CN101272048B

CN101272048B - 车载智能继电器

Info

Publication number: CN101272048B
Application number: CN2008101063924A
Authority: CN
Inventors: 连小珉; 杨殿阁; 陆良; 张新丰; 薛雯; 郑四发; 罗禹贡; 李克强; 王建强
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2028-05-13
Also published as: CN101272048A

Abstract

本发明涉及车载智能继电器，属于汽车电子控制技术领域，该继电器由控制器外电路和控制器组成，该控制器外电路与控制器电路通过控制器的内部接口连接；所述控制器外电路由依次连接的输入接线柱A、电流传感器、电磁继电器C、输出接线柱B所组成；所述控制器由电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路、触点诊断电路、微处理单元、总线通讯模块，以及与控制器外电路相连的内部接口和与总线相连的总线接口组成；本发明用于应用总线技术汽车的功率供电通断控制，并对功率供电的故障状态实现监测，对过流保护实现优化控制，同时对电磁继电器本身进行故障诊断。具有结构简单、安装方便、实用性高的特点。

Description

车载智能继电器

技术领域

本发明属于汽车电子控制技术领域，特别涉及用于汽车电气系统的电器功率供电控制的车载智能继电器。

背景技术

随着汽车电子电气技术的发展，汽车上的电气设备越来越多，这在带来乘坐舒适性的同时，也大大增加了用电功率的要求，汽车电气系统中对继电器的使用也越来越广泛。

现有汽车电气系统中，电磁继电器的次级线圈与开关串联，开关控制继电器次级线圈的功率电通断，从而实现对继电器所控制通路的功率电通断控制；电磁继电器与熔断保险丝串联，当发生过流或短路时，熔断保险丝发热并延时断开，实现过流短路保护。这种控制方式简单，但是无法对继电器所控电路电流进行监测，无法实现对过流故障的优化控制，保险丝熔断后需要更换，给用户造成不便。同时，现有的电磁继电器对功率通断控制方式，无法实现对继电器本身的故障诊断。

目前市场上出现了应用总线技术的汽车，这种汽车为车载智能继电器的设计和应用提供了必要条件。

发明内容

本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提出一种车载智能继电器，用于应用总线技术汽车的功率供电通断控制，并对功率供电的故障状态实现监测，对过流保护实现优化控制，同时对电磁继电器本身进行故障诊断。具有结构简单、安装方便、实用性高的特点。

本发明提出的车载智能继电器，其特征在于，该继电器由控制器外电路和控制器组成，该控制器外电路与控制器电路通过控制器的内部接口连接；所述控制器外电路由依次连接的输入接线柱A、电流传感器、电磁继电器C、输出接线柱B所组成；其中，输入接线柱A为功率电输入，输出接线柱B为可控电输出，电磁继电器C的触头分别接输入接线柱A和输出接线柱B，电流传感器连接在输入接线柱A和电磁继电器C之间；该输入接线柱A、输出接线柱B、电磁继电器C和电流传感器均与内部接口相连；

所述控制器由电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路、触点诊断电路、微处理单元、总线通讯模块，以及与控制器外电路相连的内部接口和与总线相连的总线接口组成；其中，电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路依次连接；微处理单元分别与电流传感信号处理电路、协调保护电路、触点诊断电路、总线通讯模块连接；电流传感信号处理电路、继电器驱动电路、触点诊断电路均与内部接口相连，总线通讯模块与总线接口相连。

本发明的特点及有益效果：

本发明设计一种车载智能继电器，对传统的电磁继电器加装电流传感器与电控单元，实现对电路通断的故障诊断与优化控制，并对据继电器自身实现故障诊断。

本发明可对车用蓄电池的状态进行监测，包括蓄电池电压、电流、以及工作环境温度信息，同时对蓄电池的剩余电量进行估计，实现对电池低电量的报警和相应的保护措施，防止蓄电池过度放电。

本发明取消了可控功率供电线上熔断保险丝的使用，采用车载智能继电器对功率供电线实现电流监测，准确判断电流短路与过流程度，并进行优化控制。当发生小强度过流故障时，智能继电器能够发出过流报警信号，并延时断开功率供电。当发生强过流或短路故障时，智能继电器能够迅速切断功率供电。当故障排除后，智能继电器可以恢复正常工作，实现故障后的自恢复，避免了传统过流故障后更换熔断保险丝的麻烦。此外，智能继电器能够对电磁继电器自身实现故障自诊断，发现故障及时报警，也提高了继电器的可靠性和安全性。

