CN210983053U - 一种集成远程监控系统的整车控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种集成远程监控系统的整车控制器，包括微处理器、电源模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、脉冲量输入模块、高低边驱动输出模块、存储模块、CAN模块、GPS模块、4G模块和串口通信模块。本实用新型提供的一种集成远程监控系统的整车控制器可以与外部设备实时信息相互，实时地对整车控制器进行故障判断，状态反馈，参数标定和程序升级，不用工作人员现场进行相关的操作，节约了人力物力，降低了整车控制器的维护成本。同时，整车控制器一般密封在电动汽车的前舱，拆卸比较麻烦，减小了外部毁坏的风险。储存在整车控制器中的诊断信息、工况信息可以实时监控，增加了整车控制器实时排查错误和维修的可行性。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源电动汽车技术领域，尤其涉及一种集成远程监控系统的整车控制器。
背景技术
整车控制器是纯电动汽车整车控制系统的核心部件。它对汽车的正常行驶，再生能量回收，网络管理，故障诊断与处理，车辆的状态与监视等功能起着关键的作用。与各部件控制器的动态控制相比，整车控制器属于管理协调型控制。
新能源汽车不同于传统的燃油车，由于采用了动力电池等新能源，其运行安全具有特殊性，而驾驶安全是车主最为关心的地方，远程实时监控系统则在安全驾驶方面起着重要的作用。但是目前的整车控制器并没有集成远程监控系统，新能源汽车的整车控制器和远程监控终端是两个独立的控制器。目前市场上的车载智能终端也不具有整车控制器的标定、状态数据采集、故障诊断和调度管理等功能，所以整车控制器的这些功能并不能与车辆以外的设备进行信息交互。这些操作都需要研发或者售后人员现场支持，这也就造成了很多的不方便。
所以，需要设计一种设备，通过把远程监控系统和整车控制器集成化，可以将车辆的内部总线网络与外部互联网无缝连接起来，便于故障判断、外部管理和大数据分析，同时为车辆的智能控制提供外部信息。
发明内容
为解决目前的整车控制器没有集成远程监控系统，不便于故障判断、外部管理和大数据分析的问题。
为解决上述问题，本实用新型提供一种集成远程监控系统的整车控制器，包括微处理器、电源模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、脉冲量输入模块、高低边驱动输出模块、存储模块、CAN模块、GPS模块、4G模块和串口通信模块；
电源模块分为12V电源输入，从车载12V蓄电池取电；5V电源输出，用于给外部的传感器供电；
数字量输入模块一端与微处理器连接，一端与外部多个传感器连接，用于开关量信号的电平转换和整形；
模拟量输入模块用于采集模拟信号，微处理器通过采集的模拟信号来判断乘客的驾驶意图；
脉冲量输入模块用于采集脉冲信号并调理；
高低边驱动输出用于控制继电器，其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与多个继电器相接；
CAN模块包括CAN1和CAN2总线，CAN1和CAN2总线用于实现程序的刷写和整车控制器的标定，负责与整车设备通信；CAN模块其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与系统高速CAN总线相接；
进一步地，微处理器为芯片MK60DN512VLQ10；4G模块以ME909s-821芯片为核心；GPS模块选用北斗导航模块BNSTAR BD-1612Z。
进一步地，4G模块包括电源模块，GNSS模块及USIM接口、控制信号接口和USB接口和UART接口；
GNSS模块分为射频主集天线(MAIN_ANT)和射频分集天线(AUX_ANT)，RF 信号线的阻抗值为50Ω；
控制信号接口包括开关机接口、系统重启接口、休眠/唤醒控制接口、模块唤醒主机接口、休眠状态指示接口、网络状态指示接口和热插拔接口；
USB模块接口用于数据传输、软件升级和模块程序检查。
进一步地，开关量信号包括钥匙信号、档位信号、充电开关和制动信号；模拟信号包括加速踏板开度、制动踏板开度和电池电压信号；继电器包括水泵继电器和PTC继电器；整车设备包括电机控制器、电池管理系统和充电机。
进一步地，4G模块和微处理器最小系统采用独立的电源芯片供电，GPS模块采用独立的供电电源，以增加系统的可靠性和抗干扰性。
进一步地，模拟量输入模块的采集范围为0-5V。
进一步地，GPS模块采用UART方式与微处理器进行数据通信，并通过电平转换芯片与4G模块相连接，以实现数据互通和上传。
进一步地，4G模块与微处理器通过UART0连接，所述UART0支持标准Modem 握手信号控制方式，支持通过UART0接口与外界进行串行通信和AT指令输入。
进一步地，串口通信模块，直接与微处理器相连接，用于在上位机中观察调试出现的错误，减小开发难度。
进一步地，存储模块用于以存储标定的数据和故障码，车辆特征参数。
本实用新型的有益效果包括：本实用新型提供的一种集成远程监控系统的整车控制器可以与外部设备实时信息相互，实时地对整车控制器进行故障判断，状态反馈，参数标定和程序升级，不用工作人员现场进行相关的操作，节约了人力物力，降低了整车控制器的维护成本。同时，整车控制器一般密封在电动汽车的前舱，拆卸比较麻烦，减小了外部毁坏的风险。储存在整车控制器中的诊断信息、工况信息可以实时监控，增加了整车控制器实时排查错误和维修的可行性。
