一種整車控制器監控系統及其實現方法
2023-07-05 08:26:46 1
專利名稱：：一種整車控制器監控系統及其實現方法
技術領域：
：本發明涉及汽車控制器領域，尤其涉及一種整車控制器監控系統及其實現方法，適用於燃料電池汽車整車控制器或混合動力汽車整車控制器。背暈技術在燃料電池或混合動力汽車裡，整車控制器是新能源汽車開發中的核心控制單元，整車控制器系統的可靠性和安全性直接關係車輛的安全性能。而國內新能源汽車上的整車控制器上一般採用單CPU對整車系統進行控制，如果由於外界幹擾或其它因素導致CPU程序跑飛，就會直接導致系統安全問題，使系統可靠性降低。此外，整車控制器與其它控制器(電機控制器或電池控制器)一般是通過CAN進行通訊，CAN是德國"BOSCH公司"設計的一種新型高速區域網路協議，具有傳輸速度快、抗幹擾能力強等很多優點，是汽車局域控制網絡的重點發展方向之一。傳統汽車"CAN"網絡的建立是將所有控制器都通過一條總線連接起來，這種方式結構簡單，但由於所有控制器信息傳遞都依賴於一條總線，因此通訊數據發生"堵塞"的機率增加，而且一旦發生總線故障，總線上的控制器都將無法工作從而造成整車控制"癱瘓"。
發明內容本發明針對現有技術的不足，提供了一種雙CPU結構的整車控制器監控系統，並設計了安全線監控電路，使得系統的穩定性大為提高。一種整車控制器監控系統，包括外圍控制器和整車控制器，其中，所述整車控制器包括主CPU、從CPU和安全線監控電路；主CPU和從CPU通過SPI總線進行通訊，主CPU和從CPU通過安全線與所述安全線監控電路相連；所述安全線監控電路通過安全線與外圍控制器直接相連，所述整車控制器通過CAN總線與外圍控制器相連。作為本發明的一種優選方案，所述外圍控制器包括電池控制器和電機控制器。作為本發明的另一種優選方案，主CPU採用的是ST10單片機晶片，從CPU使用的是MC9S08晶片。作為本發明的再一種優選方案，所述SPI總線是一種高速、全雙工、同步的通信總線。作為本發明的再一種優選方案，所述安全線監控電路由電容、電阻、放大器構成輸入通道，由二極體、三極體、電阻構成輸出通道。本發明進一步提供了一種整車控制器監控系統的實現方法，包括以下步驟1)整車控制器的主從CPU共同採集剎車和油門踏板信號，並通過安全線和安全線監控電路直接與外圍控制器IO口直接相連；2)在正常工作模式下，從CPU對主CPU進行通訊監控，當主CPU出現異常時，從CPU代替主CPU通過拉低安全線直接通知外圍控制器，使整車系統進入安全模式。作為本發明的一種優選方案，從CPU採用查詢方式接收來自主CPU的數據。作為本發明的另一種優選方案，所述整車控制器通過從CPU的主程序周期性查詢狀態標誌，來判斷整車系統是否進入異常狀態，從而進行異常模式操作。作為本發明的再一種優選方案，所述安全線是一個雙向的輸入輸出口，正常情況下，安全線維持高電平，當整車控制器檢測到某些故障時，主CPU或是從CPU通過安全線監控電路將安全線變為低電平，並維持一定的驅動能力。作為本發明的再一種優選方案，所述某些故障包括外圍控制器出現的故障。本發明通過兩個方面來提高整車控制器的安全性和穩定性，它的一個優點是通過增加一個從CPU，大大減少了由於系統幹擾使主CPU程序跑飛而引起的系統安全問題；另一個優點是通過在整車控制器中增加安全線監控電路，以及通過安全線與外圍控制器直接連接，避免了由於CAN總線出現故障而導致的系統崩潰問題。以下結合附圖對本發明做進一步詳細說明。圖1為本發明的整車控制器監控系統原理圖；圖2為本發明的主CPU安全監控子程序流程圖；圖3為本發明的從CPU接收子程序流程圖；圖4為本發明的從CPU主程序流程圖；圖5為本發明的安全線監控電路原理圖。具體實施例方式如圖1所示，一種整車控制器監控系統，包括外圍控制器和整車控制器1，其中，所述整車控制器1包括主CPU2、從CPU3和安全線監控電路4;主CPU2和從CPU3通過SPI總線進行通訊，主CPU2和從CPU3通過安全線5與所述安全線監控電路4相連；所述安全線監控電路4通過安全線5與外圍控制器直接相連，所述整車控制器1通過CAN總線與外圍控制器相連。