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CN117157217A - 汽车运动控制系统和汽车致动器 - Google Patents

汽车运动控制系统和汽车致动器 Download PDF

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CN117157217A
CN117157217A CN202280024807.1A CN202280024807A CN117157217A CN 117157217 A CN117157217 A CN 117157217A CN 202280024807 A CN202280024807 A CN 202280024807A CN 117157217 A CN117157217 A CN 117157217A
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CN
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actuator
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central controller
control
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保罗·威利
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Hitachi Ansteemer Netherlands Ltd
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Hitachi Ansteemer Netherlands Ltd
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Abstract

一种用于控制车辆运动的车辆运动控制系统(100，200)，包括：针对车辆的每个车轮(20a，20b，20c，20d)的相应的运动控制致动器(10a，10b，10c，10d)，其被配置为基于相应的运动控制致动器接收到的相应的致动器控制信号(Sa，Sb，Sc，Sd)来控制所述车轮的运动；中央控制器(50)，其被配置为通过基于中央控制器(50)接收到的运动控制意图信号(Si)将相应的致动器控制信号(Sa)发送到每个车轮(20a，20b，20c，20d)的相应的运动控制致动器(10a，10b，10c，10d)来控制车辆的运动。车辆运动控制系统被配置为判定中央控制器(50)是否起作用以发送致动器控制信号，并且如果判定中央控制器(50)不起作用，则运动控制致动器中的至少一个(10a)被配置为直接基于运动控制意图信号(Si)来控制其自身车轮(20a)的运动，并且基于运动控制意图信号(Si)将相应的致动器控制信号(Sb，Sc，Sd)发送到车辆的每个其他车轮(20b，20c，20d)的其他运动控制致动器(10b，10c，10d)。

Description

汽车运动控制系统和汽车致动器
技术领域
本公开涉及一种电动汽车运动控制系统。
本发明涉及一种汽车致动器。
背景技术
越来越多的车辆控制功能(包括车辆的运动控制)是通过机电装置实现的。
作为一个示例，线控制动通常用于表示一种制动系统，其中致动装置和传动装置彼此解耦。在传统的液压制动系统中，制动踏板是致动器，而液压元件是传动装置。在这里，区分了电动液压制动器、电动气动制动器(在卡车中)和电制动器。由于这里不使用流体技术系统，因此只有省略液压或气动系统才使制动器成为真正的所谓“干式”线控制动应用。想要使用该项技术的原因之一可能是，制动系统中当前使用的介质速度较慢。借助纯机电解决方案，可以实现更短的响应时间，这也可以反映在可实现的制动距离上。另一个优点可能是，线控制动技术的更有利的可制造性，因为，相比之下，液压系统中使用的部件(例如主缸、制动增力器和防抱死部件)或更通用的制动调节部件制造成本昂贵。机电解决方案进一步避免了被与具有液压制动系统的车辆相关的制动液污染的风险，这在车辆报废时尤其令人担忧。此外，机电解决方案使车辆组装变得更加容易。
电动车辆制动器通常具有机电致动装置，该机电致动装置被配置为将用于制动的摩擦制动衬片压靠在作用于车辆车轮的制动器主体上。制动器主体通常是制动盘或制动鼓。致动装置通常具有电动机和旋转-平移转换齿轮，该旋转-平移转换齿轮将电动机的旋转驱动运动转换成平移运动以将摩擦制动衬片压靠在制动器主体上。蜗轮(例如主轴齿轮或滚柱蜗杆传动装置)常被用作旋转-平移转换齿轮。还可以例如借助于可枢转凸轮将旋转运动转换成平移运动。例如行星齿轮形式的减速齿轮通常放置在电动机与旋转-平移转换齿轮之间。自增力机电车辆制动器具有自增力器，该自增力器将旋转制动器主体对摩擦制动衬片施加的摩擦力转化为接触压力，摩擦制动衬片被压下以抵靠制动器主体进行制动，除了由致动装置施加的接触压力之外，所述接触压力也将摩擦制动衬片压靠在制动器主体上。楔块、斜坡和杠杆机构适用于自增力。
电动车辆制动器由电子控制单元(ECU)控制，电子控制单元响应外部制动控制信号，该信号是响应于驾驶者动作(例如踩下制动踏板)而生成的，或者是在雷达系统检测到障碍物时自动生成的。越来越多的车辆功能(例如制动)采用电子控制。例如，最先进的高档汽车可能包含一百多个电子控制单元(ECU)，每个电子控制单元负责特定功能，如转向、发动机功率控制、制动、环境监测和气候控制等。通常涉及各种致动器，以对来自驾驶者或来自自动驾驶系统的控制输入提供适当的响应。