附图说明
图1为本实用新型一种集成远程监控系统的整车控制器的一具体实施例的整车控制器结构框图；
图2为本实用新型一种集成远程监控系统的整车控制器的一具体实施例的 4G模块电路框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型实施例的一种集成远程监控系统的整车控制器进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例的一种集成远程监控系统的整车控制器，如图1所示，包括微处理器、电源模块、数字量输入、模拟量输入、脉冲量输入、高边底边驱动输出、存储模块、CAN模块、GPS模块、4G模块和串口通信模块。
下面对方案设计进行详细说明。
整车控制器的微处理器选用飞思卡尔32位芯片MK60DN512VLQ10，总线频率高达200MHz，128K RAM和256K Flash，具有丰富的功能复用引脚。
电源模块分为12V电源输入，从车载12V蓄电池取电，输入范围9-16V；5V 电源输出，用于给外部的传感器供电，输出电流可达2A。
数字量输入模块用于开关量信号的电平转换和整形，常见的开关量信号有钥匙信号、档位信号、充电开关、制动信号等等。数字量输入模块一端与微处理器连接，一端与外部多个传感器连接。
模拟量输入模块可采集0-5V模拟信号，常见的模拟信号包括加速踏板开度、制动踏板开度、电池电压信号等等，微处理器通过采集这些信号来判断乘客的驾驶意图。
脉冲量输入模块可采集脉冲信号并调理，范围1Hz—20KHZ，幅度6---50V。
高低边驱动输出主要是控制继电器，其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与多个继电器相接，在不同整车系统中意义略有不同，一般情况下控制如水泵继电器及PTC继电器等。
CAN模块包括CAN1和CAN2总线，CAN1和CAN2总线用于实现程序的刷写和整车控制器的标定，负责与整车设备通信，主要设备有电机控制器(MCU)、电池管理系统(BMS)及充电机等，CAN模块其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与系统高速CAN总线相接。
以上所述是传统整车控制器的基本功能模块，为了增加与外界的信息交互，本实用新型增加了4G模块、GPS模块和串口通信模块。
4G模块选用了华为的ME909S-821通讯模块，ME909s-821是第一个LTE CAT4 模块基于高科技车规级芯片，ME909s-821支持150Mbps的下行数据速率，包括增强的功能像FOTA，USSD和华为增强命令。华为海思芯片4G模块，支持中国联通4G，3G，2G，中国移动4G，3G,2G，中国电信4G。
GPS模块选用北斗导航模块BNSTAR BD-1612Z，BNSTAR BD-1612Z是一款高性能BDS/GNSS全星座定位导航模块，采用完全自主知识产权的低功耗GNSS SOC芯片—AT6558，支持多种卫星导航系统，包含32个跟踪通道可以同时接收六个卫星导航系统的GNSS信号，并且实现联合定位、导航与授时。是一款真正意义的六合一多模卫星导航模块。
最后增加了串口通信模块，直接与微处理器相连接，可以方便直观的在上位机中观察调试出现的错误，减小开发难度。
4G模块的电路框图如图2所示，主要包括电源模块，GNSS模块及USIM接口、控制信号接口和USB接口和UART接口。4G模块和微处理器最小系统采用相对独立的电源芯片供电，增加了系统的可靠性和抗干扰性。
GNSS模块分为射频主集天线(MAIN_ANT)和射频分集天线(AUX_ANT)，设计时，RF信号线的阻抗值必须为50Ω。ME909s-821LGA模块提供了符合ISO 7816-3标准的USIM卡接口，支持自动检测Class B和Class C的USIM卡。 ME909s-821LGA模块的控制信号部分主要包括开关机(POWER_ON_OFF)接口、系统重启(RESIN_N)接口、休眠/唤醒控制(WAKEUP_IN)接口、模块唤醒主机(WAKEUP_OUT)接口、休眠状态指示(SLEEP_STATUS)接口、网络状态指示(LED_MODE)接口和热插拔(USIM_DET)接口。
USB模块接口主要用于数据传输、软件升级和模块程序检查。
存储模块EEPROM用于以存储标定的数据和故障码，车辆特征参数，容量32K。
4G模块与微处理器通过UART0连接，UART0支持标准Modem握手信号控制方式，支持通过UART0接口与外界进行串行通信和AT指令输入。北斗导航模块BNSTAR BD-1612Z采用UART方式与微处理器进行数据通信，并通过电平转换芯片与4G模块ME909S-821相连接，以实现数据互通和上传。同时，由于GPS 系统的敏感性，也为GPS模块设计了独立的供电电源，增加系统的可靠性。
本实用新型实施例的一种集成远程监控系统的整车控制器，其工作方式如下:
整车控制器上电后，系统通过I/O口和模拟信号输入口获取相应的操作信号，通过CAN总线接收来自车辆其他CAN终端的信息；
经过微处理器进行处理之后，将控制信号通过I/O口输出至控制单元，通过CAN总线发送至其他控制单元，如BMS和MCU等；
