CN214240691U - 整车控制系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种整车控制系统及车辆，属于车辆技术领域。所述整车控制系统包括：车载电源；开关模块，与所述车载电源相连接；以及功率驱动电路，通过所述开关模块与所述车载电源相连接，在整车处于工作状态时，由所述车载电源为所述功率驱动电路供电，在所述整车处于休眠状态时，所述开关模块动作以使得所述车载电源停止为所述功率驱动电路供电。本实用新型通过使功率驱动电路经开关模块由车载电源直接供电，可以简化电路结构，减少一路防护设计，能够在不影响产品安全性的基础上，有效降低整车控制系统的成本，且改进后的整车控制系统的结构简单，易于实现。

Description

整车控制系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，具体地涉及一种整车控制系统及车辆。

背景技术

VCU(整车控制器，Vehicle Control Unit)是纯电动汽车和混合动力汽车的核心部件，能够采集驾驶员的驾驶动作，监控车辆状态，并协调MCU(电机控制器，Motor ControlUnit)、BMS(电池管理系统，Battery Management System)和仪表等系统、功率扭矩以及整车能量的分配等，并能够进行故障诊断和电附件管理，因此具有非常重要的作用。

当前带有休眠功能的VCU电源部分的设计如图1所示。在VCU进入待机状态时，车载电源提供的电压(Vin)需要同时为CAN收发器和电压转换芯片供常电，而功率驱动电路(如高边驱动电路、半桥驱动电路及H桥驱动电路等)通常由整车配电(KL87)供电或通过继电器控制供电。由于当前的电压转换芯片在设计上很难做到10μA左右的待机功耗，同时有需要整车提供另一路整车配电(KL87)给负载供电，故存在需要增加额外的电路端口、休眠情况下功耗较大、线束成本高级需要两路电源的EMC(电磁兼容性，Electro MagneticCompatibility)防护设计等问题。因此现在亟需设计一款能够实现微弱功耗休眠的VCU，以满足车载电源长时间的续航需求。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种整车控制系统及车辆，用于解决上述技术问题中的一者或多者。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种整车控制系统，所述整车控制系统包括：车载电源；开关模块，与所述车载电源相连接；以及功率驱动电路，通过所述开关模块与所述车载电源相连接，在整车处于工作状态时，由所述车载电源为所述功率驱动电路供电，在所述整车处于休眠状态时，所述开关模块动作以使得所述车载电源停止为所述功率驱动电路供电。

可选的，所述整车控制系统还包括：逻辑电路，与所述开关模块相连接，用于接收触发信号，并将所述触发信号转换为动作信号后发送至所述开关模块，所述开关模块根据所述动作信号导通时，控制所述车载电源为所述功率驱动电路供电，所述开关模块根据所述动作信号断开时，控制所述车载电源停止为所述功率驱动电路供电。

可选的，所述逻辑电路包括二极管、第一电阻、第二电阻、稳压二极管、以及MOS管，其中，所述二极管和第一电阻与由所述第二电阻和稳压二极管构成的并联回路串联连接，所述MOS管的栅极连接至所述由所述第二电阻和稳压二极管构成的并联回路的输入端，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏极接输出端。

可选的，所述整车控制系统还包括：CAN收发器，与所述车载电源和所述逻辑电路相连接，用于将接收到的唤醒信号作为所述触发信号发送至所述逻辑电路，以使得所述逻辑电路根据所述触发信号向所述开关模块发送所述动作信号。

可选的，所述CAN收发器通过以下方式接收到唤醒信号：通过CAN总线接收唤醒数据帧，并将所述唤醒数据帧作为所述唤醒信号；和/或通过CAN收发器的引脚接收所述唤醒信号。

可选的，所述整车控制系统还包括：微处理器，与所述CAN收发器相连接，用于将接收到的休眠信号发送至所述CAN收发器，所述CAN收发器将所述休眠信号作为所述触发信号发送至所述逻辑电路，所述逻辑电路根据所述触发信号向所述开关模块发送所述动作信号，以使得所述车载电源停止为功率驱动电路和所述微处理器供电。

可选的，所述整车控制系统还包括：电压转换芯片，通过所述开关模块与所述车载电源相连接，用于在整车处于工作状态时，将所述车载电源提供的电源转换为提供至所述功率驱动电路。

