專利名稱：天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)ecu安全監(jiān)控模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶安全監(jiān)控模塊，特別適用于安裝有電子節(jié)氣門的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電子控 制系統(tǒng)，應(yīng)用于天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的安全保護(hù)措 施主要有三種方式(I)應(yīng)用主處理芯片內(nèi)的看門狗進(jìn)行安全保護(hù)；(2)應(yīng)用獨(dú)立電子節(jié)氣門控制芯片進(jìn)行節(jié)氣門控制和安全保護(hù)；(3)應(yīng)用安全監(jiān)控模塊進(jìn)行全系統(tǒng)控制系統(tǒng)安全監(jiān)控。以上三種方式都存在著一定的優(yōu)缺點(diǎn)，第一種方式ECU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡單，成本低，但功能有限，對(duì)電控系統(tǒng)的保護(hù)非常有限；第二種方式ECU硬件設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，從功能滿足可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電控系統(tǒng)節(jié)氣門的保護(hù)和控制，但不能實(shí)現(xiàn)對(duì)其它驅(qū)動(dòng)部件的安全保護(hù)，在特定工況條件下此系統(tǒng)仍存在安全隱患；第三種方式在ECU硬件設(shè)計(jì)中增加監(jiān)控芯片設(shè)計(jì)，讀取多個(gè)系統(tǒng)傳感器信息，在運(yùn)行過程中與主處理器實(shí)時(shí)交換信息，監(jiān)控內(nèi)容也擴(kuò)展到節(jié)氣門以外的燃?xì)鈬娮?、點(diǎn)火部件甚至主處理器的運(yùn)行狀況。這種方式的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力要求比較聞。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶安全監(jiān)控模塊，其電路簡單、響應(yīng)速度快，可靠性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門、燃?xì)鈬娚溟y有效監(jiān)控；安全監(jiān)控系統(tǒng)采用Freescale MS9S08SG8作為監(jiān)控芯片，可以實(shí)現(xiàn)與主處理器之間的通訊，同時(shí)還可以根據(jù)采測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行信息確定發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛安全范圍以內(nèi)的界限值，并與主處理器計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，以確定是否在緊急情況下切斷進(jìn)氣和燃?xì)夤?yīng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶安全監(jiān)控模塊，由主處理器和監(jiān)控芯片組成，其特征在于由主處理器內(nèi)的監(jiān)控邏輯模塊配合監(jiān)控芯片對(duì)節(jié)氣門和燃?xì)鈬娚溟y進(jìn)行安全監(jiān)控；監(jiān)控邏輯模塊包括信號(hào)處理模塊、應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊、平臺(tái)組件監(jiān)控模塊、通訊模塊，其中信號(hào)處理模塊接收外部輸入的油門位置、剎車開關(guān)、節(jié)氣門位置信號(hào)和電瓶電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，進(jìn)行信號(hào)的置信度判斷，與控制支路采測(cè)的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，將處理以后的信號(hào)輸送給應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊、平臺(tái)組件監(jiān)控模塊和通訊模塊；監(jiān)控芯片包括信號(hào)處理、發(fā)動(dòng)機(jī)工作邏輯狀態(tài)、輸出使能模塊、通訊模塊；其中油門位置、剎車開關(guān)、節(jié)氣門位置信號(hào)和電瓶電壓信號(hào)傳輸給信號(hào)處理模塊進(jìn)行信息處理后，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作邏輯狀態(tài)和輸出使能模塊傳輸給通訊模塊后通過主處理器上的SPI通訊線進(jìn)行比對(duì)并發(fā)送信息給節(jié)氣門和燃?xì)鈬娚溟y。