例如，在控制输入是转向意图信号的情况下，可以涉及各种致动器，以改变车辆的方向。由此，每个前轮可以具有控制其取向的适当的转向致动器。而且，后轮可以具有例如适当的转向致动器，以便：在车辆转弯时适当地校正它们的取向，或者便于停车。在控制输入是制动意图信号的情况下，可以通过以分布方式在每个车轮上施加制动力来使车辆减速。每个车轮施加的实际力通常是前轮大于后轮。制动力的分布还可以取决于当前转向角度。而且，制动力可以部分地或全部地实现为再生制动，其中车辆的动能被转换成电能以被存储。
通常，设置相应的中央ECU来协调各个主要车辆控制功能，例如用于制动控制的中央ECU、用于转向控制的中央ECU和用于发动机控制的中央ECU等。通常，具有特定功能的ECU(例如中央ECU)不是自主操作，而是与其他ECU配合操作。例如，用于制动控制的ECU与用于转向控制的ECU和用于发动机功率控制的ECU配合，以实现最佳的车辆稳定性。
因此，电子控制单元是电制动系统中的关键元件。因此，安全标准由ISO 26262(道路车辆功能安全标准)定义。该标准指定了一种风险分类方案，其被称为汽车安全完整性等级(ASIL)。这是对汽车行业的IEC 61508中使用的安全完整性等级(SIL)的改编。此分类有助于定义符合ISO 26262标准所需的安全要求。ASIL是通过查看车辆操作场景的严重性、暴露度和可控性对潜在危险进行风险分析而建立的。该危险的安全目标又包含ASIL要求。该标准确定四种ASIL：ASIL A、ASIL B、ASIL C、ASIL D。ASIL D规定了对产品的最高完整性要求，ASIL A规定最低的完整性要求。被确定为“质量管理”(QM)的危险并不规定任何安全要求。在某些情况下，能够通过被称为ASIL分解的技术来降低部件所需的ASIL分类。例如，在具有高ASIL等级的集成设备中实施的安全功能可以被分解为具有可能较低ASIL等级的独立子功能或部件。例如，对于提高系统稳健性和/或降低生产成本而言，这可能是有利的。然而，保证分解元件的独立操作可能很困难。
还需要一种改进的运动控制系统和汽车致动器控制，其允许使用具有成本效益的冗余电路，同时保持最高的车辆安全性要求。
发明内容
发明人发现，根据车辆仿真分析的结果，通常只能通过故障操作概念和使用昂贵的符合ASIL D的E/E硬件部件来确保车辆的安全性和稳定性。因此，如果没有特殊概念，使用冗余ASIL B部件通常是不可行的，因为这不符合ASIL D级诊断覆盖率和故障率(尤其是减轻随机E/E硬件故障)。
本文描述的电运动控制系统能够通过使用复杂性较低的(ASIL B)E/E硬件部件来实现系统级的ASIL D要求。
根据一个优选实施例，提供了一种用于车辆运动控制的运动控制系统，该运动控制系统包括中央控制器以及用于车辆的每个车轮的相应的运动控制致动器，该运动控制致动器被配置为：基于相应的运动控制致动器从中央控制器接收到的相应的致动器控制信号而向车轮施加运动控制。
中央控制器被配置为：通过基于中央控制器接收到的运动控制意图信号向每个车轮的相应的运动控制致动器发送相应的致动器控制信号来控制车辆的运动。
运动控制系统被配置为判定中央控制器是否起作用。
该优选实施例中的运动控制致动器中的至少一个被配置为：直接基于运动控制意图信号而将运动控制施加到其自身的车轮。另外，它基于运动控制意图信号而向车辆的每个其他车轮的其他运动控制致动器发送相应的致动器控制信号。因此，如果判定中央控制器不起作用，则运动控制致动器中的至少一个承担主控制器的角色，从而充当中央控制器的备用。
在一些示例中，运动控制致动器中的至少一个被配置为执行中央控制器是否起作用的判定。这是有利的，因为降低了判定中央控制器不起作用与运动控制致动器承担主控制器的角色之间的延迟风险。当判定结果作为消息传输时，可能会发生这种延迟。
在一些实施例中，承担主控制器角色的运动控制致动器被配置为与另一运动控制系统的一个或多个功能性ECU配合，例如，承担主控制器角色的运动控制致动器可以被配置为与用于转向控制的ECU和用于发动机功率控制的ECU配合。由此，它可以适当地响应运动控制意图信号，以将运动控制施加至其自身的车轮并向其他运动控制致动器生成相应的致动器控制信号，从而优化备用操作模式下的车辆稳定性。
在一个实施例中，电运动控制系统被配置为向驾驶者提供警告信号，例如听觉或视觉警告信号，以指示车辆应当被带到修理厂以修理电运动控制系统。附加地或替代地，向负责的修理厂提供警告信号，以使得修理厂能够及时敦促车主将车辆送去修理。提供警告信号随之激励限制车辆使用并适当地调整驾驶行为直到进行修理。这些激励措施降低了风险。由此，可以实现包括ASIL-D型中央控制器并对至少一个运动控制致动器使用ASIL-B或ASIL-C型控制器的运动控制系统符合ASIL-D要求。
在一个实施例中，进入备用操作模式(B)强制执行车辆的降级操作模式。在一个示例中，电运动控制系统在降级操作模式下对车辆实施速度限制，随之降低了严重性和可控性。在另一示例中，运动控制系统被配置为：如果预定时间间隔已经过去或者如果自进入备用操作模式以来车辆已经行驶超过预定距离，则停用车辆，从而降低风险。在这些示例中，处于降级操作模式的车辆使得驾驶者能够将车辆驾驶到修理厂以修理电运动控制系统，但阻止驾驶者继续使用车辆，就好像根本没有发生故障一样。在一些实施例中，以下这些措施中的一种或多种被组合：向驾驶者和/或修理厂提供警告信号；以及通过限速、限制驾驶时间和/或限制驾驶距离中的一项或多项来强制实施车辆的降级操作模式。
多种选项可以用于模式控制电路，以判定中央控制器是否起作用。在一个示例中，中央控制器被配置为正常地发送心跳信号，以用信号通知其正常操作。心跳信号是周期性信号，例如具有100Hz或更高的频率。在所述一个示例中，模式控制电路监测心跳信号，并且只要它接收到心跳信号就维持电运动控制系统的正常操作模式。如果它未能接收到心跳信号，则它会使电运动控制系统以备用操作模式操作。
