一种基于信息集成的客车起动控制系统

1.一种基于信息集成的客车起动控制系统，包括点火开关信息采集模块、后仓门开关信息采集模块和起动机控制模块，其特征在于：点火开关信息采集模块和后仓门开关信息采集模块分别由微控制器、CAN通信单元、开关信息采集单元和支持电路组成，分别采集点火开关和后仓门开关的状态信息，并通过CAN总线传输给起动机控制模块；起动机控制模块由微控制器、CAN通信单元、开关信息采集单元、发电机N/W极电压比较单元、起动机电源控制单元、起动继电器控制单元和支持电路组成，采集空档开关状态信息、后起动开关状态信息和发电机N/W极状态信息，并与点火开关状态信息和后仓门开关状态信息共同构成起动机控制条件，由微控制器判断处理后形成起动机控制信息，通过起动机电源控制单元和起动继电器控制单元实现起动机电源和起动继电器的接通与断开控制。
2.如权利要求1所述的基于信息集成的客车起动控制系统，其特征在于：点火开关信息采集模块或后仓门开关信息采集模块或起动机控制模块的微控制器采用8位以上单片机，支持电路由电源电路、复位电路构成。
3.如权利要求2所述的基于信息集成的客车起动控制系统，其特征在于：微控制器内集成了CAN控制器；电源电路由2个电源模块组成，电源模块UP1将汽车电源转换为5V稳压电源，为雨刮控制器供电；电源模块UP2将电源模块UP1输出的5V稳压电源隔离，输出5V稳压隔离电源，用于CAN通信电路。
4.如权利要求1所述的基于信息集成的客车起动控制系统，其特征在于：点火开关信息采集模块或后仓门开关信息采集模块或起动机控制模块的CAN通信单元由1个CAN收发器和2个光耦构成；CAN通信线经滤波电路与CAN收发器的CANH引脚和CANL引脚相连；CAN收发器的接收数据输入引脚与光耦的信号输入端相连，并由光耦的信号输出端与微控制器的CAN接收数据引脚相连；微控制器的CAN发送数据引脚与光耦的信号输入端相连，并由光耦的信号输出端与CAN收发器的数据发送引脚相连。
5.如权利要求1所述的基于信息集成的客车起动控制系统，其特征在于：点火开关信息采集模块或后仓门开关信息采集模块或起动机控制模块的开关信息采集单元中设置有开关量输入检测芯片；开关信号与开关量输入检测芯片的可编程开关量检测口相连；开关量输入检测芯片与微控制器通过SPI通信接口进行通信。
6.如权利要求1所述的基于信息集成的客车起动控制系统，其特征在于：起动机控制模块的起动机电源控制单元中设置有功率驱动芯片；功率驱动芯片输出端与起动机电源输入端相连；功率驱动芯片与微控制器通过SPI通信接口进行通信。
7.如权利要求1所述的基于信息集成的客车起动控制系统，其特征在于：起动继电器控制单元中设置有功率驱动芯片；功率驱动芯片输出端与起动继电器输入端相连；功率驱动芯片与微控制器通过SPI通信接口进行通信；功率驱动芯片的状态反馈引脚与微控制器的I/O口相连。
8.如权利要求1所述的基于信息集成的客车起动控制系统，其特征在于：起动机控制模块的发电机N/W极电压比较单元由运放、稳压管、固定值电阻和可调电阻构成；来自发电机N/W极的电压信号经电阻限流、稳压管限幅、分压电阻分压后，与比较电压进行比较，若N/W端的电压幅值＞＝i伏，则运放输出高电平信号；若N/W端的电压幅值＜i伏，则运放输出低电平信号，其中：24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6。
9.如权利要求1或8所述的基于信息集成的客车起动控制系统，其特征在于：起动机控制模块的CAN通信单元接收点火开关信息和后仓门开关信息，当点火开关ST接通，且空挡开关接通，且后仓门开关断开，且后起动开关断开，且发电机N/W极电压＜i伏时，微控制器发送起动机电源接通信息和起动继电器接通信息给起动机电源控制单元和起动继电器控制单元，分别由起动机电源控制单元和起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源和起动继电器接通，实现起动控制；当点火开关ST断开时，微控制器发送起动机电源断开信息给起动机电源控制单元，由起动机电源控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源断开；当发电机N/W极电压＞＝i伏时，微控制器发送起动继电器断开信息给起动继电器控制单元，由起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动继电器断开。