所述外圍控制器包括電池控制器和電機控制器。主CPU2採用的是ST10單片機晶片，從CPU3使用的是MC9S08晶片。所述SPI總線是一種高速、全雙工、同步的通信總線。所述安全線監控電路由電容、電阻、放大器構成輸入通道，由二極體、三極體、電阻構成輸出通道。上述整車控制器監控系統的實現方法，包括以下步驟1)整車控制器1的主從CPU共同採集剎車和油門踏板信號，並通過安全線5和安全線監控電路4直接與外圍控制器10口直接相連；2)在正常工作模式下，從CPU3對主CPU2進行通訊監控，當主CPU2出現異常時，從CPU3代替主CPU2通過拉低安全線5直接通知外圍控制器，使整車系統進入安全模式。從CPU3採用査詢方式接收來自主CPU2的數據，所述整車控制器l通過從CPU3的主程序周期性査詢狀態標誌，來判斷整車系統是否進入異常狀態，從而進行異常模式操作。所述安全線5是一個雙向的輸入輸出口，正常情況下，安全線5維持高電平，當整車控制器1檢測到某些故障時，主CPU2或是從CPU3通過安全線監控電路4將安全線5變為低電平，並維持一定的驅動能力，其中所述某些故障包括外圍控制器出現的故障。為了系統安全性和穩定性，本發明在整車控制器1中增加了一片輔助CPU(即本發明的從CPU3)，用來監控主CPU2的運行。圖1表示了採用雙CPU結構的整車控制器的基本原理，設計中必須注意兩個CPU控制線之間的隔離。在整車控制器監控系統中，油門踏板位置信號和剎車踏板信號同時進入主CPU2和從CPU3，主CPU2與從CPU3通過SPI接口(串行外圍設備接口)通信。在正常工作模式下，從CPU3與主CPU2通訊監控。主從CPU通過安全線5與外圍控制器(電池控制器，電機控制器等)直接相連。當從CPU3檢測到主CPU2發生故障時，使安全線5拉低，通知電池控制器、電機控制器進入安全模式，避免故障進一步擴大，保證整車的安全。本發明是通過以下技術實現的(1)在整車控制器l開發中增加了一片從CPU3監控主CPU2的運行。在正常工作模式下，從CPU3對主CPU2進行通訊監控。當主CPU2出現異常時，從CPU3代替主CPU2通過拉低安全線5直接通知外圍控制器(電池控制器，電機控制器等)，使整車系統進入安全模式，從而增強系統的可靠性。(2)主從CPU共同採集剎車和油門踏板信號，並通過安全線5和安全線監控電路4直接與外圍控制器10口直接相連。(3)主CPU2和從CPU3通過SPI總線(串行外圍設備接口)進行通訊，SPI是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，節約了晶片的管腳，同時為PCB的布局上節省空間，提供方便。(4)本發明還提供了一種裝在整車控制器1中的安全線監控電路4，整車控制器1通過安全線5與外圍控制器(電機控制器或電池控制器)相連。下面就實現的細節作以介紹一、主CPU2和從CPU3通過SPI總線連接，通信協議約定如下主CPU2每隔時間T(如50ms)發送給從CPU3數據，數據格式見下表，通訊計數器在每次發送前自動加一，結合採集到的油門踏板數據和剎車踏板數據，通過中斷方式完成發送過程，並查詢接收緩衝區數據，判斷SPI通訊是否正常，主CPU2安全監控子程序流程如圖2所示。tableseeoriginaldocumentpage6二、從CPU3採用査詢方式接收來自主CPU2的數據，如附圖3所示1)若從CPU3收到當前通訊計數器比前一次的通訊計數器數值加一，則判定主從CPU通訊運行正常，本次數據傳輸有效。2)若連續5次收到數據沒有遵循第一條約定，則判定主從CPU通訊運行異常，進入異常處理模式。3)若收到的油門踏板和剎車踏板數據與從CPU3所採集到的油門踏板和剎車踏板數據相比有較大的差異，則判定系統狀態為異常，進入異常處理模式。三、用從CPU3的主程序周期性査詢狀態標誌，來判斷系統是否進入異常狀態，從而進行異常模式操作，圖4表示了從CPU3主程序流程。