用于汽车应用的功率和数据中心(PDC)制造技术

本申请公开了用于汽车应用的功率和数据中心(PDC)。功率和数据中心(PDC)可以充当将可缩放且负担得起的网络/功率冗余递送到支持部分或完全自主的车辆的汽车电气/电子架构(E/EA)中的组合式数据集中器和功率分配器。在一些实施例中，包括智能E/EA的车辆被划分成区域，其中，每个区域包括一个或多个PDC以及一个或多个传感器、致动器、控制器、扬声器或耦合至它们的(多个)区域PDC并由这些区域PDC供电的其他设备。每个PDC收集并处理(或传递通过)来自其区域中的一个或多个传感器的原始的或经预处理的传感器数据。这些传感器以成本高效的短程数据链路的方式将它们的数据提供给PDC。在一些实施例中，每个区域中的一个或多个致动器耦合至它们相应的区域PDC，并且通过高速数据总线或数据链路从该PDC接收它们的控制数据。

Power and data center (PDC) for automotive applications

【技术实现步骤摘要】
用于汽车应用的功率和数据中心(PDC)
本公开总体上涉及汽车电气/电子架构(E/EA)，并且具体涉及用于自主驾驶的E/EA。
技术介绍
汽车工程师协会(SAE)国际已经概括出汽车自动驾驶的渐进式级别。这些级别包括：第0级：无自动化；第1级：要求驾驶员辅助；第2级：部分自动化选项可用；第3级：有条件的自动化；第4级：高度自动化；以及第5级：完全自动化。处于第3级和高于第3级的汽车要求故障-安全(fail-safe)或故障-操作(fail-operational)E/EA。设计故障-安全或故障-操作E/EA的一种方式是通过使关键组件加倍而将冗余引入到E/EA中，这些关键组件诸如，电源、数据网络、控制器以及诊断设备。然而，当今许多高端汽车用于冗余组件的封装空间有限，使得关键组件的加倍不可行。关键组件的加倍还将增加汽车的重量并且增加线束的复杂度。另一种解决方案是使常规汽车电气中心装配(例如，利用保险丝和继电器)有诊断设备，并将切换能力集成到车辆的每个功率和数据路径中。然而，此类设计将是不切实际且昂贵的。
技术实现思路
所公开的PDC包括组合式数据集中器和功率分配器，其将可缩放且负担得起的网络/功率冗余递送到支持部分或完全自主车辆的汽车E/EA中。在一些实施例中，包括智能E/EA的车辆被划分成区域，其中，每个区域包括一个或多个PDC以及一个或多个传感器、致动器、控制器、扬声器、或耦合至它们的(多个)区域PDC并由这些区域PDC供电的其他设备。每个PDC收集并处理(或传递通过)来自其区域中的一个或多个传感器的原始的或预处理的传感器数据。传感器以成本高效的短程数据链路的方式将它们的数据提供给PDC。在一些实施例中，每个区域中的一个或多个致动器耦合至它们相应的区域PDC并且通过高速数据总线或数据链路从PDC接收它们的控制数据。在一些实施例中，一种汽车电气和电子系统包括：多个计算平台，一起耦合在多环自愈(“self-healing”)网络中，其中，至少一个计算平台为车辆提供自主驾驶功能；多个PDC，耦合至多环自愈网络，这些PDC各自包括数据接口、功率接口和传感器接口，该传感器接口从一个或多个传感器接收传感器数据，数据接口将该传感器数据馈送到多环自愈网络中，并且功率接口向一个或多个传感器分配功率；以及多个功率供给环，各自耦合至不同的功率源或源系统，该多个功率环耦合至计算平台和PDC。在一些实施例中，一种方法包括：通过车辆中所包括的PDC的功率接口向该车辆的一个或多个传感器分配功率；通过该PDC的传感器接口从一个或多个传感器接收传感器数据；由PDC的输出端口将该传感器数据馈送到多环数据网络中，该多环数据网络耦合至PDC并且耦合至至少一个计算平台，该至少一个计算平台为车辆提供自主驾驶功能；由该至少一个计算平台确定与车辆的自主驾驶相关联的至少一个操作，该至少一个操作至少部分地基于所接收的传感器数据而被确定；以及由该至少一个计算平台使得车辆执行与该车辆的自主驾驶相关联的至少一个操作。在一些实施例中，一种PDC包括：传感器接口，包括冗余传感器数据端口；数据网络接口，包括冗余网络数据端口；处理器，耦合至传感器接口和数据网络接口，该数据处理器被配置成用于从冗余传感器数据端口接收传感器数据，被配置成用于处理该传感器数据并在冗余网络数据端口上输出经处理的传感器数据；以及功率开关，耦合至冗余网络功率供给轨、冗余传感器功率供给轨以及处理器，该处理器被配置成用于使得功率开关断开第一网络功率供给轨并连接第二网络功率供给轨。