10.如权利要求1或8所述的基于信息集成的客车起动控制系统，其特征在于：起动机控制模块的CAN通信单元接收点火开关信息和后仓门开关信息，当后起动开关接通，且空挡开关接通，且后仓门开关接通，且点火开关ST断开，且发电机N/W极电压＜i伏时，微控制器发送起动机电源接通信息和起动继电器接通信息给起动机电源控制单元和起动继电器控制单元，分别由起动机电源控制单元和起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源和起动继电器接通，实现起动控制；当后起动开关断开时，微控制器发送起动机电源断开信息给起动机电源控制单元，由起动机电源控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源断开；当发电机N/W极电压＞＝i伏时，微控制器发送起动继电器断开信息给起动继电器控制单元，由起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动继电器断开。

一种基于信息集成的客车起动控制系统\n[0001] 技术领域\n[0002] 本发明属于汽车电子控制系统，尤其是一种基于信息集成的客车起动控制系统。\n[0003] 背景技术\n[0004] 汽车起动系统的功用是在控制装置的控制下，以车载电源为动力电源，通过离合器将电动机的电磁转矩传递给飞轮使发动机起动。\n[0005] 随着人们对汽车动力性、安全性和舒适性要求的提高，汽车ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)和电子控制装置也在不断增加。它们并不仅仅与负载设备简单地连接在一起，更多的是与外围设备及其它ECU和电子控制装置进行信息交流，并经过复杂的控制决策运算，发出控制指令。为了提高信号的利用率，要求大批数据信息在不同的汽车ECU之间进行交换和共享，采用车载网络技术实现汽车电子信息的集成控制使得对汽车各ECU的实时控制成为可能。目前的中高档轿车中都已不同程度地使用了车载网络技术，现代客车和卡车上也逐渐采用了先进的电子控制技术和车载网络技术。在多种车载网络技术中，CAN(Controller Area Network，控制器局域网)以其良好的运行特性，即高的可靠性和独特的设计，特别适合现代汽车各ECU间的互联通信。\n[0006] 因此，传统的客车起动控制方式已不适应汽车电子信息集成控制的需求，必须提出一种基于信息集成控制的客车起动控制方法，并设计出相应的、具备总线接口的客车起动控制系统，以满足采用总线实现汽车信息集成控制的要求。\n[0007] 中国专利公开号CN1459559，公开日2003年12月3日，发明创造的名称为起动机控制装置以及带控制装置的起动机，该申请案公开了一种易于接线、抗振性好、可容易地与辅助开关构成一体化的起动机控制装置以及带控制装置的起动机，包括辅助开关和控制电路。中国专利公开号CN2844471，公开日2006年12月6日，发明创造的名称为一种汽车起动机控制电路装置，该申请案公开了一种起动机电源线只在起动过程中主车发出起动信号的时间段才带电工作，其余时间电源被切断，起动机的电源与主机总电源断开，从而保证车辆在运行过程中的安全的汽车起动机控制电路装置。中国专利公开号CN101025140，公开日\n2007年8月29日，发明创造的名称为一种发动机起动机及其控制装置，该申请案公开了一种工作平稳、迅速、可靠，并取消了电磁开关、单向离合器及驱动拨叉的发动机起动机及其控制装置。以上文件的不足之处是未将与汽车起动过程相关的各种信号进行信息集成，没有提供汽车起动总线化控制的软硬件方案，不符合汽车总线化和电子化发展趋势的要求。\n[0008] 发明内容\n[0009] 本发明的目的是提供一种基于总线和软件控制实现客车起动、防止发动机工作后司机误起动、提高起动机工作寿命和客车安全性的基于信息集成的客车起动控制系统，以克服现有汽车起动控制技术的不足。\n[0010] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：\n[0011] 本发明包括点火开关信息采集模块、后仓门开关信息采集模块和起动机控制模块。点火开关信息采集模块和后仓门开关信息采集模块分别由微控制器、CAN通信单元、开关信息采集单元和支持电路组成，分别采集点火开关和后仓门开关的状态信息，并通过CAN总线传输给起动机控制模块；起动机控制模块由微控制器、CAN通信单元、开关信息采集单元、发电机N/W极电压比较单元、起动机电源控制单元、起动继电器控制单元和支持电路组成，采集空档开关状态信息、后起动开关状态信息和发电机N/W极状态信息，并与点火开关状态信息和后仓门开关状态信息共同构成起动机控制条件，由微控制器判断处理后形成起动机控制信息，通过起动机电源控制单元和起动继电器控制单元实现起动机电源和起动继电器的接通与断开控制。\n[0012] 所述的点火开关信息采集模块或后仓门开关信息采集模块或起动机控制模块的微控制器采用8位或8位以上单片机；支持电路由电源电路、复位电路等构成；微控制器内集成了CAN控制器；电源电路主要由2个电源模块组成，电源模块UP1将汽车电源转换为5V稳压电源，为雨刮控制器供电；电源模块UP2将电源模块UP1输出的5V稳压电源隔离，输出\n5V稳压隔离电源，用于CAN通信电路。