本发明的车载智能继电器可以应用CAN协议、LIN协议等各种车载网络协议来实现其通讯功能。

附图说明

图1为本发明的车载智能继电器结构图；

图2为本发明的电流传感信号处理电路原理图；

图3为本发明的协调保护电路原理图；

图4为本发明的继电器驱动电路原理图；

图5为本发明的触点诊断电路原理图。

具体实施方式

本发明提出的车载智能电源管理系统结合附图及实施例详细说明如下：

本发明的车载智能继电器，其结构如图1所示，由控制器外电路I和控制器II组成，控制器外电路I与控制器II电路通过控制器II的内部接口连接。

控制器外电路I由依次连接的输入接线柱A、电流传感器、电磁继电器C、输出接线柱B所组成。

控制器外电路I中，输入接线柱A为功率电输入，输出接线柱B为可控电输出，电磁继电器C的触头分别接输入接线柱A和输出接线柱B，在输入接线柱A和电磁继电器C之间安装有电流传感器；输入接线柱A、输出接线柱B、电磁继电器C和电流传感器均与内部接口相连。

本实施例的电流传感器选用霍尔电流传感器，也可以选择其它形式的电流传感器；本实施例的电磁继电器选用的是SG-5型号和JQ204型号汽车继电器。

控制器II由电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路、触点诊断电路、微处理单元、总线通讯模块，以及与控制器外电路I相连的内部接口和与总线相连的总线接口组成；其中，电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路依次连接；微处理单元分别与电流传感信号处理电路、协调保护电路、触点诊断电路、总线通讯模块连接；电流传感信号处理电路、继电器驱动电路、触点诊断电路均与内部接口相连，总线通讯模块与总线接口相连。

控制器II中，电流传感器输出传感信号S_C给控制器II进行处理；电磁继电器受控制器II输出的P_R信号控制通断；从控制器外电路I输入接线柱A和输出接线柱B分别引出电压信号U_IN、U_OUT，送入控制器II进行处理；控制器II通过总线通讯模块与通讯总线连接，实现与车身网络的通讯。

本发明的电流传感信号处理电路实施例如图2所示，其作用是对电流传感信号Sc进行处理，输出电压信号Uc至微处理单元进行AD采样。该电流传感信号处理电路包括：运算放大器U1A，电阻R1、R2、Rv1、Rv2，电容C1以及稳压二极管D1；其中，Rv1、Rv2串联构成分压电路部分；R1、C1串联构成阻容滤波电路部分；U1A构成跟随器部分；R2、·D1连接构成限压、限流电路部分。这四部分电路顺次连接。本发明的一个实施例中，运放U1选用芯片LM258实现其功能，稳压二极管D1选用其纳二极管实现其功能。

本发明的协调保护电路实施例如图3所示，其作用是监测强过流状态的发生，并协调微处理单元对继电器的控制命令实现协调控制。该协调保护电路包括：比较器U2A，与非门U3A、U3B、U3D，光电隔离器U4，以及电阻R3～R7。其中，比较器U2A与电阻R3、R4、R5构成比较电路部分，比较Uc与U_O的大小；与非门U3A、U3B构成RS触发器部分；与非门U3D构成反相器部分；光电隔离器U4与电阻R6、R7构成受控输出电路部分；这四个部分的连接关系为：RS触发器部分与比较电路部分、反相器部分、受控输出电路部分分别连接。本实施例中，比较器U1选用芯片LM293实现其功能；与非门U3选用芯片74HC00实现其功能；光电隔离器U4选用芯片TLP521-1实现其功能。

该协调保护电路的工作状态如表1所示。

表1协调保护电路状态表

工作状态	Pctrl	Pstatus	Dctrl
工作状态	Pctrl	Pstatus	Dctrl	系统上电	1	1	悬空
控制闭合	0	1	拉地	系统上电	1	1	悬空
控制闭合	0	1	拉地	控制断开	1	1	悬空
强过流	0	0	悬空	控制断开	1	1	悬空

强过流后瞬间	0	0	悬空
强过流后瞬间	0	0	悬空	强过流后保持	1	1	悬空

本发明的继电器驱动电路实施例如图4所示，其作用是实现对继电器通断的控制。该继电器驱动电路包括：Mosfet开关芯片U5、泻放二极管D2、电阻R8；其中，泻放二极管U5与Mosfet开关芯片U5的漏极连接；电阻R8连接Mosfet开关芯片的源极与基极。本发明的一个实施实例中，Mosfet开关芯片U5选用IRF9Z34实现其功能，二极管D2选用芯片1N5401实现其功能。

