CN112141022B - 电子控制系统及交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子控制系统及交通工具，包括微控制模块、驱动模块及连接所述微控制模块与所述驱动模块的数据保持模块，微控制模块用于接收一输入信号并根据所述输入信号输出控制信号，驱动模块用于接收所述控制信号并根据所述控制信号输出驱动信号；数据保持模块能够在一错误信号有效和/或所述微控制模块掉电时使所述控制信号保持上一状态输出，以保持掉电前或系统产生错误前的状态，从而实现控制信号的输出保持，提升了电子控制系统的安全性能，并且数据保持模块可以用较简单的逻辑器件搭建完成，硬件成本很低，结构较为简单。

Description

电子控制系统及交通工具

技术领域

本发明涉及交通工具电子控制技术领域，尤其涉及一种电子控制系统及交通工具。

背景技术

随着科技的发展，电子技术在交通工具上的应用越来越多，电子技术的应用程度已成为提升交通工具技术水平的重要标志。就当前情况而言，交通工具电子技术分为两大类：汽车电子控制系统，如ABS、电控燃油喷射等；车载电子装置，如车载多媒体系统、车载通信系统等。

由于电子信息技术的发展，以及近年来嵌入式系统、局域网CAN和数据总线技术的成熟，汽车电子控制系统的集成成为汽车技术发展的必然趋势。其中，车身控制系统(BodyControl Module，BCM)经过发展形成两种主要模式：多模块的分布式控制系统或者单模块的中央控制系统。

其中，分布式车身控制系统可以包括：中央控制模块、后车身控制模块、门控模块及防盗控制模块等等，模块之间通过CAN/LIN网络进行通讯，分布式控制可以显著提高车身控制系统的稳定性，避免了因为单模块故障导致整个车身控制系统失效，且多模块之间通过CAN/LIN网络进行通讯保证了信号传输的实时性，其劣势是成本高。

中央控制车身控制系统采用单模块控制，该模块完成采集全部的输入信号、驱动全部的负载、对CAN/LIN之间的通讯信息及诊断数据进行分析处理等全部控制功能。中央控制车身控制系统通常包括微控制模块和驱动模块，微控制模块根据一输入信号输出控制信号给驱动模块，所述驱动模块再输出驱动信号驱动车载电气负载工作，中央控制车身控制系统虽然成本较低，但是车辆发动机启动时，会消耗60A甚至更大的电流，造成电压瞬间下降，导致微控制模块发生掉电，从而导致车辆启动失败，并且微控制模块也会因为系统失效、随机失效、程序跑飞等原因，使一错误信号有效，出于功能安全的考虑，当车身控制系统发生严重的系统故障时，要求仍能保持某些基本功能，例如近光灯、雨刮、刹车灯。但在微控制模块掉电或系统产生错误的状态下，现有的车身控制系统无法正常的工作，也就无法维持车辆的基本功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子控制系统及交通工具，能够在微控制模块掉电和/或系统产生错误状态下，电子控制系统也能正常的工作。

为了达到上述目的，本发明提供了一种电子控制系统，包括：

微控制模块，用于接收一输入信号并根据所述输入信号输出控制信号；

驱动模块，用于接收所述控制信号并根据所述控制信号输出驱动信号；

数据保持模块，连接所述微控制模块与所述驱动模块以传输所述控制信号，并在一错误信号有效和/或所述微控制模块掉电时使所述控制信号保持上一状态输出。

可选的，所述输入信号、所述控制信号及所述错误信号均为电平信号。

可选的，所述数据保持模块包括：

锁存单元，所述锁存单元的数据输入端连接所述微控制模块，数据输出端连接所述驱动模块，置位端连接一高电平信号，复位端与所述微控制模块连接，并在传输所述控制信号时为低电平，在所述错误信号有效和/或所述微控制模块掉电时跳变为高电平；

开关单元，与所述锁存单元的时钟驱动端连接，用于接收所述错误信号，并控制所述锁存单元的时钟驱动端的电平高低。

可选的，所述开关单元包括一三极管及电阻负载，所述错误信号从所述三极管的控制端输入，所述电阻负载并联在所述三极管的输出端与接地端之间，且所述三极管的输出端与所述锁存单元的时钟驱动端连接，接地端接地。

