一种适用于特种车辆驾驶舱的采集控制器 专利技术说明

控制;调节装置的制造及其应用技术1.本发明涉及车辆控制领域，尤其涉及一种适用于特种车辆驾驶舱的采集控制器。背景技术：2.放眼国内，电气化、信息化、智能化，已是大势所趋：3.1)在汽车领域，实力强劲者基本都设有独立的部件级研发部门，能够实现电气部件的自主化研制生产，避免“卡脖子”等受制于人的局面。4.2)在特种车辆领域，具备条件的单位都在朝智能装备、无人平台等方向积极发展。如果缺乏信息控制相关的研发能力，于信息化总体牵引装备的大环境下，工厂必然面临不小的挑战。5.尽管方针明确，但还必须寻找一可行的项目载体作为电气发展的具体目标，作为推进引领。在诸多选择中，采集控制器因其地位显著，技术可通用化程度强，经济附加值较高等优点，是其中的良择优选。因此针对目前需求，对部分已有的采集控制器进行同位开发。6.采集控制器是车辆控制系统的核心，是整车信息处理与逻辑判断最集中的地方。其核心地位在多方面加以体现，一方面，采集控制器采集车辆绝大部分的传感器、检测开关等感知器件的信号，既能清楚地把控自身系统健康状态，也能感知周围环境并进行相应逻辑处理；另一方面，采集控制器依照逻辑约束，对相当一部分电控器件实现可控驱动，并监测状态；再者，多个采集控制器按照协议互相通信，构成了底盘控制网络，在这之上进行扩展构建，就形成了当下车辆信息化与智能化的基础单元。7.而当下的采集控制器仍然有许多不足之处：8.目前的采集控制器完全由配套厂家供货，无法进行相关产品功能升级或新产品开发，在进行车辆电气总体设计时，受制于人，无法实现最佳的匹配设计。采集控制器属于车辆底盘中的核心地位，但是当下的采集控制器实用性和可靠性都有所不足，采集控制器非模块化的处理导致当部分硬件损坏时需要将整个采集控制器更换，也没有用科学的方法对可靠性进行一个评估，而本项目属于特种车辆的采集控制器，在面对极端情况时，采集控制器就算部分损坏也必须保持其他功能的正常运行，对于实用性和可靠性有非常高的要求，因此设计出满足采集控制性能要求、具备高实用性、高可靠性的特种车辆驾驶舱的采集控制器成为亟待解决的问题。技术实现要素：9.针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种适用于特种车辆驾驶舱的采集控制器，该采集控制器具备模拟量采集，开关量采集，脉冲量采集等采集功能，并具备多路直流输出，使用can总线通信。10.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：11.一种适用于特种车辆驾驶舱的采集控制器，包括过压吸收模块a、主控模块a、配电模块a、过压吸收模块b、主控模块b、配电模块b、智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4；12.所述过压吸收模块a与配电模块a相连，所述过压吸收模块a还分别通过电极片与智能功率模块a1和智能功率模块a2相连，通过a1x1 power input与地相连；所述过压吸收模块b与配电模块b相连，所述过压吸收模块b还分别通过电极片与智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4相连，通过a2x1 power input与地相连；13.所述配电模块a与a1x3 signal input、主控模块a、智能功率模块a1和智能功率模块a2相连，所述配电模块b与a2x3 signal input、主控模块b、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4相连；14.所述过压吸收模块a和过压吸收模块b防止设备电源正负极接反，避免烧坏设备；吸收设备启动过程的浪涌电流及输入电源电压的瞬态过压，提升设备输入电源的电能质量，保障设备在恶劣工况下的正常工作；15.所述主控模块a和主控模块b采集开关量、模拟量和脉冲信号，接收外部can总线信息，根据采集信息或接收指令，控制电子开关、智能功率模块的驱动输出状态或更改智能功率模块的输出功率保护阈值并监测其运行状态；16.所述配电模块a和配电模块b为智能功率模块、主控模块和传感器供电，具有dc 26v、24v、15v、5v、3.3v输出；17.所述智能功率模块a1主要负责接收采集主控模块通过内部can总线传输过来的控制信息，输出多路电源为设备供电，包含两路示廓灯/50w，一路左转灯/20w，一路右转向灯/20w，一路刹车灯/50w，一路倒车灯/50w，外加四路备用；18.所述智能功率模块a2主要负责接收采集主控模块通过内部can总线传输过来的控制信息，输出多路电源为设备供电，包含两路通风风扇/120w，外加两路备用；19.