CN105573294A - 一种基于互联网的新能源汽车电子控制单元ecu - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于互联网的新能源汽车电子控制单元ECU，其包括输入模块、输出模块、通信模块、处理器模块和电源模块，采用具有WiFi无线互联网连接功能的器件，通过将互联网通信技术嵌入传统汽车电控单元，实现对ECU采集的车辆信息及运行参数发送到互联网中以及ECU接收源于互联网的数据和指令。可为新能源汽车提供基于互联网的强大数据处理功能，为新能源汽车整车优化控制与信息共享提供互联网实现途径，有利于售后服务和车辆管理，同时也可为制造厂提升产品质量改进产品性能提供重要支持。

Description

一种基于互联网的新能源汽车电子控制单元ECU

技术领域

本发明涉及汽车电子领域，特别面向新能源汽车整车电子控制单元ECU的设计与应用，可为新能源汽车电子控制单元提供基于互联网的强大数据处理功能，进而为新能源汽车整车优化控制与信息共享提供互联网络实现途径。

背景技术

以电动汽车为代表的新能源车替代传统化石能源汽车已成为不可逆转的趋势。新能源汽车的设计与制造基于现代科技成果，其设计起点的电子化和信息化就远高于传统汽车，因此将车辆整车运行数据及各独立总成部件的运转信息传递至互联网建立与其它外部***共享的信息网络，以及运用互联网大数据分析处理形成反馈控制，有客观需要和技术上实现的可能。迄今，将车辆一般信息与互联网连接已经实现，但是采用某种方式将车辆内部控制单元运行参数通过网络发送至设计部门进行大数据分析并优化反馈给控制单元鲜有先例。

发明内容

本发明提供一种新能源车电子控制单元ECU（ElectronicControlUnit），将互联网通信技术嵌入传统汽车电控单元，具有WiFi无线互联网连接功能，可将ECU采集的车辆信息及运行参数发送到互联网中以及ECU接收源于互联网的数据和指令。

所述ECU整体功能分为五个模块，其中包括输入模块、输出模块、通信模块、处理器模块、电源模块。

其中处理器模块在其中起到主要的关联作用，ECU通过处理器模块控制输入模块、输出模块，实现信号采集和对外控制；通信模块则实现外界网络与处理器模块的通信和数据交换；电源模块则保证其余四个模块的正常工作，是ECU设计中的基础模块。

所述输入模块，由开关量输入单元、模拟量输入单元、频率量输入单元组成。

其中，开关量输入单元由20路高有效开关量输入电路和低有效开关量输入电路组成，高有效开关量输入电路应用于开关量信号为高电平时有效的情况，反之低有效开关量输入电路应用于开关量信号为低电平时有效的情况。例如，ECU采集车辆换挡器的前进挡信号，成功换到前进挡时输出高电平，退出前进挡时输出低电平，此种情况应用高有效开关量输入电路。

其中，模拟量输入单元由4路常用输入电压范围处理电路和7路非常用输入电压范围处理电路组成，常用输入电压范围为0V~5V，非常用输入电压范围指0V~5V以外的范围，用于采集温度、压力及剩余燃料等模拟量信号。

其中，频率量输入单元包含4路频率量输入电路，可将磁电式转速传感器脉冲信号调理整形成规则的方波信号，用于计算转速。

所述输出模块，由开关量输出单元、模拟量输出单元、小电流低位驱动单元和大电流低位驱动单元组成。

其中，开关量输出单元由8路开关量信号输出电路组成，0V/24V输出，用以驱动信号灯、继电器等负载，可实施对装备上某些装置的控制，如必要时切断燃料通路，锁定装备的位置。

