CN113341779B - 轻混整车系统及其地偏移检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻混整车系统的地偏移检测装置，该系统包括多个电源网络，所述多个电源网络的负极分别以搭铁方式连接至车身地，所述装置包括：分压电路模块，其连接至车身地端口并且配置为将来自所述车身地端口的地偏移电压分压为第一偏移电压和第二偏移电压；微控制器，其配置为基于所述第一偏移电压输出相应的PWM控制信号；阈值电压转换模块，其配置为基于由所述微控制器提供的PWM控制信号输出相应的阈值电压；以及电压比较模块，其配置为将所述第二偏移电压与所述阈值电压进行比较并且在所述第二偏移电压超过所述阈值电压的情况下向所述微控制器发送报警信号。本发明还公开了一种包括该地偏移检测装置的轻混整车系统。

Description

轻混整车系统及其地偏移检测装置

技术领域

本发明涉及轻混动力车辆领域，更具体而言，本发明涉及一种用于轻混整车系统的地偏移检测装置，及包括该地偏移检测装置的轻混整车系统。

背景技术

目前，车辆整车系统对各个子系统地偏移、地丢失等情况的检测比较少见，大部分子系统都不具有地偏移检测功能。随着新能源车辆技术的多样化发展，整车上电源网络数量随之增加，例如对于48V轻混动力系统车型，其在传统的12V电源网络的基础上，额外增加了48V电源网络，用于以低成本的方式降低燃油消耗。

为了节约多个电源与负载之间的连接线，目前车辆上大多采用搭铁制的电路连接方式，即，将电源和负载的地线就近搭在车架金属机件上，利用发动机和汽车底盘的金属体作为连接各个负极的公共通道(可称之为“车身地”)。

发明内容

本发明提出了一种用于轻混整车系统中的地偏移检测装置，其能够以简单有效和成本节约的方式检测车辆中的各个电源网络的搭铁接头与参考地(也称为“系统地”或“设备地”)之间的地偏移电压，并在地偏移电压超过设定阈值时自动触发警报，由此确保轻混整车系统的良好、稳定运行。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于轻混整车系统的地偏移检测装置，所述轻混整车系统包括多个电源网络，所述多个电源网络的负极分别以搭铁方式连接至车身地，所述地偏移检测装置包括：分压电路模块，所述分压电路模块连接至车身地端口，并且配置为将来自所述车身地端口的地偏移电压分压为第一偏移电压和第二偏移电压；微控制器，所述微控制器配置为基于所述第一偏移电压输出相应的PWM控制信号；阈值电压转换模块，所述阈值电压转换模块配置为基于由所述微控制器提供的PWM控制信号输出相应的阈值电压；以及电压比较模块，所述电压比较模块配置为将所述第二偏移电压与所述阈值电压进行比较，并且在所述第二偏移电压超过所述阈值电压的情况下向所述微控制器发送报警信号。

根据一优选实施例，所述分压电路模块包括连接至车身地端口的输入端口、用于输出所述第一偏移电压的第一输出端口以及用于输出所述第二偏移电压的第二输出端口，并且还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5，其中，所述电阻R3的第一端连接至所述分压电路模块的输入端口，所述电阻R4的第一端连接至所述电阻R3的第二端并且连接至所述分压电路模块的第一输出端口，所述电阻R4的第二端连接至所述电阻R5的第一端并且连接至所述分压电路模块的第二输出端口，所述电阻R5的第二端接地，其中，所述电阻R1和所述电阻R2在所述电阻R4的第一端与5V电源之间并联连接。

根据一优选实施例，所述分压电路模块还包括并联连接在所述电阻R5的第一端与第二端之间的电容C1。

根据一优选实施例，所述阈值电压转换模块包括用于接收由所述微控制器提供的PWM控制信号的输入端口和用于输出所述阈值电压的第一输出端口，并且还包括电阻R7和电阻R8，其中，所述电阻R7的第一端连接至所述阈值电压转换模块的输入端口，所述电阻R8的第一端连接至所述电阻R7的第二端并且连接至所述阈值电压转换模块的第一输出端口，所述电阻R8的第二端接地。