在另一示例中，模式控制电路被配置为：随后从网络接收运动控制意图信号和相应的相关联的致动器控制信号。在该示例中，它被配置为维持正常操作模式，前提是，在每个运动控制意图信号之后，它在预定时间间隔内从网络接收相关联的致动器控制信号。一旦它在预定时间间隔内未能接收到与运动控制意图信号相对应的相关联的致动器控制信号，则它使电运动控制系统以备用操作模式操作。
在一些实施例中，模式控制电路响应中央控制器发出的自动诊断信号。通常，中央控制器设置有自动诊断装置，该自动诊断装置能够指示中央控制器是否被判定为起作用。在一个其示例中，通过自动诊断装置进行的自动诊断包括中央控制器的部件之间的看门狗程序，其中，缺少来自部件之一的响应指示：中央控制器将被判定为不起作用。在另一示例中，中央控制器的多个部件被配置为独立地执行相同的计算，并且，如果计算的结果相互不同，则中央控制器被判定为不起作用。
在一个示例中，运动控制致动器中的至少一个被配置为接收运动控制意图信号，而不管电运动控制系统的所选操作模式。然而，在正常操作模式下，它响应来自中央控制器的致动器控制信号，并且忽略运动控制意图信号。相反，在备用操作模式中，它的响应在于它直接基于运动控制意图信号而将运动控制施加到其自身的车轮，并且它基于运动控制意图信号而向车辆的其他车轮的其他运动控制致动器发送相应的致动器控制信号。
在一些实施例中，电运动控制系统的部件(例如中央控制器、运动控制致动器、模式控制电路)通过专用信号线连接。在一个优选实施例中，电运动控制系统的部件通过网络相互连接。在任何情况下，在优选示例中，提供了表示为主连接和副连接的冗余连接。即使在专用信号线或网络中发生孤立故障，这也保证了部件的通信能力。在其示例中，至少一个运动控制致动器经由网关连接到网络。在正常操作模式中，它将由中央控制器传输的致动器控制信号传递到至少一个致动器。在备用操作模式下，它传递运动控制意图信号。
在一个实施例中，运动控制致动器中的至少一个是运动控制致动器中预定的一个。这是有利的，在中央控制器发生故障的情况下，只有运动控制致动器中预定的一个需要具有充当主控制器的能力。
在一个替代实施例中，多个运动控制致动器被配置为充当主控制器。这是有利的，因为如果中央控制器发生故障，则一个或多个另外的备用选项是可用的。在其示例中，排序设置有：第一运动控制致动器，其在中央控制器发生故障的情况下将成为主控制器，和第二运动控制致动器，其在中央控制器和第一运动控制致动器两者均发生故障的情况下承担主控制器的角色，等等。在其他示例中，被配置为充当主控制器的多个运动控制致动器如在I2C协议中那样执行协商，以判定哪一个运动控制致动器承担主控制器的角色。这意味着响应最快的控制器将充当主控制器，这是有利的。如果单独的运动控制致动器的致动器控制器在收到中央控制器被判定为不起作用的信号的时刻忙于执行任务，则可能出现不同的响应时间。还可能出现这样的情况：单独的运动控制致动器能够比其他运动控制致动器更早地判定中央控制器不起作用，并且因此也能够主动充当代替中央控制器的主控制器。在再又一个示例中，能够充当主控制器的运动控制致动器被指定为在中央控制器发生故障的情况下以轮换方式充当主控制器。运动控制致动器在其作为主控制器操作期间可以被单独监测。这提供了另一种验证其功能的方法。
在一个实施例中，不能充当主控制器的电运动控制系统的运动控制致动器中的一个或多个被配置为响应运动控制意图信号，该运动控制意图信号没有被来自中央控制器或来自充当主控制器的运动控制致动器的相应的致动器控制信号跟随。在该又一备用操作模式中，致动器中的一个或多个响应于运动控制意图信号而向其相关联的车轮施加运动控制，而不向其他运动控制致动器发送致动器控制信号。由此，即使中央控制器发生故障并且没有一个运动控制致动器能够充当主控制器，也可以执行运动控制动作。
无论操作模式如何，运动控制致动器都能够在某种程度上自主反应。例如，提供了一种实施例，其中，运动控制系统是制动控制系统，其中，制动器致动器中的至少一个具有ABS功能。由此，无论它是响应制动控制信号还是响应运动控制意图信号，它都可以适应施加到其自身的车轮的制动模式，以避免车轮打滑。
本文还提供了一种汽车致动器，其包括致动机构和致动器控制器。致动机构包括：被致动装置，其用于施加一定量的力或扭矩；以及电动机，其经由传动装置以可操作的方式连接到被致动装置。致动器控制器被配置为从网络接收致动意图信号和后续致动器控制信号，其中，后续致动器控制信号基于致动意图信号。致动器控制器包括模式控制电路，该模式控制电路被配置为从正常操作模式和备用操作模式中的至少一者选择致动器控制器的操作模式。致动器控制器还包括主电路，该主电路被配置为基于接收到的信号向电动机提供功率信号。在正常操作模式中，主电路被配置为基于接收到的致动器控制信号来提供功率信号。相反，在备用操作模式中，主电路被配置为基于接收到的致动意图信号来提供功率信号。另外，在备用操作模式中，主电路还被配置为基于接收到的致动意图信号来发送至少一个备用致动器控制信号以用于控制另一个汽车致动器。
在一些示例中，汽车致动器被配置为：响应于模式控制电路选择哪种操作模式而接收输入模式控制信号。在一些示例中，模式控制电路被配置为自主地选择操作模式。作为示例，模式控制电路被配置为维持正常操作模式，前提是在每个致动意图信号之后，其在预定时间间隔内从网络接收到相关联的致动器控制信号。一旦它在预定时间间隔内未能接收到与致动意图信号相对应的相关联的致动器控制信号，它就选择备用操作模式。
在又一示例中，模式控制电路被配置为：监测中央控制器的心跳信号并且只要它接收到心跳信号就维持正常操作模式。如果未能接收到心跳信号，则它选择备用操作模式。在又一些其他示例中，汽车致动器的模式控制电路被配置为响应于外部模式控制信号来选择操作模式并且自主地选择操作模式。在这些示例之一中，汽车致动器的模式控制电路被配置为：只要外部模式控制信号不指示要选择备用操作模式并且模式控制电路本身没有检测到中央控制器故障，就维持正常操作模式。在外部模式控制信号指示要选择备用操作模式的情况下或者在它检测到本身例如由于在检测到致动意图信号之后的时间限制内心跳缺失和/或相应的的致动器控制信号缺失而发生故障的情况下，它选择备用操作模式。
