轉向電機、停車防盜加密單元、左前輪制動執行器、右前輪制動執行器和冗余轉向電機；
[0012]其中轉向電機和冗余轉向電機分別通過各自的繼電器與主ACC線路和輔助ACC線路一一對應連接，左后輪制動執行器和右后輪制動執行器分別通過各自的繼電器與主ACC線路連接且左前輪制動執行器和右前輪制動執行器分別通過各自的繼電器與輔助ACC線路連接，或者左后輪制動執行器和右后輪制動執行器分別通過各自的繼電器與輔助ACC線路連接且左前輪制動執行器和右前輪制動執行器分別通過各自的繼電器與主ACC線路連接，各繼電器供電通斷分別受智能決策與控制單元控制;停車防盜加密單元通過停車防盜加密單元常閉繼電器與常電連接，主ACC線路上電后，停車防盜加密單元常閉繼電器的常閉觸點斷開。
[0013]所述的系統還包括自動駕駛單元，所述自動駕駛單元包括分別通過自動駕駛單元繼電器與主ACC線路連接的攝像頭、車輛與基礎設施通信、GPS與慣性導航、短距雷達、長距雷達和超聲波傳感器，所述的自動駕駛單元繼電器供電通斷受智能決策與控制單元控制。
[0014]所述的自動駕駛單元還包括通過自動駕駛單元繼電器與主ACC線路連接的遠程監控器。
[0015]所述的系統還包括車載充電機，所述的車載充電機設有充電粧接口、低壓輸出端與高壓輸出端，所述的低壓輸出端為高壓電池與電池管理系統的電池管理系統提供電能，所述的高壓輸出端給高壓電池與電池管理系統的電池包充電，并通過DC-DC變換器給輔助蓄電池和主蓄電池充電。
[0016]所述的系統還包括人機交互電子儀表，所述的人機交互電子儀表通過人機交互電子儀表繼電器連接至常電線路，所述的人機交互電子儀表繼電器的線圈與主ACC線路連接。
[0017]所述的電氣線路還包括高壓直流母線，所述的高壓電池與電池管理系統輸出端通過高壓直流母線與高壓安全開關、預充電繼電器、預充電電阻、正端母線直流接觸器、空調壓縮機、DC-DC變換器和驅動電機控制器連接。
[0018]所述的高壓電池與電池管理系統輸出端正極與高壓安全開關輸入端正極連接，高壓電池與電池管理系統輸出端負極通過負端母線直流接觸器與高壓安全開關輸入端負極連接。
[0019]所述的高壓安全開關的正極輸出分兩路，一路接至預充電繼電器和預充電電阻，另一路接至空調壓縮機、DC-DC變換器的輸入正端、以及正端母線直流接觸器的輸入端，正端母線直流接觸器的高壓輸出端接至驅動電機控制器的正極輸入端;高壓安全開關的負極輸出端接空調壓縮機、DC-DC、驅動電機控制器的負極輸入端;DC-DC變換器設有兩組輸出端，分別接在主蓄電池和輔助蓄電池的輸入端。
[0020]本發明電氣系統工作方式如下:
[0021][I]停車充電工作過程
[0022]外部充電粧接至車載充電機，車載充電機的低壓供電線路為高壓電池與電池管理系統的電池管理系統提供電能，高壓電池與電池管理系統自檢完成后，控制負端母線直流接觸器連通，同時發送充電使能報文給車載充電機，車載充電機的高壓輸出開始通過高壓直流母線向高壓電池與電池管理系統的電池包充電，并通過DC-DC變換器向輔助蓄電池、主蓄電池充電。DC-DC變換器在輔助蓄電池和主蓄電池充電完成后自動切斷與兩個電池的連接，電池包充電完成后，高壓電池與電池管理系統給車載充電機發送充電完成報文，同時斷開負端母線直流接觸器，車載充電機停止高壓輸出。
[0023]停車防盜加密單元在停車過程中通過由主蓄電池供電的常電線路供電，保障車輛安全。
[0024][2]鑰匙啟動工作過程
[0025]鑰匙開關從OFF檔打至ACC檔時，停車防盜加密單元下電停止工作，主ECU、自動駕駛單元內的全部模塊、方向盤傳感器、人機交互電子儀表、電子踏板傳感器通過主ACC線路供電開始工作;冗余E⑶通過輔助ACC線路供電開始工作。