在一些实施例中，一种汽车电气和电子系统包括第一PDC、第一计算平台和第一数据平台。第一PDC包括第一传感器接口和第一数据接口，第一传感器接口被配置成用于从一个或多个传感器接收传感器数据，第一数据接口被配置成用于传送该传感器数据。第一PDC经由第一路径连接至第一计算平台，该第一路径包括第一数据平台；第一PDC经由第二路径连接至第一计算平台，该第二路径不同于第一路径，该第二路径不包括第一数据平台；并且第一PDC的第一数据接口被配置成用于经由该第一路径和第二路径将传感器数据传送至第一计算平台。所公开的PDC的一个或多个实施例提供了下列优势中的一个或多个优势。PDC减少了E/EA中的平均导线长度，这优化了线束的整体重量和电缆束直径。将较小的电子控制单元(ECU)集成为PDC减少了功率供给导线的数量、网络连接的数量以及所需要的封装空间。PDC降低了车辆的成本和重量。PDC允许车辆被划分成区域，以使得可以在这些区域中使用较小的线束(“成套线束(kit)”)以将负载、传感器和致动器连接至PDC。这些“成套线束”支持用于线束的自动化制造过程(与手工相反)，这满足国际标准化组织(ISO)26262中所要求的可追踪性。因为PDC具有使用不同拓扑(并且在一些实施例中，还使用不同的物理层)的多个功率和网络连接，因此车辆E/EA的可靠性增加，由此对第3/4/5级车辆提供益处。所公开的实现方式的细节在所附附图和以下描述中进行阐述。根据该描述、附图以及权利要求书，其他特征、对象和优势是显而易见的。附图说明图1A图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用四个PDC的车辆中进行数据分配的E/EA系统架构。图1B图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用四个PDC的车辆中进行数据分配的E/EA系统架构。图1C图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用六个PDC的车辆中进行数据分配的E/EA系统架构。图1D图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用六个PDC的车辆中进行数据分配的E/EA系统架构。图1E图示出根据一些实施例的用于图1D的E/EA系统架构的控制器局域网灵活数据(CAN-FD)回退和功率管理。图1F图示出根据一些实施例的用于由图1D的E/EA系统架构使用的冗余传感器环形拓扑。图1G图示出根据一些实施例的用于由图1D的E/EA系统架构使用的冗余服务环形拓扑。图1H图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用四个PDC的车辆中进行数据分配的E/EA系统架构。图2A图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用四个PDC的车辆中进行功率分配的汽车E/EA系统架构。图2B图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用四个PDC的车辆中进行功率分配的汽车E/EA系统架构。图2C图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用六个PDC的车辆中进行功率分配的汽车E/EA系统架构。图2D图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用六个PDC的车辆中进行功率分配的汽车E/EA系统架构。图2E图示出根据一些实施例的用于在具有自主驾驶能力的、使用四个PDC的车辆中进行功率分配的汽车E/EA系统架构。图3A图示出根据一些实施例的车辆在PDC故障之前的故障-安全操作。图3B图示出根据一些实施例的车辆在PDC故障之后的故障-安全操作。...

【技术保护点】
1.一种汽车电气和电子系统，包括：/n多个计算平台，所述多个计算平台一起耦合在环形网络中；/n多个功率和数据中心PDC，耦合至所述环形网络，所述PDC各自包括至少一个传感器接口和至少一个数据接口，所述传感器接口被配置成用于从一个或多个传感器接收传感器数据，所述数据接口被配置成用于将所述传感器传送到所述环形网络中；以及/n多个功率供给环，各自耦合至不同的功率源或源系统，所述多个功率供给环耦合至计算平台和PDC节点。/n