根据一优选实施例，所述阈值电压转换模块还包括第二输出端口、电容C3、电阻R9以及电容C4，其中，所述电容C3并联连接在所述电阻R8的第一端与第二端之间，所述电阻R9的第一端连接至所述电阻R8的第一端，所述电阻R9的第二端连接至所述阈值电压转换模块的第二输出端口，所述电容C4的第一端连接至所述电阻R9的第二端，所述电容C4的第二端接地，并且，所述微控制器还配置为从所述阈值电压转换模块的第二输出端口采集所述阈值电压转换模块的阈值电压，并且基于所采集的阈值电压实时调整其PWM控制信号。

根据一优选实施例，所述电压比较模块包括比较器和电阻R10，其中，所述比较器的第一输入端口连接至所述分压电路模块的第二输出端口，所述比较器的第二输入端口连接至所述阈值电压转换模块的第一输出端口，并且所述比较器的输出端口连接至所述电阻R10的第一端并且连接至所述微控制器，并且所述电阻R10的第二端连接至5V电源。

根据一优选实施例，所述电压比较模块配置为：在所述第二偏移电压未超过由所述阈值电压转换模块输出的阈值电压的情况下向所述微控制器输出高电平，并且在所述第二偏移电压超过由所述阈值电压转换模块输出的阈值电压的情况下向所述微控制器输出低电平。

根据一优选实施例，在所述分压电路模块与所述微控制器之间设置有滤波电路，所述滤波电路包括电阻R6和电容C2，其中，所述电阻R6的第一端连接至所述分压电路模块的第一输出端口，所述电阻R6的第二端连接至所述电容C2的第一端并且连接至所述微控制器，所述电容C2的第二端接地。

根据本发明的第二方面，提供了一种轻混整车系统，所述轻混整车系统包括根据上文所述的地偏移检测装置。

附图说明

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的系统所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以说明，其中：

图1示出了根据本发明一示例性实施例的轻混整车系统的示意图。

图2示出了本发明一示例性实施例的用于48V轻混整车系统的地偏移检测装置的结构示意图。

图3示出了图2中的地偏移检测装置的内部电路原理图。

具体实施方式

下面将参照附图并通过实施例来描述根据本发明的轻混整车系统及其地偏移检测装置。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

图1示出了根据本发明的轻混整车系统的一个示例。如图1中所示，该轻混整车系统包括BSG(Belt-Driven Starter Generator，皮带传动启动/发电一体机)，该BSG包括电机和逆变器，该电机即可充当电动机，又可充当发电机。当充当电动机时，其借助48V电池组的电力驱动车辆行驶，此外，电机还可向空调压缩机、冷却水泵这些用电量较大的提供动力。当充当发电机时，其利用车辆制动的动能回收，将该动能转换成电能并将其回收到蓄电池当中。

根据本发明的轻混整车系统包括多个电源网络，特别是包括12V低压电池和48V动力电池，该低压电池用于向车辆内部的低压负载(如照明灯、电子阀门等)供电，该动力电池经由逆变器向电机供电。此外，轻混整车系统还包括DC/DC转换器，用于实现48V动力电池与12V低压电池之间的电力转换功能。

如图1中所示，12V低压电池和48V动力电池的负极端子彼此独立地以搭铁方式连接至车身地KL31。此外，该轻混整车系统中的各个负载也以搭铁方式连接至车身地。

由于车辆上采用的这种搭铁制连接方式，导致了不同电源或负载部件上的电流在不同的节点接入，因此可以将整个车辆的搭铁看成一条很长的电阻带。如果发生搭铁不良的现象，例如，搭铁线接头腐蚀导致电阻增大，搭铁线安装不稳，这些因素都会造成搭铁接触不良，迫使电流试图通过另外的回路，从而引发接地偏移现象的出现。

为了解决该问题，根据本发明的轻混整车系统还设置有地偏移检测装置，该地偏移检测装置可用于检测车身地的各个接入点与轻混整车系统的参考地之间的电压差，并基于该电压差判断车辆是否出现地偏移现象。其中，可选取轻混整车系统中的任一中性点作为参考地(也称为“系统地”)，作为一个优选示例，可选取动力电池的负极端子作为参考地。