所述的主處理器和監(jiān)控芯片內(nèi)部SPI通訊模塊分為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)與主E⑶進(jìn)行診斷信息的傳輸。所述的主處理器采用Freescale 32位處理器，工作頻率40MHz。[0008]本實(shí)用新型的積極效果是其電路簡單、響應(yīng)速度快，可靠性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門、燃?xì)鈬娚溟y有效監(jiān)控，可提供三個(gè)層次的系統(tǒng)安全保護(hù)實(shí)施，可在系統(tǒng)出現(xiàn)問題的情況下穩(wěn)妥的實(shí)現(xiàn)故障判定和采取措施，通過以上結(jié)構(gòu)確定的ECU安全監(jiān)控模式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全狀態(tài)能夠做到可靠識(shí)別，避免在突發(fā)情況下系統(tǒng)出現(xiàn)有危害的錯(cuò)誤響應(yīng)。

圖I為主處理器和輔助芯片邏輯器件模塊框圖。圖2為主處理器和監(jiān)控芯片之間的SPI通訊。圖3為監(jiān)控芯片內(nèi)三種運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步的描述如圖I所示，ー種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)ECU安全監(jiān)控模塊，由主處理器和監(jiān)控芯片組成，其特征在于由主處理器內(nèi)的監(jiān)控邏輯模塊配合監(jiān)控芯片對(duì)節(jié)氣門和燃?xì)鈬娚溟y進(jìn)行安全監(jiān)控；監(jiān)控邏輯模塊包括信號(hào)處理模塊、應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊、平臺(tái)組件監(jiān)控模塊、通訊模塊，其中信號(hào)處理模塊接收外部輸入的油門位置、剎車開關(guān)、節(jié)氣門位置信號(hào)和電瓶電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，進(jìn)行信號(hào)的置信度判斷，與控制支路采測(cè)的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，將處理以后的信號(hào)輸送給應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊、平臺(tái)組件監(jiān)控模塊和通訊模塊；監(jiān)控芯片包括信號(hào)處理、發(fā)動(dòng)機(jī)工作邏輯狀態(tài)、輸出使能模塊、通訊模塊；其中油門位置、剎車開關(guān)、節(jié)氣門位置信號(hào)和電瓶電壓信號(hào)傳輸給信號(hào)處理模塊進(jìn)行信息處理后，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作邏輯狀態(tài)和輸出使能模塊傳輸給通訊模塊后通過主處理器上的SPI通訊線進(jìn)行比對(duì)并發(fā)送信息給節(jié)氣門和燃?xì)鈬娚溟y。所述的主處理器和監(jiān)控芯片內(nèi)部SPI通訊模塊分為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)與主E⑶進(jìn)行診斷信息的傳輸。所述的主處理器采用Freescale 32位處理器，工作頻率40MHz。其內(nèi)部的信號(hào)處理模塊通過傳感器讀取發(fā)動(dòng)機(jī)信息，處理加工后將基礎(chǔ)信息提供給應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊，應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊啟動(dòng)安全監(jiān)控機(jī)制，得出發(fā)動(dòng)機(jī)輸出需求扭矩的上限值和下限值；節(jié)氣門位置控制的上限值和下限值；燃?xì)鈬娚淞康纳舷拗岛拖孪拗怠５玫降母鞣N門限值與系統(tǒng)正常支路條件下運(yùn)行得到的標(biāo)稱值進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，如果出現(xiàn)多次連續(xù)超限，則輸出報(bào)警信息，采取限制輸出扭矩、限制燃?xì)鈬娚淞康拇胧?