CN205853917U - 车辆的控制系统和车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种车辆的控制系统和车辆，该控制系统包括：第一控制器，用于采集车辆电气参数，并对车辆的整车性能进行控制；第二控制器，用于采集车辆的动力电池的电气参数，并对车辆的动力电池进行管理；其中，第一控制器和第二控制器集成在同一块电路板中，二者之间通过片间总线相连。本实用新型中，第一控制器和第二控制器集成在同一块电路板中，二者之间通过片间总线相连，降低了车辆内部结构的复杂度。
Description
技术领域
本实用新型涉及车辆领域，并且更为具体地，涉及一种车辆的控制系统和车辆。
背景技术
整车控制器(Vehicle Control Unit，VCU)和电池管理系统(Battery ManagementSystem,BMS)是新能源汽车上装备的两种重要器件。VCU的作用在于采集与整车控制相关的信号，并通过内部软件对整车性能进行控制；BMS的作用在于对动力电池相关的电气参数进行监控，保证其运行在较佳状态。
VCU是电动汽车的整车控制系统的核心部件，VCU对再生能量回收、汽车行驶、网络管理、车辆状态监视、故障诊断处理等功能起着关键的控制作用。VCU可以与电机控制器、BMS、电动辅助系统等部件组成控制器区域网络(Controller Area Network,CAN)。VCU基于CAN网络可以实时获取驾驶员的需求、当前车辆状态以及电机、电池组、电动辅助系统等部件的参数，并采用优化算法协调电动辅助系统和电机运行，在满足整车的动力性和舒适性需求的前提下，最大限度地节约电能的消耗。
BMS是车辆的动力电池管家，其能准确评估动力电池的剩余电量、健康状态、荷电状态、电流、电压、内阻等电气参数。此外，BMS可以通过自动充电控制，保证动力电池的电量维持在合理的范围内。当动力电池出现过流、过压或过热时，BMS能够自动切断动力电池的充放电回路。在充电过程中，BMS可以控制充电器对动力电池中的单体电池均衡充电，使动力电池中的各单体电池的电气参数尽量均衡，以提高动力电池的整体性能。此外，BMS还可以自动检测电池功能是否正常。进一步地，BMS可以通过CAN总线与车辆的其他部件进行通信。
目前新能源车上的VCU和BMS无论是在软件方面，还是在硬件方面，都是相互独立的两套系统，导致车辆的内部结构较为复杂。
实用新型内容
本发明提供一种车辆的控制系统和车辆，以降低车辆内部结构的复杂度。
第一方面，提供一种车辆的控制系统，包括：
第一控制器，所述第一控制器用于采集车辆电气参数，并对所述车辆的整车性能进行控制；
第二控制器，所述第二控制器用于采集所述车辆的动力电池的电气参数，并对所述车辆的动力电池进行管理；
其中，所述第一控制器和所述第二控制器集成在同一块电路板中，二者之间通过片间总线相连。
可选地，在上述某些实现方式中，所述第一控制器用于，监测所述第二控制器的运行状态，在所述第二控制器发生故障的情况下，所述第一控制器对所述动力电池进行管理。
可选地，在上述某些实现方式中，所述第二控制器用于，监测所述第一控制器的运行状态，在所述第一控制器发生故障的情况下，所述第二控制器对所述整车性能进行控制。
可选地，在上述某些实现方式中，所述控制系统还包括：CAN总线模块；所述整车CAN总线模块与所述第一控制器相连，所述第一控制器通过所述整车CAN总线模块对所述车辆的整车性能进行控制，所述第一控制器通过所述整车CAN总线采集所述车辆的与所述整车性能相关的信号。
可选地，在上述某些实现方式中，所述第一控制器与所述车辆的动力回路的开关相连，所述第一控制器通过所述开关控制所述动力回路的通断。
可选地，在上述某些实现方式中，所述控制系统还包括：电池CAN总线模块，所述电池CAN总线模块与所述第二控制器相连，所述第二控制器通过所述电池CAN总线模块采集所述动力电池内的各单体电池的电气参数。
可选地，在上述某些实现方式中，所述控制系统还包括所述动力电池的信息采集模块，所述第二控制器与所述信息采集模块相连，所述第二控制器通过所述信息采集模块采集所述动力电池的总的电气参数。
可选地，在上述某些实现方式中，所述动力电池信息采集模块包括所述动力电池的电压采集模块，所述动力电池的电流采集模块，所述动力电池的温度采集模块，以及所述动力电池的绝缘电阻采集模块。
可选地，在上述某些实现方式中，所述控制系统还包括：电源模块，所述第一控制器和所述第二控制器由所述电源模块中的同一电源芯片供电。
可选地，在上述某些实现方式中，所述控制系统还包括：电源模块，所述第一控制器和所述第二控制器分别由所述电源模块中的两个不同电源芯片供电。
可选地，在上述某些实现方式中，所述片间总线为串行外围设备接口(SerialPeripheral Interface，SPI)总线。
可选地，在上述某些实现方式中，所述第一控制器为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)。
可选地，在上述某些实现方式中，所述第二控制器为MCU。
第二方面，提供一种车辆，所述车辆包括如上任一项所述车辆的控制系统。