[0026]鑰匙開關從ACC檔至ON檔時，高壓電池與電池管理系統繼電器、空調壓縮機繼電器、驅動電機控制器繼電器接通，高壓電池與電池管理系統、空調壓縮機、驅動電機控制器開始工作，若主ECU和冗余ECU未接收到高壓電池與電池管理系統、驅動電機控制器的故障信號，則發送命令給高壓電池與電池管理系統關閉負端母線直流接觸器，同時關閉預充電繼電器，通過預充電電阻進行限流，為驅動電機控制器進行預充電，驅動電機控制器發送預充電成功報文后，主E⑶和冗余E⑶進行比對后控制正端母線直流接觸器閉合，以及控制預充電繼電器斷開，完成高壓部分上電過程。
[0027]鑰匙開關從ON檔切換至START檔，主ECU檢測驅動電機控制器無故障后，控制制動執行器繼電器、轉向電機繼電器、冗余轉向電機繼電器吸合，為左后輪制動執行器、右后輪制動執行器、左前輪制動執行器、右前輪制動執行器、轉向電機、冗余轉向電機上電，制動、驅動、轉向全部啟動，可執行主ECU和冗余ECU發出的行車指令。若為無人模式，主ECU控制自動駕駛單元上電。
[0028][3]發生緊急故障工作過程
[0029]主蓄電池工作不正常:則冗余ECU接管整個車輛控制，冗余ECU向驅動電機控制器發送指令逐步降低輸出扭矩，同時方向盤傳感器和電子踏板傳感器自動切換至輔助ACC線路供電，使用冗余轉向電機進行轉向，制動執行器僅保留兩前輪制動。若為有人駕駛模式，冗余ECU通過人機交互電子儀表提示駕駛員當前車輛狀態，提示駕駛員降低車速就近停車；若為無人駕駛模式，則冗余ECU控制車輛在路邊停靠。
[0030]主ECU檢測到嚴重故障的報文，或車輛發生碰撞:則主ECU迅速發送降低輸出扭矩命令給驅動電機控制器，同時迅速切斷負端母線直流接觸器和正端母線直流接觸器，通過人機交互電子儀表警告駕駛員當前車輛狀態，必要時駕駛員可拉動駕駛艙內的高壓安全開關，保障電氣和人身安全。
[0031 ] E⑶出現故障:正常行駛時，主ECU和冗余ECU進行完全相同的工作，不斷將二者對車輛輸出的控制命令進行比對，相同則發送至控制網絡。當發現某一 ECU出現故障，冗余ECU立即接管，保障整車行駛的安全性。
[0032]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0033](I)解決了電動智能汽車ECU以及線控系統對于冗余性的要求，為車輛行駛中的供電單元、智能決策與控制單元設計了冗余，當主蓄電池故障時由輔助蓄電池供電，當主ECU故障時，由冗余ECU接管系統，提高了自動駕駛汽車的安全性。
[0034](2)對鑰匙開關進行改進，保留了原有鑰匙開關控制的方便性，并可獨立控制兩路蓄電池供電的通斷。
[0035](3)為車輛行駛中的轉向、制動、等關鍵部件設計了硬件冗余，對于不便于進行硬件冗余的關鍵部件如方向盤、電子踏板，采用單刀雙擲繼電器控制，當主ACC線路供電掉電，自動切換至輔助ACC線路保證供電，從而進一步保證行駛安全性。
[0036](4)集中式架構將車輛部件分為智能決策與控制單元、智能傳感器和智能執行器三部分，所有控制器集中在中央智能決策與控制單元中。集中式架構可大大降低整車線束復雜性，增加功能可擴展性。
[0037](5)系統還包括自動駕駛單元，自動駕駛單元繼電器供電通斷受智能決策與控制單元控制，若為無人模式，主ECU控制自動駕駛單元上電，遠程監控器可遠程進行監控。
[0038](6)系統還包括通過常閉繼電器與常電連接的停車防盜加密單元，常閉繼電器的供電受主ACC線路控制，可在停車時自動對車輛進行防盜，鑰匙開關切換至ACC檔后自動解除，從而提高汽車停車時的安全性。
[0039](7)系統還包括系統還包括通過繼電器與常電連接的人機交互電子儀表，提示駕駛員當前車輛狀態。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發明電氣系統結構示意圖；
[0041 ]圖2為本發明電氣系統鑰匙開關原理示意圖；
[0042]附圖標記:
[0043]I 一高壓電池與電池管理系統;2—負端母線直流接觸器;3—高壓安全開關;4 一預充電繼電器;5—預充電電阻;6—正端母線直流接觸器;7—高壓電池與電池管理系統繼電器;8—車載充電機;9一空調壓縮機；1—DC—DC變換器；11 一輔助蓄電池；12—主蓄電池；13—驅動電機控制器；14 一空調壓縮機繼電器；15—驅動電機控制器繼電器；16—鑰匙開關；17—主ECU; 18—冗余ECU; 19—方向盤傳感器單刀雙擲繼電器;20—方向盤傳感器;21 —人機交互電子儀表繼電器;22—人機交互電子儀表;23—左后輪制動執行器繼電器;24—左后輪制動執行器;25—右后輪制動執行器繼電器;26—右后輪制動執行器;27—轉向電機繼電器;28—轉向電機;29—電子踏板傳感器單刀雙擲繼電器;30—電子踏板傳感器;31—停車防盜加密單元繼電器;32—停車防盜加密單元;33—左前輪制動執行器繼電器;34—左前輪制動執行器;35—右前輪制動執行器繼電器;36—右前輪制動執行器;37—冗余轉向電機繼電器;38—冗余轉向電機;39—自動駕駛單元繼電器;40—攝像頭;41 一車輛與基礎設施通{目；42一GPS與慣性導航;43—短距雷達;44一長距雷達;45一超聲波傳感器;46—遠程監控器;Ul—智能決策與控制單兀;U2—傳感器單兀;U3—執彳丁器單兀;Gl —OFF檔;G2 —ACC檔;G3—ON 檔;G4—START檔;LI一常電線路;L21—12V 主ACCl 線路;L22—12V 輔助ACC2線路L22; L3—ON線路;L4 一 START線路;A-雙路低壓電池正極I號端;B-雙路低壓電池正極2號端。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0045]實施例
[0046]如圖1所示，本發明公開了一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，包括高壓電池與電池管理系統1、負端母線直流接觸器2、高壓安全開關3、預充電繼電器4、預充電電阻5、正端母線直流接觸器6、高壓電池與電池管理系統繼電器7、車載充電機8、空調壓縮機9、DC-DC變換器1、輔助蓄電池11、主蓄電池12、驅動電機控制器13、空調壓縮機繼電器14、驅動電機控制器繼電器15、鑰匙開關16、主ECUl 7、冗余ECUl 8、方向盤傳感器單刀雙擲繼電器19、方向盤傳感器20、人機交互電子儀表繼電器21、人機交互電子儀表22、左后輪制動執行器繼電器23、左后輪制動執行器24、右后輪制動執行器繼電器25、右后輪制動執行器26、轉向電機繼電器27、轉向電機28、電子踏板傳感器單刀雙擲繼電器29、電子踏板傳感器30、停車防盜加密單元繼電器31、停車防盜加密單元32、左前輪制動執行器繼電器33、左前輪制動執行器34、右前輪制動執行器繼電器35、右前輪制動執行器36、冗余轉向電機繼電器37、冗余轉向電機38、自動駕駛單元繼電器39、攝像頭40、車輛與基礎設施通信41、GPS與慣性導航42、短距雷達43、長距雷達44、超聲波傳感器45和遠程監控器46;
[0047]高壓電池與電池管理系統I的高壓直流母線正極接入至高壓安全開關3的輸入正端，高壓直流母線負極通過負端母線直流接觸器2接入至高壓安全開關3的輸入負端;車載充電機8具有兩路輸出，一路低壓輸出為高壓電池與電池管理系統I的電池管理系統供電，另一路高壓輸出為高壓電池與電池管理系統I的電池包充電；高壓安全開關3的正極輸出分兩路，一路接至預充電繼電器4和預充電電阻5，另一路接至空調壓縮機9、DC-DC變換器10的輸入正端、以及正端母線直流接觸器6的輸入端，正端母線直流接觸器6的高壓輸出端接至驅動電機控制器13的正極輸入端;高壓安全開關3的負極輸出端接空調壓縮機9、DC-DC變換器10、驅動電機控制器13的負極輸入端;DC-DC變換器10共兩路輸出，分別接在主蓄電池12和輔助蓄電池11的正負輸入端；
[0048]圖中粗實線為高壓線纜，細實線為低壓線纜，點線為控制線纜。
