CN101339432A - 一种整车控制器监控系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双CPU结构的整车控制器监控系统及其实现方法，并设计了安全线监控电路，主CPU负责整车控制，从CPU负责对主CPU的监控，并在主CPU出现异常时，能及时替代主CPU，通过安全线使整车系统进入安全模式，提高系统的可靠性。本发明的一个有益效果是通过增加一个从CPU，大大减少了由于系统干扰使主CPU程序跑飞而引起的系统安全问题；另一个有益效果是通过在整车控制器中增加安全线监控电路，以及通过安全线与外围控制器直接连接，避免了由于CAN总线出现故障而导致的系统崩溃问题。

Description

一种整车控制器监控系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及汽车控制器领域，尤其涉及一种整车控制器监控系统及其实现方法，适用于燃料电池汽车整车控制器或混合动力汽车整车控制器。
背景技术
在燃料电池或混合动力汽车里，整车控制器是新能源汽车开发中的核心控制单元，整车控制器系统的可靠性和安全性直接关系车辆的安全性能。而国内新能源汽车上的整车控制器上一般采用单CPU对整车系统进行控制，如果由于外界干扰或其它因素导致CPU程序跑飞，就会直接导致系统安全问题，使系统可靠性降低。
此外，整车控制器与其它控制器(电机控制器或电池控制器)一般是通过CAN进行通讯，CAN是德国“BOSCH公司”设计的一种新型高速局域网络协议，具有传输速度快、抗干扰能力强等很多优点，是汽车局域控制网络的重点发展方向之一。传统汽车“CAN”网络的建立是将所有控制器都通过一条总线连接起来，这种方式结构简单，但由于所有控制器信息传递都依赖于一条总线，因此通讯数据发生“堵塞”的几率增加，而且一旦发生总线故障，总线上的控制器都将无法工作从而造成整车控制“瘫痪”。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种双CPU结构的整车控制器监控系统，并设计了安全线监控电路，使得系统的稳定性大为提高。
一种整车控制器监控系统，包括外围控制器和整车控制器，其中，所述整车控制器包括主CPU、从CPU和安全线监控电路；主CPU和从CPU通过SPI总线进行通讯，主CPU和从CPU通过安全线与所述安全线监控电路相连；所述安全线监控电路通过安全线与外围控制器直接相连，所述整车控制器通过CAN总线与外围控制器相连。
作为本发明的一种优选方案，所述外围控制器包括电池控制器和电机控制器。
作为本发明的另一种优选方案，主CPU采用的是ST10单片机芯片，从CPU使用的是MC9S08芯片。
作为本发明的再一种优选方案，所述SPI总线是一种高速、全双工、同步的通信总线。
作为本发明的再一种优选方案，所述安全线监控电路由电容、电阻、放大器构成输入通道，由二极管、三极管、电阻构成输出通道。
本发明进一步提供了一种整车控制器监控系统的实现方法，包括以下步骤：1)整车控制器的主从CPU共同采集刹车和油门踏板信号，并通过安全线和安全线监控电路直接与外围控制器IO口直接相连；2)在正常工作模式下，从CPU对主CPU进行通讯监控，当主CPU出现异常时，从CPU代替主CPU通过拉低安全线直接通知外围控制器，使整车系统进入安全模式。
作为本发明的一种优选方案，从CPU采用查询方式接收来自主CPU的数据。
作为本发明的另一种优选方案，所述整车控制器通过从CPU的主程序周期性查询状态标志，来判断整车系统是否进入异常状态，从而进行异常模式操作。
作为本发明的再一种优选方案，所述安全线是一个双向的输入输出口，正常情况下，安全线维持高电平，当整车控制器检测到某些故障时，主CPU或是从CPU通过安全线监控电路将安全线变为低电平，并维持一定的驱动能力。
作为本发明的再一种优选方案，所述某些故障包括外围控制器出现的故障。
本发明通过两个方面来提高整车控制器的安全性和稳定性，它的一个优点是通过增加一个从CPU，大大减少了由于系统干扰使主CPU程序跑飞而引起的系统安全问题；另一个优点是通过在整车控制器中增加安全线监控电路，以及通过安全线与外围控制器直接连接，避免了由于CAN总线出现故障而导致的系统崩溃问题。
