CN202402149U - 天然气发动机ecu安全监控模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种天然气发动机ECU安全监控模块，由主处理器和监控芯片组成，其特征在于：由主处理器内的监控逻辑模块配合监控芯片对节气门和燃气喷射阀进行安全监控；监控逻辑模块包括信号处理模块、应用层逻辑监控模块、平台组件监控模块、通讯模块，其中信号处理模块接收外部输入的油门位置、刹车开关、节气门位置信号和电瓶电压信号进行滤波处理，进行信号的置信度判断，与控制支路采测的信号进行比对，将处理以后的信号输送给应用层逻辑监控模块、平台组件监控模块和通讯模块；其电路简单、响应速度快，可靠性强、可实现对节气门、燃气喷射阀有效监控；安全监控系统采用FreescaleMS9S08SG8作为监控芯片，可以实现与主处理器之间的通讯，同时还可以根据采测到的发动机运行信息确定发动机和车辆安全范围以内的界限值，并与主处理器计算得到的结果进行实时比较，以确定是否在紧急情况下切断进气和燃气供应。

Description

天然气发动机ECU安全监控模块
技术领域
本实用新型涉及一种天然气发动机ECU安全监控模块，特别适用于安装有电子节气门的天然气发动机电子控制系统，应用于天然气发动机电控系统。
背景技术
目前天然气发动机控制系统的安全保护措施主要有三种方式：（1）应用主处理芯片内的看门狗进行安全保护；（2）应用独立电子节气门控制芯片进行节气门控制和安全保护；（3）应用安全监控模块进行全系统控制系统安全监控。以上三种方式都存在着一定的优缺点，第一种方式ECU硬件结构设计比较简单，成本低，但功能有限，对电控系统的保护非常有限；第二种方式ECU硬件设计相对复杂，从功能满足可以实现对电控系统节气门的保护和控制，但不能实现对其它驱动部件的安全保护，在特定工况条件下此系统仍存在安全隐患；第三种方式在ECU硬件设计中增加监控芯片设计，读取多个系统传感器信息，在运行过程中与主处理器实时交换信息，监控内容也扩展到节气门以外的燃气喷嘴、点火部件甚至主处理器的运行状况。这种方式的缺点是结构设计比较复杂，对系统设计能力要求比较高。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种天然气发动机ECU安全监控模块，其电路简单、响应速度快，可靠性强、可实现对节气门、燃气喷射阀有效监控；安全监控系统采用Freescale MS9S08SG8作为监控芯片，可以实现与主处理器之间的通讯，同时还可以根据采测到的发动机运行信息确定发动机和车辆安全范围以内的界限值，并与主处理器计算得到的结果进行实时比较，以确定是否在紧急情况下切断进气和燃气供应。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种天然气发动机ECU安全监控模块，由主处理器和监控芯片组成，其特征在于：由主处理器内的监控逻辑模块配合监控芯片对节气门和燃气喷射阀进行安全监控；监控逻辑模块包括信号处理模块、应用层逻辑监控模块、平台组件监控模块、通讯模块，其中信号处理模块接收外部输入的油门位置、刹车开关、节气门位置信号和电瓶电压信号进行滤波处理，进行信号的置信度判断，与控制支路采测的信号进行比对，将处理以后的信号输送给应用层逻辑监控模块、平台组件监控模块和通讯模块； 
监控芯片包括信号处理、发动机工作逻辑状态、输出使能模块、通讯模块；其中油门位置、刹车开关、节气门位置信号和电瓶电压信号传输给信号处理模块进行信息处理后，经发动机工作逻辑状态和输出使能模块传输给通讯模块后通过主处理器上的SPI通讯线进行比对并发送信息给节气门和燃气喷射阀。
所述的主处理器和监控芯片内部SPI通讯模块分为主节点和从节点与主ECU进行诊断信息的传输。
所述的主处理器采用Freescale 32位处理器，工作频率40MHz。 
本实用新型的积极效果是其电路简单、响应速度快，可靠性强、可实现对节气门、燃气喷射阀有效监控，可提供三个层次的系统安全保护实施，可在系统出现问题的情况下稳妥的实现故障判定和采取措施，通过以上结构确定的ECU安全监控模式对发动机的安全状态能够做到可靠识别，避免在突发情况下系统出现有危害的错误响应。
附图说明
图1为主处理器和辅助芯片逻辑器件模块框图。
图2为主处理器和监控芯片之间的SPI通讯。
图3为监控芯片内三种运行状态转换。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述：如图1所示，一种天然气发动机ECU安全监控模块，由主处理器和监控芯片组成，其特征在于：由主处理器内的监控逻辑模块配合监控芯片对节气门和燃气喷射阀进行安全监控；监控逻辑模块包括信号处理模块、应用层逻辑监控模块、平台组件监控模块、通讯模块，其中信号处理模块接收外部输入的油门位置、刹车开关、节气门位置信号和电瓶电压信号进行滤波处理，进行信号的置信度判断，与控制支路采测的信号进行比对，将处理以后的信号输送给应用层逻辑监控模块、平台组件监控模块和通讯模块； 
监控芯片包括信号处理、发动机工作逻辑状态、输出使能模块、通讯模块；其中油门位置、刹车开关、节气门位置信号和电瓶电压信号传输给信号处理模块进行信息处理后，经发动机工作逻辑状态和输出使能模块传输给通讯模块后通过主处理器上的SPI通讯线进行比对并发送信息给节气门和燃气喷射阀。
所述的主处理器和监控芯片内部SPI通讯模块分为主节点和从节点与主ECU进行诊断信息的传输。
所述的主处理器采用Freescale 32位处理器，工作频率40MHz。 
其内部的信号处理模块通过传感器读取发动机信息，处理加工后将基础信息提供给应用层逻辑监控模块，应用层逻辑监控模块启动安全监控机制，得出发动机输出需求扭矩的上限值和下限值；节气门位置控制的上限值和下限值；燃气喷射量的上限值和下限值。得到的各种门限值与系统正常支路条件下运行得到的标称值进行实时比对，如果出现多次连续超限，则输出报警信息，采取限制输出扭矩、限制燃气喷射量的措施，形成第一层监控保护；平台组件监控模块对主处理器自身的运行情况进行监测，已验证其指令值执行是否存在错误，对寄存器的读取是否出现错误等，如果与正常情况下标称值比较出现错误则输出故障报警，同时切断节气门供电、切断燃气喷射供给；形成第二层监测保护；主处理器内的监控逻辑同时完成发动机运行状态的定义，通过通讯模块与运行在监控芯片里的监控状态进行实时对比，确保前两个步骤的运行是稳定可靠，如果发现异常，马上切断节气门进行和燃气喷射，形成第三层监控保护。
应用层逻辑监控模块，分为两个安全监控层次：
第一层的安全监控对控制系统的主要控制输出量都进行监控，主要监控的部件有扭矩输出部件监控、节气门位置输出监控、燃气喷射量监控部件。这一级别的安全监控模块在运行时间上与控制模块处于相同的时间周期或者相同级别的中断任务。在驾驶员扭矩输出时形成在正常值上下的安全保护公差带。燃气量控制采用此原理的安全保护策略进行。
第二层平台组件安全监控模块主要是监控主处理器的工作状态和应用层控制程序的执行过程，由于受到潜在的电磁干扰和硬件寄存器的损坏，控制模块在运行过程中存在程序地址紊乱的可能，平台组件安全监控模块有必要对应用控制程序的工作过程进行监控。平台组件安全监控模块通过在主控逻辑模块中配置模块开关序列，监控主控模块的执行序列。通过校验在不同的时序模块中运行冗余重名算法实现对获取对软件寄存器和指令集的运行情况监测。如果发现问题则切断燃气供给和节气门电源，使由于硬件主控模块失效所造成的系统安全性降低所带来的影响得到有效控制。
第三层安全监控通过监控芯片对主处理器的机制来完成，安全机制的实现依赖主处理器和辅助芯片之间的SPI通讯，如图2、3所示。SPI通信模块，两种工作模式：作为通信的主节点、作为通信的从节点。CS为SPI通信模块工作的片选信号，低电平有效，CS有效期内SPI通信模块才能工作。CLK为SPI通信模块工作的时钟，一个时钟传送一个数据位。MOSI主出从入，MISO主入从出，SPI通信模块的数据输入输出端，当SPI通信模块作为通信网络中的主节点时，MISO为数据输入端，MOSI为数据输出端；当SPI通信模块作为通信网络中的从节点时，MISO为数据输出端，MOSI为数据输入端；SPI通信模块作为从节点负责接收主控ECU发送的命令信息，同时上传各模块的信息状态给主控ECU；作为主节点发动命令信息给外部DA模块,控制产生需要的电流值。
监控芯片内逻辑状态机与主处理芯片内建立的主控逻辑状态进行比较，如果二者的状态在时序上出现偏差或错误，则切断节气门供电和燃气供给。发动机起动以后，监控芯片通过独立采集的发动机状态信息进入初始状态运行，对监控芯片自身的初始化状态进行自检，自检通过进入正常运行状态，如果自检出现问题，则转入故障状态运行，并将错误信息通过通讯模块提供给主处理器，由主处理器根据错误类型确定是否对监控芯片进行复位操作。若主处理器在运行过程中出现问题，通过与监控芯片的状态比对，监控芯片在确认以后亦可通过复位操作完成主处理器的重启操作。