附图说明
从以下描述、后附的权利要求和附图中将更好地理解本公开的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点，在附图中：
图1示出了处于正常操作模式的如本文所公开的车辆运动控制系统的一个实施例；
图2示出了处于备用操作模式的如本文所公开的车辆运动控制系统的所述实施例；
图3示出了如本文所公开的车辆运动控制系统的另一个实施例；
图4A、4B示出了用于车辆运动控制系统的汽车致动器的一个示例；其中图4A示出了汽车致动器的概要，而图4B更详细地示出了其部件。
具体实施方式
用于描述特定实施例的术语并非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚地说明。术语“和/或”包括一个或多个相关列出条目的任何和所有组合。应当理解的是，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定存在所陈述的特征，但不排除存在或添加一个或多个其他特征。还应当理解的是，当一种方法的特定步骤被称为在另一个步骤之后时，其可以直接在所述另一步骤之后或者可以在执行该特定步骤之前执行一个或多个中间步骤，除非另有说明。同样，应当理解的是，当描述结构或部件之间的连接时，除非另有说明，否则该连接可以直接建立或者通过中间结构或部件来建立。
下面参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。在附图中，为了清楚起见，系统、部件、层和区域的绝对尺寸和相对尺寸可能被放大。可以参考本发明的可能理想化的实施例和中间结构的示意图和/或横截面图来描述实施例。在说明书和附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。这些相对术语及其派生词应当被解释为指的是如当时所描述的的取向或如所讨论的附图中所示的取向。这些相对术语是为了便于描述，而不要求系统以特定取向构造或操作，除非另有说明。
图1示意性地示出了用于控制车辆的运动的车辆运动控制系统100。
运动控制系统包括：用于车辆的每个车轮20a、20b、20c、20d的相应的运动控制致动器10a、10b、10c、10d，所述运动控制致动器被配置为：基于由所述相应的运动控制致动器接收到的相应的控制信号Sa、Sb、Sc、Sd来控制车轮的运动。
运动控制系统还包括中央控制器50，该中央控制器50被配置为：通过基于中央控制器50接收到的运动控制意图信号Si来将相应的致动器控制信号Sa发送到每个车轮20a、20b、20c、20d的相应的运动控制致动器10a、10b、10c、10d来控制车辆的运动。
运动控制系统被配置为判定中央控制器是否起作用。在一个示例中，运动控制系统包括专用诊断模块来以执行这种判定。
运动控制致动器10a中的至少一个被配置为：如果判定中央控制器50不起作用则直接基于运动控制意图信号Si来控制其自身的轮20a的运动。另外，它被配置为：如果判定中央控制器50不起作用，则基于运动控制意图信号Si来将相应的致动器控制信号Sb、Sc、Sd发送到车辆的每个其他车轮20b、20c、20d的其他运动控制致动器10b、10c、10d。在一个示例中，运动控制致动器10a中的至少一个被配置为执行中央控制器50是否起作用的判定。
在图1所示的第一实施例中，运动控制系统被配置为用于制动车辆的制动系统，并且相应的运动控制致动器10a、10b、10c、10d是将制动BR施加至其自身的车轮20a以控制其车轮的运动的相应的制动器致动器。其中，设置的中央控制器50被配置为：通过按照作为运动控制意图信号提供的运动控制意图信号协调制动器致动器的操作来控制制动BR。
在第二实施例中，运动控制系统被配置为用于使车辆转向的转向系统，并且相应的运动控制致动器10a、10b、10c、10d是用于控制其自身的车轮20a的取向以控制其车轮的运动的相应的转向致动器。由此，转向致动器限定车轮围绕与路面正交的轴线的旋转角度，以控制车辆的移动方向。在一些示例中，转向致动器还根据倾斜角度(即车轮的旋转轴线与路面之间的角度)来控制其车轮的取向。由此，当车辆直线向前行驶时，转向致动器保持旋转轴线平行于路面，并使得车轮由于转向而朝向(车辆所指向的)车辆一侧倾斜。在一些示例中，提供单独的致动器来控制车轮的旋转角度和倾斜角度。其中，设置了中央控制器50，以按照作为运动控制意图信号提供的转向意图信号来协调转向致动器的操作。
在第三实施例中，运动控制系统被配置为用于控制车辆速度的速度控制系统，并且相应的运动控制致动器10a、10b、10c、10d是对其自身的车轮10a施加扭矩以控制其车轮的旋转速度的相应的动力致动器。其中，设置了中央控制器50，以协调动力致动器的操作，并且运动控制意图信号是加速/减速意图信号。
在这些实施例的每一个中，如果判定中央控制器50不起作用，则运动控制致动器中的至少一个能够承担主控制器的角色作为中央控制器的备份。例如，第一实施例中的制动器致动器能够通过基于其作为运动控制意图信号Si接收的制动意图信号向其车轮施加制动BR来控制其车轮的运动。特别地，作为主控制器，该制动器致动器基于制动意图信号Si将相应的致动器控制信号Sb、Sc、Sd发送到车辆的每个其他车轮20b、20c、20d的其他制动器致动器10b、10c、10d。