可选的，所述锁存单元包括D触发器。

可选的，所述驱动模块包括高边驱动模块或低边驱动模块。

可选的，所述驱动模块输出驱动信号以驱动车载电气负载工作，所述车载电气负载包括车载继电器模块、指示灯模块、空调模块、车窗模块、车门锁模块或雨刮模块中的一种或多种。

可选的，所述微控制模块输出n路控制信号，以使所述驱动模块输出n路驱动信号驱动n路车载电气负载工作，所述微控制模块输出的每路控制信号均连接一个所述数据保持模块，以使一个所述数据保持模块传输一路控制信号，其中n大于或等于1。

可选的，所述微控制模块输出n路控制信号，以使所述驱动模块输出n路驱动信号驱动n路所述车载电气负载工作，所述数据保持模块具有n个通道，以使每个通道传输一路驱动信号，其中n大于或等于1。

可选的，述电子控制系统还包括：

电源模块，与所述微控制模块连接，用于将一外部电压转换为设定电压为所述微控制模块供电。

本发明还提供了一种交通工具，所述交通工具包括所述电子控制系统。

在本发明提供的电子控制系统及交通工具中，包括微控制模块、驱动模块及连接所述微控制模块与所述驱动模块的数据保持模块，微控制模块用于接收一输入信号并根据所述输入信号输出控制信号，驱动模块用于接收所述控制信号并根据所述控制信号输出驱动信号；数据保持模块能够在一错误信号有效和/或所述微控制模块掉电时使所述控制信号保持上一状态输出，以保持掉电前或系统产生错误前的状态，从而实现控制信号的输出保持，提升了电子控制系统的安全性能，并且数据保持模块可以用较简单的逻辑器件搭建完成，硬件成本很低，结构较为简单。

附图说明

图1为一种车身控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电子控制系统的结构示意图；

其中，附图标记为：

01-第一微控制模块；02-第二微控制模块；03-或门逻辑电路；04-驱动模块；

10-微控制模块；20-驱动模块；30-数据保持模块；31-开关单元；32-锁存单元；40-电源模块；50-供电模块；60-输入信号模块；

K1-供电开关；K2-数据开关；

A/B-车载电气负载；C1/C2-控制信号；Q1/Q2-驱动信号；

E-高电平信号。

具体实施方式

图1为一种双微控制模块的车身控制系统的结构示意图，所述车身控制系统包括第一微控制模块01、第二微控制模块02、或门逻辑电路03及驱动模块04，所述或门逻辑电路03的一端连接所述第一微控制模块01及所述第二微控制模块02，另一端连接所述驱动模块04，所述第一微控制模块01、第二微控制模块02均用于接收输入信号，并分别根据所述输入信号输出控制信号，所述或门逻辑电路03接收两路控制信号并通过逻辑运算后输入所述驱动模块04中。这种双微控制模块的车身控制系统可以解决任一微控制模块掉电的问题，但是由于采用了两个微控制模块，所以硬件成本较高，开发成本也很高，另外，也需要开发两个微控制模块的软件，并且两个微控制模块要协同工作，系统复杂度较高。

基于此，本发明提供了一种电子控制系统及交通工具，包括微控制模块、驱动模块及连接所述微控制模块与所述驱动模块的数据保持模块，微控制模块用于接收一输入信号并根据所述输入信号输出控制信号，驱动模块用于接收所述控制信号并根据所述控制信号输出驱动信号；数据保持模块能够在一错误信号有效和/或所述微控制模块掉电时使所述控制信号保持上一状态输出，以保持掉电前或系统产生错误前的状态，从而实现控制信号的输出保持，提升了电子控制系统的安全性能，并且数据保持模块可以用较简单的逻辑器件搭建完成，硬件成本很低，结构较为简单。

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图2，本实施例提供了一种电子控制系统，包括：

微控制模块10，用于接收一输入信号并根据所述输入信号输出控制信号；

驱动模块20，用于接收所述控制信号并根据所述控制信号输出驱动信号；

数据保持模块30，连接所述微控制模块10与所述驱动模块20以传输所述控制信号，并在一错误信号有效和/或所述微控制模块掉电时使所述控制信号保持上一状态输出。

具体的，本实施将以所述电子控制系统是一汽车中的车身控制系统为例进行详细说明，其中，如图1所示，供电模块50是整车电源，位于所述电子控制系统外部，所述供电模块50与所述微控制模块10连接以为所述微控制模块10供电，可选的，所述供电模块50与所述微控制模块10之间可以设置一供电开关K1，以控制所述供电模块50与所述微控制模块10的通断。所述电子控制系统还包括一与所述微控制模块10连接的电源模块40，所述供电模块50具体是与所述电源模块40连接的，所述电源模块40将所述供电模块50输入的外部电压转换为设定电压为所述微控制模块10供电。例如，所述供电模块50输入的外部电压为12V，所述电源模块40将12V的外部电压转换为5V的电平电压给所述微控制模块10供电。