\n[0013] 所述的点火开关信息采集模块或后仓门开关信息采集模块或起动机控制模块的CAN通信单元主要由1个CAN收发器和2个光耦构成；CAN通信线经滤波电路与CAN收发器的CANH引脚和CANL引脚相连；CAN收发器的接收数据输入引脚与光耦的信号输入端相连，并由光耦的信号输出端与微控制器的CAN接收数据引脚相连；微控制器的CAN发送数据引脚与光耦的信号输入端相连，并由光耦的信号输出端与CAN收发器的数据发送引脚相连。\n[0014] 所述的点火开关信息采集模块或后仓门开关信息采集模块或起动机控制模块的开关信息采集单元的核心器件是开关量输入检测芯片；开关信号与开关量输入检测芯片的可编程开关量检测口相连；开关量输入检测芯片与微控制器通过SPI通信接口进行通信。\n[0015] 所述的起动机控制模块的发电机N/W极电压比较单元主要由运放、稳压管、固定值电阻和可调电阻构成；来自发电机N/W极的电压信号经电阻限流、稳压管限幅、分压电阻分压后，与比较电压进行比较，若N/W端的电压幅值＞＝i伏(24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)，则运放输出高电平信号；若N/W端的电压幅值＜i伏(24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)，则运放输出低电平信号。\n[0016] 所述的起动机控制模块的起动机电源控制单元的核心器件是功率驱动芯片；功率驱动芯片输出端与起动机电源输入端相连；功率驱动芯片与微控制器通过SPI通信接口进行通信。\n[0017] 所述的起动继电器控制单元的核心器件是功率驱动芯片；功率驱动芯片输出端与起动继电器输入端相连；功率驱动芯片与微控制器通过SPI通信接口进行通信；功率驱动芯片的状态反馈引脚与微控制器的I/O口相连。\n[0018] 所述的前起动控制方法为：起动机控制模块的CAN通信单元接收点火开关信息和后仓门开关信息，当点火开关ST接通，且空挡开关接通，且后仓门开关断开，且后起动开关断开，且发电机N/W极电压＜i伏(24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)时，微控制器发送起动机电源接通信息和起动继电器接通信息给起动机电源控制单元和起动继电器控制单元，分别由起动机电源控制单元和起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源和起动继电器接通，实现起动控制；当点火开关ST断开时，微控制器发送起动机电源断开信息给起动机电源控制单元，由起动机电源控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源断开；当发电机N/W极电压＞＝i伏(24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)时，微控制器发送起动继电器断开信息给起动继电器控制单元，由起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动继电器断开。\n[0019] 所述的后起动控制方法为：起动机控制模块的CAN通信单元接收点火开关信息和后仓门开关信息，当后起动开关接通，且空挡开关接通，且后仓门开关接通，且点火开关ST断开，且发电机N/W极电压＜i伏(24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)时，微控制器发送起动机电源接通信息和起动继电器接通信息给起动机电源控制单元和起动继电器控制单元，分别由起动机电源控制单元和起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源和起动继电器接通，实现起动控制；当后起动开关断开时，微控制器发送起动机电源断开信息给起动机电源控制单元，由起动机电源控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源断开；当发电机N/W极电压＞＝i伏(24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)时，微控制器发送起动继电器断开信息给起动继电器控制单元，由起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动继电器断开。\n[0020] 由于本发明具备总线控制和数字化控制功能，与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)在不改变现有客车起动机的基础上实现了客车起动机的总线式控制；(2)在传统客车起动机控制条件的基础上，基于信息集成，实现多种信息的综合判断处理，提高了起动控制的安全性。