一種基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統的製作方法
2024-02-21 05:06:15
一種基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統，包括可編程控制邏輯運行單元和複數個執行單元，可編程控制邏輯運行單元執行整車廠制定的PLC指令，通過執行單元控制電動客車整車控制系統的外設。本發明的優點在於：基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統使得整車廠按照自己的整車控制策略進行編程、測試；一款控制系統適應不同款型或者功能的車型，整車廠只需在PLC程序上作簡單修改即能滿足要求，移植性和通用性好。
【專利說明】一種基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及乘用電動客車的整車控制系統，尤其涉及一種基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統。
【背景技術】
[0002]為響應國家提出的新能源汽車策略和響應市場發展需求，國內各個整車廠相繼推出自己的電動客車。區別於常規汽車，電動客車的動力來源於電池，整車廠需要整車控制器按電池電量向車內各個單元分配能源，管理電池的充放電，車型不同，整車的控制策略也都不同。目前各個整車廠向高等院校、科研機構、科技公司等定製控制器，結果就是一款控制器只能實現一種整車控制策略，系統的可移植性、通用性差。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種移植性和通用性好的，基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統。
[0004]為實現上述目的，本發明的技術方案是，一種基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統，包括可編程控制邏輯運行單元和複數個執行單元，可編程控制邏輯運行單元執行整車廠制定的PLC指令，通過執行單元控制電動客車整車控制系統的外設。
[0005]以上所述的電動客車整車控制系統，所述的執行單元包括通信協議單元和參考電源輸出單元，可編程控制邏輯運行單元和通信協議單元進行通信，通過通信協議單元獲取外設的信息，發送控制指令可編程控制邏輯運行單元控制參考電源輸出單元輸出設定供電電壓，為車輛的比例輸出傳感器供電。
[0006]以上所述的電動客車整車控制系統，可編程運行指令運行單元在上電的第一個掃描周期，將程序中整車廠設定的PGN參數傳遞給通信協議單元，通過通信協議單元與外設中基於CAN通信方式的設備進行數據交互。
[0007]以上所述的電動客車整車控制系統，執行單元包括輸入輸出端子單元和端子復用控制單元，輸入輸出端子單元的每個點在運行過程中只能完成單一的功能，端子復用控制單元負責完成輸入輸出端子單元點的功能切換；端子復用控制單元在收到可編程控制邏輯運行單元的指令後，按照約定協議解析指令，控制電晶體切換開關組，完成每個點的功能選擇。在系統運行過程中，端子復用控制單元不再響應可編程控制邏輯運行單元的配置指令。
[0008]以上所述的電動客車整車控制系統，整車廠根據電動車控制信號特徵配置輸入輸出端子單元點的功能，由整車廠控制程序中寫PLC特殊寄存器SD元件實現。可編程控制邏輯運行單元在上電的第一個周期將配置指令發送到端子復用控制單元。
[0009]以上所述的電動客車整車控制系統，包括模擬量輸入輸出單元，輸入輸出端子單元的輸入端子為電壓輸入類型時，若可編程控制邏輯運行單元檢測到某輸入點模擬量信號超限，即發送指令至端子復用控制單元，令其將該輸入點的測量量程調整至更寬一級，同時系統報警，該輸入點的模擬量信號回落到原量程的以內後，可編程控制邏輯運行單元令端子復用控制單元將該點測量量程切換到該輸入點原量程，系統報警取消；輸入輸出端子單元的輸入端子為電流輸入類型時，若可編程控制邏輯運行單元檢測到某輸入點輸入電流過大，可編程控制邏輯運行單元發送指令至端子復用控制單元，令其切換該輸入點的輸入類型為電壓輸入模式，系統報警；該輸入點電流信號回落到電流輸入類型的量程之內後，切換該輸入點為原類型，報警取消。