其中，模拟量输出单元由4路模拟量信号输出电路组成，可输出DC-10V~+10V。

其中，小电流低位驱动单元由8路小电流低位驱动电路组成，这些电路可用于驱动继电器、冷却风扇等驱动电流较小的负载，同时这些电路具有负载的开路与短路诊断功能。

其中，大电流低位驱动单元由6路大电流低位驱动电路组成，这些电路可用于驱动电流较大的负载，同时这些电路具有负载开路与短路诊断功能。

所述通信模块，由RS485通信单元和CAN通信单元组成。

其中，RS485通信单元具有1路RS485通信接口电路，支持与车辆设备中需要RS485通信的设备通信。

其中，CAN通信单元由3路CAN通信接口电路组成，CAN通讯单元用于采集车辆装备CAN总线上的数据信息，配合主处理器单元中的软件支持SAEJ1939/ISO11783、ISO15031等协议，用于获取发动机及发动机控制器状态、故障诊断信息等。

所述电源模块，由±12V电源单元、5V电源单元和3.3V电源单元组成。

其中，±12V电源单元由开关电源电路构成，用于ECU中大电流低位驱动单元、模拟量输出单元供电。

其中，5V电源由线性稳压电路构成，用于ECU中主处理器单元、频率量输入单元、小电流低位驱动单元、模拟量输入单元、CAN通信单元、RS485通信单元供电。

其中，3.3V电源由线性稳压电路构成，用于ECU中WiFi处理器单元供电。

所述处理器模块，由主处理器单元和WiFi处理器单元组成。

其中，主处理器单元由具有多种通信模式、多路I/O和AD口等功能于一体的处理器芯片MC9S12以及其***电路构成，能够实现ECU中各模块之间的控制和故障诊断。

其中，WiFi处理器单元由具有WiFi功能的芯片及其***电路组成，WiFi芯片具有通用异步串口通信接口。

ECU各功能模块的正常工作需要ECU的软件支持，ECU整体软件由主处理器软件和WiFi处理器软件组成，为使软件层次分明，结构清晰，将处理器软件分为底层软件、应用层接口软件和应用层软件，底层软件的功能是实现处理器内部模块的功能，应用层接口软件的功能是向应用层软件提供访问底层软件的途径，应用层软件是由ECU客户根据ECU的应用策略编写的实现应用策略的软件。

ECU与所装载的车辆装备之间通过线束连接，所装载的车辆装备通过线束向ECU传递电信号以及从ECU获取电信号，ECU软件将从车辆装备获取的电信号及向车辆装备传递的电信号转化为表征车辆装备参数的信息，这些参数信息存储于主处理器软件中，以软件变量的形式承载参数信息，这些参数信息通过通用异步串口通信接口由主处理器传递到WiFi处理器中，WiFi处理器通过连接WiFi访问点（AP）将这些信息传递到互联网络中。在传递到WiFi处理器之前，主处理器软件将这些参数信息进行封装，封装的目的是使WiFi处理器软件能够将接收到的一连串字符数据(长度为8比特位的数据)转换为表示参数信息的数据，比如：这些参数信息中包含加速踏板开度信息（加速踏板开度为80.5%）,此信息存储于主处理器软件中的一个变量PedalOpen（值为0X50）中，主处理器软件将此变量值（0X50）和表示其他参数信息的变量值一起发送到WiFi处理器，WiFi处理器接收到大量的数值中可能包含多个0X50；WiFi处理器软件根据主处理器软件发送数据时的封装方式进行解析，获取每个字符数据在这些参数信息中的含义。

主处理器软件发送数据的封装方式为在发送变量（承运输设备的参数信息）值前先发送特征字节序列（顺序排列的N个字符数据），在特征字节序列发送完毕后发送变量的地址（变量存放在主处理器内存中的地址值，不同的变量其地址不同），特征字节序列用来标示某个反映参数信息字符数据的含义，即特征字节序列中的字符数据不是全部反映参数信息的字符数据，这里需要说明的是只在极小概率情况下，才有特征字节序列中的全部数据都为反映参数信息的字符数据发生，这个极小概率值满足下列公式：