[0049]如圖2所示，所述鑰匙開關16可同時控制主ACCl線路即12V主ACCl線路L21和輔助ACC線路即12V輔助ACC2線路L22兩條低壓線路的通斷；
[0050]主蓄電池12的輸出正端接至低壓部分的常電線路LI，輔助蓄電池11的正端接在鑰匙開關16的雙路低壓電池正極2號端B，雙路低壓電池正極I號端A與常電線路LI相連;主蓄電池12和輔助蓄電池11的負極搭鐵;鑰匙開關16共四檔，其中ACC檔G2控制輔助蓄電池11正極與12V輔助ACC2線路L22的連通、主蓄電池12正極與12V主ACCl線路L21的連通;ON檔G3控制主蓄電池12正極與ON線路L3的連通;START檔G4控制主蓄電池12正極與START線路L4的連通;鑰匙開關16處于OFF檔Gl時，所述12V主ACCl線路L21、12V輔助ACC2線路L22、0N線路L3、START線路L4與主蓄電池12正極斷開；
[0051 ] 主ECU17設有兩個，分別進行不同的工作，每個主ECU17對應一個冗余ECU18，各主E⑶17和冗余ECU18通過各自的繼電器(包括線圈和常開觸點)與常電線路LI和輔助ACC線路相連，主E⑶17供電的連通受12V主ACCl線路L21控制，冗余E⑶18供電的連通受12V輔助ACC2線路L22控制，繼電器是用小電流去控制大電流運作的一種自動開關，在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。
[0052]主E⑶和各自的冗余E⑶之間設有信號傳輸通道，用以比對決策信號的正確性。
[0053]自動駕駛單元包括攝像頭40、車輛與基礎設施通信41、GPS與慣性導航42、短距雷達43、長距雷達44、超聲波傳感器45，低壓供電通過自動駕駛單元繼電器39與12V主ACCl線路L21連通，自動駕駛單元繼電器39受智能決策與控制單元Ul控制，可通過智能決策與控制單元Ul控制自動駕駛單元供電的通斷；
[0054]執行器單元U3包括左后輪制動執行器24、右后輪制動執行器26、轉向電機28、停車防盜加密單元32、左前輪制動執行器34、右前輪制動執行器36和冗余轉向電機38，左前輪制動執行器34通過左前輪制動執行器繼電器33連接到12V輔助ACC2線路L22，右前輪制動執行器36通過右前輪制動執行器繼電器35連接到12V輔助ACC2線路L22;左后輪制動執行器24通過左后輪制動執行器繼電器23連接到12V主ACCl線路L21，右后輪制動執行器26通過右后輪制動執行器繼電器25連接到12V主ACCl線路L21;左前輪制動執行器繼電器33、右前輪制動執行器繼電器35、左后輪制動執行器繼電器23和右后輪制動執行器繼電器25的供電通斷分別受智能決策與控制單元Ul控制；
[0055]轉向電機28通過接至12V主ACCl線路L21，冗余轉向電機38通過冗余轉向電機繼電器37接至12V輔助ACC2線路L22，轉向電機繼電器27和冗余轉向電機繼電器37供電通斷分別受智能決策與控制單元Ul控制；
[0056]方向盤傳感器20、人機交互電子儀表22和電子踏板傳感器30屬于傳感器單元U2，方向盤傳感器20通過方向盤傳感器單刀雙擲繼電器19與12V主ACCl線路L21以及12V輔助ACC2線路L22相連；電子踏板傳感器30通過電子踏板傳感器單刀雙擲繼電器29與12V主ACCl線路L21以及12V輔助ACC2線路L22相連;單刀雙擲繼電器19、29常接至12V主ACCl線路L21并受控于12V主ACCl線路L21，當12V主ACCl線路L21電壓不正常時，自動通過單刀雙擲繼電器切換至12V輔助ACC2線路L22保證方向盤傳感器20和電子踏板傳感器30的供電；
[0057]人機交互電子儀表22通過繼電器連接至常電線路LI，繼電器受12V主ACCl線路L21控制通斷；
