CN113147633B - 电源分配模块及车身控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的电源分配模块包括主控制单元、微控制单元、输出驱动单元及坡行控制单元；主控制单元与微控制单元连接，用于驱动微控制单元运行和监测微控制单元之运行状态；输出驱动单元与微控制单元通信连接；坡行控制单元分别与主控制单元和输出驱动单元连接；主控制单元用于根据微控制单元之运行状态的变化以启停坡行控制单元；输出驱动单元还与坡行控制单元形成一反馈回路；坡行控制单元被配置为，当主控制单元监测所述微控制单元之运行状态为失效时，通过反馈回路接收输出驱动单元反馈的驱动信号，并驱动输出驱动单元输出所述驱动信号。通过配置坡行控制单元，可在微控制单元失效时保持电源分配模块的电源状态。

Description

电源分配模块及车身控制器
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种电源分配模块及车身控制器。
背景技术
对于整车而言，电源分配管理系统保证了汽车在使用过程中的可靠供电。考虑到各场景模式下供电要求的不同，汽车电源分配系统被划分为OFF、ACC、RUN和CRANK四个模式，其中，OFF模式下，汽车电源未通电；ACC模式下，汽车通电，但仅车窗和雨刮可用，空调可以开启却无法制冷制热；RUN模式，汽车的发动机处于运行状态，空调可以制冷制热；CRANK模式下，汽车的发动机处于发动状态，需要较高的电压供电。
目前，电源分配管理系统通常是在车身控制器中实现，方案上包括软件和硬件两部分。软件层面需要基于不同的场景模式去驱动汽车对应的继电器，以保证整车电源的准确切换；硬件层面则需要保证继电器可被可靠驱动。考虑到电源和整车安全有着极为紧密的关系，主机厂对此功能有着极高的功能安全需求，因此，除了保证正常场景下的电源模式的切换，电源分配管理系统还需要保证非预期场景，如MCU失效，整车的可靠供电。
现有的电源分配管理系统通常采用备份式控制的设计，即电源分配管理系统内包括多个电源分配管理模块，一个电源分配模块失效后，启动另一个电源分配管理模块供电。现有的电源分配管理系统有以下不足：由于具有多个电源分配管理模块，其设计的电路会消耗更多的电能，导致车身控制器产生更高的静态电流；MCU的状态没有被有效地监控，无法在MCU失效时立即切换或维持电源状态；需要更多的硬件资源，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源分配模块及车身控制器，以解决现有对于汽车的电源分配管理系统具有冗余的备份设计、无法在MCU失效时立即切换或维持电源状态、需要更多的硬件资源的问题。
为解决上述技术问题，基于本发明的一个方面，本发明提供一种电源分配模块，其包括：主控制单元、微控制单元、输出驱动单元及坡行控制单元；
所述主控制单元与所述微控制单元连接，用于驱动所述微控制单元运行，还用于监测所述微控制单元之运行状态；
所述输出驱动单元与所述微控制单元通信连接，用于输出驱动信号以驱动外接设备运行；
所述坡行控制单元分别与所述主控制单元和所述输出驱动单元连接；所述主控制单元用于根据所述微控制单元之运行状态的变化以启停所述坡行控制单元；所述输出驱动单元还与所述坡行控制单元形成一反馈回路；
所述坡行控制单元被配置为，当所述主控制单元监测所述微控制单元之运行状态为失效时，通过所述反馈回路接收所述输出驱动单元反馈的驱动信号，并驱动所述输出驱动单元输出所述驱动信号。
可选的，当所述主控制单元监测所述微控制单元之运行状态为失效时，所述主控制单元还用于驱动所述微控制单元复位至失效之前的运行状态。
可选的，所述主控制单元周期性地采集所述微控制单元表示运行状态的监测信号，并根据所述监测信号的变化判断所述微控制单元之运行状态的变化。
可选的，所述主控制单元在预设时间内采集到所述监测信号为异常的次数达到第一预设次数，或所述主控制单元在预设时间采集到所述监测信号的次数小于第二预设次数，所述微控制单元被确定为失效。
可选的，所述第一预设次数和所述第二预设次数均不小于2。
可选的，所述主控制单元的至少一部分被配置为看门狗芯片。
可选的，所述电源分配模块还包括稳压单元，所述稳压单元分别外接电源电压和接入所述主控制单元，用于使所述电源电压保持至预设电压值，以向所述主控制单元供电。
可选的，所述坡行控制单元包括PNP型三极管，所述PNP型三极管的基极与所述主控制单元连接；发射极与所述输出驱动单元的输出端连接形成所述反馈回路；集电极与所述输出驱动单元的输入端连接。
