CN109159749A - 基于车载工程机械的电源管理系统 - Google Patents

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周宁
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Abstract

本发明公开了一种基于车载工程机械的电源管理系统,包括电源、CPU、信息采集模块、功率输出模块、软件模块;电源设为双电源,分别为最小系统供电和输出模块供电;信息采集模块包括开关量输入通道、频率量输入通道、模拟量输入通道,用于对通道信息状态的识别和信号的转换,功率输出模块包括晶体管输出和继电器输出,用于不同范围的功率用电负载,功率输出模块的输出端带有短路、断路保护及识别;软件模块包括底层驱动和上层软件,软件模块用于控制继电器及晶体管。本发明采用了可自由逻辑编程的电源控制和集中控制方式,系统带故障诊断与保护功能,降低整车故障率和设备成本,提高整车智能化控制水平。

Description

基于车载工程机械的电源管理系统
技术领域
本发明涉及车载工程机械技术领域,尤其是基于车载工程机械的电源管理系统。
背景技术
工程机械是装备工业的重要组成部分。主要用于国防建设工程、交通运输建设,能源工业建设和生产、矿山等原材料建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等重要领域。
随着中国城镇化比率的提升,对工程机械设备需求与要求大大提高。工程机械设备的电源管理系统在整机中处于非常重要的地位,电源管理系统通过信号来协调整车的执行机构工作,使之满足各种工况下的作业。包括门锁、报警声控制、内部和外部照明、安全功能、雨刮器、转向指示器和起动机、发电机、蓄电池、空调系统等。为设备的正常运行,提供了必要的保障。
目前国内的工程机械电源管理目前仅仅实现了简单的电源控制和配电,大部分采用传统的继电器实现供配电,从而导致传统的控制方法无法实现故障模式自诊断控制、且无法参与闭环控制。
发明内容
为解决背景技术中的不足,本发明提供一种基于车载工程机械的电源管理系统,具有较强的自我诊断功能,通过自检诊断出自身故障或外围设备的故障,并将自检结果通过CAN总线发送到驾驶员仪表,以便提醒驾驶员。
基于车载工程机械的电源管理系统,包括电源、CPU、信息采集模块、功率输出模块、软件模块。
所述电源设为双电源,一个电源为最小系统供电,维持最小系统不间断正常运行,一个电源为输出模块供电,可根据车辆的操作需求控制相应的电气设备。
所述信息采集模块包括开关量输入通道、频率量输入通道、模拟量输入通道,所述开关量输入通道用于采集整车开关的导通与断开状态,所述频率量输入通道用于采集整车的速度信号,采样范围为0-10KHz,开关量输入通道和频率量输入通道可将信号转变为高电平有效、低电平有效识别状态,所述模拟量输入通道用于采集整车的传感信号。
所述功率输出模块包括晶体管输出和继电器输出,晶体管输出用于电流小于30A的负载,继电器输出用于电流不小于30A的负载,功率输出模块的输出端带有短路、断路保护及识别。
所述软件模块用于控制继电器及晶体管,采集输入信号,软件模块包括底层驱动和上层软件,所述底层驱动是对最小系统、设备信息存储、输入/输出外围驱动、CAN通讯等硬件设备进行底层逻辑操作。
进一步地,所述电源管理系统设有两块PCB板,所述PCB板包括用于放置CPU及连接外围电路的主板和用于放置继电器的继电器板,所述继电器板用于功率的对外输出,所述主板与继电器板通过60PIN的板对板插座及40根过大电流的短脚针对插连接。
进一步地,所述主板包括顶层、底层、两层信号层、一层电源层、一层地层,顶层及底层主要用于摆放元器件及走大电流的铜箔,两层信号层用于信号线的连接,电源层及地层为功率输出层。
进一步地,所述主板上设有集成GPS定位模块、GPRS无线通信模块,GPS定位模块用于对工程机械所处的地理位置进行定位,GPRS无线通信模块用于远程检测工程机械的运行状况。
进一步地,所述继电器输出包括全功能输出和继电器直接输出,所述全功能输出通过继电器线圈控制端引出,所述继电器直接输出为继电器线圈控制端对外封闭,继电器常开触点经过并联的四个保险丝同时对外开放。
进一步地,所述电源管理系统驱动总电流为100A。
进一步地,所述电源管理系统对输出通道进行状态监控,所述软件对短路、断路状态进行实时监控,硬件具有对电气设备过流、短路识别和保护功能,电气设备异常信息可通过CAN通讯发送至车载显示屏。
进一步地,所述电源管理系统采用集中控制方式,继电器采用全功能控制和程序控制两种方式。