进一步，输入信号模块60位于所述电子控制系统外部，包括若干个并联的数据开关K2，通过所述数据开关K2的通断产生输入信号给所述微控制模块10，本实施例中，所述数据开关K2的数量为两个，其他实施例中，所述数据开关K2的数量还可以是三个、四个或五个等。所述微控制模块10接收所述输入信号，并输出所述控制信号给所述驱动模块20，所述驱动模块20根据所述驱动模块20输出所述驱动信号(功率信号)以驱动所述电子控制系统外的车载电气负载。可以理解的是，所述交通工具启动时，会消耗60A甚至更大的电流，造成电压瞬间下降，导致微控制模块10掉电，所述微控制模块10无法正常的工作；或者，所述电子控制系统在正常状态下，所述错误信号为低电平(无效)，当所述电子控制系统发生系统失效、随机失效或程序跑飞时，所述微控制模块10无法正常的工作，所述电子控制系统会将所述错误信号置为高电平(有效)，本实施例中，将所述错误信号反馈进所述数据保持模块30中，从而使所述数据保持模块30能够在所述错误信号有效时和/或所述微控制模块10掉电时使所述控制信号保持上一状态输出。

可以理解的是，所述输入信号、所述控制信号及所述错误信号均为电平信号。例如，所述输入信号为“0”时表示不分配电压，所述车载电气负载不工作，所述输入信号为“1”时表示分配电压驱动所述车载电气负载工作。由于交通工具的车载电气负载具有多种，例如车载继电器模块、指示灯模块、空调模块、车窗模块、车门锁模块或雨刮模块中的一种或多种，为了保证安全，这些车载电气负载均需要在车辆启动时随时可以工作。为了控制不同的车载电气负载工作，所述微控制模块10可能需要输出若干路控制信号去控制所述不同的车载电气负载工作，例如，当所述车载电气负载具有n路时(n大于或等于1)，所述微控制模块10需要输出n路控制信号，以使所述驱动模块20输出n路驱动信号驱动n路车载电气负载工作，所述微控制模块10输出的每路控制信号均连接一个所述数据保持模块30，以使一个所述数据保持模块30传输一路控制信号；或者，所述微控制模块10输出n路控制信号，以使所述驱动模块20输出n路驱动信号驱动n路所述车载电气负载工作，所述数据保持模块30具有n个通道，以使每个通道传输一路驱动信号。进一步，所述错误信号无效时通常是低电平“0”，当所述错误信号有效时，将所述错误信号置“1”。

当然，对于没有安全隐患的车载电气负载(启动与否不会对所述交通工具的安全造成影响的车载电气负载)，所述微控制模块10输出的控制信号通过或不通过所述数据保持模块30均可。

所述数据保持模块30位于所述微控制模块10与所述驱动模块20之间用于传输控制信号，但为了在系统失效、随机失效或车辆启动时依然保持所述车载电气负载的供电，本实施例中，所述数据保持模块30还需要在错误信号有效和/或所述微控制模块10掉电时使所述控制信号保持上一状态输出。如图2所示，本实施例中，所述数据保持模块30包括锁存单元32及开关单元31，所述锁存单元32数据输入端连接所述微控制模块10，数据输出端连接所述驱动模块20，置位端连接一高电平信号，复位端与所述微控制模块10连接，所述复位端在所述数据保持模块30传输所述控制信号时为低电平，在所述错误信号有效和/或所述微控制模块10掉电时跳变为高电平。所述开关单元31用于接收所述错误信号，并在所述错误信号有效时打开并控制所述锁存单元32的时钟驱动端的电平高低。