P：概率；N：特征字节序列总数，每一个字符数据有256种取值可能，N阶乘作为考虑到人为对变量标定的随机因素。ECU通过其内部WiFi处理器接收源于互联网的数据，在WiFi处理器成功连接WiFi访问点（AP）情况下，ECU具有与互联网通信的条件，为使ECU能正确解析接收到的互联网的数据，互联网的某个终端设备发送数据时需要按照一定格式进行封装，其格式基于上述主处理器软件发送数据的封装方式，即在上述主处理器软件发送数据的封装方式基础上，加入数据的指令，指令为读ECU数据指令和写ECU数据指令，由于ECU数据通过ECU主处理器软件中的变量表示，因此读ECU指令和写ECU指令分别为对主处理器软件中变量值读取指令和对主处理器软件中变量值修改指令。WiFi处理器软件将接收到的互联网数据通过通用异步串口通信接口传递主处理器，主处理器软件对串口接收到的数据进行解析，解析出变量地址数据，指令数据和变量值数据，当指令数据代表读含义时，主处理器软件对存放在地址数据中的变量值进行读取按照上述主处理器软件发送数据的封装方式向WiFi处理器发送；当指令数据代表写含义时，主处理器软件对存放在地址数据的变量值按照解析的变量值数据进行修改。

ECU在使用方法上主要依据客户使用需求，拥有较高的应用自由度，客户可通过如下步骤进行使用：

(1)客户根据自身应用对象，提出控制策略，制定ECU应用接口定义，根据控制策略绘制控制流程图，按控制流程图编写ECU主处理器的应用软件。

(2)定义接口，连接控制所必需的传感器和执行器部件，通过位于微控制器部分的***软件从各输入接口采集信息，对各输入口进行状态控制、设置各种事件中断或内部中断，即可运行整个控制***。

(3)同时启动诊断通讯软件为复杂的、难以直接测试的各个接口及电控单元本身提交故障诊断功能，同时为外部高级调试中端设备等提供通讯服务。

(4)当调试完毕并通过***标定与可靠性试验后，即可按控制对象功能的需求去掉本电控单元上的不必要功能电路，制作专门用于控制对现的产品化电控单元。

本发明可为新能源车辆提供快速整车控制开发平台，在此基础上实现将车辆装备的参数信息通过WiFi的方式发送至移动终端，或直接接入互联网发送至服务器端。这些数据对售后服务和车辆管理意义重大，同时也可为制造厂提升产品质量改进产品性能提供重要支持。

附图说明

图1为ECU功能框图。P1为ECU插件，DI为开关量信号输入源，M1为开关量输入单元，AI为模拟量信号输入源，M2为模拟量单元，WI为频率量信号输入源，M3为频率量输入单元，DO为需要开关量输出驱动的执行器，M4为开关量输出单元，AO为需模拟量输出驱动的执行器，M5为模拟量输出单元，SCLS为需小电流低位驱动的执行器，M6为小电流低位驱动单元，LCLS为需大电流低位驱动的执行器，M7为大电流低位驱动单元，RS485为需RS485通信设备，M8为RS485通信单元，CAN为需CAN通信的设备，M9为CAN通信单元，WiFiSOC为拥有WiFi接口的片上***，M10为WiFi处理器单元，UART为通用异步串口通信接口，DC2DC为电源模块,SCI1为编号为1的一路异步串口通信接口，GPIO为通用IO口，ECT为增强型定时器，ADC为模数转换接口，SCI2为编号为2的一路异步串口通信接口。

图2为ECU的硬件结构示意图。A为输入模块，A1为开关量输入单元，A2为模拟量输入单元，A3为频率量输入单元；B为输出模块，B1为开关量输出单元，B2为小电流低位驱动单元，B3为模拟量输出单元，B4为大电流低位驱动单元；C为通信模块，C1为CAN通信单元，C2为485通信单元；D为处理器模块，D1为主处理器单元，D2为WiFi控制器单元；E为电源模块，E1为±12V电源单元，E2为5V电源单元，E3为3.3V电源单元。