所述智能功率模块b1主要负责接收采集主控模块通过内部can总线传输过来的控制信息，驱动大功率器件，同时监控各路输出功率，包含1路输油泵/400w，1路备用/400w；20.所述智能功率模块b2主要负责接收采集主控模块通过内部can总线传输过来的控制信息，驱动中等功率器件，同时监控各路输出功率，包含1路干燥器/100w，1路远光灯/300w，2两路近光灯/150w，1路喇叭/200w，1路备用/200w；21.所述智能功率模块b3主要负责接收采集主控模块通过内部can总线传输过来的控制信息，驱动中等功率器件，同时监控各路输出功率，包含1路示廓灯/100w，1路起动信号/100w，1路雾灯/200w，1路备用/100w；22.所述智能功率模块b4主要负责接收采集主控模块通过内部can总线传输过来的控制信息，驱动小功率器件，同时监控各路输出功率，包含1路差速锁阀/26w，1路刹车灯/20w，1路喷水装置/50w，1路左转向灯/50w，1路右转向灯/50w，一路分动箱阀/26w，3路备用/50w。23.作为本发明的一种优选方案，该适用于特种车辆驾驶舱的采集控制器还包括机柜，机柜用于实现驾驶舱采集控制器的外部功能扩展；所述机柜包括电源输入a1x1 power input、a2x1power input，插座型号为xce18f4z1d1、插头型号为xce18t4k1p1；配电输出a1x2 power output、a2x2 power output，插座型号为xce22f14k1d1，插头型号为xce22t14z1p1；信号采集a1x3 signal input、a2x3 signal input，插座型号为xce33f55k1d1，插头型号为xce33t55z1p1；can总线a1x4 can、a2x4 can，插座型号为xce33f55k1d1，插头型号为xce33t55z1p1；升级测试a1x5 test、a2x5 test，插座型号为fbb103z10k010，防尘盖型号为tl-3184-1c1。24.作为本发明的一种优选方案，所述主控模块a为通用的主控模块，选用线性稳压器ams1117-3.3将配电模块a输入的5vdc转换成3.3vdc，控制芯片采用avp32f335qp176s，adc采样精度可达0.81mv(3.3v/4096≈0.81mv)，外部晶体谐振器选用30mhz；内部电路设计包含复位电路、boot选择电路、jtag接口电路、存储电路、can接口电路、开关量检测电路、电压信号检测电路、电阻信号检测电路、脉冲信号检测电路、电子开关电路。25.作为本发明的一种优选方案，所述主控模块a连接外部can总线can-l和can-h，外部can总线can-l和can-h连接a1x3 signal input；所述主控模块b连接外部can总线can-l和can-h以及a2x3 signal input，外部can总线can-l和can-h连接a1x4 can、a2x4 can。26.作为本发明的一种优选方案，该适用于特种车辆驾驶舱的采集控制器还包括防反接模块a和防反接模块b；所述防反接模块a和防反接模块b防止正负极接反，从而避免烧坏设备；所述防反接模块a与a1x1 power input和正26伏相连；所述防反接模块b与a2x1 power input和正26伏相连。27.作为本发明的一种优选方案，所述配电模块a和配电模块b的5v直流隔离供电电路主要为智能功率模块a1、智能功率模块a2、主控模块a和传感器供电，拟采用金升阳公司的dc/dc模块电源urb2405ymd-20wr3(智能功率模块和主控模块电源)和urb2405s-6wr3(传感器电源)，输入电压范围宽，效率较高，具备输入欠压保护，输出短路、过流、过压保护及输入防反接功能，通过en62368认证，主要技术指标如下：1)输入电压：9～36vdc；2)输出电压：5vdc；3)隔离电压：1500vdc；4)工作温度：-40～105℃；5)存储温度：-55～125℃。28.作为本发明的一种优选方案，所述配电模块a和配电模块b的24v直流隔离供电电路主要为传感器供电，驾驶舱采集控制器不使用该电源。该电路采用金升阳公司的dc/dc模块电源urb2424s-6wr3，输入电压范围宽，具备输入欠压保护及输出短路、过流、过压保护功能，通过en62368认证，主要技术指标如下：1)输入电压：9～36vdc；2)输出电压：24vdc；3)隔离电压：1600vdc；4)额定功率：6w；5)工作温度：-40～105℃；6)存储温度：-55～125℃。29.作为本发明的一种优选方案，所述智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4供电电路采用线性稳压器ams1117-3.3将配电模块输入的5vdc转换成3.3vdc，并设有过流保护、防反接保护、供电指示等功能，其中ptc自恢复保险丝、瞬态抑制二极管选型时充分考虑了驾驶舱采集控制器的极端运行工况，以确保其始终运行在允许的工况下。