可选的，所述微控制单元通过SPI总线实现与所述输出驱动单元通信连接。
基于本发明的另一个方面，本发明还提供一种车身控制器，其包括如上所述的电源分配模块。
综上所述，本发明提供的电源分配模块包括主控制单元、微控制单元、输出驱动单元及坡行控制单元；所述主控制单元与所述微控制单元连接，用于驱动所述微控制单元运行，还用于监测所述微控制单元之运行状态；所述输出驱动单元与所述微控制单元通信连接，用于输出驱动信号以驱动外接设备运行；所述坡行控制单元分别与所述主控制单元和所述输出驱动单元连接；所述主控制单元用于根据所述微控制单元之运行状态的变化以启停所述坡行控制单元；所述输出驱动单元还与所述坡行控制单元形成一反馈回路；所述坡行控制单元被配置为，当所述主控制单元监测所述微控制单元之运行状态为失效时，通过所述反馈回路接收所述输出驱动单元反馈的驱动信号，并驱动所述输出驱动单元输出所述驱动信号。通过配置主控制单元和坡行控制单元，可以使主控制单元有效地监控到微控制单元的运行状态，并在微控制单元失效的瞬间使坡行控制单元驱动输出驱动单元输出原始的驱动信号，从而保持了电源分配模块的电源状态。此外，坡行控制单元的设置，还可避免现有技术冗余的设计，消耗更多的电能，避免车身控制器产生较高的静态电流；无需更多的硬件资源，节省成本。
附图说明
本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是本发明一实施例的电源分配模块的示意图；
图2是本发明一实施例的稳压单元的示意图。
图3是本发明一实施例的主控制单元的运行模式的跳转图。
附图中：
10-主控制单元；20-微控制单元；30-输出驱动单元；40-坡行控制单元；50-稳压单元；34-反馈回路；Battery-电源电压。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。
本实施例提供一种电源分配模块及车身控制器，以解决现有对于汽车的电源分配管理系统具有冗余的备份设计、无法在MCU失效时立即切换或维持电源状态、需要更多的硬件资源的问题。
以下请参考附图进行描述。
如图1所示，图1是本发明一实施例的电源分配模块的示意图，本实施例提供一种电源分配模块，其包括：主控制单元10、微控制单元20(MCU)、输出驱动单元30及坡行控制单元40；所述主控制单元10与所述微控制单元20连接，用于驱动所述微控制单元20运行，还用于监测所述微控制单元20之运行状态；所述输出驱动单元30与所述微控制单元20通信连接(具体，通过SPI总线实现通信连接)，用于输出驱动信号以驱动外接设备运行，具体地，驱动汽车的雨刮、外灯、空调等运行；所述坡行控制单元40分别与所述主控制单元10和所述输出驱动单元30连接；所述主控制单元10用于根据所述微控制单元20之运行状态的变化以启停所述坡行控制单元40；所述输出驱动单元30还与所述坡行控制单元40形成一反馈回路34；所述坡行控制单元40被配置为，当所述主控制单元10监测所述微控制单元20之运行状态为失效时，通过所述反馈回路34接收所述输出驱动单元30反馈的驱动信号，并驱动所述输出驱动单元30输出所述驱动信号。具体地，主控制单元10监测微控制单元20的运行状态为正常，主控制单元10持续向微控制单元20供电以驱动微控制单元20运行；主控制单元10监测微控制单元20的运行状态为失效(这里的失效，可理解为微控制单元20非正常驱动输出驱动单元30，或无法驱动输出驱动单元30)，主控制单元10使能坡行控制单元40，使坡行控制单元40运行，通过反馈回路34接收输出驱动单元30反馈的输出驱动信号，并驱动输出驱动单元30保持原始状态输出原始的驱动信号。通过配置主控制单元10和坡行控制单元40，可以使主控制单元10有效地监控到微控制单元20的运行状态，并在微控制单元20失效的瞬间使坡行控制单元40驱动输出驱动单元30输出原始的驱动信号，从而保持了电源分配模块的电源状态。需说明，现有技术中的电源分配模块，相当于去掉图1中的坡行控制单元40，输出驱动单元30仅与微控制单元20连接，而电源分配管理系统包括了多个如此设计的电源分配模块，如此，坡行控制单元40的设置，还可避免现有技术冗余的设计，消耗更多的电能，避免车身控制器产生较高的静态电流；无需更多的硬件资源，节省成本。
进一步，所述坡行控制单元40包括PNP型三极管，所述PNP型三极管的基极与所述主控制单元10连接；发射极与所述输出驱动单元30的输出端连接形成所述反馈回路34；集电极与所述输出驱动单元30的输入端连接。
