CN114537303A - 一种用于无人车辆电源输出的冗余控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，该无人车辆电源包括高压电源复合管理单元，由功率输出主模块和功率输出从模块并联组成；所述高压电源复合管理单元通过高低压的电能转换实现低电压输出；所述方法包括软件控制和硬件控制两种控制模式；所述两种控制模式都用于控制电源内部模块的输出电流进行自动化均流控制；所述冗余控制方法优先使用软件控制模式进行自动化均流控制，当所述软件控制方式失效时，所述高压电压复合管理单元将切换到硬件控制模式。
Description
技术领域
本发明属于无人车辆技术领域，涉及一种用于无人车辆电源输出的冗余控制方法。
背景技术
为适应未来发展的需要，无人车辆以其自主或遥控操控、高度智能化、自适应性等特点，正逐渐成为国内外汽车行业发展的必然趋势。无人混合动力车辆同传统混合动力车辆相似，以发动机和电池作为能源系统为整车系统提供高压功率，通过高压电源复合管理单元完成高低压电能转换，并作为低压电源输出28V功率，满足低压负载功率需求。
高压电源复合管理单元采用分布式电源，采用两块功率输出模块并联进行电能转换及输出。该种方式易于扩充功率容量，可靠性高，维护性好，使电源系统可以实现较快的动态响应，同时易于实现标准化设计。但由于功率模块外特性有所不同，如不采取均流控制，输出电流将会分配不均，特性更好的模块将会承担更大电流甚至过载，特性较差的模块可能会一直处于低载工作状态效率不高，影响系统可靠性。
为了确保低压电源可靠工作，保障整车关键负载正常使用，实现无人车辆智能化发展，如何实现低压电源冗余控制，内部模块正常工作均流输出，保证全车电网可靠安全运行是无人车辆急需解决的问题。
针对上述问题，项目组结合以往工程经验，查阅大量技术资料，针对无人车辆电源冗余控制方法进行了专门研究，设计出一种适用于无人车辆电源的冗余控制方法。
发明内容
本发明主要目的在于提出一种用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，旨在解决无人车辆在低压电源可靠工作，保障整车关键负载正常使用，实现无人车辆智能化发展，保证全车电网可靠安全运行。，
为实现上述目的，本发明提出了一种用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，该方法应用于高压电源复合管理单元，该高压电源复合管理单元由功率输出主模块和功率输出从模块并联组成；所述方法包括软件控制和硬件控制两种控制模式；所述两种控制模式都用于对所述无人车辆电源的功率输出主模块和功率输出从模块的输出电流进行自动化均流控制；所述冗余控制方法优先使用软件控制模式进行自动化均流控制，当所述软件控制方式失效时，所述高压电压复合管理单元将切换到硬件控制模式。
特别地，所述软件控制方式中由所述功率输出主模块控制所述功率输出从模块的输出电流。
特别地，所述软件控制方式中由所述功率输出主模块控制所述功率输出从模块的输出电流包括如下步骤：步骤1，功率输出主模块采集功率输出从模块的输出电流；步骤2，功率输出主模块将所述功率输出主模块和功率输出从模块的输出电流值相加，计算出一个平均电流值；步骤3，功率输出主模块将所述平均电流值发送给功率输出从模块；步骤4，所述功率输出主模块和所述功率输出从模块根据所述平均电流值控制所述输出电流。
特别地，通过CAN通信模块传输所述输出电流。
特别地，所述硬件控制方式包括如下步骤：电流采样电路通过电流采样信号对功率输出主模块、功率输出从模块的输出电流值进行实时采样；通过运算放大器和PWM控制芯片输出调整脉冲宽度调制波PWM控制所述功率输出主模块和所述功率输出从模块之间输出电流保持一致。
特别地，基准电压VOSH连接所述运算放大器的同相端；电流采样电路通过电流采样信号对功率输出主模块或功率输出从模块的输出电流值进行实时采样，当所述电流采样信号的值增大时，运算放大器的反相输入端的电压会升高，从而运算放大器的输出端电压相应降低；通过运算放大器的输出电压控制PWM控制芯片调整脉冲宽度调制波PWM，使功率输出主模块或功率输出从模块输出电压的值下降，从而减低功率输出主模块或功率输出从模块的输出电流。
特别地，当所述功率输出主模块或所述功率输出从模块任意一个发生故障时，可由另一个模块单独供电工作。
特别地，所述高压电源复合管理单元通过高低压的电能转换实现低电压输出。