本发明的触点诊断电路实施例如图5所示，其作用是对继电器的触点电压进行监测。该触点诊断电路包括：光电隔离器U6，以及与其相连的电阻R9～R14。本发明的一个实施例中，光电隔离器U6选用芯片TLP521-4实现其功能。

继电器故障诊断状态表见表2。

表2继电器故障诊断状态表

本发明的微处理单元采用一种带总线收发功能的单片机系统对电流传感信号处理电路的输出信号U_C进行AD采样，输出控制信号Pctrl给协调保护电路，并从协调保护电路读取信号Pstatus，从触发诊断电路读取信号Pin、Pout，并进行状态判断。将结果按照传输协议进行转化，通过总线通讯模块发送。本发明的一个实施例中，微处理单元选用带LIN功能的MC68HC908QL4实现其功能。

本发明的总线通讯模块应用相应总线通讯协议的收发器芯片实现微处理单元与通讯总线之间的通讯。本发明的一个实施例中，总线通讯模块选用LIN收发器芯片MC33399实现其功能。

Claims

1.一种车载智能继电器，其特征在于，该继电器由控制器外电路和控制器组成，该控制器外电路与控制器通过控制器的内部接口连接；所述控制器外电路由依次连接的输入接线柱(A)、电流传感器、电磁继电器(C)、输出接线柱(B)所组成；其中，输入接线柱(A)为功率电输入，输出接线柱(B)为可控电输出，电磁继电器(C)的触头分别接输入接线柱(A)和输出接线柱(B)，电流传感器连接在输入接线柱(A)和电磁继电器(C)之间；该输入接线柱(A)、输出接线柱(B)分别与内部接口相连；电磁继电器(C)的线圈的一端与内部接口相连，该线圈的另一端接地；电流传感器的输出端与内部接口相连；

所述控制器由电流传感信号处理电路、协调保护电路、继电器驱动电路、触点诊断电路、微处理单元、总线通讯模块，以及与控制器外电路相连的内部接口和与总线相连的总线接口组成；其中，电流传感信号处理电路的电压输入端与内部接口相连，接收电流传感器的输出信号，电流传感信号处理电路的电压输出端同时连接至协调保护电路的一个输入端和微处理器单元的一个输入端；协调保护电路的状态信号输出端连接至微处理单元的另一个输入端，并且协调保护电路的控制信号输入端连接至微处理单元的一个输出端，协调保护电路的控制信号输出端连接至继电器驱动电路的输入端；继电器驱动电路的输出端与内部接口相连，并通过内部接口将驱动信号输出至电磁继电器(C)的所述线圈的所述一端；触点诊断电路的两个电压输入端与内部接口相连，分别接收输入接线柱(A)和输出接线柱(B)的电压信号，触点诊断电路的两个状态输出端连接至微处理单元；微处理单元还与总线通讯模块连接；总线通讯模块与总线接口相连。

2.如权利要求1所述的车载智能继电器，其特征在于，该电流传感信号处理电路包括：运算放大器(U1A)，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(Rv1)、第四电阻(Rv2)，电容(C1)以及稳压二极管(D1)；其中，第三电阻(Rv1)、第四电阻(Rv2)串联构成分压电路部分；第一电阻(R1)、电容(C1)串联构成阻容滤波电路部分；运算放大器(U1A)构成跟随器部分；第二电阻(R2)、稳压二极管(D1)连接构成限压、限流电路部分；其连接关系为：

第三电阻(Rv1)的一端与输入信号(Sc)相连，另一端同时与第四电阻(Rv2)、第一电阻(R1)相连；第四电阻(Rv2)的一端与第三电阻(Rv1)相连，另一端与数字地信号相连；第一电阻(R1)的一端与第三电阻(Rv1)、第四电阻(Rv2)相连，另一端同时与运算放大器(U1A)的同相输入端以及电容(C1)的一端相连；电容(C1)的另一端与数字地信号相连；运算放大器(U1A)的电源正极输入端与12V数字电源信号相连，电源负极输入端与数字地信号相连，同相输入端与第一电阻(R1)、电容(C1)相连、反向输入端与输出端直接相连，输出端还与第二电阻(R2)的一端相连；第二电阻(R2)的一端与运算放大器(U1A)的输出端相连，另一端与稳压二极管(D1)的负极相连，同时输出电压信号(Uc)至协调保护电路以及微处理单元；稳压二极管的正极与数字地信号相连。

