基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统

摘要

本发明涉及一种结构简单、安全可靠的基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统，遥控方式实现汽车左转、右转、前进、后退、制动此五项基本功能的单一项功能或者组合项功能。它包括遥控器，该遥控器与遥控指令接收器间无线通信；遥控指令接收器与FlexRay模块通信；所述FlexRay模块包括指令控制机构与指令执行机构，两者间为控制耦合；指令执行机构连接转向电机伺服器和驱动电机伺服器；所述指令控制机构与指令执行机构连接电源I，所述转向电机伺服器和驱动电机伺服器连接电源II，同时，电源I和转向电机伺服器、驱动电机伺服器以及开关装置连接；转向电机伺服器与转向电机连接，驱动电机伺服器与驱动电机连接。

权利要求

1.一种基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统，其特征是，它包括遥控器（1），该遥控器（1）与遥控指令接收器（2）间无线通信；遥控指令接收器（2）与FlexRay模块通信；所述FlexRay模块包括指令控制机构（3）与指令执行机构（5），两者间控制耦合；指令执行机构（5）连接转向电机伺服器（9）和驱动电机伺服器（10）；所述指令控制机构（3）与指令执行机构（5）连接电源I，所述转向电机伺服器（9）和驱动电机伺服器（10）连接电源II，同时，电源I和转向电机伺服器（9）、驱动电机伺服器（10）以及开关装置连接；转向电机伺服器（9）与转向电机（11）连接，驱动电机伺服器（10）与驱动电机（12）连接；

所述遥控器（1）与遥控指令接收器（2）间采用2.4GHz无线遥控信号通讯；

所述指令控制机构(3)与指令执行机构(5)通过FlexRay直通线缆(4)相连接；

FlexRay模块的指令控制机构（3）和指令执行机构（5）均使用集成有FlexRay的飞思卡尔MC9S12X系列芯片，采用TJA1080ATS收发器，实现了2路FlexRay总线（4）通讯，所有功能管脚通过接口输出，指令控制机构实现线控指令的接收及FlexRay的主控控制功能，指令控制结构与指令执行机构间采用双向FlexRay通讯，接收控制指令，向转向电机伺服器（9）或者驱动电机伺服器（10）发出相应控制动作的指令，使转向电机（11）和驱动电机（12）作出相应动作。

2.如权利要求1所述的基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统，其特征是，所述电源I为12V蓄电池(6)，它分别连接指令控制机构(3)与指令执行机构(5)的供电接口。

3.如权利要求1所述的基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统，其特征是，所述电源II为6V蓄电池(8)，它连接转向电机伺服器(9)的被控输入接口以及驱动电机伺服器(10)的被控输入接口。

4.如权利要求1所述的基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统，其特征是，所述开关装置为开关电源(7)。

5.如权利要求1所述的基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统，其特征是，所述转向电机(11)与前轮(13)连接。

6.如权利要求1所述的基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统，其特征是，所述驱动电机(12)与后轮(14)连接。

说明书

基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统

技术领域

[0001] 本发明属于汽车电子技术领域，具体涉及一种基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统。

背景技术

[0002] 采用线控技术对汽车进行控制，可以降低汽车电子部件的复杂性、减轻整车质量、降低油耗，比如汽车线控制动系统能够消除常规汽车中制动液和液压管路在制动过程中的干扰。实现汽车线控的关键是需要找到合适的通信协议，实现系统的信息能够高速、容错传递的同时，保证接收信号时间的确定。当前在车载网络中广泛应用的总线技术(如CAN、VAN、LIN等)由于缺少确定性、同步性及容错机制等，不能满足汽车的线控要求。FlexRay是针对汽车高层网络和线控系统需求而开发的总线，具有高传输速率、冗余通信设置、网络拓扑设计灵活、采用时间触发和事件触发的灵活通信机制，在车内通信网络中具有的较大优势和广泛的潜在应用机会，极有可能成为下一代车用网络标准。