本发明还提出了一种用于无人车辆电源输出的冗余控制装置，该装置应用于控制高压电源复合管理单元，该高压电源复合管理单元由功率输出主模块和功率输出从模块并联组成；所述装置包括软件控制模式单元和硬件控制模式单元；所述两种控制模式单元都用于对所述无人车辆电源的功率输出主模块和功率输出从模块的输出电流进行自动化均流控制；所述冗余控制装置优先使用软件控制单元进行自动化均流控制，当所述软件控制方式单元失效时，所述高压电压复合管理单元将切换到硬件控制模式单元。
采用本发明的方法和装置可以达到以下技术效果：
(1)通过应用本发明中的方法，由于可通过软件和硬件两种方式实现低压电源冗余控制，内部模块正常工作均流输出，保证全车电网可靠安全运行。
(2)本发明中的电池具有功率主输出模块和功率从输出模块，两个模块本身也是冗余设计，任何一个损坏，都可以通过另一个模块单独供电，具有供电的稳定性。
附图说明
图1为本发明提出的软件控制方式流程图；
图2为本发明提出的硬件控制方式的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
本发明提出一种用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，该无人车辆电源包括高压电源复合管理单元，由功率输出主模块和功率输出从模块并联组成；所述高压电源复合管理单元通过高低压的电能转换实现低电压输出。所述方法包括软件控制和硬件控制两种控制模式；所述两种控制模式都用于控制电源内部模块的输出电流进行自动化均流控制；所述冗余控制方法优先使用软件控制模式进行自动化均流控制，当所述软件控制方式失效时，所述高压电压复合管理单元将切换到硬件控制模式。
软件控制方式作为主要调节机制，硬件控制方式作为冗余调节机制，两种方式共同完成低压电源功率模块自动均流控制功能。软件控制方法主要由功率输出主模块、功率输出从模块、及CAN通信模块组成，硬件控制方式主要包含运算放大电路及PWM控制芯片完成。其工作原理图分别如图1、图2所示。
软件控制方法采取数字均流方法。功率输出主模块主要完成电流采集上传、均流信息处理功能及执行功能；CAN通信模块主要完成信息互通功能，实现数据的可靠和高速交换；功率输出从模块主要完成信息采集、上传及执行功能。
具体包括如下步骤：
步骤1，功率输出主模块采集功率输出从模块的输出电流；
步骤2，功率输出主模块将所述功率输出主模块和功率输出从模块的输出电流值相加，计算出一个平均电流值；
步骤3，功率输出主模块将所述平均电流值发送给功率输出从模块；
步骤4，所述功率输出主模块和所述功率输出从模块根据所述平均电流值控制所述输出电流。
其中，功率输出从模块将采集到的输出电流采样值通过CAN通信模块上传，主模块将两个模块的输出电流值相加，计算出一个平均电流值，并通过CAN通信模块将该值发送至功率输出从模块。每个模块以此平均值为目标自动调节输出电流，当模块的输出电流值比此平均电流值高时，降低该模块的输出电压值，当此模块的输出电流值比此平均电流值低时，提高该模块的输出电压值。当两个功率模块并联时，输出电流值高的模块会调低其输出电压值，其输出电流值会降低。最终，两个模块的输出电流值会达到平衡，实现两个模块的均流。同时该均流控制方法具有单个模块故障不影响整体系统正常工作的特点。
若其中一块输出模块损坏无法输出，其余模块依然可以正常输出，保证系统的可靠性。
硬件控制方法中，电流采样电路通过电流采样信号对功率输出主模块、功率输出从模块的输出电流值进行实时采样；通过运算放大器和PWM控制芯片输出调整脉冲宽度调制波PWM控制所述功率输出主模块和所述功率输出从模块之间输出电流保持一致。
基准电压VOSH连接所述运算放大器的同相端；电流采样电路通过电流采样信号对功率输出主模块或功率输出从模块的输出电流值进行实时采样，当所述电流采样信号的值增大时，运算放大器的反相输入端的电压会升高，从而运算放大器的输出端电压相应降低；通过运算放大器的输出电压控制PWM控制芯片调整脉冲宽度调制波PWM，使功率输出主模块或功率输出从模块输出电压的值下降，从而减低功率输出主模块或功率输出从模块的输出电流。
具体参见图2所示，VOP是输出电压，VOSH是输出电压基准，IOT是输出电流采样信号，具体的工作原理是：当模块的输出电流值高时，输出电流采样信号IOT的值就会变大，运算放大器U4A的2脚电压会被抬升，运算放大器U4A的1脚电压降低，PWM控制IC会调整PWM波，使输出电压VOP的值下降，维持运算放大器U4A的2脚和3脚的电压值平衡。这样，当两个功率输出模块并联时，输出电流值高的模块会自动调低其输出电压值，其输出电流值就会降低。最终，两个模块的输出电流值会达到平衡，实现两个模块的均流。