可选的，当所述主控制单元10监测所述微控制单元20之运行状态为失效时，所述主控制单元10还用于驱动所述微控制单元20复位至失效之前的运行状态。如此设置，使微控制单元20后续持续稳定地驱动输出驱动单元30运行。
进一步，所述主控制单元10周期性地采集所述微控制单元20表示运行状态的监测信号，并根据所述监测信号的变化判断所述微控制单元20之运行状态的变化。
更进一步，所述主控制单元10在预设时间内采集到所述监测信号为异常的次数达到第一预设次数，或所述主控制单元10在预设时间采集到所述监测信号的次数小于第二预设次数，所述微控制单元20被确定为失效。需说明，这里的异常，包括但不限于监测信号减弱、监测信号频谱段紊乱、监测信号波长改变。可选的，所述第一预设次数和所述第二预设次数均不小于2。在一示范性的实施例中，主控制单元10在预设时间内(比如1min)，采集的监测信号为异常的次数达到两次，则确定微控制单元20失效；或者，在预设时间内(比如1min)，主控制单元10采集到的监测信号(这里监测信号是正常状态)的次数(包括零次)小于两次，则确定微控制单元20失效。
优选地，所述主控制单元10的至少一部分被配置为看门狗芯片，主控制单元10利用自身具有的看门狗功能检测微控制微控制单元20的运行状态，可理解为主控制单元10上具有一写入看门狗程序的存储介质，从而实现看门狗功能。基于此，上文所述的检测信号，这里相应地可配置为喂狗信号，即主控制单元10周期性地采集微控制单元20传递的喂狗信号。应理解，看门狗就是定期的查看芯片内部的情况，一旦发生错误就向芯片发出重启信号的电路，看门狗命令在程序的中断中拥有最高的优先级，防止程序跑飞，也可以防止程序在线运行时候出现死循环。本实施例配置看门狗，基于看门狗的最高优先级，可使所述的电源分配模块运行更稳定。
优选地，所述电源分配模块还包括稳压单元50，所述稳压单元50分别外接电源电压Battery(比如蓄电池)和接入所述主控制单元10，用于使所述电源电压Battery保持至预设电压值，以向所述主控制单元10供电。当蓄电池供给的电压高于所述预设电压值时，比如蓄电池充满在14V，稳压单元50用于将蓄电池供给的电压降压至所述预设电压值(通常12V)；当蓄电池供给的电压低于预设电压值时(因发动机启动，电压短暂过低)，稳压单元50用于蓄电池供给的电压升压至所述预设电压值(通常12v)。通过设置稳压单元50，可为主控制单元10提供稳定的供电电压，使主控制单元10稳定运行。
在一个示范性的实施例中，请参考图2，图2是本发明一实施例的稳压单元50的示意图，图2示出的稳压单元50包括一升压电路，所述升压电路两个二极管D1和D2、两个电容器C1和C2、一个MOS管T、接地电阻R、电感L，上述元件按照图2的方式连接，对于其具体连接方式及工作原理本领域技术人员可根据现有技术获悉，本实施例在此不做详细说明。图2中，升压电路的输入端外接电源电压Battery，输出端接入主控制单元10，具体图2中的Boost-12V端接入主控制单元10，用于将电源电压Battery升压至预设电压值(图2中示出的预设电压值为12V)，而后向主控制单元10供电。在其他一些实施例中，稳压单元50还可包括一降压电路，本领域技术人员可相应地配置，这里不再描述。
以下本实施例以PNP三极管，主控制单元10用于监控的功能为看门狗为例，结合图1和图3对所述的电源分配模块的结构和工作原理作进一步说明，其中，图3是本发明一实施例的主控制单元的运行模式的跳转图。
请参考图1，主控制单元10通过自身的Power_5V引脚向微控制单元20提供稳定的5V供电，通过自身的Reset_Output_SBC引脚使微控制单元20复位至失效之前的运行状态，通过自身的Fail_Output_1引脚与PNP三极管的基极连接。
以下请继续参考图3，并结合参考图1。初始模式下，主控制单元10通过Power_5V引脚向微控制单元20使能，使微控制单元20开始正常运行；正常模式下，主控制单元10持续向微控制单元20供电，使微控制单元20稳定正常运行，且微控制单元20通过SPI总线驱动输出驱动单元30输出稳定的驱动信号PDU_Control_Signal；Limp-home模式下，微控制单元20在一定时间内向主控制单元10两次(次数可根实际需求设定)喂狗失效，即主控制单元10在一定时间内两次未采集到微控制单元20传递的喂狗信号SPI_WD_MCU或者采集的喂狗信号SPI_WD_MCU异常，此时主控制单元10通过Reset_Output_SBC引脚使微控制单元20复位至失效之前的运行状态，并同时使能Fail_Output_1引脚使PNP三极管运行，此时三极管的发射极接收输出驱动单元30的反馈信号IDH_Fd(实际上即是驱动信号PDU_Control_Signal)，而后通过集电极向输出驱动单元30的输入端输入信号ODH_Ctrl，以驱动输出驱动单元30在微控制单元20失效的瞬间保持输出驱动信号PDU_Control_Signal。本发明可以在微控制单元20失效的瞬间切换至Limp-home模式，响应速度快。