图3为输入模块功能示意图。

图4为输出模块功能示意图。

图5为通信模块功能示意图。

图6为WiFi通信模块功能示意图。

具体实施方式

ECU硬件结构如图2所示，其中输入模块负责开关量、模拟量、频率量信号的采集工作，然后将信号交由主处理器单元进行运算处理，主处理器单元通过对输出模块的控制实现外部负载、传感器和继电器等元器件的驱动，通信模块则可负责主处理器单元与外部网络的数据交换，电源模块为以上4个模块供电，保证ECU正常工作。

为了使本发明目的、技术方案更加清晰，以下结合附图对本发明进行详细说明。应当理解，此处描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所述主控制器单元包括MC9S12单片机及***电路；WiFi通信模块包括CC3200单片机及其***电路和PCB内置天线，CC3200集成WIFI功能，支持2.4GHz/频段WLAN，支持IEE802.11a/b/g/nWiFi标准；通讯模块包括CAN通信芯片和RS485通信芯片；输入模块中开关量单元包括上拉型和下拉型电路结构，可满足ECU对有源、无源开关输入信号的检测；输入模块中模拟量输入单元包括常用电压电路和非常用电路，可满足ECU对多种模拟输入信号的检测，输入模块中频率量输入单元包括比较器芯片及其配套电路，可满足磁电式、霍尔式传感器信号的采集要求；输出模块中小电流低位驱动单元包括L9823及其***电路，可以实现8路500mA电流驱动，附带负载开路、短路诊断功能；输出模块中大电流低位驱动单元包括预驱动芯片及其***电路，可实现6路10A以上大电流驱动，附带负载开路、短路诊断功能；输出模块中高电平输出单元包括8路24V/350mA输出电路结构；输出模块中模拟量输出单元包括运算放电器芯片，可以实现4路宽范围正负模拟量信号的输出；

如图3所示，其为本发明输入模块功能示意图。本发明内部的开关量输入单元，用于监测诸如箱门开关等状态信号，模拟量输入单元用于采集温度、压力及剩余燃料等模拟量信号，频率量输入单元将磁电式/霍尔式转速传感器脉冲信号调理整形成规则的方波信号，用于计算转速。以上信号均提交主控制器模块分析判断，经过程序的逻辑运算后由输出模块负责执行对应操作，或反馈至通信模块，与外部设备进行数据交换，显示当前车辆状态。

如图4所示，其为本发明输出模块功能示意图。本发明内部的开关量输出单元、模拟量输出单元、小电流低位驱动单元和大电流低位驱动单元负责执行由主控制器模块发送的指令，可实施对车辆上某些装置的控制，如必要时切断负载通路，锁定装备的位置等。小电流低位驱动单元和大电流低位驱动单元附带诊断功能，能够起到故障判断和电路保护的作用。

如图5所示，其为本发明通信模块功能示意图。本发明内部的通信模块中包含三路CAN通信单元和1路485通信单元，其中CAN0为内部标定功能，作为ECU程序烧写、调试和标定的功能电路使用。CAN1/CAN2以及RS485电路提供给客户使用，进行整车和对应车载设备的通信，用于获取发动机及发动机控制器状态、故障诊断信息等。

如图6所示，其为本发明WiFi通信模块功能示意图。客户可使用移动终端或者服务器，通过WiFi的方式发送请求至本发明ECU，ECU会根据请求内容将主控制器模块采集到的输入信号、诊断信息以及通信模块的数据信息整理打包，然后将客户需求的数据信息以WiFi的形式上传至网络服务器或者客户指定移动终端，实现大数据的共享和车辆状况的更新。ECU也能够在用户设定的时间间隔向网络服务器或者移动终端定时发送车辆数据，达到实时监控的目的。