进一步地,所述电源管理系统所有器件为工业级器件,工作环境温度为-30℃~+70℃,存储温度为-40℃~+70℃。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明对不同性质车载电气设备,经过功率、特性分析后,有针对性的选择电源输出管理通道,同时对所有输出通道进行状态监控,对电气设备的短路、断路情况进行诊断和记录,便于用户排查故障;电源管理设备采用集中控制处理,与整车系统采用CAN通讯连接,减少了整车线束,减轻车重,大大降低整车故障率,降低设备成本,提高整车智能化控制水平。
附图说明
图1为基于车载工程机械的电源管理系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施进行详细说明。
如图1所示,基于车载工程机械的电源管理系统,包括电源1、CPU2、信息采集模块3、功率输出模块4、软件模块5;
电源1设为双电源,一个电源为最小系统供电,维持最小系统不间断正常运行,一个电源为输出模块供电,可根据车辆的操作需求控制相应的电气设备;在关闭功率供电、仅维持最小系统供电时,最小系统的供电维持低功耗状态,保证车辆停机半年以上不出现馈电情况。
信息采集模块3包括16路开关量输入通道31、8路频率量输入通道32、8路模拟量输入通道33,开关量输入通道31用于采集整车开关的导通与断开状态,如钥匙档位开关、变速箱档位、各种灯光控制开关的状态、各种执行机构动作指令开关的状态;频率量输入通道32用于采集整车的速度信号,采样范围为0-10KHz,如发动机转速、车速、风机转速、转轴转速等;开关量输入通道31和频率量输入通道32可将信号转变为高电平有效、低电平有效识别状态,模拟量输入通道33用于对电压型传感器、电流型传感器、电阻型传感器输出信号的采集,如燃油油量、胎压、系统电压、各种温度、油门开度等。
功率输出模块4包括24路晶体管输出41和8路继电器输出42,晶体管输出通道包括12路5A通道和12路10A通道,晶体管输出41用于电流小于30A的负载,继电器输出42用于电流不小于30A的负载,功率输出模块用于控制各种执行机构,如远近光灯、转向灯、雾灯、大灯、示廓灯等各种灯的控制,雨刮器的控制,各种泵、电机、电磁阀的控制;功率输出模块的输出端带有短路、断路保护及识别,根据不同的电气设备,设计人员可选择使用继电器输出通道和晶体管输出通道。
软件模块5用于控制继电器及集体管,采集输入信号,软件模块5包括底层驱动51和上层软件52,底层驱动51是对最小系统、设备信息存储、输入/输出外围驱动、CAN通讯等硬件设备进行底层逻辑操作,底层驱动具有占用存储空间小、实时响应迅速、运行可靠的特点;上层软件52采用CoDeSys软件进行编程,CoDeSys软件支持六种PLC编程语言,大大降低了电气设计人员的编程设计门槛。且含有丰富的库函数,让编程人员可以专注于电气逻辑设计编程,迅速完成整车控制逻辑的编写。主机厂用户可以根据自己车型的需求,自定义电源管理系统的配电、控制逻辑。也可以由公司替客户开发软件控制逻辑。
电源管理系统设有两块PCB板,PCB板包括用于放置CPU及连接外围电路的主板和用于放置继电器的继电器板,继电器板上设有八个继电器,继电器板用于功率的对外输出;主板与继电器板通过60PIN的板对板插座及40根过大电流的短脚针对插连接,继电器板用于功率的对外输出。
主板包括顶层、底层、两层信号层、一层电源层、一层地层,顶层及底层主要用于摆放元器件及走大电流的铜箔,两层信号层用于信号线的连接,电源层及地层为功率输出层;主板布局分为八部分,分别为12路10A输出部分、12路5A输出部分、8路频率量输入部分、8路模拟量输入部分、16路开关量输入部分、电源部分、GPS/GPRS部分、CPU控制部分,功率负载线与控制信号线走在PCB的不同板层,通过电源层、地层进行干扰隔离。
主板上设有集成GPS定位模块、GPRS无线通信模块,GPS定位模块用于对工程机械所处的地理位置进行定位,GPRS无线通信模块用于远程检测工程机械的运行状况,GPRS模块实时的将电源管理系统采集的各种状态、整车的运行状态上传至云端,主机厂后台人员通过访问云端即可实时的掌握每台工程机械的运行状态,降低设备故障发生率和防范故障扩大化,确保工程机械处于健康的工作状态。
继电器输出5设有全功能输出方式和继电器直接输出方式,所述全功能输出方式是继电器线圈控制端引出,用户端可以不通过程序逻辑,在电源系统外部做硬件互锁联动等功能,继电器直接输出方式是继电器线圈控制端对外封闭,继电器常开触点经过并联四个保险丝同时对外开放。
电源管理系统驱动总电流为100A,能满足整车需求。
电源管理系统对所有输出通道进行状态监控,所述软件对短路、断路状态进行实时监控,硬件具有对电气设备过流、短路识别和保护功能,可根据负载反馈的电流判断短路还是短路,当负载异常时,芯片自动停止输出,电气设备异常信息可通过CAN通讯发送至车载显示屏,设备维护人员可方便、精确的分析故障状态,定位故障点。