进一步地，根据本发明的地偏移检测装置可将所检测的电压差与设定阈值进行比较，并且当所检测的电压差超过设定阈值时，确定车辆出现地偏移，进而发送警报信号。

作为一个示例，根据本发明的地偏移检测装置可设置在轻混整车系统的BSG中，特别是设置在BSG的逆变器中。

图2示出了本发明一示例性实施例的用于48V轻混整车系统的地偏移检测装置的结构示意图。如图2中所示，根据该实施例的地偏移检测装置包括分压电路模块、阈值电压转换模块、电压比较模块以及微控制器。

其中，分压电路模块连接至车身地KL31，并且配置为将来自车身地端口的地偏移电压分压成系统可接受的安全电压，具体地，分压电路模块可将车身地端口的地偏移电压分压为第一偏移电压V1和第二偏移电压V2。

微控制器μC配置为基于所述分压电路模块提供的第一偏移电压输出相应的PWM控制信号，该PWM控制信号可实现为0％到100％之间的占空比信号。

阈值电压转换模块与微控制器μC的PWM信号端口连接，以基于微控制器提供的占空比信号实现地偏移阈值电压的设置，该阈值电压V3作为地偏移信号的参考基准被提供给比较模块。

电压比较模块分别与分压电路模块和阈值电压转换模块连接，用于将由分压电路模块输出的第二偏移电压V2与由阈值电压转换模块设置的阈值电压V3进行比较。电压比较模块的输出端口连接至微控制器，以将比较后的信号状态输出至微控制器，例如，在第二偏移电压V2超过阈值电压V3的情况下，电压比较模块向微控制器发送报警信号，该报警信号可呈现为低电平。

根据一优选实施例，地偏移检测装置还包括滤波电路，用于对第一偏移电压V1(即，“地偏移电压采集信号”)进行滤波，并将滤波后的电压信号发送至微控制器μC。

根据本实施例的地偏移检测装置可通过将车身地KL31的地偏移电压的分压采集信号与所设置的地偏移阈值电压进行比较，一旦车身地地偏移电压的分压采集信号超过地偏移阈值电压的设置范围，则电压比较模块立即输出报警信号至微控制器μC，启动保护措施。

图3示出了图2中的地偏移检测装置的内部电路原理图。如图3中所示，分压电路模块包括连接至车身地端口的输入端口、用于输出第一偏移电压V1的第一输出端口以及用于输出第二偏移电压V2的第二输出端口，并且还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5。

其中，电源5V与电阻R1和电阻R2的一端相连，电阻R1和电阻R2的另一端与电阻R3和电阻R4的一端相连，电阻R3的另一端与车身地KL31相连，电阻R4的另一端与电阻R5串联，电阻R5的另一端与系统地GND相连。

作为一个示例，根据车身地的地偏移电压可能出现的最大允许负压、0V、最大允许正压，配置电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5的阻值，可得到处于地偏移检测装置可接受的安全电压范围内的电压值V1和电压值V2。

例如，当车身地的地偏移电压为最大允许负压时，V1电压值为0V，V2电压值为0V；当车身地的地偏移电压为0V时，V1电压值为2.5V，V2电压值为1.44V；当车身地的地偏移电压为最大允许正压时，V1电压值为5V，V2电压值为2.9V。

优选地，该分压电路模块还包括一滤波电容C1，其并联连接在电阻R5的两端，用于滤除电路中的干扰信号。

此外，图2中所示的滤波电路可以是由电阻R6和电容C2构成的RC低通滤波电路。其中，电阻R6的一端与分压电路模块中的第一输出端口相连，电阻R6的另一端与电容C2和地偏移电压的采集信号端口(该端口进一步其连接至微控制器)相连，电容C2的另一端与系统地GND相连。