30.作为本发明的一种优选方案，所述智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4的最小系统控制芯片选用adp32f035qp64s，adc采样精度可达0.81mv(3.3v/4096≈0.81mv)，外部晶体谐振器选用ysx321sc-10mhz，并配有手动复位电路。31.作为本发明的一种优选方案，所述智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4的can接口电路为智能功率模块与主控模块间的通讯提供了接口，具有防浪涌功能，其中can芯片选用sit65hvd230dr，瞬态抑制二极管选型时充分考虑了驾驶舱采集控制器的极端运行工况，以确保其始终运行在允许的工况下。32.与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：33.1、本发明的适用于特种车辆驾驶舱的采集控制器具备模拟量采集，开关量采集，脉冲量采集等采集功能，并具备多路直流输出，使用can总线通信；对车架的各开关、传感器等进行监测并广播，对灯具、阀组、油泵等负载进行驱动，并在可靠性工作计划、建立可靠性模型，进行可靠性预计、分配，制定设计准则，开展故障模式影响及危害性分析，确保。34.2、该采集控制器用于采集车辆绝大部分的传感器、检测开关等感知器件的信号，并可以感知周围环境并进行相应逻辑处理，一方面，采集控制器依照逻辑约束，对相当一部分电控器件实现可控驱动，并监测状态；再者，多个采集控制器按照协议互相通信，构成了底盘控制网络，在这基础上进行了模块化处理，方便某个模块损坏后可以直接更好方便使用。附图说明35.图1为驾驶舱采集控制器的a箱接线图；36.图2为驾驶舱采集控制器的b箱接线图；37.图3为驾驶舱采集控制器的过压吸收模块电路原理图；38.图4为驾驶舱采集控制器的配电模块pcb版顶层设计图；39.图5为驾驶舱采集控制器的配电模块pcb版底层设计图；40.图6为驾驶舱采集控制器的配电模块的5v智能功率模块和主控模块电源电路设计图；41.图7为驾驶舱采集控制器的配电模块的5v传感器电源(驾驶舱采集控制器不使用)图；42.图8为驾驶舱采集控制器的配电模块的15v直流隔离供电单元设计图；43.图9为驾驶舱采集控制器的配电模块的24直流供电单元设计图；44.图10为驾驶舱采集控制器的配电模块的智能功率模块控制单元的供电电路设计图；45.图11为驾驶舱采集控制器的智能功率模块控制单元的最小系统图；46.图12为智能功率模块驱动电路及电流采样电路原理图；47.图13为智能功率模块驱动单元电压采样电路原理图；48.图14为智能功率模块程序流程图；49.图15为主控模块控制单元供电电路原理图；50.图16为主模块控制单元的最小系统图；51.图17为主控模块程序设计流程图。具体实施方式52.下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。53.一种适用于特种车辆驾驶舱的采集控制器，包括机柜、防反接模块a、过压吸收模块a、主控模块a、配电模块a、防反接模块b、过压吸收模块b、主控模块b、配电模块b、智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4。该适用于特种车辆驾驶舱的采集控制器基于采集信息对当前车辆工况进行判断，并融合上位机指令后作出决策，控制并驱动相应负载进行动作，含灯具、阀组、油泵等负载，通过can通讯对车辆状态进行记录和播报。54.机柜如图1和图2所示，机柜用于实现驾驶舱采集控制器的外部功能扩展，机柜包括电源输入a1x1 power input、a2x1 power input，插座型号为xce18f4z1d1，插头型号为xce18t4k1p1；配电输出a1x2 power output、a2x2 power output，插座型号为xce22f14k1d1，插头型号为xce22t14z1p1；信号采集a1x3 signal input、a2x3 signal input，插座型号为xce33f55k1d1，插头型号为xce33t55z1p1；can总线a1x4 can、a2x4 can，插座型号为xce33f55k1d1，插头型号为xce33t55z1p1；升级测试a1x5 test、a2x5 test，插座型号为fbb103z10k010，防尘盖型号为tl-3184-1c1。55.