[0003] 经过检索，发现涉及FlexRay的专利一般体现在FlexRay网络通信实现上，如实用新型专利(公告号：CN201813394U)“基于FlexRay总线的车载网关设备”涉及一种FlexRay、CAN、LIN总线的车载网关设备，发明专利(公告号：CN102014139A)“一种车用FlexRay总线与以太网的协议转换装置”涉及一种车用FlexRay总线与以太网的协议转换装置，大范围上也属于网关设备，均不同于本专利基于FlexRay总线实现遥控汽车的行驶功能；也找到了与采用FlexRay技术实行汽车线控的相关专利，在实用新型专利(授权公告号：CN 201800701U)“基于FlexRay总线的电子制动系统”，介绍了采用传感器输送信号给主控单元，主控单元通过FlexRay总线传输指令到电控模块，控制执行系统实现制动。实用新型专利(专利号：ZL 200920106151.X)“一种汽车线控转向系统”，包括路感部分、FlexRay通信部分和执行转向部分。本实用新型专利与这两实用新型专利的区别：1)指令源不同：本专利采用无线遥控的方式直接发送线控指令，不同于实用新型专利(授权公告号：CN 201800701U)采用固定于汽车上的踏板压力传感器、雷达和踏板行程传感器中的信号作为汽车制动系统的指令源，也不同于实用新型专利(专利号：ZL 200920106151.X)采用来自于与方向盘相连的转角传感器、转矩传感器和路感电机等的信号作为汽车线控转向系统的指令源，使得系统结构更加简单；2)实现的动作不同：本专利以无线遥控方式实现了汽车的线控左转、右转、前进、后退、制动此五项基本功能的单一项功能或者组合项功能(如左转前进、左转后退、右转前进、右转后退)，更加满足汽车行驶的需要，而专利(授权公告号：CN 201800701U)仅采用集成式电动卡钳实现制动，专利(专利号：ZL 200920106151.X)仅采用转向电机实现转向操作。

[0004] 在公开论文中，比较典型的是实现转向或制动单一功能，非本专利提及实现的行驶功能(包括左转、右转、前进、后退、制动此五项基本功能的单一项功能或者组合项功能)，而且线控信号来源为车辆本身上的传感器，非本专利提及的无线信号，典型的论文有：“基于FlexRay总线的嵌入式汽车线控制动技术研究”(计算机测量与控制，2009，17(3)：
487～489)其制动信号来源于制动踏板传感器，电动执行器完成扭矩响应实现车轮制动；
“基于FlEXRAY总线的装载机线控转向系统研究”(计算机测量与控制，2010，18(3)：589～
590)由驾驶员转动方向盘实现系统的转向，系统组成包括方向盘转角传感器、路感电机、发动机、转向控制器及相应电磁阀。

发明内容

[0005] 本发明适应汽车电子技术发展趋势，寻求以新的技术降低汽车电子部件的复杂性、减轻整车质量、降低油耗，提出基于FlexRay总线技术的一种结构简单、安全可靠的基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统，遥控方式实现汽车的左转、右转、前进、后退、制动此五项基本功能的单一项功能或者组合项功能(如左转前进、左转后退、右转前进、右转后退)。

[0006] 为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

[0007] 一种基于FlexRay总线的遥控汽车线控系统，它包括遥控器，该遥控器与遥控指令接收器间无线通信；遥控指令接收器与FlexRay模块通信；所述FlexRay模块包括指令控制机构与指令执行机构，两者间控制耦合；指令执行机构连接转向电机伺服器和驱动电机伺服器；所述指令控制机构与指令执行机构连接电源I，所述转向电机伺服器和驱动电机伺服器连接电源II，同时，电源I和转向电机伺服器、驱动电机伺服器以及开关装置连接；转向电机伺服器与转向电机连接，驱动电机伺服器与驱动电机连接。