分压电路模块中得到的电压值V1经过该滤波电路滤波后，可作为地偏移电压的采集信号输出至微控制器μC，使得微控制器能够实时监测车身地的地偏移电压状态。

根据该实施例所述的阈值电压转换模块包括用于接收由微控制器提供的PWM控制信号的输入端口和用于输出其设定的阈值电压V3的第一输出端口，并且还包括电阻R7和电阻R8。其中，电阻R7的第一端连接至阈值电压转换模块的输入端口，电阻R8的第一端连接至电阻R7的第二端并且连接至阈值电压转换模块的第一输出端口，电阻R8的第二端接地。

优选地，该阈值电压转换模块还可包括第二输出端口、电容C3、电阻R9以及电容C4。其中，电容C3并联连接在电阻R8的第一端与第二端之间，电阻R9的第一端连接至电阻R8的第一端，电阻R9的第二端连接至阈值电压转换模块的第二输出端口，并且电容C4的第一端连接至电阻R9的第二端，电容C4的第二端接地。

其中，微控制器还配置经由阈值电压转换模块的所述第二输出端口采集由阈值电压转换模块设定的阈值电压，并且基于所采集的阈值电压实时调整其PWM控制信号。

微控制器μC可输出为0％～100％的占空比形式的PWM信号，配置电阻R7和电阻R8的阻值，可将该占空比信号转换为模拟电压，以得到和分压电路模块中的电压值V2相匹配的阈值电压V3。

例如，当微控制器输出的占空比为0％时，V3电压值为0V，对应V2电压值为0V，即，对应车身地的地偏移电压的最大允许负压；当输出占空比为50％时，V3电压值为1.44V，对应V2电压值为1.44V，即，对应的车身地地偏移电压为0V；当输出占空比为100％时，V3电压值为2.9V，对应V2电压为2.9V，即，对应车身地地偏移电压的最大允许正压。

电容C3为滤波电容，用于滤除电路中的干扰信号。电压值V3在经过由电阻R9和电容C4组成的RC低通滤波电路滤波后，可作为地偏移阈值电压的采集信号反馈至微控制器μC，使得微控制器能够实时监测所设置的地偏移阈值电压状态。

根据本实施例所述的电压比较模块包括比较器U1和电阻R10。其中，比较器U1的I1输入端(即，“-”相端)与分压电路模块中的第二输出端口(即，对应电压V2)相连，比较器U1的I2输入端(即，“+”相端)与阈值电压转换模块中的第一输出端口(即，对应电压V3)相连，比较器的输出端口与电阻R10和地偏移电压的触发报警信号端口(该端口进一步连接至微控制器)相连，电阻R10的另一端与电源5V相连。

该电压比较模块配置为将分压电路模块中的电压V2与阈值电压转换模块中的电压V3进行比较，即，将车身地的地偏移电压和系统设置的阈值电压进行比较。在车身地的地偏移电压处于正常范围的情况下，比较器U1的输出端由于电阻R10被电源5V上拉而输出高电平；在车身地的地偏移电压超出最大允许正/负电压范围的情况下，比较器U1的输出电平由之前的高电平转换为低电平，该低电平作为报警信号被输出至微控制器μC，以使微控制器采取相应的保护措施。

综上，根据本发明的用于轻混整车系统中的地偏移检测装置能够以简单有效和成本节约的方式，检测车辆中的各个电源或负载的搭铁接头与参考地之间的地偏移电压，并在地偏移电压超过设定阈值时触发警报，由此确保轻混整车系统的良好、稳定运行。

在本发明中，术语“连接”指的是“电连接”或“通讯连接”。此外，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元以外，本申请的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元的情形。

在本发明中，本领域普通技术人员可以理解，所披露的系统可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块的功能可以结合或者某个模块的功能可以被进一步拆分。在本发明各个实施方式中的各模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种用于轻混整车系统的地偏移检测装置，所述轻混整车系统包括多个电源网络，所述多个电源网络的负极分别以搭铁方式连接至车身地(KL31)，其特征在于，所述地偏移检测装置包括：