主控模块a为通用的主控模块，选用线性稳压器ams1117-3.3将配电模块a输入的5vdc转换成3.3vdc，控制芯片采用avp32f335qp176s，adc采样精度可达0.81mv(3.3v/4096≈0.81mv)，外部晶体谐振器选用30mhz。内部电路设计包含复位电路、boot选择电路、jtag接口电路、存储电路、can接口电路、开关量检测电路、电压信号检测电路、电阻信号检测电路、脉冲信号检测电路、电子开关电路。56.根据图1和图2所示的主控模块a连接外部can总线can-l和can-h，外部can总线can-l和can-h连接a1x3 signal input。主控模块b连接外部can总线can-l和can-h，以及a2x3signal input，外部can总线can-l和can-h连接a1x4 can、a2x4 can。57.防反接模块a与a1x1 power input和正26伏相连。防反接模块b与a2x1 power input和正26伏相连。58.根据如图1图2所示，过压吸收模块a与配电模块a相连，过压吸收模块a还分别通过电极片与智能功率模块a1和智能功率模块a2相连，通过a1x1 power input与地相连。过压吸收模块b与配电模块b相连，过压吸收模块b还分别通过电极片与智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4相连，通过a2x1 power input与地相连。59.根据如图1图2所示，配电模块a与a1x3 signal input、主控模块a、智能功率模块a1和智能功率模块a2相连，配电模块b与a2x3 signal input、主控模块b、智能功率模块b1、智能功率模块b2相连、智能功率模块b3和智能功率模块b4相连。60.驾驶舱采集控制器过压吸收电路原理如图3所示，该过压吸收模块电路具有防反接(d2、d3)、瞬态过压吸收(d4、d5)、防浪涌(r6、r7、q2)功能，其中瞬态抑制二极管d4、d5选型时充分考虑了驾驶舱采集控制器的极端运行工况，以确保其始终运行在允许的工况下。其中防反接二极管d2、d3和mos管q1、q2涂抹导热硅脂后贴到散热器上，并与机壳紧密接触，以便于散热。61.配电模块pcb板如图4-5所示，其中dc/dc模块电源涂抹导热硅脂后贴到散热器上，并与机壳紧密接触，以便于散热。62.配电模块的5v直流隔离供电电路主要为智能功率模块、主控模块和传感器供电，拟采用金升阳公司的dc/dc模块电源urb2405ymd-20wr3(智能功率模块和主控模块电源)和urb2405s-6wr3(传感器电源，驾驶舱采集控制器不使用该电源)，输入电压范围宽，效率较高，具备输入欠压保护，输出短路、过流、过压保护及输入防反接功能，通过en62368认证，主要技术指标如下：1)输入电压：9～36vdc；2)输出电压：5vdc；3)隔离电压：1500vdc；4)工作温度：-40～105℃；5)存储温度：-55～125℃。5v直流隔离供电单元的电路原理如图6-7所示。63.配电模块包含2个15v直流隔离供电电路，配电模块的15v直流隔离供电电路主要为传感器供电，驾驶舱采集控制器不使用该电源。该电路采用金升阳公司的dc/dc模块电源urb2415s-6wr3，输入电压范围宽，具备输入欠压保护及输出短路、过流、过压保护功能，通过en62368认证，主要技术指标如下：1)输入电压：9～36vdc；2)输出电压：15vdc；3)隔离电压：1600vdc；4)额定功率：6w；5)工作温度：-40～105℃；6)存储温度：-55～125℃。15v直流隔离供电电路原理图如图8所示。64.配电模块的24v直流隔离供电电路主要为传感器供电，驾驶舱采集控制器不使用该电源。该电路采用金升阳公司的dc/dc模块电源urb2424s-6wr3，输入电压范围宽，具备输入欠压保护及输出短路、过流、过压保护功能，通过en62368认证，主要技术指标如下：1)输入电压：9～36vdc；2)输出电压：24vdc；3)隔离电压：1600vdc；4)额定功率：6w；5)工作温度：-40～105℃；6)存储温度：-55～125℃。24v直流隔离供电电路原理图如图9所示。配电模块a和配电模块b由于输入电源电压为26±4vdc，满足常电源和夜间电源的供电需求，故26v直流供电单元直接将输入电源进行输出。65.智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4控制单元的供电电路如图10所示，采用线性稳压器ams1117-3.3将配电模块输入的5vdc转换成3.3vdc，并设有过流保护、防反接保护、供电指示等功能，其中ptc自恢复保险丝f1、瞬态抑制二极管d2选型时充分考虑了驾驶舱采集控制器的极端运行工况，以确保其始终运行在允许的工况下。66.