(3)面向用户需求，易于实现功能扩展。\n[0021] 附图说明\n[0022] 图1为本发明的结构示意图。\n[0023] 图2为本发明的电源电路图。\n[0024] 图3为本发明的复位电路图。\n[0025] 图4为本发明的CAN通信单元电路图。\n[0026] 图5为本发明的点火开关信息采集电路图。\n[0027] 图6为本发明的后仓门开关信息采集电路图。\n[0028] 图7为本发明的空档开关和后起动开关信息采集电路图。\n[0029] 图8为本发明的发电机N/W极电压比较电路图。\n[0030] 图9为本发明的起动机电源控制电路图。\n[0031] 图10为本发明的起动继电器控制电路图。\n[0032] 图11为本发明的CAN初始化流程图。\n[0033] 图12为本发明的CAN报文发送流程图。\n[0034] 图13为本发明的CAN报文接收流程图。\n[0035] 图14为本发明的前起动机控制流程图。\n[0036] 图15为本发明的前起动机控制流程图。\n[0037] 具体实施方式\n[0038] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。\n[0039] 本发明是一个以点火开关信息采集模块、后仓门开关信息采集模块和起动机控制模块为核心的客车起动控制系统(图1)。微控制器可采用8位或8位以上带CAN控制器的单片机，点火开关信息采集模块和后仓门开关信息采集模块分别由微控制器、CAN通信单元、开关信息采集单元和支持电路组成，分别采集点火开关和后仓门开关的状态信息，并通过CAN总线传输给起动机控制模块，以作为起动机控制的判断条件；起动机控制模块由微控制器、CAN通信单元、开关信息采集单元、发电机N/W极电压比较单元、起动机电源控制单元、起动继电器控制单元和支持电路组成，采集空档开关状态信息、后起动开关状态信息和发电机N/W极状态信息，并与点火开关状态信息和后仓门开关状态信息共同构成起动机控制条件，由微控制器判断处理后，形成起动机控制信息，通过起动机电源控制单元和起动继电器控制单元实现起动机电源和起动继电器的接通与断开控制。\n[0040] 本发明的电源电路主要由电源模块UP1和电源模块UP2构成(图2)。电源模块UP1将车载24V常通电源NC+转换为5V稳压电源，为其所属的模块供电；电源模块UP2将电源模块UP1输出的5V稳压电源隔离，输出5V稳压隔离电源，用于CAN通信电路。\n[0041] 本发明的复位电路的核心器件是看门狗芯片U1(图3)。看门狗芯片U1的复位输出引脚/RESET与微控制器的复位引脚相连；微控制器的PE4引脚用于输出喂狗信号到看门狗芯片U1；为了实现自动复位功能，将看门狗芯片U1的/MR引脚与/WDO引脚相连。\n[0042] 本发明的CAN通信单元主要由CAN收发器U2，光耦U3、U4构成(图4)。CAN通信线CANH、CANL经R6、R7、R8、R9和C8、C9、C10滤波电路与CAN收发器U2的CANH引脚和CANL引脚相连；CAN收发器U2的接收数据输入引脚RXD经R17与光耦U4的信号输入引脚CAODE相连，并由光耦U4的信号输出引脚OUT与微控制器的CAN接收数据引脚RXCAN0相连；微控制器的CAN发送数据引脚TXCAN0经R10与光耦U3的信号输入引脚CAODE相连，并由光耦U3的信号输出引脚OUT与CAN收发器U2的数据发送引脚TXD相连。\n[0043] 本发明的点火开关信息采集模块或后仓门开关信息采集模块或起动机控制模块中的开关信息采集单元的核心器件分别主要是开关量输入检测芯片UK1、UP13和UP14(图\n5、图6、图7)。点火开关ACC、ON、ST状态信息采集端口分别与开关量输入检测芯片UK1的可编程开关量检测口SG5、SG6、SG7相连；后仓门开关状态信息采集端口与开关量输入检测芯片UP13的可编程开关量检测口SP0相连，空档开关、后起动开关状态信息采集端口分别与开关量输入检测芯片UP14的可编程开关量检测口SP1、SP2相连；开关量输入检测芯片UK1、UP13、UP14分别与各模块的微控制器通过SPI0通信接口进行通信，相关引脚为MOSI0、MISO0、SCK0和CS1。\n[0044] 本发明的起动机控制模块中的发电机N/W极电压比较单元主要由运放、稳压管、固定值电阻和可调电阻构成(图8)。来自发电机N/W极的电压信号经电阻R1限流、稳压管DW1限幅、电阻R2、R3分压后，与VDD经电阻R4和R5分压后的参考电压比较，若N/W端的电压幅值＞＝i伏(24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)，则运放输出高电平信号；若N/W端的电压幅值＜i伏(24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)，则运放输出低电平信号。