通过串行总线(UART)将需要发送给远程终端的数据传送给GPS模块，并加上该模块的获取的GPS地理位置与时钟信息，通过4G模块发送给远程服务器，并通过SPI以及I/O口控制继电器从而控制车辆其他执行机构及设备的运行状态；
4G模块将本地数据发送到云端服务器，或者数据从云端服务器通过4G模块发送到VCU中；
VCU从CAN总线上接收整车报文，并对报文进行解析，按照VCU与4G模块的通信协议，将数据传送到4G模块，4G模块按照4G协议将数据传送到与VCU 绑定的服务器中，并且将数据存储到本地的SD卡中，用于历史数据查询；
远程终端通过访问与VCU连接的服务器，将数据导入本地，通过上位机软件进行本地判断，进行故障诊断。
通过本实用新型设计的整车控制器可以与外部设备实时信息相互，实时地对整车控制器进行故障判断，状态反馈，参数标定和程序升级，不用工作人员现场进行相关的操作，节约了人力物力，降低了整车控制器的维护成本。同时，整车控制器一般密封在电动汽车的前舱，拆卸比较麻烦，减小了外部毁坏的风险。储存在整车控制器中的诊断信息、工况信息可以实时监控，增加了整车控制器实时排查错误和维修的可行性。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，包括微处理器、电源模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、脉冲量输入模块、高低边驱动输出模块、存储模块、CAN模块、GPS模块、4G模块和串口通信模块；
所述电源模块分为12V电源输入，从车载12V蓄电池取电；5V电源输出，用于给外部的传感器供电；
所述数字量输入模块一端与微处理器连接，一端与外部多个传感器连接，用于开关量信号的电平转换和整形；
所述模拟量输入模块用于采集模拟信号，微处理器通过采集的模拟信号来判断乘客的驾驶意图；
所述脉冲量输入模块用于采集脉冲信号并调理；
所述高低边驱动输出模块用于控制继电器，其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与多个继电器相接；
所述CAN模块包括CAN1和CAN2总线，CAN1和CAN2总线用于实现程序的刷写和整车控制器的标定，负责与整车设备通信；CAN模块其一端通过光电隔离器与微控制器相连，另一端与系统高速CAN总线相接。
2.根据权利要求1所述的一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，所述微处理器为芯片MK60DN512VLQ10；所述4G模块以ME909s-821芯片为核心；所述GPS模块选用北斗导航模块BNSTAR BD-1612Z。
3.根据权利要求2所述的一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，所述4G模块包括电源模块，GNSS模块及USIM接口、控制信号接口和USB接口和UART接口；
所述GNSS模块分为射频主集天线和射频分集天线，RF信号线的阻抗值为50Ω；
所述控制信号接口包括开关机接口、系统重启接口、休眠/唤醒控制接口、模块唤醒主机接口、休眠状态指示接口、网络状态指示接口和热插拔接口；
所述USB模块接口用于数据传输、软件升级和模块程序检查。
4.根据权利要求1所述的一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，所述开关量信号包括钥匙信号、档位信号、充电开关和制动信号；所述模拟信号包括加速踏板开度、制动踏板开度和电池电压信号；所述继电器包括水泵继电器和PTC继电器；所述整车设备包括电机控制器、电池管理系统和充电机。
5.根据权利要求1所述的一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，所述4G模块和微处理器最小系统采用独立的电源芯片供电，所述GPS模块采用独立的供电电源，以增加系统的可靠性和抗干扰性。
6.根据权利要求1所述的一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，所述模拟量输入模块的采集范围为0-5V。
7.根据权利要求1所述的一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，所述GPS模块采用UART方式与微处理器进行数据通信，并通过电平转换芯片与4G模块相连接，以实现数据互通和上传。
8.根据权利要求1所述的一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，所述4G模块与微处理器通过UART0连接，所述UART0支持标准Modem握手信号控制方式，支持通过UART0接口与外界进行串行通信和AT指令输入。
9.根据权利要求1所述的一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，所述串口通信模块，直接与微处理器相连接，用于在上位机中观察调试出现的错误，减小开发难度。
10.根据权利要求1所述的一种集成远程监控系统的整车控制器，其特征在于，所述存储模块用于以存储标定的数据和故障码，车辆特征参数。
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