以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明的整车控制器监控系统原理图；
图2为本发明的主CPU安全监控子程序流程图；
图3为本发明的从CPU接收子程序流程图；
图4为本发明的从CPU主程序流程图；
图5为本发明的安全线监控电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种整车控制器监控系统，包括外围控制器和整车控制器1，其中，所述整车控制器1包括主CPU 2、从CPU 3和安全线监控电路4；主CPU 2和从CPU 3通过SPI总线进行通讯，主CPU 2和从CPU 3通过安全线5与所述安全线监控电路4相连；所述安全线监控电路4通过安全线5与外围控制器直接相连，所述整车控制器1通过CAN总线与外围控制器相连。所述外围控制器包括电池控制器和电机控制器。主CPU2采用的是ST10单片机芯片，从CPU 3使用的是MC9S08芯片。所述SPI总线是一种高速、全双工、同步的通信总线。所述安全线监控电路由电容、电阻、放大器构成输入通道，由二极管、三极管、电阻构成输出通道。
上述整车控制器监控系统的实现方法，包括以下步骤：1)整车控制器1的主从CPU共同采集刹车和油门踏板信号，并通过安全线5和安全线监控电路4直接与外围控制器IO口直接相连；2)在正常工作模式下，从CPU 3对主CPU 2进行通讯监控，当主CPU 2出现异常时，从CPU 3代替主CPU 2通过拉低安全线5直接通知外围控制器，使整车系统进入安全模式。从CPU 3采用查询方式接收来自主CPU 2的数据，所述整车控制器1通过从CPU 3的主程序周期性查询状态标志，来判断整车系统是否进入异常状态，从而进行异常模式操作。所述安全线5是一个双向的输入输出口，正常情况下，安全线5维持高电平，当整车控制器1检测到某些故障时，主CPU 2或是从CPU 3通过安全线监控电路4将安全线5变为低电平，并维持一定的驱动能力，其中所述某些故障包括外围控制器出现的故障。
为了系统安全性和稳定性，本发明在整车控制器1中增加了一片辅助CPU(即本发明的从CPU 3)，用来监控主CPU 2的运行。图1表示了采用双CPU结构的整车控制器的基本原理，设计中必须注意两个CPU控制线之间的隔离。
在整车控制器监控系统中，油门踏板位置信号和刹车踏板信号同时进入主CPU 2和从CPU3，主CPU 2与从CPU 3通过SPI接口(串行外围设备接口)通信。在正常工作模式下，从CPU3与主CPU 2通讯监控。主从CPU通过安全线5与外围控制器(电池控制器，电机控制器等)直接相连。当从CPU 3检测到主CPU 2发生故障时，使安全线5拉低，通知电池控制器、电机控制器进入安全模式，避免故障进一步扩大，保证整车的安全。
本发明是通过以下技术实现的：
(1)在整车控制器1开发中增加了一片从CPU 3监控主CPU 2的运行。在正常工作模式下，从CPU 3对主CPU 2进行通讯监控。当主CPU 2出现异常时，从CPU 3代替主CPU 2通过拉低安全线5直接通知外围控制器(电池控制器，电机控制器等)，使整车系统进入安全模式，从而增强系统的可靠性。
(2)主从CPU共同采集刹车和油门踏板信号，并通过安全线5和安全线监控电路4直接与外围控制器IO口直接相连。
(3)主CPU 2和从CPU 3通过SPI总线(串行外围设备接口)进行通讯，SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。
(4)本发明还提供了一种装在整车控制器1中的安全线监控电路4，整车控制器1通过安全线5与外围控制器(电机控制器或电池控制器)相连。
下面就实现的细节作以介绍：
一、主CPU 2和从CPU 3通过SPI总线连接，通信协议约定如下：
主CPU 2每隔时间T(如50ms)发送给从CPU 3数据，数据格式见下表，通讯计数器在每次发送前自动加一，结合采集到的油门踏板数据和刹车踏板数据，通过中断方式完成发送过程，并查询接收缓冲区数据，判断SPI通讯是否正常，主CPU 2安全监控子程序流程如图2所示。
  前导符   油门踏板数据   刹车踏板数据   通讯计数器