【技术特征摘要】
20180629 US 62/692,603;20180709 US 62/695,695;20181.一种汽车电气和电子系统，包括：
多个计算平台，所述多个计算平台一起耦合在环形网络中；
多个功率和数据中心PDC，耦合至所述环形网络，所述PDC各自包括至少一个传感器接口和至少一个数据接口，所述传感器接口被配置成用于从一个或多个传感器接收传感器数据，所述数据接口被配置成用于将所述传感器传送到所述环形网络中；以及
多个功率供给环，各自耦合至不同的功率源或源系统，所述多个功率供给环耦合至计算平台和PDC节点。


2.如权利要求1所述的系统，其中，所述环形网络是多环自愈网络。


3.如前述权利要求1-2中任一项所述的系统，其中，至少一个计算平台提供自主驾驶功能。


4.如前述权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，在一个或多个壳体中，每个PDC节点包括所述至少一个数据接口、所述至少一个传感器接口、以及功率接口，所述功率接口向所述一个或多个传感器分配功率。


5.如前述权利要求1-4中任一项所述的系统，所述系统进一步包括：
与车辆的第一区域相关联的第一传感器集合和第一PDC；以及
与所述车辆的第二区域相关联的第二传感器集合和第二PDC，来自所述第二传感器集合的至少一个传感器耦合至第一PDC节点，并且来自所述第一传感器集合的至少一个传感器耦合至第二PDC节点。


6.如前述权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述多个PDC中的至少一个PDC被配置成用于：
从至少一个传感器接收传感器数据；
对所述传感器数据进行压缩；以及
将经压缩的传感器数据传送至所述环形网络。


7.如前述权利要求1-6中任一项所述的系统，其中，所述多个PDC中的至少一个PDC被配置成用于：
从至少一个传感器接收经处理的传感器数据；以及
将所述经处理的传感器数据传送至所述环形网络。


8.如前述权利要求1-7中任一项所述的系统，其中，所述多个PDC中的至少一个PDC被配置成用于：
从两个或更多个传感器接收原始传感器数据；
处理所述原始传感器数据，以提供经融合的传感器数据；以及
将所述经融合的传感器数据传送至所述环形网络。


9.如前述权利要求1-8中任一项所述的系统，其中，所述多个PDC中的至少一个PDC包括耦合至一个或多个致动器的一个或多个控制器电路，所述一个或多个致动器被配置成用于提供单个车辆功能或多个车辆功能。


10.如前述权利要求1-9中任一项所述的系统，其中，所述多个PDC中的至少一个PDC通过两个或更多个冗余数据链路耦合至至少一个计算平台或另一PDC节点，其中，所述数据链路中的每个数据链路被配置成使用与由其他数据链路所使用的不同的协议或物理层。


11.如前述权利要求4-10中任一项所述的系统，其中，所述多个PDC中的至少一个PDC包括所述功率接口中的被配置成用于执行以下操作的电路：测量来自功率供给环的输入电压或输入电流或者去往功率供给环的输出电压或输出电流中的至少一者，以检测所述环形网络的至少部分中的功率故障。


12.如权利要求11所述的系统，其中，所述测量包括：测量所述输入电压或输入电流或者所述输出电压或输出电流中的至少一者的变化率。


13.如前述权利要求1-12中任一项所述的系统，其中，所述系统被配置成用于：根据检测到计算节点的故障，由切换电路使得数据在所述环形网络的相反方向上行进。


14.如前述权利要求1-13中任一项所述的系统，其中，所述系统被配置成用于：根据对计算节点的故障的检测，由所述多个PDC中的PDC使得所述PDC或所述一个或多个传感器减慢所述PDC或所述一个或多个传感器的相应的输出数据速率。


15.如前述权利要求1-14中任一项所述的系统，其中，所述系统被配置成用于：根据对计算节点的故障的检测，由所述至少一个计算平台使得所述车辆进入故障-安全模式。


16.如前述权利要求1-15中任一项所述的系统，其中，所述多个PDC中的PDC包括至少两个功率输入端，所述至少两个功率输入端能操作以连接在PDC节点之内并且响应于功率供给环或耦合至所述功率供给环的功率供给的故障而使所述至少两个功率输入端相对于彼此隔离。


17.如前述权利要求1-16中任一项所述的系统，其中，所述多个PDC中的所述至少一个PDC的传感器接口包括用于进行以下操作的电路或软件中的至少一者：使用两个或更多个物理层或协议接收并处理来自两个或更多个不同的传感器的原始的或经预处理的传感器数据。