[0058]停車防盜加密單元32通過停車防盜加密單元常閉繼電器31與常電連接。12V主ACCl線路L21未上電時，即車輛處于停車狀態，停車防盜加密單元常閉繼電器31處于閉合狀態，停車防盜加密單元32上電。鑰匙開關切換至ACC檔G2后，停車防盜加密單元常閉繼電器31斷開，停車防盜加密單元32下電。
[0059]本發明電氣系統工作方式如下:
[0060](I)停車充電工作過程
[0061]外部充電粧接至車載充電機8，車載充電機8的低壓供電線路為高壓電池與電池管理系統I的電池管理系統提供電能，高壓電池與電池管理系統I自檢完成后，控制負端母線直流接觸器2連通，同時發送充電使能報文給車載充電機8，車載充電機8的高壓輸出開始通過高壓直流母線向高壓電池與電池管理系統I的電池包充電，并通過DC-DC變換器10向輔助蓄電池11、主蓄電池12充電。DC-DC變換器10在輔助蓄電池11和主蓄電池12充電完成后自動切斷與兩個電池的連接，電池包充電完成后，高壓電池與電池管理系統I給車載充電機8發送充電完成報文，同時斷開負端母線直流接觸器2，車載充電機8停止高壓輸出。
[0062]停車防盜加密單元32在停車過程中通過由主蓄電池12供電的常電線路LI供電，保障車輛安全。
[0063](2)鑰匙啟動工作過程
[0064]鑰匙開關16從OFF檔Gl打至ACC檔G2時，停車防盜加密單元32下電停止工作，主ECU17、自動駕駛單元內的全部模塊、方向盤傳感器20、人機交互電子儀表22、電子踏板傳感器30通過主ACC線路供電開始工作;冗余E⑶18通過輔助ACC線路供電開始工作。
[0065]鑰匙開關16從ACC檔G2至ON檔G3時，高壓電池與電池管理系統繼電器7、空調壓縮機繼電器14、驅動電機控制器繼電器15接通，高壓電池與電池管理系統1、空調壓縮機9、驅動電機控制器13開始工作，若主ECU17和冗余ECU18未接收到高壓電池與電池管理系統1、驅動電機控制器13的故障信號，則發送命令給高壓電池與電池管理系統I關閉負端母線直流接觸器2，同時關閉預充電繼電器4，通過預充電電阻5進行限流，為驅動電機控制器13進行預充電，驅動電機控制器13發送預充電成功報文后，主ECU17和冗余ECU18進行比對后控制正端母線直流接觸器6閉合，以及控制預充電繼電器4斷開，完成高壓部分上電過程。
[0066]鑰匙開關16從ON檔G3切換至START檔G4，主E⑶17檢測驅動電機控制器13無故障后，控制左前輪制動執行器繼電器33、右前輪制動執行器繼電器35、左后輪制動執行器繼電器23和右后輪制動執行器繼電器25、轉向電機繼電器27、冗余轉向電機繼電器37吸合，為左后輪制動執行器24、右后輪制動執行器26、左前輪制動執行器34、右前輪制動執行器36、轉向電機28、冗余轉向電機38上電，制動、驅動、轉向全部啟動，可執行主ECU17和冗余ECU18發出的行車指令。若為無人模式，主ECU17控制自動駕駛單元上電。
[0067](3)發生緊急故障工作過程
[0068]主蓄電池12工作不正常:則冗余ECU18接管整個車輛控制，冗余ECU18向驅動電機控制器13發送指令逐步降低輸出扭矩，同時方向盤傳感器20和電子踏板傳感器30自動切換至輔助ACC線路供電，使用冗余轉向電機38進行轉向，制動執行器僅保留左前輪制動執行器34和右前輪制動執行器36。若為有人駕駛模式，冗余ECU18通過人機交互電子儀表22提示駕駛員當前車輛狀態，提示駕駛員降低車速就近停車;若為無人駕駛模式，則冗余ECU18控制車輛在路邊停靠。
[0069]主ECU17檢測到嚴重故障的報文，或車輛發生碰撞:則主ECU17迅速發送降低輸出扭矩命令給驅動電機控制器13，同時迅速切斷負端母線直流接觸器2和正端母線直流接觸器6，通過人機交互電子儀表22警告駕駛員當前車輛狀態，必要時駕駛員可拉動駕駛艙內的高壓安全開關3，保障電氣和人身安全。
[0070]E⑶出現故障:正常行駛時，主ECU17和冗余ECU18進行完全相同的工作，不斷將二者對車輛輸出的控制命令進行比對，相同則發送至控制網絡。當發現某一ECU出現故障，冗余ECU立即接管，保障整車行駛的安全性。