Claims (3)

1.一种天然气发动机ECU安全监控模块，由主处理器和监控芯片组成，其特征在于：由主处理器内的监控逻辑模块配合监控芯片对节气门和燃气喷射阀进行安全监控；监控逻辑模块包括信号处理模块、应用层逻辑监控模块、平台组件监控模块、通讯模块，其中信号处理模块接收外部输入的油门位置、刹车开关、节气门位置信号和电瓶电压信号进行滤波处理，进行信号的置信度判断，与控制支路采测的信号进行比对，将处理以后的信号输送给应用层逻辑监控模块、平台组件监控模块和通讯模块； 
监控芯片包括信号处理、发动机工作逻辑状态、输出使能模块、通讯模块；其中油门位置、刹车开关、节气门位置信号和电瓶电压信号传输给信号处理模块进行信息处理后，经发动机工作逻辑状态和输出使能模块传输给通讯模块后通过主处理器上的SPI通讯线进行比对并发送信息给节气门和燃气喷射阀。
2.根据权利要求1所述的一种天然气发动机ECU安全监控模块，其特征在于所述的主处理器和监控芯片内部SPI通讯模块分为主节点和从节点与主ECU进行诊断信息的传输。
3.根据权利要求1所述的一种天然气发动机ECU安全监控模块，其特征在于所述的主处理器采用Freescale 32位处理器，工作频率40MHz。
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