，形成第一層監(jiān)控保護(hù)；平臺(tái)組件監(jiān)控模塊對(duì)主處理器自身的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，已驗(yàn)證其指令值執(zhí)行是否存在錯(cuò)誤，對(duì)寄存器的讀取是否出現(xiàn)錯(cuò)誤等，如果與正常情況下標(biāo)稱值比較出現(xiàn)錯(cuò)誤則輸出故障報(bào)警，同時(shí)切斷節(jié)氣門供電、切斷燃?xì)鈬娚涔┙o；形成第二層監(jiān)測(cè)保護(hù)；主處理器內(nèi)的監(jiān)控邏輯同時(shí)完成發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的定義，通過通訊模塊與運(yùn)行在監(jiān)控芯片里的監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，確保前兩個(gè)步驟的運(yùn)行是穩(wěn)定可靠，如果發(fā)現(xiàn)異常，馬上切斷節(jié)氣門進(jìn)行和燃?xì)鈬娚?，形成第三層監(jiān)控保護(hù)。應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊，分為兩個(gè)安全監(jiān)控層次 第一層的安全監(jiān)控對(duì)控制系統(tǒng)的主要控制輸出量都進(jìn)行監(jiān)控，主要監(jiān)控的部件有扭矩輸出部件監(jiān)控、節(jié)氣門位置輸出監(jiān)控、燃?xì)鈬娚淞勘O(jiān)控部件。這ー級(jí)別的安全監(jiān)控模塊在運(yùn)行時(shí)間上與控制模塊處于相同的時(shí)間周期或者相同級(jí)別的中斷任務(wù)。在駕駛員扭矩輸出時(shí)形成在正常值上下的安全保護(hù)公差帯。燃?xì)饬靠刂撇捎么嗽淼陌踩Ｗo(hù)策略進(jìn)行。第二層平臺(tái)組件安全監(jiān)控模塊主要是監(jiān)控主處理器的工作狀態(tài)和應(yīng)用層控制程序的執(zhí)行過程，由于受到潛在的電磁干擾和硬件寄存器的損壞，控制模塊在運(yùn)行過程中存在程序地址紊亂的可能，平臺(tái)組件安全監(jiān)控模塊有必要對(duì)應(yīng)用控制程序的工作過程進(jìn)行監(jiān)控。平臺(tái)組件安全監(jiān)控模塊通過在主控邏輯模塊中配置模塊開關(guān)序列，監(jiān)控主控模塊的執(zhí)行序列。通過校驗(yàn)在不同的時(shí)序模塊中運(yùn)行冗余重名算法實(shí)現(xiàn)對(duì)獲取對(duì)軟件寄存器和指令集的運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)問題則切斷燃?xì)夤┙o和節(jié)氣門電源，使由于硬件主控模塊失效所造成的系統(tǒng)安全性降低所帯來的影響得到有效控制。第三層安全監(jiān)控通過監(jiān)控芯片對(duì)主處理器的機(jī)制來完成，安全機(jī)制的實(shí)現(xiàn)依賴主 處理器和輔助芯片之間的SPI通訊，如圖2、3所示。SPI通信模塊，兩種工作模式作為通信的主節(jié)點(diǎn)、作為通信的從節(jié)點(diǎn)。CS為SPI通信模塊工作的片選信號(hào)，低電平有效，CS有效期內(nèi)SPI通信模塊才能工作。CLK為SPI通信模塊工作的時(shí)鐘，一個(gè)時(shí)鐘傳送ー個(gè)數(shù)據(jù)位。MOSI主出從入，MISO主入從出，SPI通信模塊的數(shù)據(jù)輸入輸出端，當(dāng)SPI通信模塊作為通信網(wǎng)絡(luò)中的主節(jié)點(diǎn)吋，MISO為數(shù)據(jù)輸入端，MOSI為數(shù)據(jù)輸出端；當(dāng)SPI通信模塊作為通信網(wǎng)絡(luò)中的從節(jié)點(diǎn)吋，MISO為數(shù)據(jù)輸出端，MOSI為數(shù)據(jù)輸入端；SPI通信模塊作為從節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收主控ECU發(fā)送的命令信息，同時(shí)上傳各模塊的信息狀態(tài)給主控ECU ;作為主節(jié)點(diǎn)發(fā)動(dòng)命令信息給外部DA模塊，控制產(chǎn)生需要的電流值。監(jiān)控芯片內(nèi)邏輯狀態(tài)機(jī)與主處理芯片內(nèi)建立的主控邏輯狀態(tài)進(jìn)行比較，如果二者的狀態(tài)在時(shí)序上出現(xiàn)偏差或錯(cuò)誤，則切斷節(jié)氣門供電和燃?xì)夤┙o。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后，監(jiān)控芯片通過獨(dú)立采集的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)信息進(jìn)入初始狀態(tài)運(yùn)行，對(duì)監(jiān)控芯片自身的初始化狀態(tài)進(jìn)行自檢，自檢通過進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，如果自檢出現(xiàn)問題，則轉(zhuǎn)入故障狀態(tài)運(yùn)行，并將錯(cuò)誤信息通過通訊模塊提供給主處理器，由主處理器根據(jù)錯(cuò)誤類型確定是否對(duì)監(jiān)控芯片進(jìn)行復(fù)位操作。若主處理器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，通過與監(jiān)控芯片的狀態(tài)比對(duì)，監(jiān)控芯片在確認(rèn)以后亦可通過復(fù)位操作完成主處理器的重啟操作。