作为另一个示例，第二实施例中的转向致动器中的至少一个能够通过基于其作为运动控制意图信号Si接收的转向意图信号控制其车轮的取向来控制其车轮的运动。特别地，作为主控制器，该转向致动器基于转向意图信号Si将相应的致动器控制信号Sb、Sc、Sd发送到车辆的每个其他车轮20b、20c、20d的其他转向致动器10b、10c、10d。
作为又一个示例，第三实施例中的动力致动器能够通过基于其作为运动控制意图信号Si接收到的加减/减速意图信号向其自身的车轮20a施加扭矩以控制其车轮的旋转速度来控制其车轮的运动。特别地，作为主控制器，该动力致动器基于加速/减速意图信号Si来将相应的致动器控制信号Sb、Sc、Sd发送到车辆的每个其他车轮20b、20c、20d的其他动力致动器10b、10c、10d。
作为又一个示例，车辆可以配备有两个或更多个运动控制系统。
现在参考图1和2更详细地描述一个实施例，其中电运动控制系统100是电制动系统。其中图1和图2分别示出了处于正常操作模式N和备用操作模式B的电制动系统。
图1所示的电制动系统100包括：针对每个车轮20a、20b、20c、20d的相应制动器致动器10a、10b、10c、10d，其被配置为基于相应制动器致动器接收到的相应致动器控制信号Sa、Sb、Sc、Sd来向车轮施加制动BR。制动系统100还包括中央控制器50，该中央控制器50被配置为：通过基于中央控制器50接收到的制动意图信号Si将相应的致动器控制信号发送至每个车轮20a、20b、20c、20d的相应制动器致动器10a、10b、10c、10d来控制车辆的制动BR。在所示的实施例中，提供网络30(例如CAN或以太网)以传输致动器控制信号。在一个替代实施例中，为此目的提供相应的信号传输线。该电制动控制系统被配置为：判定中央控制器50是否起作用以发送致动器控制信号。在一个示例中，提供执行这种判定的单独的诊断模块。在所示的实施例中，制动器致动器中的至少一个(在本例中为制动器致动器10a)被配置为：判定中央控制器50是否起作用以发送致动器控制信号。在一些示例中，单独的诊断模块以及至少一个制动器致动器被配置为执行所述判定。在其一个示例中，如果单独的诊断模块和制动器致动器中的至少一者判定中央控制器50不起作用，则判定中央控制器50不起到发送致动器控制信号的作用。
当判定中央控制器50不起作用时，不管做出该判定的实体如何，至少一个制动器致动器10a都承担主控制器的角色，如图2中进一步示出的。
如图2所示，在备用操作模式B中，制动器致动器10a被配置为直接基于制动意图信号Si来向其自身的车轮20a施加制动BR，而不是响应于致动器控制信号Sa而行动。特别地，作为备用操作模式B中的主控制器，制动器致动器10a被配置为基于制动意图信号Si来将相应的致动器控制信号Sb、Sc、Sd发送到车辆的每个其他车轮(20b、20c、20d)的其他制动器致动器10b、10c、10d。
在图1和2所示的示例中，中央控制器50和制动器致动器10a、10b、10c、10d经由网络30以可通信的方式连接。其中，广播各种信号，例如制动意图信号Si和致动器控制信号Sa。特别地，能够承担主控制器角色的制动器致动器10a被配置为接收制动意图信号Si，而不管中央控制器50是否被判定为起作用。然而，在图1所示的正常操作模式N中，如果中央控制器50被判定为起作用，则制动器致动器10a被配置为：响应于致动器控制信号Sa而向其自身的车轮20a施加制动BR，并且它不响应制动意图信号Si。而且它本身并不发送致动器控制信号。然而，在图2所示的备用操作模式(该备用操作模式是在判定中央控制器50不起作用之后假设的)中，制动器致动器10a被配置为：向其自身的车轮20a施加制动BR，并且直接基于制动意图信号Si来将相应的致动器控制信号Sb、Sc、Sd发送到其他制动器致动器10b、10c，10d。如果处于备用操作模式的中央控制器50仍然发送致动器控制信号Sa，则制动器致动器10a将忽略这些信号。
在优选实施例中，以冗余形式提供网络30，以保证在网络链路发生孤立故障的情况下网络功能的可用性。作为示例，网络设置有环形拓扑。
在图1、图2所示的示例中，假设只有一个制动器致动器(即制动器致动器10a)被配置为充当主控制器。由此，还预定义的是，如果中央控制器50被判定为不起作用，则制动器致动器10a充当主控制器。
在其他实施例中，制动系统包括多个制动器致动器，如果中央控制器50被判定为不起作用，则每个制动器致动器都能够充当主控制器。在一些示例中，能够充当主控制器的制动器致动器BA被指定为以轮换方式充当主控制器。在其一个示例中，如果此时中央控制器50被判定为不起作用，则当前被指定为潜在主控制器的制动器致动器10a承担该角色。在该示例的一个变型中，被指定的制动器致动器10a仍然是主控制器。在另一个变型中，随后其他制动器致动器BA被指定为以轮换方式承担该角色。在又一个示例中，制动器致动器BA中预定的一个在判定中央控制器50不起作用时承担主控制器的角色，并且随后以轮换方式分配主控制器的角色。在该示例的一些变型中，制动器致动器中预定的一个被配置为执行中央控制器50是否起作用的判定。在其一个变型中，制动器致动器BA中预定的一个具有在其初次指定为主控制器时执行的附加任务，例如提供警告信号和/或改变其他车辆控制系统的操作模式。
在再又一个实施例中，以自主方式从多个制动器致动器10a中选择制动器致动器10a作为主控制器。在其一些示例中，多个制动器致动器BA被配置为各自判定中央控制器50是否起作用。实际执行中央控制器50未起作用的判定的第一个制动器致动器承担主控制器的角色。