\n[0045] 本发明的起动机控制模块中的起动机电源控制单元的核心器件是功率驱动芯片UP7(图9)。功率驱动芯片UP7的输出端QG10与起动机电源输入端相连；功率驱动芯片UP7与微控制器通过SPI0通信接口进行通信，相关引脚为MOSI0、MISO0、SCK0和CS1；来自微控制器的控制信号由PD2引脚输出，与功率驱动芯片UP7的IHS2引脚相连。\n[0046] 本发明的起动机控制模块中的起动继电器控制单元的核心器件是功率驱动芯片UP4(图10)。功率驱动芯片UP4输出端QB0与起动继电器输入端相连；功率驱动芯片UP4的IN1和IN2引脚用于接收微控制器的输入控制信号；St1和St2引脚为状态反馈引脚，分别与微控制器的I/O口PA6和PA7相连。\n[0047] 在图11中，CAN控制器正常工作之前，需要对CAN控制器进行初始化，通过设置其内部模式寄存器选择CAN控制器进入复位模式。首先，在确认进入复位模式后，启动CAN控制器，并通过BTR0和BTR1寄存器设置CAN总线通信波特率；其次，设置验收滤波寄存器，以使CAN控制器过滤掉不必接收的CAN报文；最后，发送退出复位模式的请求，在进入工作模式后，确认CAN控制器是否与总线通信同步，如果同步，则结束CAN控制器初始化。\n[0048] 在图12中，使用查询方式发送CAN报文。需要发送报文时，首先确认CAN控制器与总线是否同步；如同步，即CANCTL0_SYNCH＝1，则寻找“空”的发送缓冲区，一旦有发送缓冲区为“空”，即CANTFLG_TXFx＝1，则将CAN报文写入相应的发送寄存器中；CAN报文写入相应的发送寄存器后，启动发送过程，并将CANTFLG_TXFx置位。\n[0049] 在图13中，使用查询方式接收CAN报文。在主函数的循环中，不断查询CAN报文接收缓冲区状态，一旦接收缓冲区状态为“满”，则从相应的报文接收寄存器中读取CAN报文；读取完毕后，释放接收缓冲区，将CANRFLG_RXF置位，并处理接收到的报文。\n[0050] 在图14中，起动机控制模块接收、解析从CAN总线上接收的点火开关信息和后仓门开关信息的CAN报文，并采集发电机N/W极状态信息、空档开关状态信息和后起动开关状态信息。当点火开关ST接通，且空挡开关接通，且后仓门开关断开(即后仓门关闭)，且后起动开关断开，且发电机N/W极电压＜i伏(即发电机不发电，24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)时，微控制器发送起动机电源接通信息和起动继电器接通信息给起动机电源控制单元和起动继电器控制单元，分别由起动机电源控制单元和起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源和起动继电器接通，实现起动控制；当点火开关ST断开时，微控制器发送起动机电源断开信息给起动机电源控制单元，由起动机电源控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源断开；当发电机N/W极电压＞＝i伏(即发电机发电，24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)时，微控制器发送起动继电器断开信息给起动继电器控制单元，由起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动继电器断开。\n[0051] 在图15中，起动机控制模块接收、解析从CAN总线上接收的点火开关信息和后仓门开关信息的CAN报文，并采集发电机N/W极状态信息、空档开关状态信息和后起动开关状态信息。当后起动开关接通，且空挡开关接通，且后仓门开关接通(即后仓门打开)，且点火开关ST断开，且发电机N/W极电压＜i伏(即发电机不发电，24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)时，微控制器发送起动机电源接通信息和起动继电器接通信息给起动机电源控制单元和起动继电器控制单元，分别由起动机电源控制单元和起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源和起动继电器接通，实现起动控制；当后起动开关断开时，微控制器发送起动机电源断开信息给起动机电源控制单元，由起动机电源控制单元的功率驱动芯片控制起动机电源断开；当发电机N/W极电压＞＝i伏(即发电机发电，24伏电源系统时i＜12，12伏电源系统时i＜6)时，微控制器发送起动继电器断开信息给起动继电器控制单元，由起动继电器控制单元的功率驱动芯片控制起动继电器断开。\n[0052] 本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。