[0010]以上所述的電動客車整車控制系統，包括控制器運行監控單元，可編程控制邏輯運行單元與控制器運行監控單元進行數據交互，實現兩者的運行狀態相互監控和對系統輸出點的監控，保障系統正常運行。
[0011 ] 以上所述的電動客車整車控制系統，可編程控制邏輯運行單元和控制器運行監控單元交換各自的啟動狀態，若有一方啟動狀態不正常，系統停止工作；可編程控制邏輯運行單元向控制器運行監控發送配置信息，啟動整車系統；配置信息包含整車廠設定緊急情況下的整車控制方法和系統正常運行時需要監控的關鍵輸入點和關鍵輸出點；整車運行過程中，可編程控制邏輯運行單元定期與控制器運行監控單元交互各自的狀態數據；若可編程控制邏輯運行單元判斷控制器運行監控單元的狀態異常，可編程控制邏輯運行單元報警，系統繼續運行；若控制器運行監控單元判斷可編程控制邏輯運行單元狀態異常，控制器運行監控單元報警，切斷可編程控制邏輯運行單元的工作電源，並運行可編程控制邏輯運行單元提供的配置信息中由整車廠設定的異常工作邏輯；整車運行過程中，控制器運行監控單元實時監控配置信息中約定的關鍵輸出點；可編程控制邏輯運行單元實時發送關鍵輸出點的狀態至控制器運行監控單元，運行監控單元將關鍵輸出點的狀態和關鍵輸出點的實際狀態進行對比，若發現異常，運行監控單元通知可編程邏輯運行單元停止運行PLC指令，按配置信息中異常工作邏輯控制整車運行。
[0012]以上所述的電動客車整車控制系統，所述的PLC指令由整車廠按照整車控制邏輯編程制定，並存儲在PLC的存儲器中；整車廠基於可編程技術，設定各自的整車控制方法。
[0013]本發明的優點在於:基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統使得整車廠按照自己的整車控制策略進行編程、測試；一款控制系統適應不同款型或者功能的車型，整車廠只需在PLC程序上作簡單修改即能滿足要求，移植性和通用性好；整車廠只需按照自己的需求進行PLC邏輯編程，就能實現不同款型客車的控制策略，而無需更換控制系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖及實施方式對本發明作進一步詳細的說明:
[0015]圖1是本發明基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統圖；
[0016]圖2是本發明SAE J1939協議單元流程圖；
[0017]圖3是本發明端子復用控制單元控制輸入輸出端子單元框圖；
[0018]圖4是本發明輸入端子模擬量輸入時保護流程圖；
[0019]圖5是本發明輸入端子數字量輸入時短路、斷路檢測，輸出過載保護流程圖；
[0020]圖6是本發明可編程邏輯運行單元和控制器運行監控單元相互監控流程圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖，對本發明的【具體實施方式】進行解釋和說明。
[0022]圖1是本發明基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統的系統框圖。基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統18包括可編程控制邏輯運行單元10、SAEJ1939通信協議單元12、模擬量輸入輸出單元15、10單元14、端子復用控制單元16、控制器運行監控單元11、參考電源輸出單元13、輸入輸出端子單元17。
[0023]可編程控制邏輯運行單元(可編程指令運行單元)執行PLC指令。整車廠按照整車控制邏輯進行編程，控制本系統的外設。
[0024]如圖1所示，可編程控制邏輯運行單元和SAE J1939通信協議單元進行通信，由此獲取車輛電池管理單元信息、駕駛儀表信息、電機信息等，並發送控制指令、控制信息至車輛各個部件。
[0025]整車廠在電動客車整車控制系統的邏輯程序中通過寫PLC特殊寄存器的方式對系統的10單元進行配置，可編程控制邏輯運行單元在第一個掃描周期，通過端子復用控制單元，對10單元進行功能配置。
[0026]10單元14為每路輸入點提供高邊輸入信號電路和低邊輸入信號電路，電路的輸入接端子復用控制單元，輸出接可編程控制邏輯運行單元；10單元14為每路輸出點提供高邊輸出信號電路和低邊輸出信號電路，電路的輸入接可編程控制邏輯運行單元，輸出接端子復用控制單元。可編程控制邏輯運行單元控制端子復用控制單元的切換開關，選擇輸入輸出點的信號輸入電路，實現配置。