本发明将第一控制器和第二控制器集成在同一块电路板中，二者之间通过片间总线相连，第一控制器能够实现现有VCU的功能，第二控制器能够实现现有BMS的功能，相当于将现有的VCU和BMS集成在一起，相对于现有技术中VCU和BMS在软、硬件方面都为两套独立系统，本发明能够降低车辆内部结构的复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例的控制系统的总体结构图。
图2是本实用新型实施例的控制系统的具体结构图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
如上所述，现有的VCU和BMS无论从软件上还是硬件上均相互独立，本实用新型实施例将二者集成在同一控制系统中。
下文结合图1，详细描述本实用新型实施例的车辆的控制系统。
图1是本实用新型实施例的车辆的控制系统的示意性结构图。图1的控制系统100包括：
第一控制器110，用于采集车辆电气参数，并对车辆的整车性能进行控制；
第二控制器120，用于采集所述车辆的动力电池的电气参数，并对车辆的动力电池进行管理；
其中，第一控制器110和第二控制器120集成在同一块电路板中，二者之间通过片间总线130相连。
本实用新型实施例中，第一控制器和第二控制器集成在同一块电路板中，二者之间通过片间总线相连，第一控制器能够实现现有VCU的功能，第二控制器能够实现现有BMS的功能，相当于将现有的VCU和BMS集成在一起，降低了车辆内部结构的复杂度。
应理解，片间总线(Chip Bus，C-Bus)也可称为又称为元件级总线。片间总线可以把各种不同的芯片连接在一起，从而构成特定功能模块的信息传输通路。片间总线一般位于一块电路板内，它是实现板内各元器件相互连接的信号线。片间总线通常包括地址线、数据线、控制线等。片间总线是各种总线中速度最快、效益最高、功能最直接的总线。通常情况下，片间总线可以指中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)引脚没有经过组合和驱动隔离，而被直接引用的信号线。
需要说明的是，本实用新型实施例对连接第一控制器110和第二控制器120的片间总线130的具体类型不作限定。
可选地，在一些实施例中，所述片间总线130可以是SPI总线。
具体地，SPI一般应用在带电可擦写可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory，EEPROM)、FLASH(闪存)、实时时钟、模拟数字(Analog-to-Digital，AD)转换器、数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI一般是高速、全双工、同步的通信总线。通常情况下，SPI在芯片的管脚上占用四根线，这样可以节约芯片的管脚，同时节省印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)的空间。
可选地，在另一些实施例中，所述片间总线130可以是内置集成电路(InterIntegrated Circuit，I2C)总线。
具体地，I2C总线是一种两线式串行总线，可用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准，它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。
下面对图1中的第一控制器110进行详细描述。
应理解，第一控制器110相当于现有的VCU，换句话说，第一控制器110能够实现现有的VCU的功能。
从硬件功能来讲，第一控制器110可以负责采集与整车控制相关的信号，输出驱动信号，并与通过CAN总线进行数据采集和通信。应理解，CAN总线是由国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)标准化的一种串行通信协议。在车辆产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型以及它们对可靠性的要求不同，这些系统通常使用不同的总线相连，导致车辆内部的线束的数量较多。为适应“减少线束的数量”的需要，开发出面向汽车的CAN通信协议。
从软件功能来讲，第一控制器110可以负责对采集到的与整车控制相关的信号进行软件处理，并对整车性能进行逻辑控制。例如，第一控制器110可以基于采集到的油门信号确定车辆的扭矩需求。又如，第一控制器110可以基于采集到的刹车踏板信号进行制动能量反馈。
上文指出第一控制器110可以负责采集与整车控制相关的信号，并输出驱动信号。下面对整车控制相关的信号和驱动信号进行详细描述。
第一控制器110采集的与整车控制相关的信号可以包括以下信号中的一种或多种：油门信号，扭矩需求信号，油门电源监控信号，档位信号，充电唤醒监控信号，车辆中的芯片的供电电压监控信号，真空助力压力传感器信号，空调冷暖选择信号，蒸发器温度传感器信号，快慢充连接确认信号，车辆门板信号，转向助力压力开关控制信号，刹车踏板信号，制动能量反馈信号，制动灯信号，正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)开关控制信号，空调管路压力控制信号，DC/DC(Direct Current，直流)故障信号，空调开关请求信号，电动助力转向(Electric Power Steering，EPS)系统的故障信号，安全带信号等。