可选的，所述整车控制系统还包括双向瞬变抑制二极管，所述双向瞬变抑制二极管的一端连接至所述车载电源和所述开关模块之间，另一端接地。

可选的，所述开关模块包括MOS管。

另一方面，本实用新型提供一种车辆，所述车辆设置有如上述中任一项所述的整车控制系统。

通过上述技术方案，使功率驱动电路经开关模块由车载电源直接供电，可以简化电路结构，减少一路防护设计，能够在不影响产品安全性的基础上，有效降低整车控制系统的成本，且改进后的整车控制系统的结构简单，易于实现。

本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：

图1是现有的整车控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的整车控制系统的结构框图；

图3是本实用新型实施例提供的整车控制系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的逻辑电路的电路原理图。

附图标记说明

21 车载电源 22 开关模块

23 功率驱动电路

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。

图2是本实用新型实施例提供的整车控制系统的结构框图。如图2所示，本实用新型该实施例提供的整车控制系统改变了功率驱动电路的供电方式，即所述功率驱动电路23通过开关模块22连接至车载电源21，在整车处于工作状态时，由车载电源21通过开关模块22直接为功率驱动电路23供电，在整车处于休眠状态时，开关模块22动作，使得所述车载电源21停止为功率驱动电路供电。

本实用新型该实施例提供的方案，通过对整车控制系统的线路进行改造，由现有技术中通过整车配电或者继电器控制为功率驱动电路供电的方案改进为由车载电源通过开关模块直接为功率驱动电路供电，可以有效简化线路结构。

对于整车控制系统来说，出于安全考虑，需要对每一线路都进行防护设计，相较于现有方案中的由整车配电或者继电器控制为功率驱动电路供电来说，采用车载电源通过开关模块直接为功率驱动电路供电还可以简化防护设计，降低产品成本。

具体的，本实用新型该实施例提供的整车控制系统，可以仅在车载电源与开关模块之间设置一个双向瞬变抑制二极管，并且使所述双向瞬变抑制二极管的另一端接地即可实现EMC防护设计。

图3是本实用新型实施例提供的整车控制系统的结构示意图，现结合图3详细介绍本实用新型实施例提供的整车控制系统。

在该实施例提供的方案中采用了高边开关作为开关模块，用户也可根据实际需求选择其他具有通断功能的元器件作为开关模块。

其中，所述高边开关优选为MOS管，也可以为其他具备开关功能的元器件。

如图3所示，该整车控制系统还包括逻辑电路，所述逻辑电路的out引脚与高边开关的in引脚相连接，用于控制高边开关的动作。例如，在逻辑电路接触到触发信号时，会将所述触发信号转换为动作信号后发送至开关模块，开关模块就能够根据所述动作信号动作以控制车载电源是否为功率驱动电路供电。例如，在所述开关模块导通时，控制车载电源为功率驱动电路供电，在开关模块断开(即处于截止状态)时，控制车载电源停止为功率驱动电路供电。

所述高边开关的引脚功能表如下所示：

表1

引脚	正常工作	微功耗状态
			in	低电平	悬空

图4是实用新型实施例提供的逻辑电路的电路原理图。如图4所示，所述逻辑电路包括：二极管D1的正极与输入端相连接，负极经电阻R1连接至N沟道低压MOS管的栅极，稳压二极管D2与电阻R2构成的并联回路的一端连接在电阻R1与N沟道低压MOS管的栅极之间，另一端接地，所述N沟道低压MOS管的源极接地，漏极接输出端。其中，所述稳压二极管D2能够保护所述逻辑电路，避免瞬时高压将端口损坏，起到防静电的作用。

图4中示出的逻辑电路的输入输出逻辑关系表如下所示：

表2

输入端in	输出端out
		高电平	低电平
低电平	高组态

在所述整车控制系统包括CAN收发器的情况下，如图3所示，CAN收发器的INH引脚与逻辑电路的in引脚相连接，因此CAN收发器可以将唤醒信号通过INH引脚发送至逻辑电路，以使得逻辑电路能够控制高边开关动作。

具体的，CAN收发器连接在车载电源与逻辑电路之间，用于在接收到唤醒信号时，将其作为触发信号发送至逻辑电路。

对于CAN收发器来说，可以将通过CAN收发器连接的CAN总线接收唤醒数据帧作为唤醒信号，也可以通过CAN收发器的引脚直接接收唤醒信号，或者CAN收发器同时具备通过CAN总线接收唤醒数据帧和通过引脚接收唤醒信号的功能，在接收到唤醒数据帧或者唤醒信号中的任意一者时被唤醒，并向逻辑电路输出触发信号。