图3示出了电制动系统200的又一个实施例。其中与图1和图2中的部件相对应的部件具有相同的附图标记。在图3的实施例中，制动器致动器10a、10b、10c、10d经由一个或多个网关40a、40b、40c、40d连接到网络30。网络30被配置用于信号多播，并且一个或多个网关40a、40b、40c、40d选择性地传递多播信号。在正常操作模式期间(即中央控制器50被判定为起作用)，一个或多个网关40a、40b、40c、40d选择性地将致动器控制信号Sa从中央控制器50传递到它们相关联的制动器致动器10a。当判定中央控制器50不起作用时，采用备用操作模式B，其中网关选择性地将制动意图信号S1传递到至少一个制动器致动器10a。在所示的示例中，网关40a、40b、40c、40d通过主以太网连接Ma1、Ma2、Mb1、Mb2、Mc1、Mc2和副以太网连接Md1、Md2相互互连并连接到中央控制器50。网关40a、40b、40c、40d也具有CAN协议接口，其设有用于与制动器致动器10a、10b、10c、10d通信的主连接Ca1、Ca2、Cb1、Cb2、Cc1、Cc2和副连接Cd1、Cd2。
此外，网络互连设置有运动控制管理系统9，运动控制管理系统9提供运动控制意图信号，这里是制动意图信号Si。在一些示例中，运动控制管理系统9是完全自主的。在其他示例中，运动控制管理系统部分地或完全地由驾驶者控制。在所示的示例中，制动器致动器10a、10b、10c、10d被配置为分别向它们自己的车轮20a、20b、20c、20d施加制动力F10a、F10b、F10c、F10d。每个车轮都具有相应的车轮速度传感器22a、22b、22c、22d以提供相应的车轮速度指示S22a、S22b、S22c、S22d。在该示例的一个变型中，制动器致动器10a、10b、10c、10d设置有ABS功能，使其能够适应施加到其自身的车轮的制动BR模式，以避免车轮打滑，无论其是否响应制动控制信号Sa或响应制动意图信号Si。在其他示例中，替代地或附加地，相应的车轮速度指示S22a、S22b、S22c、S22d经由网关40a、40b、40c、40d传输到中央控制器50。
图3还示出了具有冗余电源线PL1、PL2的电源60，以向电制动系统200的部件供电。
优选地，中央控制器50被分类为ASIL-D。例如，中央控制器50包括双核锁步处理器。通常，如本文参考中央控制器50描述的单元和模块能够以硬件和/或软件部件的形式实施。虽然功能被描绘为单独的块，但是这些块或功能也可以被集成、进一步细分或省略(例如，因为它们各自的功能不是严格必要的)。对于受益于本教导的技术人员来说，其他变型也是显而易见的。
图4A、图4B示出了汽车致动器10的一个示例，该汽车致动器10包括致动机构12和致动器控制器14。如图4B更详细所示的，致动机构12包括：被致动装置121，其用于施加一定量的力或扭矩F10；以及电动机122，其经由传动装置123以可操作的方式连接到被致动装置121。
在汽车致动器10是制动器致动器的实施例的一个示例中，被致动装置121是用于抵靠车辆车轮20处的制动器主体进行制动的摩擦制动衬片。制动器主体通常是制动盘或制动鼓。致动机构12通常具有电动机122和旋转-平移转换齿轮形式的传动装置123，该传动装置123将电动机122的旋转驱动运动转换为用于将摩擦制动衬片121压靠在制动器主体上的平移运动。蜗轮(例如主轴齿轮或滚柱蜗杆传动装置)通常被用作旋转-平移转换齿轮。还可以例如借助于可枢转凸轮将旋转运动转换成平移运动。例如行星齿轮形式的减速齿轮通常被安置在电动机122和旋转-平移转换齿轮之间。自增力机电车辆制动器具有自增力器，该自增力器将旋转制动器主体抵靠被压靠在制动主体上以进行制动的摩擦制动衬片121而施加的摩擦力转换为接触压力，除了由致动装置施加的接触压力之外，所述接触压力将摩擦制动衬片压靠在制动器主体上。楔块、斜坡和杠杆机构适合于自增力。
致动器控制器14包括模式控制电路141和主电路142、143，模式控制电路141被配置为从正常操作模式和备用操作模式中的至少一者选择致动器控制器14的操作模式，主电路142、143被配置为基于接收到的信号向电动机122提供功率信号Sp。
致动器控制器14被配置为从网络接收致动意图信号Si和致动器控制信号Sa，该网格在正常情况下在短时间间隔内接续致动意图信号Si。在正常操作模式下，主电路142、143被配置为基于致动器控制信号Sa而向电动机122提供功率信号Sp。
然而，如果模式控制电路141选择备用操作模式B，则主电路142被配置为代之以基于接收到的致动意图信号Si而提供功率信号Sp。特别地，在备用操作模式B中，汽车致动器10承担主控制器的角色，其中主电路142还被配置为基于接收到的致动意图信号Si发送至少一个备用致动器控制信号Sb、Sc、Sd以用于控制另一个汽车致动器。
模式控制电路141被配置为：如果判定通常提供致动器控制信号Sa的中央控制器50不起作用，则选择备用操作模式B。在一个示例中，该模式控制电路被配置为：监测中央控制器50的心跳并且当心跳不存在时判定中央控制器50不起作用。在另一个示例中，该模式控制电路响应于外部模式控制信号。在又一个示例中，该模式控制电路监测接收致动意图信号Si的时刻和对应的致动器控制信号Sa的时刻之间的延迟或超时，并且，如果在预定时限内没有接收到对应的致动器控制信号Sa，则它选择备用操作模式B。
在一个示例中，致动意图信号Si和致动器控制信号Sa作为标记消息传输，其中致动器控制信号Sa的标记指示与特定致动意图信号Si的对应关系。在另一个示例中，使用定时约定，其中要求致动意图信号Si与对应的致动器控制信号Sa之间的时间间隔Tia短于相互相继的致动意图信号Si之间的时间间隔Taa。
在图4A所示的实施例中，主电路包括：主致动器驱动器143，其实际向电机122提供功率信号Sp；和主致动器驱动器控制单元142，其控制主致动器驱动器143。还设置了备用致动器驱动器控制单元142B和备用致动器驱动器143B作为主要部件的备用，以防后者发生故障。ABS单元145响应来自车轮速度传感器22的车轮速度信号S22。在必要时，该ABS单元向致动器驱动器控制单元142或备用致动器驱动器控制单元142B提供控制信号，以提供力F10的适当调节以避免车轮20卡住。车轮速度信号S22也被传输到网络以供中央控制器50在正常操作期间使用。