 0xFF(1Byte)   2Byte   1Byte   0-0x0f
二、从CPU 3采用查询方式接收来自主CPU 2的数据，如附图3所示：
1)若从CPU 3收到当前通讯计数器比前一次的通讯计数器数值加一，则判定主从CPU通讯运行正常，本次数据传输有效。
2)若连续5次收到数据没有遵循第一条约定，则判定主从CPU通讯运行异常，进入异常处理模式。
3)若收到的油门踏板和刹车踏板数据与从CPU 3所采集到的油门踏板和刹车踏板数据相比有较大的差异，则判定系统状态为异常，进入异常处理模式。
三、用从CPU 3的主程序周期性查询状态标志，来判断系统是否进入异常状态，从而进行异常模式操作，图4表示了从CPU 3主程序流程。
四、安全线监控电路设计
在整车控制器1中，安全线5是一个双向的输入输出口，正常情况下，安全线5维持高电平，当整车控制器1检测到某些故障时，主CPU 2或是从CPU 3将会通过图5电路将安全线5变为低电平，并维持一定的驱动能力。如果外围控制器(电机控制器或电池控制器)出现某些故障而拉低安全线5时，主从CPU也能检测到这个变化，进一步采取一定的措施，使系统损失减小到最低程度。
具体电路参考图5，电路由电容C1，C2，电阻R1，R2，R4，R5，R6，R7，R8，放大器A1，A2，D4构成输入通道，其中R1，R2，R4，C1，C2起到分压，滤波作用，+12V的电平信号通过分压后分别进入由放大器A1，A2，R5，R6，R7，R8构成的比较器后，进入主从CPU的输入口；二极管D1，D2，三极管Q1，电阻R3构成输出通道，电阻R4起上拉作用使安全线保持高电平。
本发明的一个有益效果是通过增加一个从CPU，大大减少了由于系统干扰使主CPU程序跑飞而引起的系统安全问题；
本发明的另一个有益效果是通过在整车控制器中增加安全线监控电路，以及通过安全线与外围控制器直接连接，避免了由于CAN总线出现故障而导致的系统崩溃问题。

Claims (10)

1、一种整车控制器监控系统，包括外围控制器和整车控制器，其特征在于：所述整车控制器包括主CPU、从CPU和安全线监控电路；主CPU和从CPU通过SPI总线进行通讯，主CPU和从CPU通过安全线与所述安全线监控电路相连；所述安全线监控电路通过安全线与外围控制器直接相连，所述整车控制器通过CAN总线与外围控制器相连。
2、根据权利要求1所述的整车控制器监控系统，其特征在于：所述外围控制器包括电池控制器和电机控制器。
3、根据权利要求1所述的整车控制器监控系统，其特征在于：主CPU采用的是ST10单片机芯片，从CPU使用的是MC9S08芯片。
4、根据权利要求1所述的整车控制器监控系统，其特征在于：所述SPI总线是一种高速、全双工、同步的通信总线。
5、根据权利要求1所述的整车控制器监控系统，其特征在于：所述安全线监控电路由电容、电阻、放大器构成输入通道，由二极管、三极管、电阻构成输出通道。
6、根据权利要求1所述的整车控制器监控系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)整车控制器的主从CPU共同采集刹车和油门踏板信号，并通过安全线和安全线监控电路直接与外围控制器IO口直接相连；
2)在正常工作模式下，从CPU对主CPU进行通讯监控，当主CPU出现异常时，从CPU代替主CPU通过拉低安全线直接通知外围控制器，使整车系统进入安全模式。
7、根据权利要求6所述的整车控制器监控系统的实现方法，其特征在于：从CPU采用查询方式接收来自主CPU的数据。
8、根据权利要求6所述的整车控制器监控系统的实现方法，其特征在于：所述整车控制器通过从CPU的主程序周期性查询状态标志，来判断整车系统是否进入异常状态，从而进行异常模式操作。
9、根据权利要求6所述的整车控制器监控系统的实现方法，其特征在于：所述安全线是一个双向的输入输出口，正常情况下，安全线维持高电平，当整车控制器检测到某些故障时，主CPU或是从CPU通过安全线监控电路将安全线变为低电平，并维持一定的驱动能力。
10、根据权利要求9所述的整车控制器监控系统的实现方法，其特征在于：所述某些故障包括外围控制器出现的故障。
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