用于车辆的制动系统的切换装置、具有切换装置的制动系统和切换装置的运行方法与流程

1.本发明涉及一种用于车辆的制动系统的切换装置、具有切换装置的制动系统和切换装置的运行方法。


背景技术：

2.在所有类型的车辆的自动化或自主行驶的过程中，需要提供冗余。该冗余如此设计，以至于该车辆不会陷入到危及安全或不可控的状态中。例如可通过系统的双重实施或者与其他系统(其实施类似的功能)的关联来实现冗余。根据功能安全要求iso26262-2，控制器的微控制器必须通过外部机构来监控。


技术实现要素：

3.在该背景下，本方案的任务是，提供一种改进的用于车辆的制动系统的切换装置、改进的具有切换装置的制动系统和改进的用于运行切换装置的方法。
4.该任务通过具有装置权利要求1的特征的切换装置、根据权利要求10的制动系统、根据权利要求11的方法和根据权利要求12的计算机程序来解决。
5.利用所介绍的方法可实现的优点是，节省用于附加的控制器或具有用于监控制动系统的每个控制器的看门狗(或监视器)的集成回路的费用。
6.一种用于车辆的制动系统的切换装置具有中央控制器、至少一个子系统控制器和附加或替换地具有冗余控制器和监控装置。中央控制器构造用于控制该制动系统。该子系统控制器与中央控制器通过数据总线连接或可连接并且构造用于控制所述制动系统的子系统装置。该冗余控制器该中央控制器通过另一数据总线连接或可连接并且构造用于控制所述制动系统的冗余制动系统。监控装置构造用于从所述中央控制器读入第一检验信号以检验该中央控制器的功能，并且用于从所述子系统控制器读入第二检验信号以检验该子系统控制器的功能，并且替换或附加地用于从所述冗余控制器读入冗余检验信号以检验该冗余控制器的功能。
7.制动系统可以涉及电子制动系统，简称“ebs”。中央控制器、子系统控制器和附加或替换地冗余控制器可以分别具有至少一个微控制器。冗余控制器可以构造为与中央控制器功能相同，例如也结构相同。子系统装置可以是制动系统的任意的制动模块，例如电子气动模块或脚制动模块。冗余制动系统可以构造为与制动系统功能相同，例如结构相同。数据总线可以包括至少一个数据线路。监控装置可以构造用于实施至少一个看门狗功能。在此，“看门狗”功能可以被如此描述：即设置计数器，其在每个步骤中递增。如果其达到或超过极限，则微控制器的重置被操作。在运行期间，现在集成了复位看门狗计数器的命令。如果程序保持挂起，则看门狗计数器不再复位并且重置。在这里所介绍的情况下，第一检验信号是由中央控制器提供的信号并且替换或附加地第二检验信号是由子系统控制器提供的信号或者响应于之前由监控装置向中央控制器或子系统控制器发送的询问信号生成的应答信
号。第一检验信号例如可以包括中央控制器的测量值、评估结果或协议。同样，第二检验信号可以包括子系统控制器的测量值、评估结果或协议，并且附加或替换地冗余信号可以包括冗余控制器的测量值、评估结果或协议。监控装置可以构造用于例如通过与其他测量值、评估结果或协议相比较来检验或验证该测量值、评估结果或协议，用于识别所述中央控制器和附加或替换地所述子系统控制器是否如想象中那样工作。
8.有利地，这种切换装置构造用于利用仅仅一个监控装置来监控多个通过数据总线相互连接的控制器。这使得对于制动系统并且附加或替换地对于冗余制动系统节省了费用。
9.所述监控装置可以构造用于在使用第一检验信号的情况下将第一控制信号输出给制动系统的部件，其中该第一控制信号显示中央控制器的功能，替换或附加地在使用第二检验信号的情况下将第二控制信号输出给制动系统的部件，其中该第二控制信号显示子系统控制器的功能，替换或附加地在使用冗余检验信号的情况下将冗余控制信号输出给制动系统的部件，其中该冗余控制信号显示冗余控制器的功能。如果检验信号例如显示中央控制器、子系统控制器和附加或替换地冗余控制器的错误功能，则可以根据中央控制器、子系统控制器和附加或替换地冗余控制器的功能发起用于确保或重建该功能的处理或者激活替换功能。例如，可以通过相应的控制信号重新启动或关停出故障的控制器并且附加或替换地引起另一控制器的激活。
10.所述监控装置可以在所述中央控制器和附加或替换地所述子系统控制器中实现。例如，监控装置可以设置在与中央控制器或子系统控制器共同的壳体中。监控装置也可以布置在公共的硬件单元如所述中央控制器和附加或替换地所述子系统控制器的电路板上。
11.此外有利的是，所述监控装置根据一个实施方式布置在所述中央控制器和所述子系统控制器之外。例如，该监控装置可以在制动系统的另一控制器中实现。
12.所述监控装置可以根据一个实施方式在所述冗余控制器中实现。例如，监控装置可以设置在与冗余控制器共同的壳体中。监控装置也可以布置在公共的硬件单元如所述冗余控制器的电路板上。由此，监控装置在冗余控制器中或上的布置有利地实现了不仅制动系统而且冗余制动系统的监控。