[0027]整車廠通過寫PLC特殊寄存器的方式，控制參考電源輸出單元13輸出的特定供電電壓，給車輛的比例輸出傳感器提供穩定的模擬量轉換參考電壓
[0028]可編程控制邏輯運行單元在每一個掃描周期都通過高速接口和控制器運行監控單元進行數據交互，實現兩者的運行狀態監控和系統輸出點的監控，保障系統正常運行。
[0029]SAE J1939通信協議單元的工作流程如圖2所示。SAE J1939通信協議單元確保整車控制系統適用所有電動車型及未來其他場合。SAE J1939協議是基於CAN通信技術的上層應用協議，SAE J1939通信協議單元按照此協議實現各通信功能。整車廠在編程時，採用SAE J1939規定的PGN參數或者按照SAE J1939協議約定的規則自定義PGN參數，每一個PGN參數對應特定的參數特性、唯一物理意義、狀態等信息。
[0030]可編程控制邏輯運行單元在第一掃描周期中，將程序中整車廠設定的PGN參數傳遞給SAE J1939協議單元，SAE J1939協議單元按照哈希算法建立PGN註冊表。控制系統運行過程中，每隔10ms調度一次J1939任務，查詢PGN註冊表中各PGN狀態，並參考本PGN參數特性對本PGN狀態進行修改。若某發送PGN發送條件被觸發，SAE J1939協議單元將本單元的特殊寄存器中的數據通過CAN通信口發送出數據幀。根據數據幀發送結果，SAE J1939協議單元修發送PGN參數狀態，並處理下一條參數。若某接收PGN的狀態為「接收到數據」，SAE J1939協議單元將接收到的數據傳遞給可編程控制邏輯運行單元，並修改本PGN狀態，處理下一條參數；若某接收PGN的狀態為「接收超時」，SAE J1939協議單元修改本PGN狀態，通過特殊寄存器通知可編程控制邏輯運行單元結果，並處理下一條參數。發送PGN的觸發條件可以是定時時間到、外部請求幀、外部事件觸發。接收PGN的觸發條件同發送PGN。
[0031]SAE J1939協議單元被動接收CAN總線上的PGN參數。單元每10ms查詢一次接收驅動緩衝區，若無數據幀，退出本次查詢；若有數據幀,本單元依據特定算法,將24位PGN計算成唯一索引，按照哈希查找表法快速定位該PGN在PGN註冊表中的位置。若定位成功，SAE J1939協議單元將接收數據搬移至對應的數據緩衝，並修改PGN狀態；若定位失敗，丟棄該PGN，並開始下一條接收到的PGN的處理。
[0032]端子復用控制單元控制輸入輸出端子單元的原理如圖3所示。輸入輸出端子單元外接控制信號設備，電動客車整車控制系統的輸入輸出端子單元有多種功能，輸入端子完成高邊輸入、低邊輸入、模擬量電壓輸入、模擬量電流輸入；輸出端子完成電流輸出，高邊輸出、低邊輸出功能。
[0033]輸入端子的高邊輸入功能相當於無源輸入，區別在於硬體連線，高邊輸入的某點直接接入無源信號，如車輛空擋信號；輸入端子的低邊輸入功能相當於有源輸入，接有源信號，如開/關門按鍵信號；輸入端子的模擬量電壓輸入、電流輸入功能完成模擬量信號米集，如油門大小、車廂溫度。輸出端子的高邊輸出功能相當於有源輸出，直接控制車輛無源器件，如LED燈；輸出端子的低邊輸出功能相當於無源輸出，直接控制車輛有源器件。這樣，輸入輸出端子單元的功能簡化了整車布線布局、整車信號點測試。
[0034]輸入輸出端子單元的某點在運行過程中只能完成某種功能，端子復用控制單元負責完成輸入輸出端子單元的點的功能切換。整車廠根據電動車控制信號特徵配置輸入輸出端子單元某個點的功能，配置方法通過在整車廠控制程序中寫PLC特殊寄存器SD元件實現。可編程控制邏輯運行單元在上電的第一個周期將配置指令發送到端子復用控制單元，端子復用控制單元在收到指令後，按照約定協議解析指令，控制電晶體切換開關組，完成某點功能選擇。在系統運行過程中，端子復用控制單元不再響應可編程控制邏輯運行單元的配置指令。