如图2所示，所述车载电气负载例如是两个(车载电气负载A和车载电气负载B)，所述微控制模块10输出两路控制信号(控制信号C1和控制信号C2)给所述驱动模块20，所述驱动模块20输出两路驱动信号(驱动信号Q1和驱动信号Q2)控制两个车载电气负载工作，本实施例中，所述锁存单元32是一D触发器(型号例如是74HC74D)，所述D触发器具有两个通道(通道1和通道2)，每个通道相当于一个独立的D触发器并分别用于传输所述控制信号C1和控制信号C2。具体的，所述微控制模块10输出两路所述控制信号C1和控制信号C2分别接到通道1和通道2的数据输入端(2号引脚和12号引脚的D端)；通道1和通道2的数据输出端(9号引脚和5号引脚的Q端)分别将所述控制信号C1和控制信号C2输入所述驱动模块20中；通道1和通道2的时钟驱动端(3号引脚和11号引脚的CLK端)连接所述开关单元31的输出端及所述微控制模块10的系统时钟；通道1和通道2的复位端(1号引脚和13号引脚的CL端)连接所述微控制模块10，且所述复位端在所述锁存单元32传输所述控制信号时为低电平，由于所述微控制模块10在掉电、系统失效、随机失效或程序跑飞时均能够产生反应(具体以输出反应信号的形式)，所以将所述复位端与所述微控制模块10连接，可以通过逻辑电路处理反应信号使得在所述错误信号有效和/或所述微控制模块10掉电时所述复位端跳变为高电平；通道1和通道2的置位端(10号引脚和4号引脚的PR端)连接一高电平信号E，使得所述置位端一直是高电平。

所述开关单元31是一三极管开关电路，其包括一三极管VT及一电阻负载Rx，所述错误信号从所述三极管VT的控制端输入，所述电阻负载Rx并联在所述三极管VT的输出端与接地端之间，且所述三极管VT的输出端与所述锁存单元32的时钟驱动端连接，接地端接地GND。进一步，所述锁存单元32的时钟驱动端例如是一低电平，当所述错误信号为低电平时，所述错误信号无效，则所述三极管VT关断，所述锁存单元32的时钟驱动端一直保持低电平；当所述错误信号为高电平时，所述错误信号有效，则所述三极管VT开启，所述电阻负载Rx上具有一压降，所以所述三极管VT的输出端向所述锁存单元32的时钟驱动端输入高电平，使所述锁存单元32的时钟驱动端产生电平跳变，触发所述锁存单元32的数据锁存功能。

为了更详细的说明本实施例中所述数据保持模块30的作用，以下给出了一种D触发器的真值表：

编号

PR

CL

CLK

D

Q

/Q

1

L

H

X

L/H

L/H

H/L

2

H

L

X

L/H

L/H

H/L

3

L

L

X

L/H

L/H

H/L

4

H

H

↑

X

上一状态Q

上一状态/Q

其中，L表示低电平，H表示高电平，X表示无关，_↑表示上升沿跳变。

上表中，当所述D触发器处于编号为2的工作模式时(置位端为高电平，复位端为低电平)，所述D触发器仅用于传输数据，当所述D触发器处于编号为4的工作模式时(置位端为高电平，复位端为高电平)，所述D触发器实现数据锁存，其他两种工作模式中(置位端为低电平，复位端为高电平或低电平)，所述D触发器可以起到其他的作用，由于这两种工作模式与本案无关，所以这里不过多描述。本实施例中，所述D触发器的置位端始终需要保持高电平，所以所述锁存单元32的置位端连接所述高电平信号E。而所述复位端则是需要在所述锁存单元32传输所述控制信号时为低电平，在所述错误信号有效和/或所述微控制模块10掉电时(时钟驱动端上升沿跳变时)跳变为高电平。

可见，正常情况下，将所述错误信号反馈给所述开关单元31中的三极管VT，当所述错误信号无效时，所述开关单元31中三极管关断，此时，所述锁存单元32的置位端为高电平，复位端为低电平，通道1和通道2分别将所述控制信号C1和控制信号C2传输给所述驱动模块20，正常的驱动车载电气负载A和车载电气负载B工作。当出现系统失效、随机失效或所述微控制模块10掉电时，所述错误信号有效，所述开关单元31中的三极管打开，输出高电平至通道1和通道2的时钟驱动端，从而使得所述时钟驱动端上升沿跳变，同时所述复位端也跳变为高电平，此时由于所述锁存单元32的锁存作用，在所述时钟驱动端上升沿到来时可以使通道1和通道2的数据输出端保持时钟驱动端跳变前的状态，也即使所述控制信号保持上一状态输出，从而正常的驱动所述车载电气负载工作，从而提升了交通工具的安全性能。