13.根据一个实施方式，所述中央控制器能够以信号技术方式与所述制动系统的至少一个传感器和附加或替换地促动器和附加或替换地以电方式与运行电压接口和附加或替换地接地接口连接或可连接，附加或替换地所述冗余控制器能够以信号技术方式与至少所述传感器和附加或替换地促动器和附加或替换地以电方式与另一运行电压接口和附加或替换地另一接地接口连接或可连接。例如，所述中央控制器和所述冗余控制器可以从同一个传感器和附加或替换地同一个促动器获取值，该值然后可以由监控装置检验、例如比较。
14.所述中央控制器能够与至少所述子系统控制器通过可导电的连接装置连接或可连接。这允许所述控制器的供电。
15.此外有利的是，切换装置根据一个实施方式具有至少一个与中央控制器和附加或替换地子系统控制器通过至少一个第二数据总线连接或可连接的第二子系统控制器，用于控制所述制动系统的第二子系统装置，其中，所述监控装置构造用于从第二子系统控制器读入第三检验信号以检验该第二子系统控制器的功能。该第二子系统装置同样可以是制动系统的任意的制动模块。由此可以由该监控装置检验多个子系统控制器，这节省了另外的
费用。
16.所述子系统控制器可以构造用于控制所述子系统装置，该子系统装置形成为所述制动系统的电子气动模块或脚制动模块。该电子气动模块可以是单通道或双通道的电子气动模块。
17.同样，所述第二子系统控制器可以构造用于控制第二子系统装置，该第二子系统装置形成为所述制动系统的电子气动模块或脚制动模块。在此，该电子气动模块也可以是单通道或双通道的电子气动模块。
18.一种制动系统具有上面描述的切换装置之一。该制动系统可以是或具有冗余制动系统，其中，切换装置可以在该冗余制动系统中实现。这种制动系统有利地用仅仅一个监控装置就足够，尽管如此，该监控装置仍然能够可靠地监控该制动系统和附加或替换地该冗余制动系统的所有控制器。
19.一种用于运行用于制动系统的切换装置的方法具有读入步骤和输出步骤。在读入步骤中，从构造用于控制所述制动系统的中央控制器读入第一检验信号并且附加或替换地从通过数据总线与所述中央控制器连接且构造用于控制该制动系统的子系统装置的子系统控制器读入第二检验信号并且附加或替换地从通过另一数据总线与所述中央控制器连接或可连接且构造用于控制该制动系统的冗余制动系统的冗余控制器读入冗余检验信号。在输出步骤中，在使用第一检验信号的情况下将第一控制信号输出给该制动系统的部件，其中该第一控制信号显示中央控制器的功能，并且附加或替换地在使用第二检验信号的情况下将第二控制信号输出给该制动系统的部件，其中该第二控制信号显示子系统控制器的功能，并且附加或替换地在使用冗余检验信号的情况下将冗余控制信号输出给该制动系统的部件，其中该冗余控制信号显示冗余控制器的功能。
20.该方法可以在使用先前介绍的监控装置的情况下实施。通过这种方法也能够技术上简单且费用有利地实现监控装置的已经描述过的优点。
附图说明
21.在下面参照附图的说明中详细阐述这里所介绍的方案的实施例。附图中：
22.图1示出具有制动系统的车辆的示意图，该制动系统具有根据一个实施例的切换装置；
23.图2示出根据一个实施例的切换装置的示意图；
24.图3示出根据一个实施例的用于运行切换装置的方法的流程图，该切换装置用于车辆的制动系统。
具体实施方式
25.在下面对本方案的优选实施例的说明中，对于在不同附图中示出且作用类似的元件使用相同或类似的附图标记，其中，不再对这些元件做重复说明。
26.图1示出具有制动系统105的车辆100的示意图，该制动系统具有根据一个实施例的切换装置110。
27.制动系统105根据该实施例形成为电子制动系统，简称“ebs”，或者根据一个替换的实施例形成为防抱死系统，简称“abs”。制动系统105根据该实施例具有至少一个子系统
装置111、112、113，用于实现制动过程。仅仅示例性地，该制动系统105根据该实施例具有三个子系统装置111、112、113，它们根据该实施例形成为单通道电子气动模块、双通道电子气动模块和/或脚制动模块。根据一个替换的实施例，该制动系统105具有任意数量的任意其他的子系统装置。
28.切换装置110具有中央控制器ebs-ecu、至少一个子系统控制器115、120、125和监控装置130。该中央控制器ebs-ecu和每个子系统控制器115、120、125分别具有微控制器。该中央控制器ebs-ecu构造用于控制所述制动系统105。所述子系统控制器115、120、125通过数据总线db与所述中央控制器ebs-ecu连接或者能够与所述中央控制器ebs-ecu连接并且构造用于控制所述制动系统105的子系统装置111、112、113。监控装置130构造用于从中央控制器ebs-ecu读入第一检验信号135，用于检验该中央控制器ebs-ecu的功能并且构造用于从子系统控制器115读入第二检验信号140，用于检验该从子系统控制器115的功能。