电源管理系统采用集中控制方式,集中控制方式只需一套电源管理系统即可满足整车需求,大大的降低了整车电气系统复杂度,减少线束,减重可降低制造成本,并提高燃料效率,提供可靠性;为满足不同工程机械电控系统的需求,继电器采用全功能控制和程序控制两种方式,以供客户选择,增加系统的实用性。
电源管理系统能在工作环境温度为-30℃~+70℃,存储温度为-40℃~+70℃的环境下正常使用,所有器件为工业级器件,该系统满足功率输出的同时还满足热设计需求。
该电源管理系统在器件选型方面,均考虑使用汽车级电子元器件设备,如博世、英飞凌等具有汽车级电子设备供应资质的厂家。
本发明提供的电源管理系统具有智能诊断功能,所有的输出通道均具备负载开路、短路、过流的诊断功能,通过自检诊断出自身故障或外围设备的故障,并将自检结果通过CAN总线发送到驾驶员仪表,以便提醒驾驶员,而实现闭环控制,提高控制效率。
上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明的技术方案所作的举例,而并非是对本发明的实施方式限定,对所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动,凡在本发明的精神和原则之内做出任何修改、等同替换和改进,均属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于车载工程机械的电源管理系统,其特征在于,包括电源、CPU、信息采集模块、功率输出模块、软件模块;
所述电源设为双电源,一个电源为最小系统供电,维持最小系统不间断正常运行,一个电源为输出模块供电,可根据车辆的操作需求控制相应的电气设备;
所述信息采集模块包括开关量输入通道、频率量输入通道、模拟量输入通道,所述开关量输入通道用于采集整车开关的导通与断开状态,所述频率量输入通道用于采集整车的速度信号,采样范围为0-10KHz,开关量输入通道和频率量输入通道可将信号转变为高电平有效、低电平有效识别状态,所述模拟量输入通道用于采集整车的传感信号;
所述功率输出模块包括晶体管输出和继电器输出,晶体管输出用于电流小于30A的负载,继电器输出用于电流不小于30A的负载,功率输出模块的输出端带有短路、断路保护及识别;
所述软件模块用于控制继电器及晶体管,采集输入信号,软件模块包括底层驱动和上层软件,所述底层驱动是对最小系统、设备信息存储、输入/输出外围驱动、CAN通讯等硬件设备进行底层逻辑操作。
2.根据权利要求1所述的基于车载工程机械的电源管理系统,其特征在于,所述电源管理系统设有两块PCB板,所述PCB板包括用于放置CPU及连接外围电路的主板和用于放置继电器的继电器板,所述继电器板用于功率的对外输出,主板与继电器板通过60PIN的板对板插座及40根过大电流的短脚针对插连接。
3.根据权利要求2所述的基于车载工程机械的电源管理系统,其特征在于,所述主板包括顶层、底层、两层信号层、一层电源层、一层地层,顶层及底层主要用于摆放元器件及走大电流的铜箔,两层信号层用于信号线的连接,电源层及地层为功率输出层。
4.根据权利要求3所述的基于车载工程机械的电源管理系统,其特征在于,所述主板上设有集成GPS定位模块、GPRS无线通信模块,GPS定位模块用于对工程机械所处的地理位置进行定位,GPRS无线通信模块用于远程检测工程机械的运行状况。
5.根据权利要求1所述的基于车载工程机械的电源管理系统,其特征在于,所述继电器输出包括全功能输出和继电器直接输出,所述全功能输出通过继电器线圈控制端引出,所述继电器直接输出为继电器线圈控制端对外封闭,继电器常开触点经过并联的四个保险丝同时对外开放。
6.根据权利要求1所述的基于车载工程机械的电源管理系统,其特征在于,所述电源管理系统驱动总电流为100A。
7.根据权利要求1所述的基于车载工程机械的电源管理系统,其特征在于,所述电源管理系统对输出通道进行状态监控,所述软件对短路、断路状态进行实时监控,硬件具有对电气设备过流、短路识别和保护功能,电气设备异常信息可通过CAN通讯发送至车载显示屏。
8.根据权利要求1所述的基于车载工程机械的电源管理系统,其特征在于,所述电源管理系统采用集中控制方式,继电器采用全功能控制和程序控制两种方式。
9.根据权利要求1所述的基于车载工程机械的电源管理系统,其特征在于,所述电源管理系统所有器件为工业级器件,工作环境温度为-30℃~+70℃,存储温度为-40℃~+70℃。
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