可以理解的是，所述驱动模块20包括高边驱动模块(电源端驱动)或低边驱动模块(地端驱动)，所述车载电气负载及所述数据保持模块30也可以是其他形式，只要能实现本实施例中提到的功能即可，在此不再一一举例说明。

基于此，如图2所示，本实施例还提供了一种交通工具，所述交通工具包括所述电子控制系统。

综上，在本发明实施例提供的电子控制系统及交通工具中，包括微控制模块、驱动模块及连接所述微控制模块与所述驱动模块的数据保持模块，微控制模块用于接收一输入信号并根据所述输入信号输出控制信号，驱动模块用于接收所述控制信号并根据所述控制信号输出驱动信号；数据保持模块能够在一错误信号有效和/或所述微控制模块掉电时使所述控制信号保持上一状态输出，以保持掉电前或系统产生错误前的状态，从而实现控制信号的输出保持，提升了电子控制系统的安全性能，并且数据保持模块可以用较简单的逻辑器件搭建完成，硬件成本很低，结构较为简单。

需要说明的是，尽管上文提到的方法是以机动车辆为背景进行描述。但是，本文所公开的系统和方法可应用于各种类型的交通工具，包括机动车辆、汽车、卡车、其他陆地交通工具、船舶、飞行器、远程操作交通工具，等等。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子控制系统，其特征在于，包括：

微控制模块，用于接收输入信号并根据所述输入信号输出控制信号；

驱动模块，用于接收所述控制信号并根据所述控制信号输出驱动信号；

数据保持模块，连接所述微控制模块与所述驱动模块以传输所述控制信号，并在一错误信号有效和/或所述微控制模块掉电时使所述控制信号保持上一状态输出，当所述微控制模块发生系统失效、随机失效或程序跑飞时，所述错误信号有效；

所述数据保持模块包括：

锁存单元，所述锁存单元的数据输入端连接所述微控制模块，数据输出端连接所述驱动模块，置位端连接一高电平信号，复位端与所述微控制模块连接，所述复位端在所述锁存单元传输所述控制信号时为低电平，在所述错误信号有效和/或所述微控制模块掉电时跳变为高电平；

开关单元，与所述锁存单元的时钟驱动端连接，用于接收所述错误信号，并控制所述锁存单元的时钟驱动端的电平高低。

2.如权利要求1所述的电子控制系统，其特征在于，所述输入信号、所述控制信号及所述错误信号均为电平信号。

3.如权利要求1所述的电子控制系统，其特征在于，所述开关单元包括一三极管及电阻负载，所述错误信号从所述三极管的控制端输入，所述电阻负载并联在所述三极管的输出端与接地端之间，且所述三极管的输出端与所述锁存单元的时钟驱动端连接，接地端接地。

4.如权利要求1所述的电子控制系统，其特征在于，所述锁存单元包括D触发器。

5.如权利要求1所述的电子控制系统，其特征在于，所述驱动模块包括高边驱动模块或低边驱动模块。

6.如权利要求1或5所述的电子控制系统，其特征在于，所述驱动模块输出驱动信号以驱动车载电气负载工作，所述车载电气负载包括车载继电器模块、指示灯模块、空调模块、车窗模块、车门锁模块或雨刮模块中的一种或多种。

7.如权利要求6所述的电子控制系统，其特征在于，所述微控制模块输出n路控制信号，以使所述驱动模块输出n路驱动信号驱动n路车载电气负载工作，所述微控制模块输出的每路控制信号均连接一个所述数据保持模块，以使一个所述数据保持模块传输一路控制信号，其中n大于或等于1。

8.如权利要求6所述的电子控制系统，其特征在于，所述微控制模块输出n路控制信号，以使所述驱动模块输出n路驱动信号驱动n路所述车载电气负载工作，所述数据保持模块具有n个通道，以使每个通道传输一路驱动信号，其中n大于或等于1。

9.如权利要求1所述的电子控制系统，其特征在于，所述电子控制系统还包括：

电源模块，与所述微控制模块连接，用于将一外部电压转换为设定电压为所述微控制模块供电。

10.一种交通工具，其特征在于，所述交通工具包括如权利要求1～9任一项所述的电子控制系统。

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