29.监控装置130也可以被称为“看门狗”并且根据该实施例被构造用于实施至少一个看门狗功能。第一检验信号135根据一个实施例是由中央控制器ebs-ecu提供的信号和/或第二检验信号140是由子系统控制器115提供的信号，或者根据一个替换的实施例是响应于之前由监控装置130向中央控制器ebs-ecu和/或子系统控制器115发出的询问信号生成的应答信号。根据该实施例，第一检验信号13包括中央控制器ebs-ecu的测量值、评估结果或协议。同样，第二检验信号140根据该实施例包括子系统控制器115的测量值、评估结果或协议。监控装置130根据该实施例构造用于例如通过与其他测量值、评估结果或协议的比较来检验或验证所述测量值、所述评估结果或协议，用于识别所述中央控制器ebs-ecu和/或子系统控制器115是否如想象中那样工作。
30.仅仅示例性地，监控装置130根据该实施例在中央控制器ebs-ecu中和/或根据一个替换的实施例在子系统控制器115、120、125之一中实现。监控装置130根据该实施例布置在一个与中央控制器ebs-ecu共同的壳体中或者根据一个替换的实施例布置在一个与子系统控制器115、120、125共同的壳体中。该监控装置130在此根据该实施例布置在共同的硬件单元上，例如中央控制器ebs-ecu和/或子系统控制器115、120、125的电路板上。
31.此外，监控装置130根据该实施例被构造用于在使用第一检验信号135的情况下将第一控制信号145(其显示中央控制器ebs-ecu的功能)输出给制动系统105的部件和/或在使用第二检验信号140的情况下将第二控制信号150(其显示子系统控制器115、120、125的功能)输出给制动系统105的部件。
32.切换装置110根据该实施例具有至少一个与中央控制器ebs-ecu和/或子系统控制器120通过至少一个第二数据总线db连接或可连接的第二子系统控制器120，用于控制所述制动系统105的第二子系统装置112，其中，监控装置130构造用于从第二子系统控制器120读入第三检验信号160以检验该第二子系统控制器120的功能。切换装置110根据该实施例具有至少一个与中央控制器ebs-ecu和/或子系统控制器120通过至少一个第三数据总线db连接或可连接的第三子系统控制器125，用于控制所述制动系统105的第三子系统装置113，其中，监控装置130构造用于从第三子系统控制器125读入第四检验信号165以检验该第三子系统控制器125的功能。监控装置130根据该实施例被构造用于在使用第三检验信号160的情况下将第三控制信号170(其显示子系统控制器120的功能)输出给制动系统105的部件和/或在使用第四检验信号165的情况下将第四控制信号175(其显示第三子系统控制器125
的功能)输出给制动系统105的部件。
33.中央控制器ebs-ecu根据该实施例与至少所述子系统控制器115、120、125通过可导电的连接装置ub/gnd连接或可连接。
34.这里所介绍的切换装置110借助用于分布式电系统的中央看门狗实现了iso26262一致性。切换装置110在此有利地优化了控制器ebs-ecu、115、120、125自身的监控功能，该控制器可以通过数据线路、在此通过数据总线db与系统中的其他控制器ebs-ecu、115、120、125通信。原则上，控制器ebs-ecu、115、120、125当前是按照功能安全iso26262-2的要求研发的。在此，需要通过第二机构来监控所述控制器ebs-ecu、115、120、125的内部微控制器。该第二机构通过监控装置130实现，该监控装置根据一个实施例借助于“握手”信号释放操作或者验证计算，其方式是，其计算该内部微控制器的相同任务，其中，该内部微控制器的结果根据一个实施例被与监控装置130的结果相比较并且然后相应地被释放。控制信号145、150、170、175可以是这种“握手”信号。
35.由于该监控装置130，有利地不需要第二控制器(在下面也称为μc)或者对于每个控制器ebs-ecu、115、120、125具有集成的看门狗的集成回路(简称ic)来实施这种监控功能。由此，切换装置110使得能够节省对于要么至少一个第二控制器要么具有看门狗的ic的昂贵费用。
36.为了优化制动系统105中的监控功能，在这里所介绍的切换装置110中，在中央控制器ebs-ecu中实现看门狗功能，其中，子系统装置111、112、113的子系统控制器115、120、125访问该看门狗功能。这是可能的，因为它们通过数据总线db、这里是can总线(控制器区域网络总线)处于不断的数据交换中。根据一个替换的实施例，将看门狗功能转移到附属的子系统装置111、112、113之一或冗余系统上，如图2中所示。由此，在任何情况下，可以将ic单元和/或控制器(其映射看门狗功能)从一个或多个控制器ebs-ecu、115、120、125省略。