四、安全線監控電路設計在整車控制器l中，安全線5是一個雙向的輸入輸出口，正常情況下，安全線5維持高電平，當整車控制器1檢測到某些故障時，主CPU2或是從CPU3將會通過圖5電路將安全線5變為低電平，並維持一定的驅動能力。如果外圍控制器(電機控制器或電池控制器)出現某些故障而拉低安全線5時，主從CPU也能檢測到這個變化，進一步採取一定的措施，使系統損失減小到最低程度。具體電路參考圖5，電路由電容C1，C2，電阻R1，R2，R4,R5，R6，R7，R8，放大器A1，A2，D4構成輸入通道，其中R1,R2，R4，C1，C2起到分壓，濾波作用，+12V的電平信號通過分壓後分別進入由放大器Al,A2，R5，R6，R7，R8構成的比較器後，進入主從CPU的輸入口；二極體D1，D2，三極體Q1，電阻R3構成輸出通道，電阻R4起上拉作用使安全線保持高電平。本發明的一個有益效果是通過增加一個從CPU，大大減少了由於系統幹擾使主CPU程序跑飛而引起的系統安全問題；本發明的另一個有益效果是通過在整車控制器中增加安全線監控電路，以及通過安全線與外圍控制器直接連接，避免了由於CAN總線出現故障而導致的系統崩潰問題。權利要求1、一種整車控制器監控系統，包括外圍控制器和整車控制器，其特徵在於所述整車控制器包括主CPU、從CPU和安全線監控電路；主CPU和從CPU通過SPI總線進行通訊，主CPU和從CPU通過安全線與所述安全線監控電路相連；所述安全線監控電路通過安全線與外圍控制器直接相連，所述整車控制器通過CAN總線與外圍控制器相連。2、根據權利要求l所述的整車控制器監控系統，其特徵在於所述外圍控制器包括電池控制器和電機控制器。3、根據權利要求l所述的整車控制器監控系統，其特徵在於主CPL)採用的是ST10單片機晶片，從CPU使用的是MC9S08晶片。4、根據權利要求l所述的整車控制器監控系統，其特徵在於所述SPI總線是一種高速、全雙工、同步的通信總線。5、根據權利要求l所述的整車控制器監控系統，其特徵在於所述安全線監控電路由電容、電阻、放大器構成輸入通道，由二極體、三極體、電阻構成輸出通道。6、根據權利要求l所述的整車控制器監控系統的實現方法，其特徵在於，包括以下步驟1)整車控制器的主從CPU共同採集剎車和油門踏板信號，並通過安全線和安全線監控電路直接與外圍控制器10口直接相連；2)在正常工作模式下，從CPU對主CPU進行通訊監控，當主CPU出現異常時，從CPU代替主CPU通過拉低安全線直接通知外圍控制器，使整車系統進入安全模式。7、根據權利要求6所述的整車控制器監控系統的實現方法，其特徵在於從CPU採用査詢方式接收來自主CPU的數據。8、根據權利要求6所述的整車控制器監控系統的實現方法，其特徵在於所述整車控制器通過從CPU的主程序周期性査詢狀態標誌，來判斷整車系統是否進入異常狀態，從而進行異常模式操作。9、根據權利要求6所述的整車控制器監控系統的實現方法，其特徵在於所述安全線是一個雙向的輸入輸出口，正常情況下，安全線維持高電平，當整車控制器檢測到某些故障時，主CPU或是從CPU通過安全線監控電路將安全線變為低電平，並維持一定的驅動能力。10、根據權利要求9所述的整車控制器監控系統的實現方法，其特徵在於所述某些故障包括外圍控制器出現的故障。全文摘要本發明提供了一種雙CPU結構的整車控制器監控系統及其實現方法，並設計了安全線監控電路，主CPU負責整車控制，從CPU負責對主CPU的監控，並在主CPU出現異常時，能及時替代主CPU，通過安全線使整車系統進入安全模式，提高系統的可靠性。本發明的一個有益效果是通過增加一個從CPU，大大減少了由於系統幹擾使主CPU程序跑飛而引起的系統安全問題；另一個有益效果是通過在整車控制器中增加安全線監控電路，以及通過安全線與外圍控制器直接連接，避免了由於CAN總線出現故障而導致的系統崩潰問題。文檔編號G05B19/418GK101339432SQ200810041870公開日2009年1月7日申請日期2008年8月19日優先權日2008年8月19日發明者嚴洪江,俞開元,張劍鋒,李卓陽,樊曉松,蔣新華申請人:上海汽車集團股份有限公司