对于车辆来说，其休眠操作通常通过微处理器MCU进行控制。在此基础上，如图3所示，本实用新型该实施例提供的整车控制系统还可以包括与CAN收发器相连接的微处理器MCU，在微处理器MCU接收到休眠信号时，会将其转发给CAN收发器，所述CAN收发器能够将所述休眠信号作为触发信号的一种而将其发送至逻辑电路，逻辑电路在接收到作为触发信号的休眠信号时，会向开关模块发送动作信号，开关模块根据接收的动作信号执行相应动作以使得车载电源停止为功率驱动电路和微处理器MCU供电，实现整车的休眠。

由于车辆处于工作状态时的车载电源直接输出的电信号不适用于直接为其他耗电负载供电，因此可以在整车控制系统中设置一电压转换芯片，其主要用于将车载电源输出的电信号进行电压转换(例如将12V或24V的电信号转换为5V或3.5V的电信号)以为其他耗电负载(例如CAN收发器、微处理器、功率驱动电路和其他电路等)进行供电。

考虑到如果由车载电源直接为电压转换芯片供电，那么车辆处于休眠状态时将会有不必要的待机功耗，并且受限于制造技术和设计技术的影响，电压转换芯片的待机功耗较大，因此可以考虑如图3所示，将电压转换芯片通过开关模块(即图3中的高边开关)连接至车载电源，在车辆处于休眠状态时，高边开关处于截止状态，因而其静态功耗非常小，从而可以有效降低整车控制系统的待机功耗。

结合图1和图3可以明显看出，现有的整车控制系统的主要功耗为CAN收发器的功耗和电压转换芯片的功耗，本实用新型实施例提供的整车控制系统的主要功耗为CAN收发器的功耗和高边开关的功耗，而后者的整体功耗明显是远低于前者的。

图3中示出的整车控制系统采用了双向瞬变抑制二极管TVS1以实现EMC防护设计，所述双向瞬变抑制二极管TVS1连接在车载电源端与接地端之间。相对于图1示出的整车控制系统来说，由于仅有一个电源输入端Vin1，在节省了一套EMC防护设计的基础上不仅不会影响整车控制系统的抗干扰性，还能够降低产品成本，简化产品结构。

本实用新型该实施例提供的整车控制系统具有休眠状态时功耗低和成本的优点，并且基于现有的整车控制系统进行简单的线路改造即可得到，易于实现。

现结合一具体实施例来详细解释图3示出的整车控制系统的工作流程及细节。

先对CAN收发器进行详细介绍。CAN收发器主要有三种微功耗模式，分别为休眠模式、待机模式和正常操作模式，可以通过CAN收发器的引脚STB和引脚EN实现三种微功耗模式的进入和退出。CAN收发器的INH输出引脚用于控制高边开关的导通和截止，其输出状态为如表3所示：

表3

CAN收发器状态	正常工作	休眠
			INH引脚输出	高电平	低电平

其中，休眠模式是功率消耗最低的模式，此时引脚INH切换到高阻抗，输出低电平，CAN收发器内部电路释放外部电压调节器，引脚CANL通过引脚(图中未示出的芯片内部引脚，如引脚RTL)偏置切换到经由引脚VBAT被供电(即由车载电源供电)，引脚RXD和引脚/ERR将被设置成可触发唤醒中断。

CAN收发器的各引脚功能表如表4所示：

表4

其中，表4中的0表示低电平，1表示高电平。

对于本实用新型该实施例提供的整车控制系统来说，整车由工作状态切换为休眠状态通过以下方式实现：

整车控制单元VCU内部的微处理器MCU检测达到休眠条件(如检测到整车下电或外部设备通知下电)后，通过将CAN收发器的引脚/STB置位为0，将引脚EN置位为1，控制所述CAN收发器进入休眠状态。此时CAN收发器的引脚INH输出低电平至逻辑电路的引脚in，逻辑电路的引脚out呈现高阻态状态，高边开关的引脚Vout处于截止状态，即实现了通过逻辑电路将高边开关断开。从而停止车载电源(12V/24V)供电，后级电路的供电(由电压转换芯片转换后的供电输出)也被切断，不再消耗功率，电压转换芯片无法工作，系统电源Vcc无供电，导致CAN收发器内部的VCC端口也被断电。此时的CAN收发器会立即切换到由引脚VBAT供电(即有车载的电源供电)，此时的整车控制系统完成休眠操作，整车控制系统中的各个部件都处于微功耗状态或者无功耗状态，故图3中示出的整个支路的在整车休眠时的能耗被降至最低。