18.如前述权利要求4-17中任一项所述的系统，其中，至少一个PDC节点的功率接口包括向耦合至所述PDC节点的至少一个传感器提供经稳定化且经过滤的电压供给的功率电路的至少部分。


19.一种方法，包括：
通过车辆中所包括的功率和数据中心PDC的功率接口向所述车辆的一个或多个传感器分配功率；
通过所述PDC的传感器接口从所述一个或多个传感器接收传感器数据；
通过所述PDC的输出端口将所述传感器数据传送到多环数据网络中，所述多环数据网络耦合至所述PDC并且耦合至至少一个计算平台；
由所述至少一个计算平台确定与所述车辆的自主驾驶相关联的至少一个操作，所述至少一个操作至少部分地基于所接收的传感器数据而被确定；以及
由所述至少一个计算平台使得所述车辆执行与所述车辆的自主驾驶相关联的所述至少一个操作。


20.如权利要求19所述的方法，其中，至少一个操作与所述车辆的自主驾驶相关联。


21.如权利要求19-20所述的方法，其中，存在至少两个传感器，所述方法进一步包括：
由所述PDC处理来自所述至少两个传感器的传感器数据，所述处理包括对所述传感器数据进行融合、变换或预处理。


22.如权利要求21所述的方法，其中，所述至少两个传感器包括相机和激光雷达，并且对所述传感器数据进行融合包括：基于由所述相机和所述激光雷达进行的对象检测而生成对象地图或列表。


23.如前述权利要求19-22中任一项所述的方法，进一步包括：
在将所述传感器数据传送到所述多环数据网络中之前，由所述PDC对所述传感器数据进行压缩。


24.如前述权利要求19-23中任一项所述的方法，进一步包括：
由所述PDC确定所述多环数据网络中的故障；以及
响应于对所述多环数据网络中的所述故障的所述确定，使得所述PDC中的电路对所述多环数据网络的部分进行重新配置，以创建绕过所述故障的数据路径。


25.如权利要求24所述的方法，其中，确定所述多环数据网络中的故障进一步包括：
确定PDC输入电压或输入电流或者输出电压或输出电流的变化率超出预定的阈值。


26.如前述权利要求19-25中任一项所述的方法，进一步包括：
由所述PDC确定耦合至所述PDC的第一功率环中的故障；以及
响应于对所述第一功率环中的故障的确定，使得所述PDC中的电路对所述PDC进行重新配置，以使用来自耦合至所述PDC的第二冗余功率环的功率。


27.如前述权利要求19-26中任一项所述的方法，进一步包括：
由所述PDC向所述一个或多个传感器分配经过滤的功率。


28.一种汽车数据路由网络，包括：
至少一个计算环，包括两个或更多个处理器；以及
至少一个传感器环，包括两个或更多个数据分配设备，每个数据分配设备耦合至至少一个传感器并且耦合至所述至少一个计算环，每个数据分配设备监视所述至少一个传感器环的至少一个片段的故障并且被配置成用于：根据由所述传感器环中的第一数据分配设备对第一故障的检测而将数据通信量重定向到所述传感器环中的第二数据分配设备，并且根据检测到所述计算环的至少一个片段的第二故障而将数据通信量从所述计算环中的第一处理器重定向到所述计算环中的第二处理器。


29.如权利要求28所述的汽车数据路由网络，其中，所述数据分配设备中的至少一个数据分配设备被配置成用于将未经处理的传感器数据传递至所述传感器环，或者对来自耦合至所述数据分配设备的两个或更多个传感器的传感器数据进行融合并将经融合的数据传送至所述传感器环。


30.如权利要求29所述的汽车数据路由网络，其中，所述两个或更多个传感器包括至少一个相机和一个激光雷达，并且对来自所述相机和所述激光雷达的传感器数据进行融合包括：基于由所述至少一个激光雷达和所述相机检测到的对象来创建对象地图或对象列表。


31.如权利要求29所述的汽车数据路由网络，其中，所述数据分配设备中的至少一个数据分配设备对来自所述至少一个传感器的传感器数...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·鲍尔，M·鲍那曼，C·舍费尔，
申请(专利权)人：安波福技术有限公司，
类型：发明
国别省市：巴巴多斯;BB