第一控制器110输出的驱动信号可以实现以下与整车控制相关的功能中的一个或多个：对高低速风扇的继电器进行控制，对冷却水泵进行上电控制，对主正继电器进行控制，对空调系统的继电器进行控制，对倒车灯的继电器进行控制，对EPS系统助力转向时的车速进行控制，对仪表充电灯的打开和关断进行控制。
下面对图1中的第二控制器120进行详细描述。
从硬件功能来讲，第二控制器120既可以负责采集动力电池的电气参数，又可以负责通过CAN总线进行通信。
从软件功能来讲，第二控制器120可以负责对采集到的动力电池的电气参数进行软件处理，从而计算动力电池的状态，并适时发送与动力电池相关的控制指令。
动力电池的电池电气参数包括以下中的一种或多种：动力电池的总电压，动力电池的总电流，动力电池的温度，动力电池的绝缘电阻，动力电池的荷电状态(State ofCharge，SOC)，动力电池的健康状态(State of Health，SOH)，动力电池的极化电压，动力电池中的单体电池的电压，动力电池中的单体电池的电流，动力电池中的单体电池的温度，动力电池中的单体电池的绝缘电阻，动力电池中的单体电池的SOC，动力电池中的单体电池的SOH，动力电池中的单体电池的极化电压等。
与动力电池相关的控制指令包括以下中的一种或多种：动力电池中的电池包或单体电池的均衡指令，以及动力电池中的电池包的内部继电器的控制指令。
上述均衡指令可以使得动力电池中的各电池包或各单体电池的电气参数尽量保持均衡，以优化动力电池的整体性能。
例如，当某一单体或某一电池包电池过热时，可以对其进行断电处理；又如，当某一单电池或某一电池包的SOC不足时，可以通过其他单电池或其他电池包对其进行充电。
动力电池中的电池包的内部继电器的控制指令可以包括以下控制指令中的至少一种：电池包的主负继电器的控制指令，以及电池包的预充电继电器的控制指令。
需要说明的是，本实用新型实施例对第一控制器110和第二控制器120的类型不作具体限定。
可选地，在一些实施例中，第一控制器110和第二控制器120可以是MCU。
例如，第一控制器110可以采用TC1782芯片，第二控制器120可以采用XC2234芯片。
可选地，在一些实施例中，第一控制器110和第二控制器120可以是CPU。
可选地，在一些实施例中，第一控制器110是MCU，第二控制器120是CPU。
可选地，在一些实施例中，第一控制器110是CPU，第二控制器120是MCU。
为了提高控制系统100的可靠性，可以在第一控制器110和第二控制器120之间设置监测机制，相互监测对方的运行状态，当某个控制器发生故障时，另一个控制器可以接管发生故障的控制器的部分或全部功能，使得整个控制系统100仍能正常运行。
可选地，在一些实施例中，第一控制器110用于，监测第二控制器120的运行状态，并在第二控制器120发生故障的情况下，对动力电池进行管理。
例如，第一控制器110可以集成动力电池管理功能，在第二控制器120正常运行的情况下，第一控制器110的动力电池管理功能可以处于关闭状态；在第二控制器120发生故障的情况下，第一控制器110可以激活自身的动力电池管理功能，从而接管车辆的动力电池管理任务。
本实用新型实施例中，在第二控制器发生故障的情况下，控制系统仍能对车辆的动力电池进行管理，提升了控制系统的可靠性。
可选地，在一些实施例中，第二控制器120用于，监测第一控制器110的运行状态，并在第一控制器110发生故障的情况下，对整车性能进行控制。
例如，第二控制器120可以集成整车性能控制功能，在第一控制器110正常运行的情况下，第二控制器120的整车性能控制功能可以处于关闭状态；在第一控制器110发生故障的情况下，第二控制器120可以激活自身的整车性能控制功能，从而接管车辆的整车性能控制任务。
本实用新型实施例中，在第一控制器发生故障的情况下，控制系统仍能对车辆的整车性能进行控制，提升了控制系统的可靠性。
下面对第一控制器110与车辆中的其他器件和/或电路的连接方式进行详细描述。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，控制系统100可以包括整车CAN总线模块，第一控制器110可以与整车CAN总线模块相连，并通过所述整车CAN总线模块与车辆中的其他器件相连，或者，第一控制器110可以通过所述整车CAN总线模块与车辆中的其他器件进行通信。进一步地，所述第一控制器110可以通过所述整车CAN总线模块对所述车辆的整车性能进行控制。
与整车CAN总线相连，可以简化第一控制器110与车辆中的其他器件之间的连接方式，方便第一控制器110与车辆中的其他器件之间的通信或信息交互。
进一步地，在一些实施例中，第一控制器110还可以与车辆的动力回路的开关相连，第一控制器110可以通过该开关控制动力回路的通断。
应理解，车辆的动力回路可以是指车辆的高压回路，该高压回路可以是车辆的电机、空调等器件所在的回路。
在一些实施例中，动力回路的开关可以是指动力回路中的继电器，具体可以指动力回路中的主正继电器。该主正继电器也可称为总正继电器。
下面对第二控制器120与车辆中的其他器件的连接方式进行详细描述。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，控制系统100可以包括电池CAN总线模块，第二控制器120可以与电池CAN总线模块相连，并通过所述电池CAN总线模块采集动力电池中的各单体电池的电气参数。