智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4最小系统如图11所示，控制芯片选用adp32f035qp64s，adc采样精度可达0.81mv(3.3v/4096≈0.81mv)，外部晶体谐振器选用ysx321sc-10mhz，并配有手动复位电路。67.智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4的can接口电路为智能功率模块与主控模块间的通讯提供了接口，具有防浪涌功能，其中can芯片选用sit65hvd230dr，瞬态抑制二极管选型时充分考虑了驾驶舱采集控制器的极端运行工况，以确保其始终运行在允许的工况下。68.智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4的驱动电路与电流采样电路：智能功率模块的主电路包含6路驱动输出单元，功性能一致，设计方案完全相同。因此，仅介绍单路驱动输出单元的设计方案，其电路原理图如图12所示。sampling_signal引脚接控制单元的adc采集端口，control_signal引脚接控制单元的i/o端口，vout引脚为驱动输出端口。输入电流检测采用高性能单端输出的线性电流传感器cc6904-10a，工作温度范围-40～125℃℃，常温误差1％，全温误差3％。控制单元通过采集sampling_signal引脚的电压，即可实时监测驱动输出单元的驱动输出状态。当控制单元接收到控制指令或检测到输出过流时，通过控制control_signal引脚的状态，即可开启或关断驱动输出vout。69.智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4的输出电压采样电路：输出电压采样电路用于检测驱动单元的输出电压，以判断驱动输出状态和防止过压、短路等。其电路原理图如图13所示，首先经过分压电路将输出电压转换为幅值为0～5v的电压信号，再利用信号转换器gp9303t将电压信号转换为占空比为0～100％的pwm信号，经光耦隔离后，最后利用信号转换器gp8500将pwm信号转换为模拟电压信号，从而实现输出电压信号的隔离采样，精度可达±2％。70.智能功率模块a1、智能功率模块a2、智能功率模块b1、智能功率模块b2、智能功率模块b3和智能功率模块b4控制程序的流程如图14所示，实现如下功能：1)与主控模块通信，接收控制指令/设置指令，上传驱动状态；2)根据接收的控制指令，控制驱动输出的开断；3)根据接收的设置指令，设置驱动输出的保护阈值；4)驱动电压、电流、功率监测；5)过压、过流、短路、can通讯故障保护及报警。71.主控模块a和主控模块b供电电路如图15所示，选用线性稳压器ams1117-3.3将配电模块输入的5vdc转换成3.3vdc，选用线性稳压器ams1117-1.8将配电模块输入的5vdc转换成1.8vdc，并设有缓启动、过流保护、防反接保护、供电指示等功能，其中ptc自恢复保险丝、瞬态抑制二极管选型时充分考虑了驾驶舱采集控制器的极端运行工况，以确保其始终运行在允许的工况下。72.主控模块a和主控模块b最小系统如图16所示，控制芯片选用avp32f335qp176s，adc采样精度可达0.81mv(3.3v/4096≈0.81mv)，外部晶体谐振器选用30mhz。主控模块a和主控模块b复位电路：当电源电压低于预设的阈值或手动按下复位按钮时，复位电路将使控制单元恢复到起始状态。主控模块a、主控模块b存储电路包含flash和eeprom存储电路，用于为控制单元提供外部存储，其中eeprom存储电路具有掉电后数据不丢失的优点。73.主控模块a、主控模块b的can接口电路包含2路外部can接口电路和1路内部can接口电路。外部can接口电路为驾驶舱采集控制器与车辆其他装置间的通讯提供了接口，具有隔离、防浪涌功能；而内部can接口电路为主控模块与智能功率模块间的通讯提供了接口，具有防浪涌功能。瞬态抑制二极管选型时充分考虑了驾驶舱采集控制器的极端运行工况，以确保其始终运行在允许的工况下。74.主控模块a和主控模块b的控制程序如图17所示，主要实现如下功能：1)与外部设备通信(外部can总线)，接收控制指令，上传驾驶舱采集控制器运行状态；2)采集开关量信号，上传采集信息；3)根据接收的控制指令或采集信息，与智能功率模块通信(内部can总线)，发送控制指令/设置指令，接收智能功率模块的驱动输出状态；4)can通讯故障保护及报警。75.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。









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