[0071]本發明的優越功效在于:解決了電動智能汽車ECU以及線控系統對于冗余性的要求，為車輛行駛中的轉向、制動、中央控制單元等關鍵部件設計了硬件和供電的冗余，提高了自動駕駛汽車的安全性;對于不便于進行硬件冗余的關鍵部件如方向盤、電子踏板，采用單刀雙擲繼電器控制，當主12V供電掉電，自動切換至輔助12V保證供電;對鑰匙開關進行改進，保留了原有鑰匙開關控制的方便性，并可獨立控制兩路12V供電的通斷。
【主權項】
1.一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，包括相互通過電氣線路連接的高壓電池與電池管理系統(I)、鑰匙開關(16)、供電單元、智能決策與控制單元、傳感器單元和執行器單元，所述的高壓電池與電池管理系統(I)包括電池包和電池管理系統，所述的鑰匙開關(16)設置OFF檔、ACC檔、ON檔和START檔， 其特征在于，所述的供電單元包括主蓄電池(12)和輔助蓄電池(11)，所述的主蓄電池(12)和輔助蓄電池(11)負極輸出端搭鐵，所述的電氣線路包括主ACC線路、輔助ACC線路、ON線路、START線路以及與主蓄電池(12)正極輸出端連接的常電線路，所述的主ACC線路和輔助ACC線路分別連接智能傳感器單元，并分別連接執行器單元； 所述的智能決策與控制單元包括各自帶有繼電器的主ECU (17)和冗余ECU (18 )，所述的主ECU (17)的繼電器線圈與主ACC線路連接，繼電器常開觸點與主ACC線路或常電線路連接，所述的冗余ECU (18)的繼電器的線圈和常開觸點分別與輔助ACC線路連接，主ECU (17)和冗余ECU(IS)之間設有信號傳輸通道，用于二者同時工作時信號的比對； 所述的鑰匙開關(16)處于OFF檔時，電氣線路中除常電線路以外的各線路均與供電單元斷開，鑰匙開關(16)處于ACC檔時，主ACC線路與常電線路連通、輔助ACC線路與輔助蓄電池(11)正極輸出端連通，鑰匙開關(16)處于ON檔時，主ACC線路、ON線路與常電線路連通，輔助ACC線路與輔助蓄電池(11)正極輸出端連通，鑰匙開關(16)處于START檔時，主ACC線路、ON線路、START線路與常電線路連通，輔助ACC線路與輔助蓄電池(11)正極輸出端連通，汽車正常行駛時，主E⑶(17)與冗余E⑶(18)同時工作，當主蓄電池(12)故障時，主E⑶(17)退出，冗余ECU( 18)工作。2.根據權利要求1所述的一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，其特征在于，所述的傳感器單元包括方向盤傳感器(20)和電子踏板傳感器(30)，所述的方向盤傳感器(20)和電子踏板傳感器(30)分別通過各自的單刀雙擲繼電器與主ACC線路和輔助ACC線路連接，所述的單刀雙擲繼電器常接至主ACC線路并受控于主ACC線路，當主ACC線路電壓不正常時，自動切換至輔助ACC線路保證方向盤傳感器(20)和電子踏板傳感器(30)的供電。3.根據權利要求1所述的一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，其特征在于，所述的執行器單元包括左后輪制動執行器(24)、右后輪制動執行器(26)、轉向電機(28)、停車防盜加密單元(32)、左前輪制動執行器(34)、右前輪制動執行器(36)和冗余轉向電機(38); 其中轉向電機(28)和冗余轉向電機(38)分別通過各自的繼電器與主ACC線路和輔助ACC線路一一對應連接，左后輪制動執行器(24)和右后輪制動執行器(26)分別通過各自的繼電器與主ACC線路連接且左前輪制動執行器(34)和右前輪制動執行器(36)分別通過各自的繼電器與輔助ACC線路連接，或者左后輪制動執行器(24)和右后輪制動執行器(26)分別通過各自的繼電器與輔助ACC線路連接且左前輪制動執行器(34)和右前輪制動執行器(36)分別通過各自的繼電器與主ACC線路連接，各繼電器供電通斷分別受智能決策與控制單元控制;停車防盜加密單元(32)通過停車防盜加密單元常閉繼電器(31)與常電連接，主ACC線路上電后，停車防盜加密單元常閉繼電器(31)的常閉觸點斷開。