软件控制方法和硬件控制方法实现了无人车辆电源输出的冗余控制，对实现低压电源内部模块的自动化均流控制，提高低压电源的可靠性，保证全车电网可靠安全运行，实现无人车辆智能化控制具有重要意义。
本发明还提出了一种用于无人车辆电源输出的冗余控制装置，该装置应用于控制高压电源复合管理单元，该高压电源复合管理单元由功率输出主模块和功率输出从模块并联组成；所述装置包括软件控制模式单元和硬件控制模式单元；所述两个控制模式单元都用于控制电源内部模块的输出电流进行自动化均流控制；所述冗余控制单元优先使用软件控制模式进行自动化均流控制，当所述软件控制方式失效时，所述高压电压复合管理单元将切换到硬件控制模式单元。该因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的对应的方法中的有益效果，此处不再赘述。
在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，其特征在于，该方法应用于高压电源复合管理单元，该高压电源复合管理单元由功率输出主模块和功率输出从模块并联组成；所述方法包括软件控制和硬件控制两种控制模式；所述两种控制模式都用于对所述无人车辆电源的功率输出主模块和功率输出从模块的输出电流进行自动化均流控制；所述冗余控制方法优先使用软件控制模式进行自动化均流控制，当所述软件控制方式失效时，所述高压电压复合管理单元将切换到硬件控制模式。
2.如权利要求1所述的用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，其特征在于：所述软件控制方式中由所述功率输出主模块控制所述功率输出从模块的输出电流。
3.如权利要求2所述的用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，其特征在于：所述软件控制方式中由所述功率输出主模块控制所述功率输出从模块的输出电流包括如下步骤：
步骤1，功率输出主模块采集功率输出从模块的输出电流；
步骤2，功率输出主模块将所述功率输出主模块和功率输出从模块的输出电流值相加，计算出一个平均电流值；
步骤3，功率输出主模块将所述平均电流值发送给功率输出从模块；
步骤4，所述功率输出主模块和所述功率输出从模块根据所述平均电流值控制所述输出电流。
4.如权利要求3所述的用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，其特征在于：通过CAN通信模块传输所述输出电流。
5.如权利要求1所述的用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，其特征在于：所述硬件控制方式包括如下步骤：电流采样电路通过电流采样信号对功率输出主模块、功率输出从模块的输出电流值进行实时采样；通过运算放大器和PWM控制芯片输出调整脉冲宽度调制波PWM控制所述功率输出主模块和所述功率输出从模块之间输出电流保持一致。
6.如权利要求5所述的用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，其特征在于：基准电压VOSH连接所述运算放大器的同相端；电流采样电路通过电流采样信号对功率输出主模块或功率输出从模块的输出电流值进行实时采样，当所述电流采样信号的值增大时，运算放大器的反相输入端的电压会升高，从而运算放大器的输出端电压相应降低；通过运算放大器的输出电压控制PWM控制芯片调整脉冲宽度调制波PWM，使功率输出主模块或功率输出从模块输出电压的值下降，从而减低功率输出主模块或功率输出从模块的输出电流。
7.如权利要求1所述的用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，其特征在于：当所述功率输出主模块或所述功率输出从模块任意一个发生故障时，可由另一个模块单独供电工作。
8.如权利要求1所述的用于无人车辆电源输出的冗余控制方法，其特征在于：所述高压电源复合管理单元通过高低压的电能转换实现低电压输出。
9.一种用于无人车辆电源输出的冗余控制装置，其特征在于，该装置应用于控制高压电源复合管理单元，该高压电源复合管理单元由功率输出主模块和功率输出从模块并联组成；所述装置包括软件控制模式单元和硬件控制模式单元；所述两种控制模式单元都用于对所述无人车辆电源的功率输出主模块和功率输出从模块的输出电流进行自动化均流控制；所述冗余控制装置优先使用软件控制单元进行自动化均流控制，当所述软件控制方式单元失效时，所述高压电压复合管理单元将切换到硬件控制模式单元。
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