Claims (6)

1.一种基于互联网的新能源汽车电子控制单元ECU，其特征在于：其包括输入模块、输出模块、通信模块、处理器模块和电源模块，处理器模块实现信号采集和对外控制，通信模块包含WiFi无线通信功能，实现外界网络与处理器模块的通信和数据交换，电源模块保证其余四个模块的正常工作。

2.如权利要求1所述的基于互联网的新能源汽车电子控制单元ECU，其特征在于：所述的输入模块，由开关量输入单元、模拟量输入单元、频率量输入单元组成；

其中，开关量输入单元由20路高有效开关量输入电路和低有效开关量输入电路组成，高有效开关量输入电路应用于开关量信号为高电平时有效的情况，反之低有效开关量输入电路应用于开关量信号为低电平时有效的情况；

其中，模拟量输入单元由4路常用输入电压范围处理电路和7路非常用输入电压范围处理电路组成，常用输入电压范围为0V～5V，非常用输入电压范围指0V~5V以外的范围，用于采集温度、压力及剩余燃料等模拟量信号；

其中，频率量输入单元包含4路频率量输入电路，可将磁电式转速传感器脉冲信号调理整形成规则的方波信号，用于计算转速。

3.如权利要求1所述的基于互联网的新能源汽车电子控制单元ECU，其特征在于：所述输出模块由开关量输出单元、模拟量输出单元、小电流低位驱动单元和大电流低位驱动单元组成；

其中，开关量输出单元由8路开关量信号输出电路组成，0V/24V输出，用以驱动信号灯、继电器等负载，可实施对装备上某些装置的控制，如必要时切断燃料通路、锁定装备的位置；

其中，模拟量输出单元由4路模拟量信号输出电路组成，可输出DC-10V~+10V；

其中，小电流低位驱动单元由8路小电流低位驱动电路组成，这些电路可用于驱动继电器、冷却风扇等驱动电流较小的负载，同时这些电路具有负载的开路与短路诊断功能；

其中，大电流低位驱动单元由6路大电流低位驱动电路组成，这些电路可用于驱动电流较大的负载，同时这些电路具有负载开路与短路诊断功能。

4.如权利要求1所述的基于互联网的新能源汽车电子控制单元ECU，其特征在于：所述通信模块由RS485通信单元和CAN通信单元组成；

其中，RS485通信单元具有1路RS485通信接口电路，支持与车辆设备中需要RS485通信的设备通信；

其中，CAN通信单元由3路CAN通信接口电路组成，CAN通讯单元用于采集车辆装备CAN总线上的数据信息，配合主处理器单元中的软件支持SAEJ1939/ISO11783、ISO15031等协议，用于获取发动机及发动机控制器状态、故障诊断信息等。

5.如权利要求1所述的基于互联网的新能源汽车电子控制单元ECU，其特征在于：所述电源模块，由±12V电源单元、5V电源单元和3.3V电源单元组成；

其中，±12V电源单元由开关电源电路构成，用于ECU中大电流低位驱动单元、模拟量输出单元供电；

其中，5V电源由线性稳压电路构成，用于ECU中主处理器单元、频率量输入单元、小电流低位驱动单元、模拟量输入单元、CAN通信单元、RS485通信单元供电；

其中，3.3V电源由线性稳压电路构成，用于ECU中WiFi处理器单元供电。

6.如权利要求1所述的基于互联网的新能源汽车电子控制单元ECU，其特征在于：所述处理器模块，由主处理器单元和WiFi处理器单元组成；

其中，主处理器单元由具有多种通信模式、多路I/O和AD口等功能于一体的处理器芯片MC9S12以及其***电路构成，能够实现ECU中各模块之间的控制和故障诊断；

其中，WiFi处理器单元由具有WiFi功能的芯片及其***电路组成，WiFi芯片具有通用异步串口通信接口。