对于本实用新型该实施例提供的整车控制系统来说，整车由休眠状态切被唤醒可以通过接收唤醒数据帧和接收唤醒信号这两种中的任意一者实现。

通过接收唤醒数据帧实现由休眠状态被唤醒的具体过程为：

当特定的CAN数据帧(即唤醒数据帧)出现时，其将首先通过CAN收发器的引脚CANH和引脚CANL接收到。而CAN收发器一接收到所述CAN数据帧就会产生短时间唤醒，其引脚INH输出高电平，逻辑电路的引脚out输出低电平，高边开关的引脚in处于低电平状态，即高边开关处于导通状态，Vin2线路有电压，从而使电压转换芯片恢复对外的Vcc端供电。此时的CAN收发器的VCC端口和微处理器MCU的VCC端口输入高电平，整车控制系统完成被唤醒，即完成了从休眠状态到工作状态的转换。

通过接收唤醒信号实现由休眠状态被唤醒的具体过程为：

当CAN收发器的引脚WAKE检测到外部输入了的Wakeup_In高电平时(如通过其他功能模块输入至CAN收发器的高电平信号或通过开关输入至CAN收发器的高电平信号)，其引脚INH输出高电平，逻辑电路的引脚out输出低电平，高边开关的引脚in处于低电平状态，即高边开关处于导通状态，Vin2线路有电压，从而使电压转换芯片恢复对外的Vcc端供电，此时的CAN收发器的VCC端口和微处理器MCU的VCC端口输入高电平，整车控制系统完成被唤醒，即完成了从休眠状态到工作状态的转换。

本实用新型该实施例还提供了一种车辆，所述车辆设置有本实用新型任意实施例提供的整车控制系统。

以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种整车控制系统，其特征在于，所述整车控制系统包括：

车载电源；

开关模块，与所述车载电源相连接；以及

功率驱动电路，通过所述开关模块与所述车载电源相连接，在整车处于工作状态时，由所述车载电源为所述功率驱动电路供电，在所述整车处于休眠状态时，所述开关模块动作以使得所述车载电源停止为所述功率驱动电路供电。

2.根据权利要求1所述的整车控制系统，其特征在于，所述整车控制系统还包括：

逻辑电路，与所述开关模块相连接，用于接收触发信号，并将所述触发信号转换为动作信号后发送至所述开关模块，所述开关模块根据所述动作信号导通时，控制所述车载电源为所述功率驱动电路供电，所述开关模块根据所述动作信号断开时，控制所述车载电源停止为所述功率驱动电路供电。

3.根据权利要求2所述的整车控制系统，其特征在于，所述逻辑电路包括二极管、第一电阻、第二电阻、稳压二极管、以及MOS管，

其中，所述二极管和第一电阻与由所述第二电阻和稳压二极管构成的并联回路串联连接，所述MOS管的栅极连接至所述由所述第二电阻和稳压二极管构成的并联回路的输入端，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏极接输出端。

4.根据权利要求2所述的整车控制系统，其特征在于，所述整车控制系统还包括：

CAN收发器，与所述车载电源和所述逻辑电路相连接，用于将接收到的唤醒信号作为所述触发信号发送至所述逻辑电路，以使得所述逻辑电路根据所述触发信号向所述开关模块发送所述动作信号。

5.根据权利要求4所述的整车控制系统，其特征在于，所述CAN收发器通过以下方式接收到唤醒信号：

通过CAN总线接收唤醒数据帧，并将所述唤醒数据帧作为所述唤醒信号；和/或

通过CAN收发器的引脚接收所述唤醒信号。

6.根据权利要求4所述的整车控制系统，其特征在于，所述整车控制系统还包括：

微处理器，与所述CAN收发器相连接，用于将接收到的休眠信号发送至所述CAN收发器，所述CAN收发器将所述休眠信号作为所述触发信号发送至所述逻辑电路，所述逻辑电路根据所述触发信号向所述开关模块发送所述动作信号，以使得所述车载电源停止为功率驱动电路和所述微处理器供电。

7.根据权利要求1所述的整车控制系统，其特征在于，所述整车控制系统还包括：

电压转换芯片，通过所述开关模块与所述车载电源相连接，用于在整车处于工作状态时，将所述车载电源提供的电源转换为提供至所述功率驱动电路。

8.根据权利要求1所述的整车控制系统，其特征在于，所述整车控制系统还包括双向瞬变抑制二极管，所述双向瞬变抑制二极管的一端连接至所述车载电源和所述开关模块之间，另一端接地。

9.根据权利要求1所述的整车控制系统，其特征在于，所述开关模块包括MOS管。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆设置有如权利要求1至9中任一项所述的整车控制系统。

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