權(quán)利要求1.ー種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶安全監(jiān)控模塊，由主處理器和監(jiān)控芯片組成，其特征在干由主處理器內(nèi)的監(jiān)控邏輯模塊配合監(jiān)控芯片對(duì)節(jié)氣門和燃?xì)鈬娚溟y進(jìn)行安全監(jiān)控；監(jiān)控邏輯模塊包括信號(hào)處理模塊、應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊、平臺(tái)組件監(jiān)控模塊、通訊模塊，其中信號(hào)處理模塊接收外部輸入的油門位置、剎車開關(guān)、節(jié)氣門位置信號(hào)和電瓶電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，進(jìn)行信號(hào)的置信度判斷，與控制支路采測(cè)的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，將處理以后的信號(hào)輸送給應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊、平臺(tái)組件監(jiān)控模塊和通訊模塊； 監(jiān)控芯片包括信號(hào)處理、發(fā)動(dòng)機(jī)工作邏輯狀態(tài)、輸出使能模塊、通訊模塊；其中油門位置、剎車開關(guān)、節(jié)氣門位置信號(hào)和電瓶電壓信號(hào)傳輸給信號(hào)處理模塊進(jìn)行信息處理后，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作邏輯狀態(tài)和輸出使能模塊傳輸給通訊模塊后通過主處理器上的SPI通訊線進(jìn)行比對(duì)并發(fā)送信息給節(jié)氣門和燃?xì)鈬娚溟y。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)ECU安全監(jiān)控模塊，其特征在于所述的主處理器和監(jiān)控芯片內(nèi)部SPI通訊模塊分為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)與主E⑶進(jìn)行診斷信息的傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)ECU安全監(jiān)控模塊，其特征在于所述的主處理器采用Freescale 32位處理器，工作頻率40MHz。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)ECU安全監(jiān)控模塊，由主處理器和監(jiān)控芯片組成，其特征在于由主處理器內(nèi)的監(jiān)控邏輯模塊配合監(jiān)控芯片對(duì)節(jié)氣門和燃?xì)鈬娚溟y進(jìn)行安全監(jiān)控；監(jiān)控邏輯模塊包括信號(hào)處理模塊、應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊、平臺(tái)組件監(jiān)控模塊、通訊模塊，其中信號(hào)處理模塊接收外部輸入的油門位置、剎車開關(guān)、節(jié)氣門位置信號(hào)和電瓶電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理，進(jìn)行信號(hào)的置信度判斷，與控制支路采測(cè)的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，將處理以后的信號(hào)輸送給應(yīng)用層邏輯監(jiān)控模塊、平臺(tái)組件監(jiān)控模塊和通訊模塊；其電路簡單、響應(yīng)速度快，可靠性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門、燃?xì)鈬娚溟y有效監(jiān)控；安全監(jiān)控系統(tǒng)采用FreescaleMS9S08SG8作為監(jiān)控芯片，可以實(shí)現(xiàn)與主處理器之間的通訊，同時(shí)還可以根據(jù)采測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行信息確定發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛安全范圍以內(nèi)的界限值，并與主處理器計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，以確定是否在緊急情況下切斷進(jìn)氣和燃?xì)夤?yīng)。
文檔編號(hào)F02D41/22GK202402149SQ20112052870
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者付長波, 華東旭, 李駿, 王強(qiáng), 王超 申請(qǐng)人:中國第一汽車股份有限公司