分压电路模块，所述分压电路模块连接至车身地端口，并且配置为将来自所述车身地端口的地偏移电压分压为第一偏移电压(V1)和第二偏移电压(V2)；

微控制器，所述微控制器配置为基于所述第一偏移电压输出相应的PWM控制信号；

阈值电压转换模块，所述阈值电压转换模块配置为基于由所述微控制器提供的PWM控制信号输出相应的阈值电压(V3)；以及

电压比较模块，所述电压比较模块配置为将所述第二偏移电压(V2)与所述阈值电压(V3)进行比较，并且在所述第二偏移电压(V2)超过所述阈值电压(V3)的情况下向所述微控制器发送报警信号。

2.根据权利要求1所述的地偏移检测装置，其特征在于，所述分压电路模块包括连接至车身地端口的输入端口、用于输出所述第一偏移电压(V1)的第一输出端口以及用于输出所述第二偏移电压(V2)的第二输出端口，并且还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5，

其中，所述电阻R3的第一端连接至所述分压电路模块的输入端口，所述电阻R4的第一端连接至所述电阻R3的第二端并且连接至所述分压电路模块的第一输出端口，所述电阻R4的第二端连接至所述电阻R5的第一端并且连接至所述分压电路模块的第二输出端口，所述电阻R5的第二端接地，其中，所述电阻R1和所述电阻R2在所述电阻R4的第一端与5V电源之间并联连接。

3.根据权利要求2所述的地偏移检测装置，其特征在于，所述分压电路模块还包括并联连接在所述电阻R5的第一端与第二端之间的电容C1。

4.根据权利要求2或3所述的地偏移检测装置，其特征在于，所述阈值电压转换模块包括用于接收由所述微控制器提供的PWM控制信号的输入端口和用于输出所述阈值电压(V3)的第一输出端口，并且还包括电阻R7和电阻R8，

其中，所述电阻R7的第一端连接至所述阈值电压转换模块的输入端口，所述电阻R8的第一端连接至所述电阻R7的第二端并且连接至所述阈值电压转换模块的第一输出端口，所述电阻R8的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的地偏移检测装置，其特征在于，

所述阈值电压转换模块还包括第二输出端口、电容C3、电阻R9以及电容C4，其中，

所述电容C3并联连接在所述电阻R8的第一端与第二端之间，

所述电阻R9的第一端连接至所述电阻R8的第一端，所述电阻R9的第二端连接至所述阈值电压转换模块的第二输出端口，

所述电容C4的第一端连接至所述电阻R9的第二端，所述电容C4的第二端接地，

并且，所述微控制器还配置为从所述阈值电压转换模块的第二输出端口采集所述阈值电压转换模块的阈值电压，并且基于所采集的阈值电压实时调整其PWM控制信号。

6.根据权利要求4所述的地偏移检测装置，其特征在于，所述电压比较模块包括比较器和电阻R10，其中，

所述比较器的第一输入端口(I1)连接至所述分压电路模块的第二输出端口，

所述比较器的第二输入端口(I2)连接至所述阈值电压转换模块的第一输出端口，并且

所述比较器的输出端口连接至所述电阻R10的第一端并且连接至所述微控制器，并且

所述电阻R10的第二端连接至5V电源。

7.根据权利要求6所述的地偏移检测装置，其特征在于，所述电压比较模块配置为：

在所述第二偏移电压(V2)未超过由所述阈值电压转换模块输出的阈值电压(V3)的情况下向所述微控制器输出高电平，并且

在所述第二偏移电压(V2)超过由所述阈值电压转换模块输出的阈值电压(V3)的情况下向所述微控制器输出低电平。

8.根据权利要求2或3所述的地偏移检测装置，其特征在于，

在所述分压电路模块与所述微控制器之间设置有滤波电路，所述滤波电路包括电阻R6和电容C2，其中，

所述电阻R6的第一端连接至所述分压电路模块的第一输出端口，所述电阻R6的第二端连接至所述电容C2的第一端并且连接至所述微控制器，所述电容C2的第二端接地。

9.一种轻混整车系统，其特征在于，所述轻混整车系统包括根据权利要求1至8项中任一项所述的地偏移检测装置。

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