[实用新型]一种容错实时转向控制系统的分布式容错单元

说明书

本实用新型涉及一种容错单元，特别涉及一种在容错实时转向控制系统中的分布式容错单元。 

随着汽车电气化的发展，汽车OEM都逐渐将机械控制信号变成了电控制信号，实现对汽车运动中的电子控制，这种技术的支撑点便是线控技术（X‑by‑Wire）技术，随后根据电子技术和控制理论的发展，发展出了一种线控转向系统（Steer‑by‑Wire，简称SBW），他是未来汽车驾驶智能化的转折点。 

线控转向系统具有有效提高了汽车前轮部分的设计自由度，便于操控部分的布置；转向效率高，响应快，控制灵敏；取消转向机械干涉因素，为汽车的无人驾驶及其汽车动态控制系统和平稳控制系统的集成提供先决条件等优点，但是无容错的线控转向系统无法修正电子器件损坏带来的故障，会给驾驶员、乘客以及行人带来人身财产的危害，因此，容错控制技术就成为了线控转向系统的关键技术之一。 

汽车中的通信系统在过去的几年里逐步地从模拟域转换到了数字域。车载通信数字化的下一步就是在性能、可靠性和组装性方面达到更高的层次，以应对未来更高的应用要求。一方面是因为车载电子器件的数量在迅猛增长。另外一个方面就是人们希望汽车能实现个人电脑的所有功能，比如在车上收发电子邮件或是获取路况信息等。这样就会造成在同一时间里 产生大量的数据，对车内外的通信系统就提出了更高的要求，因此车载总线就出现了。CAN总线在20世纪80年代被引入汽车中，现今仍主宰着车载网络。但CAN总线满足不了现今对汽车控制越来越高的要求，比如说线控技术（X‑By‑Wire）系统。而汽车内部网络通讯协议（FlexRay）最终版本3.0出现后，汽车内部网络通讯协议（FlexRay）网络受到了汽车制造商的青睐。因为汽车内部网络通讯协议（FlexRay）既有TTP/C的同步时间触发性，又有分时多重访问协议（Byteflight）的异步时间触发方式，同时还具有一定的灵活性，是未来车载网络的主流之一。 

目前，在已有的技术中，有一种汽车线控转向的冗余及容错系统及控制方法，其提出了该线控转向系统与汽车中的多个控制器通过CAN网络进行通讯，并设置了看门狗模块，能够实现故障报警功能，但是其缺点在与没有考虑到CAN总线若使用在安全关键性系统中，其最大的缺点就是会发生“不停发送（babbling idiot）”错误，也就是说，错误的节点不停地在总线发送高优先级的报文，从而阻塞了整个网络，这个错误时CAN总线无法检测的。只考虑到实现系统故障的报警，并未考虑到在故障发生时真正保证系统的运行，同时无法保证系统的实时性。 

本实用新型是针对基于汽车内部网络通讯协议（FlexRay）通信的容错实时转向控制系统中的节点设计问题，提出并设计了一种基于汽车内部网络通讯协议（FlexRay）通信的容错实时转向控制系统的分布式容错单元，解决了系统在实现了全局时间同步和时间与事件触发的报文交换后，出现 的系统在出现故障时倒是单一节点失效从而使系统无法工作的问题，提高了系统的安全性、可靠性、可维护性等。 

本实用新型的容错单元结合应用了硬件冗余和软件冗余，将容错实时转向控制系统分为4个分布式容错单元（FTU，Fault‑Tolerant Unit）,分别为：车轮位移检测FTU1、转向电机控制器FTU2、驾驶转角检测FTU3、路感电机控制器FTU4。其中，每个所述分布式容错单元由两个复制节点形成，每个所述复制节点设计成故障静默单元,各个所述复制节点之间通过汽车内部网络通讯协议进行通信，每个所述分布式容错单元的两个所述复制节点是动态冗余的，在值域和时域上要么产生正确结果要么不产生任何结果的所述故障静默单元由服务提供者和错误检测器组成，每个所述故障静默单元通过双通道与通信机的总线连接。容错转向系统是分布式的，除了在单个FTU上实现处理信息外，多个相互依赖的任务在多个处理器空间分布协同控制。在硬件方面，每个FTU由两个复制节点形成，每个复制节点设计成故障静默单元（FSU,Fail‑Silent Unit）,相当于一个最小可替换单元，每个故障静默FSU由一个服务提供者和一个错误检测器组成。各个节点之间通过汽车内部网络通讯协议（FlexRay）进行通信，通信过程中，FTU会产生0、1或2个正确的报文，产生的正确报文数为0，则FTU失效；产生的报文数为1个或2个，FTU仍在进行。每个FTU的两个节点是动态冗余的，很容易检测发现故障所导致的单一节点失效，及时进行控制算法优化或节点更换等。