4.根據權利要求1所述的一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，其特征在于，所述的系統還包括自動駕駛單元，所述自動駕駛單元包括分別通過自動駕駛單元繼電器(39)與主ACC線路連接的攝像頭(40)、車輛與基礎設施通信(41)、GPS與慣性導航(42)、短距雷達(43)、長距雷達(44)和超聲波傳感器(45)，所述的自動駕駛單元繼電器(39)供電通斷受智能決策與控制單元控制。5.根據權利要求4所述的一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，其特征在于，所述的自動駕駛單元還包括通過自動駕駛單元繼電器(39)與主ACC線路連接的遠程監控器(46)。6.根據權利要求1所述的一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，其特征在于，所述的系統還包括車載充電機(8)，所述的車載充電機(8)設有充電粧接口、低壓輸出端與高壓輸出端，所述的低壓輸出端為高壓電池與電池管理系統(I)的電池管理系統提供電能，所述的高壓輸出端給高壓電池與電池管理系統(I)的電池包充電，并通過DC-DC變換器(10)給輔助蓄電池(11)和主蓄電池(12)充電。7.根據權利要求1所述的一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，其特征在于，所述的系統還包括人機交互電子儀表(22)，所述的人機交互電子儀表(22)通過人機交互電子儀表繼電器(21)連接至常電線路，所述的人機交互電子儀表繼電器(21)的線圈與主ACC線路連接。8.根據權利要求1所述的一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，其特征在于，所述的電氣線路還包括高壓直流母線，所述的高壓電池與電池管理系統(I)輸出端通過高壓直流母線與高壓安全開關(3)、預充電繼電器(4)、預充電電阻(5)、正端母線直流接觸器(6)、空調壓縮機(9)、DC-DC變換器(1)和驅動電機控制器(13)連接。9.根據權利要求8所述的一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，其特征在于，所述的高壓電池與電池管理系統(I)輸出端正極與高壓安全開關(3)輸入端正極連接，高壓電池與電池管理系統(I)輸出端負極通過負端母線直流接觸器(2)與高壓安全開關(3)輸入端負極連接。10.根據權利要求8所述的一種集中式架構控制器及供電冗余的電動智能汽車電氣系統，其特征在于，所述的高壓安全開關(3)的正極輸出分兩路，一路接至預充電繼電器(4)和預充電電阻(5)，另一路接至空調壓縮機(9)、DC-DC變換器(10)的輸入正端、以及正端母線直流接觸器(6)的輸入端，正端母線直流接觸器(6)的高壓輸出端接至驅動電機控制器(13)的正極輸入端;高壓安全開關(3)的負極輸出端接空調壓縮機(9)、DC-DC(10)、驅動電機控制器(13)的負極輸入端;DC-DC變換器(10)設有兩組輸出端，分別接在主蓄電池(12)和輔助蓄電池(11)的輸入端。
【文檔編號】B60L1/00GK105857102SQ201610216526
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】羅峰, 胡鳳鑒, 余婧, 俞佳偉
【申請人】同濟大學