[0035]輸入端子模擬量輸入時保護流程如圖4所示。輸入端子做電壓輸入類型時，若可編程控制邏輯運行單元檢測到某輸入點模擬量信號超限，可編程控制邏輯運行單元發送指令至端子復用控制單元，令其將該輸入點的測量量程調整至更寬一級，如從0?5伏調整到0?10伏，從0?10伏調整至0?32伏，系統報警，保護了系統硬體電路。可編程控制邏輯運行單元繼續判斷採集信號，待信號回落到原量程的97 %以內，可編程控制邏輯運行單元令端子復用控制單元將該點測量量程切換到該輸入點為原量程，系統報警被取消。輸入端子作電流輸入類型時，若可編程控制邏輯運行單元檢測該點輸入電流過大，可編程控制邏輯運行單元發送指令至端子復用控制單元，令其切換該輸入點的輸入類型為0?5V電壓輸入模式，系統報警，保護了系統硬體電路。可編程控制邏輯運行單元繼續判斷採集信號，待判定該點電流信號回落到電流輸入類型的量程的97 %以內，切換該輸入點為原類型，報警被取消。輸入輸出端子單元的所有的輸入點都具有該項功能。
[0036]輸入端子數字量輸入時短路、斷路檢測，輸出過載保護流程如圖5所示。電動客車運行過程中，難免出現線路短路/斷路現象，造成電流過大或者瞬間動力消失。電動客車整車控制系統提供數字量輸入保護功能。輸入端子數字量輸入時有高邊輸入和低邊輸入兩種模式。輸入端子的高邊輸入功能相當於無源輸入，高邊輸入的某點直接接入無源信號；輸入端子的低邊輸入功能相當於有源輸入，接有源信號。輸入端子某點作高邊輸入時，可編程控制邏輯運行單元不斷地通過SD元件檢測該輸入點的電流值，當檢測到的電流值小於設定安全值，輸入斷路；當檢測到的電流值大於設定安全值，輸入短路。當輸入發生短路或斷路故障時，可編程控制邏輯運行單元報警，並指示何處出錯。輸入端某點做低邊輸入時，可編程控制邏輯運行單元不斷地通過SD元件檢測輸入點的電流值，若輸入電流值超過設定值，輸入短路，可編程控制邏輯運行單元報警，並指示何處出錯。
[0037]輸出端子作高邊數字量輸出時，對應的點能夠最大輸出4A的電流值。工作過程中若負載或者線路發送短路，輸出點電流瞬間過載，易燒毀設備。系統提供數字量高邊輸出過載保護功能，當輸出端子邏輯為「 1 」，輸出端子上有電流流出，可編程運行指令單元通過SD元件檢測輸出點的電流，若檢測到的電流值超過系統設定值，可編程運行指令單元立即將該輸出端子置邏輯「0」，輸出端子不再輸出電流。
[0038]可編程邏輯運行單元和控制器運行監控單元相互監控流程如圖6所示。可編程邏輯運行單元在系統上電時需檢測系統供電是否正常，若不正常，系統停止工作，若正常，則開始運行接下來的工作。
[0039]可編程控制邏輯運行單元和控制器運行監控單元交換各自的啟動狀態，若有一方啟動狀態不正常，系統停止工作，電動車整車不能運行。若雙方都正常，才能運行接下來的工作，可編程控制邏輯運行單元向控制器運行監控發送配置信息，啟動整車系統。配置信息包含整車廠設定緊急情況下的整車控制方法和系統正常運行時需要監控的關鍵輸入輸出點。
[0040]整車運行過程中，可編程控制邏輯運行單元每個周期和控制器運行監控單元交互各自的狀態數據。狀態數據為一個字節的數據，低四位為0x05，表示單元處於運行狀態，字節最高位反轉，表示單元運行正常，即每交互一次，雙方各自的狀態值就在0x05和0x85之間切換一次。若可編程控制邏輯運行單元判斷控制器運行監控單元的狀態異常，即控制器運行監控單元的狀態數據保持在0x05或0x85不變，可編程控制邏輯運行單元報警，但是系統繼續運行，運行的邏輯程序為整車正常控制邏輯或是異常控制邏輯，保障整車安全；若控制器運行監控單元判斷可編程控制邏輯運行單元狀態異常，即可編程控制邏輯運行單元狀態數據保持在0x05或0x85不變，控制器運行監控單元報警，切斷可編程控制邏輯運行單元的工作電源，並運行可編程控制邏輯運行單元提供的配置信息中異常工作邏輯，該邏輯由電動整車廠設定。
[0041]整車運行過程中，控制器運行監控單元實時監控配置信息中約定的關鍵輸出點。可編程控制邏輯運行單元實時發送關鍵輸出點的狀態至控制器運行監控單元，運行監控單元將關鍵輸出點的狀態和關鍵輸出點的實際狀態進行對比，若異常，通知可編程邏輯運行單元停止運行PLC指令，報警，接管控制系統10的運行，並運行配置信息中異常工作邏輯，控制整車運行。
[0042]系統通過系統指示燈報警，約定指示燈不同的顏色組合、不同閃爍頻率代表不同的錯誤信息。可編程控制邏輯運行單元和運行監控單元都通過系統指示燈報警。可編程控制邏輯運行單元檢測到故障信息時，將故障信息存儲在控制系統的永久存儲介質中，為整車廠做整車性能分析、事故分析提供可能；可編程控制邏輯運行單元通過J1939協議單元向整車儀表，變頻器，電池管理單元等發送故障信息，這些設備在接收到故障信息後按照車廠約定執行某動作，如整車儀表收到故障信息後，通過儀表指示燈向駕駛員傳遞信息；電池管理單元收到某故障信息後，控制電池電流輸出。