3.如权利要求2所述的车载智能继电器，其特征在于，该协调保护电路包括：比较器(U2A)，第一与非门(U3A)、第二与非门(U3B)、第三与非门(U3D)，光电隔离器(U4)，以及第五-第九电阻(R3～R7)；其中，比较器(U2A)与第五-第七电阻(R3、R4、R5)构成比较电路部分，比较电流传感信号处理电路输出电压(Uc)与设定的基准电压(Uo)的大小；第一与非门(U3A)、第二与非门(U3B)构成RS触发器部分；第三与非门(U3D)构成反相器部分；光电隔离器(U4)与第八电阻(R6)、第九电阻(R7)构成受控输出电路部分；该四个部分的连接关系为：

电流传感信号处理电路输出的电压信号(Uc)与比较器(U2A)的反向输入端连接，比较器(U2A)的同相输入端同时与第五电阻(R3)、第六电阻(R4)相连，第五电阻(R3)的另一端与数字电源信号连接，第六电阻(R4)的另一端与数字地信号连接，比较器(U2A)的电源正极输入端与数字电源信号连接，电源负极输入端与数字地连接，比较器(U2A)的输出端同时与第二与非门(U3B)的其中一个输入端以及第七电阻(R5)的一端连接；第七电阻(R5)的另一端与数字电源信号连接；第二与非门(U3B)的另一个输入端与第一与非门(U3A)的输出端相连接，第二与非门(U3B)的输出端与第一与非门(U3A)的其中一个输入端连接；第三与非门(U3D)的两个输入端均微处理单元输出的控制信号(Pctrl)连接，第三与非门(U3D)的输出端与第一与非门(U3A)的另一个输入端连接；第一与非门(U3A)的输出端还与第八电阻(R6)的一端连接，第八电阻(R6)的另一端与光电隔离器(U4)的正极输入端连接；光电隔离器(U4)的负极输入端与微处理单元输出的控制信号(Pctrl)连接，光电隔离器(U4)的输出高端输出继电器驱动电路控制信号(Dctrl)，光电隔离器(U4)的输出低端与第九电阻(R7)的一端连接；第九电阻(R7)的另一端与功率地信号相连接。

4.如权利要求3所述的车载智能继电器，其特征在于，该继电器驱动电路包括：Mosfet开关芯片(U5)、泻放二极管(D2)、第十电阻(R8)；其中，Mosfet开关芯片(U5)的受控端与继电器驱动电路的输入控制信号(Dctrl)相连接，Mosfet开关芯片(U5)的源极与功率电源信号连接，Mosfet开关芯片(U5)的漏极输出继电器控制信号(PR)至内部接口；第十电阻(R8)的一端与Mosfet开关芯片(U5)的受控端连接，另一端与Mosfet开关芯片(U5)的源极连接；泻放二极管(D2)的负极与Mosfet开关芯片(U5)的漏极连接，正极与功率地信号连接。

5.如权利要求1所述的车载智能继电器，其特征在于，该触点诊断电路包括：光电隔离器(U6)，以及与其相连的第十一至第十六电阻(R9～R14)其中，

光电隔离器(U6)为四路光电隔离器，第一路的输入端正极与第十一电阻(R9)连接，第十一电阻(R9)的另一端与数字电源信号连接，第一路的负极输入端与数字地信号连接，第一路的输出高端与内部接口相连，接收输入接线柱(A)的电压信号，第一路的输出低端与第十三电阻(R11)的一端相连，第十三电阻(R11)的另一端与光电隔离器(U6)的第二路的输入端正极相连；光电隔离器(U6)的第二路输入端正极与第十三电阻(R11)的其中一端相连，第二路的输入端负极与功率地信号相连，第二路的输出高端输出第一状态信号(Pin)至微处理单元，同时与第十四电阻(R12)的一端相连，第十四电阻(R12)的另一端与数字电源信号连接，第二路的输出低端与数字地信号连接；光电隔离器(U6)的第三路的输入端正极与第十二电阻(R10)的一端连接，第十二电阻(R10)的另一端与数字电源信号连接，第三路的输入端负极与数字地信号连接，第三路的输出高端与内部接口相连，接收输出接线柱(B)的电压信号，第三路的输出低端与第十五电阻(R13)的一端连接，第十五电阻(R13)的另一端与第四路的输入端正极连接，第四路的输入端负极与功率地信号连接，第四路的输出高端输出第二状态信号(Pout)至微处理单元，同时与第十六电阻(R14)的一端连接，第十六电阻(R14)的另一端与数字电源信号连接，第四路的输出低端与数字地信号连接。