与电池CAN总线相连，可以简化第二控制器120与车辆中的其他器件之间的连接方式，方便第二控制器120与车辆中的其他器件之间的通信或信息交互。
进一步地，如图2所示，第二控制器120可以与动力电池信息采集模块相连，第二控制器120可以通过动力电池信息采集模块采集动力电池的总的电气参数。
具体地，在某些实施例中，动力电池信息采集模块可以包括动力电池的以下模块中的至少一种：电压采集模块，电流采集模块，温度采集模块，以及绝缘电阻采集模块。
在一些实施例中，电压采集模块可用于采集动力电池的总的电压，该电压采集模块可以与第二控制器120的电压采集端口相连。
在一些实施例中，电流采集模块可用于采集动力电池的总的电流，该电流采集模块可以与第二控制器120的电流采集端口相连。
在一些实施例中，温度采集模块可用于采集动力电池的总的温度，该温度采集模块可以与第二控制器120的温度采集端口相连。
在一些实施例中，绝缘电阻采集模块可用于采集动力电池的绝缘电阻，该绝缘电阻采集模块可以与第二控制器120的电阻采集端口相连。
可选地，在一些实施例中，控制系统100还可以包括电源模块，电源模块可以为第一控制器110和第二控制器120供电。
需要说明的是，电源模块为第一控制器110和第二控制器120供电的方式可以有多种。
可选地，在一些实现方式中，所述第一控制器110和所述第二控制器120分别由所述电源模块中的两个不同电源芯片供电。
以第一控制器110采用TC1782芯片，第二控制器120采用XC2234芯片为例，电源模块可以包括两个电源芯片，这两个电源芯片例如分别采用TLE7368和MAX6795芯片，电源芯片TLE7368单独为TC1782芯片供电，电源芯片MAX6795单独为XC2234芯片供电。
可选地，在另一些实现方式中，所述第一控制器110和所述第二控制器120可以由所述电源模块中的同一电源芯片供电。
本实用新型实施例还提供一种车辆，所述车辆包括车辆的控制系统100，车辆的控制系统100的结构和功能可以参照上文的描述，为避免重复，此处不再详述。
应当理解，这里使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语包括通常的机动车辆，比如包括运动型多用途车(SUV)的客车，公共汽车，卡车，各种商用车辆等，并且包括混合动力汽车，纯电动汽车，插电式混合动力汽车，氢动力汽车和其它替代燃料(例如，从除石油以外的资源得到的燃料)汽车。
本文中术语“和/或”表示可以存在三种关系。例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中的字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种车辆的控制系统，其特征在于，包括：
第一控制器，用于采集车辆电气参数，并对所述车辆的整车性能进行控制；
第二控制器，用于采集所述车辆的动力电池的电气参数，并对所述车辆的动力电池进行管理；
其中，所述第一控制器和所述第二控制器集成在同一块电路板中，二者之间通过片间总线相连。
2.如权利要求1所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
整车控制器区域网络CAN总线模块，所述整车CAN总线模块与所述第一控制器相连，所述第一控制器通过所述整车CAN总线模块对所述车辆的整车性能进行控制。
3.如权利要求2所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述车辆包括动力回路的开关，所述第一控制器与所述开关相连，所述第一控制器通过所述开关控制所述动力回路的通断。
4.如权利要求1所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
电池CAN总线模块，所述电池CAN总线模块与所述第二控制器相连，所述第二控制器通过所述电池CAN总线模块采集所述动力电池内的各单体电池的电气参数。
5.如权利要求4所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
所述动力电池的信息采集模块，所述第二控制器与所述信息采集模块相连，所述第二控制器通过所述信息采集模块采集所述动力电池的总的电气参数。
6.如权利要求5所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述动力电池信息采集模块包括：
所述动力电池的电压采集模块，所述动力电池的电流采集模块，所述动力电池的温度采集模块，以及所述动力电池的绝缘电阻采集模块。
7.如权利要求1-6中任一项所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
电源模块，所述第一控制器和所述第二控制器由所述电源模块中的同一电源芯片供电，或所述第一控制器和所述第二控制器分别由所述电源模块中的两个不同电源芯片供电。
8.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-7中任一项所述的车辆的控制系统。
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