在一个替代实施例中，致动器10能够在其判定中央控制器50不起作用的情况下自主地响应致动意图信号Si，但它不被配置为发送备用致动器控制信号Sb、Sc、Sd。在如图1、图2所示的示例性车辆运动控制系统100和/或图3所示的车辆运动控制系统200中，致动器之一(例如10a)被设置为图4A、图4B所示的致动器，并且其余的致动器10b、10c和10d根据该替代实施例来提供。在这种情况下，车辆运动控制系统100或200具有副备用操作模式。在正常操作模式中，所有汽车致动器10a、10b、10c、10d都响应于由中央控制器50传输的它们各自的致动器控制信号Sa、Sb、Sc、Sd。如果中央控制器50被判定为不起作用，则采用备用操作模式B，其中汽车致动器10a被指定为主控制器。如果汽车致动器10a中发生故障，则采用副备用操作模式，其中另一个汽车致动器10自主地响应运动控制意图信号Si。
作为示例，在本文中根据本教导的车辆运动控制系统在制动控制系统的实施例中示出。本领域技术人员将清楚的是，各种其他实施例是可以想到的。例如，在另一个实施例中，运动控制系统被配置为用于使车辆转向的转向系统，并且相应的运动控制致动器是用于控制其自身车轮的取向以控制其车轮的运动的相应的转向致动器。作为又一个示例，运动控制系统被配置为用于控制车辆的速度的速度控制系统，并且相应的运动控制致动器是用于施加其自身车轮的扭矩以控制其车轮的旋转速度的相应的动力致动器。其中，设置中央控制器以协调动力致动器的操作，并且运动控制意图信号为加速/减速意图信号。在这些实施例的每一个中，如果判定中央控制器50不起作用，则运动控制致动器中的至少一个能够承担主控制器的角色作为中央控制器的备用。
在解释所附权利要求时，应当理解的是，词语“包括”并不排除存在除给定权利要求中列出的那些之外的其他元件或动作；元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件；权利要求中的任何附图标记并不限制它们的范围；多个“装置”可以由相同或不同的条目或实现的结构或功能来表示；除非另外具体说明，任何所公开的装置或其部分可以组合在一起或分成另外的部分。当一个权利要求引用另一权利要求时，这可以指示通过它们各自的特征的组合实现的协同优势。但是，在相互不同的权利要求中叙述某些措施这一事实并不表明这些措施的组合也不能被有利地使用。因此，本发明实施例可以包括权利要求的所有工作组合，其中每个权利要求原则上可以引用任何前述权利要求，除非上下文明确排除。
附图标记列表
B： 备用操作模式
N： 正常操作模式
BR： 制动力
F10： 致动器施加的力或扭矩
Ca1、Cb1、Cc1、Cd1： 主CAN连接
Ca2、Cb2、Cc2、Cd2： 副CAN连接
Ma1、Mb1、Mc1、Md1： 主以太网连接
Ma2、Mb2、Mc2、Md2： 副以太网连接
PL1、PL2： 电源线
Si： 运动控制意图信号
Sa、Sb、Sc、Sd： 致动器控制信号
Sp: 功率信号
S22、S22a、S22b、S22c、S22d： 车轮速度信号
9： 运动控制管理系统
10： 汽车致动器
10a、10b、10c、10d： 特定致动器
12: 致动机构
14： 致动器控制器
20: 车轮
20a、20b、20c、20d： 特定车轮
22： 车轮速度传感器
30: 网络
40a、40b、40c、40d： 网关
50： 中央控制器
60: 电源
100： 车辆运动控制系统(实施例一)
121: 被致动装置
122： 电动机
123： 传输
141： 模式控制电路
142、142B： 主、备用致动器驱动器控制电路
143、143B： 主、备用致动器驱动器电路
145： ABS单元
200： 车辆运动控制系统(实施例二)

Claims (15)

1.一种用于控制车辆运动的车辆运动控制系统(100，200)，所述运动控制系统包括：
针对所述车辆的每个车轮(20a，20b，20c，20d)，相应的运动控制致动器(10a，10b，10c，10d)，所述相应的运动控制致动器被配置为基于所述相应的运动控制致动器接收到的相应的致动器控制信号(Sa，Sb，Sc，Sd)来控制所述车轮的运动；和
中央控制器(50)，所述中央控制器(50)被配置为通过基于所述中央控制器(50)接收到的运动控制意图信号(Si)将相应的致动器控制信号(Sa)发送到每个车轮(20a，20b，20c，20d)的相应的运动控制致动器(10a，10b，10c，10d)来控制所述车辆的运动；
其中，所述车辆运动控制系统(100，200)被配置为判定所述中央控制器(50)是否起作用以发送所述致动器控制信号，并且如果判定所述中央控制器(50)不起作用，则所述运动控制致动器中的至少一个(10a)被配置为：
直接基于所述运动控制意图信号(Si)来控制其自身车轮(20a)的运动，并且
基于所述运动控制意图信号(Si)来将相应的致动器控制信号(Sb，Sc，Sd)发送到所述车辆的每个其他车轮(20b，20c，20d)的其他运动控制致动器(10b，10c，10d)。
2.根据权利要求1所述的车辆运动控制系统(100，200)，其中，所述中央控制器被配置为正常地发送心跳信号以用信号通知其正常操作，并且其中，如果心跳信号缺失，则所述中央控制器(50)被判定为不起作用。
3.根据权利要求1或2所述的车辆运动控制系统(100，200)，其中，基于从所述中央控制器(50)接收到所述运动控制意图信号(Si)的时刻与未从所述中央控制器(50)接收到相应的致动器控制信号(Sa)的时刻之间的超时来将所述中央控制器(50)判定为不起作用。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车辆运动控制系统(100，200)，其中，所述制动器致动器(10a，10b，10c，10d)和所述中央控制器(50)经由网络(30)以可通信的方式连接。