[0008] 所述遥控器与遥控指令接收器间采用2.4GHz无线遥控信号通讯。

[0009] 所述指令控制机构与指令执行机构通过FlexRay直通线缆相连接。

[0010] 所述电源I为12V蓄电池，它分别连接指令控制机构与指令执行机构的供电接口。

[0011] 所述电源II为6V蓄电池，它连接转向电机伺服器的被控输入接口以及驱动电机伺服器的被控输入接口。

[0012] 所述开关装置为开关电源。

[0013] 所述转向电机与前轮连接。

[0014] 所述驱动电机与后轮连接。

[0015] 本发明的有益效果是：采用FlexRay总线设计遥控汽车线控系统，对于降低汽车电子系统的整体复杂度、进而减轻整车质量、实现低油耗具有很大前景。比如，本发明中设计的基于FlexRay总线实现汽车线控制动功能，可以在不影响实际效果的前提下对传统汽车的构成进行简化，可以不再依赖制动油箱、液压阀、助力装置等，可以消除诸如制动液和液压管路在制动过程的干扰，仅仅依靠接收电子指令的电机制动装置就能实现制动，无传统制动系统制动液和液压管路，系统维护简单、整车质量下降、更加容易实现节能、环保。同时基于FlexRay总线实现汽车线控制动，依靠接收电子指令的电机制动装置能够实现制动，考虑到FlexRay总线的通讯速率最高达到10Mb/s，采用FlexRay总线实现制动其动作响应时间远小于传统机械制动响应时间，对于汽车安全性提高大有帮助。同理，本发明中设计的基于FlexRay总线实现汽车线控转向功能，能够去掉传统汽车中方向盘与转向轮之间的机械连接部分，仅依靠接收电子指令的电机转向装置就能实现转向，同时考虑到FlexRay信息传输的高速率，基于FlexRay总线设计的汽车线控转向系统，其转向响应比传统的汽车更快速，汽车更加容易实现安全、节能、环保。

附图说明

[0016] 图1是本发明实例内部结构图。

[0017] 1.遥控器，2.遥控指令接收器，3.指令控制机构，4.直通线缆，5.指令执行机构，6.12V蓄电池，7.开关电源，8.6V蓄电池，9.转向电机伺服器，10.驱动电机伺服器，11.转向电机，12.驱动电机，13.前轮，14.后轮。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图与实施例对本发明做详细说明，本实施实例给出了详细的实施方式和具体的操作步骤是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，但本发明保护的范围不限于下述的具体实施例。

[0019] 图1中，遥控器1与遥控指令接收器2之间为2.4GHz无线遥控信号通讯，遥控指令接收器2的输出线缆接入指令控制机构3的中断信号接口，FlexRay模块由指令控制机构3与指令执行机构5通过FlexRay直通线缆4相连接组成，指令执行机构5再通过控制信号线缆连接转向电机伺服器9和驱动电机伺服器10。

[0020] 12V蓄电池6连接开关电源7，开关电源7由线缆连接转向电机伺服器9和驱动电机伺服器10供电接口，同时，12V蓄电池6连接指令控制机构3和指令执行机构5的供电接口。6V蓄电池8连接转向电机伺服器9的被控输入接口以及驱动电机伺服器10的被控输入接口，驱动电机12连接驱动电机伺服器10的被控输出接口，转向电机11连接转向电机伺服器9的被控输出接口。

[0021] 本发明工作方法是：

[0022] 遥控器1其使用频段为2.4GHz，遥控指令接收器2与指令控制机构3相连。FlexRay模块的指令控制机构3和指令执行机构5均使用集成有FlexRay的飞思卡尔MC9S12X系列芯片，采用TJA1080ATS收发器，实现了2路FlexRay总线4通讯，所有功能管脚通过接口输出，前者实现线控指令的接收及FlexRay的主控控制功能，两者间采用双向FlexRay通讯，接收控制指令，向转向电机伺服器9或者驱动电机伺服器10发出相应控制动作的指令，使转向电机11和驱动电机12作出相应动作。

[0023] 指令控制机构3通过中断模式接收遥控指令接收器2输出的信号并进行分析处理，实现：判断指令控制机构3定时器中断触发信号的状态；排除干扰信号；分析信号通道及信号形态，确定线控动作；根据线控动作，获取定义的FlexRay协议指令码。配置好FlexRay模块指令控制机构3和指令执行机构5之间的通讯模式后，由指令控制机构3向指令执行机构5发送线控指令码，同时负责同步FlexRay通讯。指令执行机构5只下载处理发送给本机构FlexRay接口的信息数据，分析接收信息指令，将指令码显示在其所配置的LCD上，指令码直接在FlexRay中断处理程序中，处理结果以电平形式输出控制信号，通过输出的不同端口以区别是需要输出到转向电机伺服器9还是驱动电机伺服器10，或者是两者均有，进而控制转向电机11和驱动电机12的工作。制动是通过向端口输出同一电平状态，进而将电机绕组短路实现制动。

[0024] 在本发明中，遥控器1、电机、FlexRay模块采取独立供电的电源隔离方案。具体是遥控器1采用8节1.5V干电池供电；遥控指令接收器2、指令控制机构3和指令执行机构5均采用12V蓄电池6直接供电；通过开关电源7输出5V直流电源向转向电机伺服器9以及驱动电机伺服器10供电；转向电机11和驱动电机12采用6V蓄电池8供电，分别驱动前轮13(左右转向轮)和后轮14(两个进退驱动轮)。