基于上述的电源分配模块，本实施例还提供一种车身控制器，其包括如上所述的电源分配模块。应理解，由于所述的车身控制器包括如上所述的电源分配模块，故所述的车身控制器也具有如上所述的电源分配模块带来的有益效果，本实施例对车身控制器的工作原理及其他结构不做具体说明，本领域技术人员可根据公知技术配置。
综上所述，本发明提供的电源分配模块包括主控制单元、微控制单元、输出驱动单元及坡行控制单元；所述主控制单元与所述微控制单元连接，用于驱动所述微控制单元运行，还用于监测所述微控制单元之运行状态；所述输出驱动单元与所述微控制单元通信连接，用于输出驱动信号以驱动外接设备运行；所述坡行控制单元分别与所述主控制单元和所述输出驱动单元连接；所述主控制单元用于根据所述微控制单元之运行状态的变化以启停所述坡行控制单元；所述输出驱动单元还与所述坡行控制单元形成一反馈回路；所述坡行控制单元被配置为，当所述主控制单元监测所述微控制单元之运行状态为失效时，通过所述反馈回路接收所述输出驱动单元反馈的驱动信号，并驱动所述输出驱动单元输出所述驱动信号。通过配置主控制单元和坡行控制单元，可以使主控制单元有效地监控到微控制单元的运行状态，并在微控制单元失效的瞬间使坡行控制单元驱动输出驱动单元输出原始的驱动信号，从而保持了电源分配模块的电源状态。此外，坡行控制单元的设置，还可避免现有技术冗余的设计，消耗更多的电能，避免车身控制器产生较高的静态电流；无需更多的硬件资源，节省成本。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种电源分配模块，其特征在于，包括：主控制单元、微控制单元、输出驱动单元及坡行控制单元；
所述主控制单元外接电源电压，且所述主控制单元与所述微控制单元连接，用于驱动所述微控制单元运行，还用于监测所述微控制单元之运行状态；
所述输出驱动单元与所述微控制单元通信连接，用于输出驱动信号以驱动外接设备运行；
所述坡行控制单元分别与所述主控制单元和所述输出驱动单元连接；所述主控制单元用于根据所述微控制单元之运行状态的变化以启停所述坡行控制单元；所述输出驱动单元还与所述坡行控制单元形成一反馈回路；
所述坡行控制单元被配置为，当所述主控制单元监测所述微控制单元之运行状态为失效时，通过所述反馈回路接收所述输出驱动单元反馈的驱动信号，并驱动所述输出驱动单元输出所述驱动信号；
所述坡行控制单元包括PNP型三极管，所述PNP型三极管的基极与所述主控制单元连接；发射极与所述输出驱动单元的输出端连接形成所述反馈回路；集电极与所述输出驱动单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的电源分配模块，其特征在于，当所述主控制单元监测所述微控制单元之运行状态为失效时，所述主控制单元还用于驱动所述微控制单元复位至失效之前的运行状态。
3.根据权利要求1所述的电源分配模块，其特征在于，所述主控制单元周期性地采集所述微控制单元表示运行状态的监测信号，并根据所述监测信号的变化判断所述微控制单元之运行状态的变化。
4.根据权利要求3所述的电源分配模块，其特征在于，所述主控制单元在预设时间内采集到所述监测信号为异常的次数达到第一预设次数，或所述主控制单元在预设时间内采集到所述监测信号的次数小于第二预设次数，所述微控制单元之运行状态被确定为失效。
5.根据权利要求4所述的电源分配模块，其特征在于，所述第一预设次数和所述第二预设次数均不小于2。
6.根据权利要求1所述的电源分配模块，其特征在于，所述主控制单元的至少一部分被配置为看门狗芯片。
7.根据权利要求1所述的电源分配模块，其特征在于，所述电源分配模块还包括稳压单元，所述稳压单元分别外接电源电压和接入所述主控制单元，用于使所述电源电压保持至预设电压值，以向所述主控制单元供电。
8.根据权利要求1所述的电源分配模块，其特征在于，所述微控制单元通过SPI总线实现与所述输出驱动单元通信连接。
9.一种车身控制器，其特征在于，包括根据权利要求1～8中任一项所述的电源分配模块。
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