5.根据权利要求4或其任何从属权利要求所述的车辆运动控制系统(200)，其中，所述网络(30)包括主连接和副连接(Ma1，Ma2，…，Md1，Md2)，其中所述副连接在经由所述主连接的信号路线不可用的情况下提供每个所述运动控制致动器(10a，10b，10c，10d)之间的备用信号路线。
6.根据前述权利要求中任一项所述的车辆运动控制系统(100)，其中，所述运动控制致动器(10a)中的至少一个被配置为接收所述运动控制意图信号(Si)，而不论所述中央控制器(50)是否被判定为起作用，其中，所述运动控制致动器(10a)中的至少一个被配置为：如果所述中央控制器(50)被判定为起作用，则忽略所述运动控制意图信号(Si)并且响应于所述致动器控制信号(Sa)而将运动控制施加至其自身的车轮(20a)，并且其中，所述运动控制致动器(10a)中的至少一个被配置为：如果所述中央控制器(50)被判定为不起作用，则直接基于所述运动控制意图信号(Si)来将运动控制(BR)施加至其自身的车轮(20a)并向其他运动控制致动器(10b，10c，10d)发送相应的致动器控制信号(Sb，Sc，Sd)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的车辆运动控制系统(200)，其中，所述运动控制致动器(10a，10b，10c，10d)经由一个或多个网关(40a，40b，40c，40d)连接到所述网络(30)，其中，所述网络(30)被配置用于信号多播，并且其中，所述一个或多个网关(40a，40b，40c，40d)选择性地传递多播信号，如果所述中央控制器(50)被判定为不起作用，则所述一个或多个网关(40a，40b，40c，40d)选择性地将所述运动控制意图信号(Si)传递到至少一个运动控制致动器(10a)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的车辆运动控制系统(100，200)，其中，如果所述中央控制器(50)被判定为不起作用，则所述至少一个运动控制致动器(10a)被预限定为充当主控制器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的车辆运动控制系统(100，200)，其中，所述至少一个运动控制致动器(10a)是多个运动控制致动器中的一个，如果所述中央控制器(50)被判定为不起作用，则每个所述运动控制致动器都能够充当主控制器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的车辆运动控制系统(100，200)，其中，能够充当主控制器的制动器致动器被指定为以轮换方式充当主控制器。
11.根据前述权利要求中任一项所述的车辆运动控制系统(100，200)，包括：一个或多个运动控制致动器，所述一个或多个运动控制致动器不能或无法充当主控制器并且被配置为响应于运动控制意图信号(Si)，所述运动控制意图信号(Si)没有及时被来自所述中央控制器(50)或来自充当主控制器的运动控制致动器的相应的致动器控制信号接续。
12.根据前述权利要求中任一项所述的车辆运动控制系统(100，200)，被配置为：在判定所述中央控制器(50)不起作用时，提供人类可感知的指示和/或强制执行所述车辆的降级操作模式。
13.根据前述权利要求中任一项所述的运动控制系统(100，200)，被配置为用于对所述车辆进行制动的制动系统(100)，其中，相应的运动控制致动器(10a，10b，10c，10d)是用于向其自身的车轮(20a)施加制动(BR)以控制所述车轮的运动的相应的运动控制致动器，其中，所述中央控制器(50)被配置为控制所述制动(BR)，并且其中，所述运动控制意图信号是制动意图信号。
14.根据前述权利要求中任一项所述的运动控制系统(100，200)，其中，一个或多个制动器致动器(10)设置有ABS功能(145)，从而使其能够适应施加到其自身的车轮的制动(BR)模式，以避免车轮卡住，而不论其是响应制动控制信号(Sa)还是响应制动意图信号(Si)。
15.一种汽车致动器(10)，包括
致动机构(12)，所述致动机构(12)包括：
用于施加一定量的力或扭矩的被致动装置(121)，和
电动机(122)，所述电动机(122)经由传动装置(123)以可操作的方式连接到所述被致动装置(121)；以及
致动器控制器(14)，所述致动器控制器(14)被配置为从网络接收致动意图信号(Si)和后续致动器控制信号(Sa)，其中，所述后续致动器控制信号(Sa)基于所述致动意图信号，所述致动器控制器(14)包括：
模式控制电路(141)，所述模式控制电路(141)被配置为从正常操作模式(N)和备用操作模式中的至少一者中选择所述致动器控制器(14)的操作模式，
主电路(142，143)，所述主电路(142，143)被配置为基于接收到的信号(Sa，Si)而向所述电动机(122)提供功率信号(Sp)，
其中，在所述正常操作模式中，所述主电路(142，143)被配置为基于接收到的致动器控制信号(Sa)提供所述功率信号(Sp)，并且
其中，在所述备用操作模式(B)中，所述主电路(142)被配置为基于接收到的致动意图信号(Si)提供所述功率信号(Sp)，
其中，在所述备用操作模式中，所述主电路(142)还被配置为基于接收到的致动意图信号(Si)发送至少一个备用致动器控制信号(Sb)以用于控制另一个汽车致动器。
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