37.图2示出根据一个实施例的切换装置110的示意图。在此，其可以涉及根据图1描述的切换装置110，区别是：监控装置130根据该实施例布置在所述中央控制器ebs-ecu和所述至少一个子系统控制器115、120、125之外。
38.切换装置110根据该实施例替换或附加于所述至少一个或全部子系统控制器115、120、125具有冗余控制器r-ecu，监控装置130仅仅示例性地根据该实施例在该冗余控制器中实现。根据一个替换的实施例，监控装置130如图1所描述的那样在中央控制器ebs-ecu中实现。冗余控制器r-ecu通过另一数据总线db与中央控制器ebs-ecu连接或可连接并且构造用于控制所述制动系统的结构相同或结构类似的冗余制动系统或者电子驻车制动器。根据一个实施例，冗余控制器r-ecu构造为与中央控制器ebs-ecu功能相同。
39.根据该实施例，监控装置130构造用于从冗余控制器r-ecu读入冗余检验信号200以检验该冗余控制器r-ecu的功能。监控装置130根据该实施例构造用于在使用该冗余检验信号200的情况下将冗余控制信号(其显示冗余控制器r-ecu的功能)输出给制动系统的部件。此外，监控装置130根据该实施例构造用于通过所述另一数据总线db读入第一、第二、第三和/或第四检验信号。
40.中央控制器ebs-ecu根据该实施例以信号技术方式与制动系统的至少一个传感器205和/或促动器201和/或以电方式与运行电压接口ub1和/或接地接口gnd连接或可连接。冗余控制器r-ecu根据该实施例同样以信号技术方式与至少所述传感器205和/或促动器
201和/或以电方式与另一运行电压接口ub1和/或另一接地接口gnd连接或可连接。
41.为了实现系统(例如电制动系统ebs、abs)的冗余，这些系统可以多重地安置在车辆中。另一可能性是，用类似的子系统(其可以映射所述功能)来补充所述系统。一个例子是：将ebs与电子驻车制动器(简称“epb”)耦合。在故障情况下，关断有故障的系统并且无故障的第二系统接管该任务并且从而建立冗余。这两个系统彼此自给自足，互不干扰。它们分别按照功能安全的原则研发并且从而具有广泛的自监控。这两个系统借助于总线系统以及共用的促动器相互连接并且用于交换状态和数据。
42.控制器或系统在车辆中的多重安置导致昂贵的费用。该方案描述了一种可能性：降低具有冗余系统的现有系统的费用。根据该实施例，将“共享”看门狗的原理转用到冗余地设计的系统上。
43.在该实施例中，通过冗余控制器r-ecu接管监控功能。该冗余控制器r-ecu根据该实施例借助于数据总线db以及共用的促动器205和传感器210与中央控制器ebs-ecu连接，所述数据总线以及共用的促动器和传感器被用来同步。例如，可以通过公用的pcv阀借助于测试脉冲将协议从中央控制器ebs-ecu传递给冗余控制器r-ecu，其借助于数据总线db控制。其也可以被用作“共享”看门狗。
44.图3示出根据一个实施例的用于运行切换装置的方法的流程图，该切换装置用于车辆的制动系统。该方法300可以由图1或2之一中描述的切换装置驱控或实施。特别地，在该情况下还可以设置如下可能性：实施切换装置至少之一的重置。
45.该方法300具有读入步骤305和输出步骤310。在读入步骤305中，从中央控制器(其构造用于控制制动系统)读入第一检验信号和/或从子系统控制器(其通过数据总线与所述中央控制器连接并且构造用于控制该制动系统的子系统装置)读入第二检验信号和/或从冗余控制器(其通过另一数据总线与所述中央控制器连接并且构造用于控制该制动系统的冗余制动系统)读入冗余检验信号。在输出步骤310中，在使用第一检验信号的情况下将第一控制信号输出给该制动系统的部件，其中，该第一控制信号显示中央控制器的功能，并且在使用第二检验信号的情况下将第二控制信号输出给该制动系统的部件，其中，该第二控制信号显示子系统控制器的功能，和/或在使用冗余检验信号的情况下将冗余控制信号输出给该制动系统的部件，其中，该冗余控制信号显示冗余控制器的功能。
46.这里所介绍的方法步骤可以重复以及能够以不同于这里所描述的顺序实施。
47.如果一个实施例在第一特征与第二特征之间包含“和/或”联系，则这应解读为该实施例根据一个实施方式不仅具有第一特征而且具有第二特征并且根据另一实施方式要么仅仅具有第一特征要么仅仅具有第二特征。
48.附图标记表
49.db
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数据总线
50.ebs-ecu
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中央控制器
51.gdn
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接地接口
52.r-ecu
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冗余控制器
53.ub/gnd
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能导电的连接装置
54.ub1
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运行电压接口
55.ub2
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另一运行电压接口
56.100
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车辆
57.105
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制动系统
58.110
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切换装置
59.111
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子系统装置
60.112
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第二子系统装置
61.113
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第三子系统装置
62.115
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子系统控制器
63.120
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第二子系统通知设备
64.125
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第三系统控制器
65.130
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监控装置
66.135
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第一检验信号
67.140
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第二检验信号
68.145
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第一控制信号
69.150
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第二控制信号
70.160
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第三检验信号
71.165
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第四检验信号
72.170
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第三控制信号
73.175
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第四控制信号
74.200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冗余检验信号
75.205
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器
76.210
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
促动器
77.300
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
用于运行用于车辆的制动系统的切换装置的方法
78.305
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读入步骤
79.310
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输出步骤。