【權利要求】
1.一種基於可編程控制器技術的電動客車整車控制系統，其特徵在於，包括可編程控制邏輯運行單元和複數個執行單元，可編程控制邏輯運行單元執行整車廠制定的PLC指令，通過執行單元控制電動客車整車控制系統的外設。
2.根據權利要求1所述的電動客車整車控制系統，其特徵在於，所述的執行單元包括通信協議單元和參考電源輸出單元，可編程控制邏輯運行單元和通信協議單元進行通信，通過通信協議單元獲取外設的信息，發送控制指令可編程控制邏輯運行單元控制參考電源輸出單兀輸出設定供電電壓，為車輛的比例輸出傳感器供電。
3.根據權利要求2所述的電動客車整車控制系統，其特徵在於，可編程運行指令運行單元在上電的第一個掃描周期，將程序中整車廠設定的PGN參數傳遞給通信協議單元，通過通信協議單元與外設中基於CAN通信方式的設備進行數據交互。
4.根據權利要求1所述的電動客車整車控制系統，其特徵在於，執行單元包括輸入輸出端子單元和端子復用控制單元，輸入輸出端子單元的每個點在運行過程中只能完成單一的功能，端子復用控制單元負責完成輸入輸出端子單元點的功能切換；端子復用控制單元在收到可編程控制邏輯運行單元的指令後，按照約定協議解析指令，控制電晶體切換開關組，完成每個點的功能選擇；在系統運行過程中，端子復用控制單元不再響應可編程控制邏輯運行單元的配置指令。
5.根據權利要求4所述的電動客車整車控制系統，其特徵在於，整車廠根據電動車控制信號特徵配置輸入輸出端子單元點的功能，由整車廠控制程序中寫PLC特殊寄存器SD元件實現；可編程控制邏輯運行單元在上電的第一個周期將配置指令發送到端子復用控制單J Li ο
6.根據權利要求4所述的電動客車整車控制系統，其特徵在於，包括模擬量輸入輸出單元，輸入輸出端子單元的輸入端子為電壓輸入類型時，若可編程控制邏輯運行單元檢測到某輸入點模擬量信號超限，即發送指令至端子復用控制單元，令其將該輸入點的測量量程調整至更寬一級，同時系統報警，該輸入點的模擬量信號回落到原量程的以內後，可編程控制邏輯運行單元令端子復用控制單元將該點測量量程切換到該輸入點原量程，系統報警取消；輸入輸出端子單元的輸入端子為電流輸入類型時，若可編程控制邏輯運行單元檢測到某輸入點輸入電流過大，可編程控制邏輯運行單元發送指令至端子復用控制單元，令其切換該輸入點的輸入類型為電壓輸入模式，系統報警；該輸入點電流信號回落到電流輸入類型的量程之內後，切換該輸入點為原類型，報警取消。
7.根據權利要求1所述的電動客車整車控制系統，其特徵在於，包括控制器運行監控單元，可編程控制邏輯運行單元與控制器運行監控單元進行數據交互，實現兩者的運行狀態相互監控和對系統輸出點的監控，保障系統正常運行。
8.根據權利要求7所述的電動客車整車控制系統，其特徵在於，可編程控制邏輯運行單元和控制器運行監控單元交換各自的啟動狀態，若有一方啟動狀態不正常，系統停止工作；可編程控制邏輯運行單元向控制器運行監控發送配置信息，啟動整車系統；配置信息包含整車廠設定緊急情況下的整車控制方法和系統正常運行時需要監控的關鍵輸入點和關鍵輸出點；整車運行過程中，可編程控制邏輯運行單元定期與控制器運行監控單元交互各自的狀態數據；若可編程控制邏輯運行單元判斷控制器運行監控單元的狀態異常，可編程控制邏輯運行單元報警，系統繼續運行；若控制器運行監控單元判斷可編程控制邏輯運行單元狀態異常，控制器運行監控單元報警，切斷可編程控制邏輯運行單元的工作電源，並運行可編程控制邏輯運行單元提供的配置信息中由整車廠設定的異常工作邏輯；整車運行過程中，控制器運行監控單元實時監控配置信息中約定的關鍵輸出點；可編程控制邏輯運行單元實時發送關鍵輸出點的狀態至控制器運行監控單元，運行監控單元將關鍵輸出點的狀態和關鍵輸出點的實際狀態進行對比，若發現異常，運行監控單元通知可編程邏輯運行單元停止運行PLC指令，按配置信息中異常工作邏輯控制整車運行。
9.根據權利要求1所述的電動客車整車控制系統，其特徵在於，所述的PLC指令由整車廠按照整車控制邏輯編程制定，並存儲在PLC的存儲器中；整車廠基於可編程技術，設定各自的整車控制方法。
【文檔編號】B60L15/00GK104442445SQ201410571539
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】張 傑, 谷鵬, 陳繼明 申請人:深圳市麥格米特控制技術有限公司