《一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛》是北京汽車股份有限公司於2013年9月30日申請的專利，該專利的公布號為CN103472757A，申請公布日為2013年12月25日，發明人是金剛、石剛、韓超、胡留成。
《一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛》解決了2013年9月之前的技術中車輛控制器溫度得不到合理控制的問題，該車輛控制器的控制方法包括：檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果；當所述判斷結果為是時，計算所述控制器的晶片結點溫度；根據所述晶片結點溫度及預先劃分好的不同熱等級，判斷出所述晶片所處的熱等級；根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制。該發明的方案能在控制器集成眾多輸出負載的情況下，減小熱損耗並控制內部溫度，保證了控制器的安全可靠性。
2017年12月11日，《一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛
- 申請人：北京汽車股份有限公司
- 申請日：2013年9月30日
- 公布號：CN103472757A
- 公布日：2013年12月25日
- 發明人：金剛、石剛、韓超、胡留成
- 地址：北京市順義區仁和鎮雙河大街99號
- 分類號：G05B19/042(2006.01)I
- 代理機構：北京銀龍智慧財產權代理有限公司
- 代理人：許靜、黃燦
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著消費者對車輛安全、環保及智慧型化的要求日益提高，主機廠為滿足人們對車輛的多樣性需求，逐步在車輛上增加眾多電子電器配置功能。眾多配置促使車輛控制器的功能越來越複雜，所控制的輸出負載越來越多，造成車輛控制器內部產生熱量過大、溫升過高，導致車輛控制器的功能失效或器件損壞。
2013年前車輛控制器降低內部溫度的常用方法有以下幾種：1、增大控制器的散熱面積，並通過散熱裝置如風扇實現快速散熱降低控制器溫度。但此方法增大了控制器的體積和成本，在車輛布置空間受限條件下實施困難；2、當控制器某些硬體迴路達到極限溫度時，直接關斷驅動負載的輸出晶片，通過減少輸出負載來減少散熱達到降溫目的。這樣造成控制器部分功能完全失效，極大影響了整車安全性和舒適性。
車輛控制器在集成眾多輸出負載功能情況下，減小熱損耗並控制內部溫度來保證控制器的安全可靠性，2013年前已成為控制器設計面臨的巨大困難和挑戰。
發明內容
專利目的
《一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛》要解決的技術問題是提供一種車輛控制器主動熱管理方法、裝置和車輛，在控制器集成眾多輸出負載的情況下，減小熱損耗並控制內部溫度。
技術方案
《一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛》的實施例提供一種車輛控制器的控制方法，包括：檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果；當所述判斷結果為是時，計算所述控制器的晶片結點溫度；根據所述晶片結點溫度及預先劃分好的不同熱等級，判斷出所述晶片所處的熱等級；根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制。
其中，檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果的步驟具體包括：檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，採集所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值；根據所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值，得到所述控制器的熱損耗閥值；比較採集的所述控制器的實時熱損耗功率與所述熱損耗閥值的大小，得到比較結果；根據所述比較結果判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，當所述比較結果為大於時，得到判斷結果為是，否則，得到判斷結果為否。
其中，所述控制器內部熱點溫度包括：大功率驅動晶片溫度及微控制器MCU的溫度。其中，當所述判斷結果為是時，計算所述晶片結點溫度的步驟具體包括：當所述判斷結果為是時，採集所述晶片的溫度，並計算所述晶片的實時熱耗功率；根據所述晶片的溫度、所述晶片的實時熱耗功率及預先離線測量估算的所述晶片結點到所述晶片溫度測量點的熱傳導阻尼係數，通過熱力學模型計算所述晶片結點溫度。其中，對所述不同熱等級的劃分通過線上設定不同熱等級的溫度閥值來實現，所述閥值的預設值為設定值。
其中，根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制的步驟包括：當所述晶片所處的熱等級為第一熱等級時，控制所述控制器正常輸出；當所述晶片所處的熱等級為第二熱等級時，控制所述控制器降低脈寬調製PWM的輸出頻率，並且增大輸出電平斜率，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第三熱等級時，控制所述控制器降低PWM輸出占空比或關斷部分負載模組，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第四熱等級時，控制所述控制器關斷負載模組，且在所述控制器處於失效模態時降低所述控制器的時鐘頻率，並報警。
為了解決上述技術問題，該發明的實施例還提供了一種車輛控制器的控制裝置，包括：第一判斷模組，用於在檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果；計算模組，用於當所述判斷結果為是時，計算所述控制器的晶片結點溫度；第二判斷模組，用於根據所述晶片結點溫度及預先劃分好的不同熱等級，判斷出所述晶片所處的熱等級；控制模組，用於根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制。
其中，所述第一判斷模組包括：第一採集模組，用於檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，採集所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值；閥值模組，用於根據所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值，得到所述控制器的熱損耗閥值；比較模組，用於比較採集的所述控制器的實時熱損耗功率與所述熱損耗閥值的大小，得到比較結果；第一判斷子模組，用於根據所述比較結果判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，當所述比較結果為大於時，得到判斷結果為是，否則，得到判斷結果為否。
其中，所述第一採集模組包括：控制器外部環境溫度感測器、大功率驅動晶片溫度感測器及微控制器MCU溫度感測器。其中，所述計算模組包括：第二採集模組，用於當所述判斷結果為是時，採集所述晶片的溫度，並計算所述晶片的實時熱耗功率；計運算元模組，用於根據所述晶片的溫度、所述晶片的實時熱耗功率及預先離線測量估算的所述晶片結點到所述晶片溫度測量點的熱傳導阻尼係數，通過熱力學模型計算所述晶片結點溫度。
其中，所述第二判斷模組中對所述不同熱等級的劃分通過線上設定不同熱等級的溫度閥值來實現，所述閥值的預設值為設定值。其中，所述控制模組具體用於：當所述晶片所處的熱等級為第一熱等級時，控制所述控制器正常輸出；當所述晶片所處的熱等級為第二熱等級時，控制所述控制器降低脈寬調製PWM的輸出頻率，並且增大輸出電平斜率，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第三熱等級時，控制所述控制器降低PWM輸出占空比或關斷部分負載模組，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第四熱等級時，控制所述控制器關斷負載模組，且在所述控制器處於失效模態時降低所述控制器的時鐘頻率，並報警。為了解決上述技術問題，該發明的實施例還提供了一種車輛，包括如上所述的車輛控制器的控制裝置。
有益效果
《一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛》實施例的車輛控制器的控制方法，能夠在檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，當判斷結果為是時，計算控制器的晶片結點溫度，再根據晶片結點溫度及預先劃分好的不同熱等級，判斷晶片所處的熱等級，並根據判斷出的熱等級對控制器或負載模組進行控制。使控制器在集成眾多輸出負載的情況下，減小熱損耗並控制內部溫度，保證了控制器的安全可靠性。
附圖說明
圖1為該發明的一種車輛控制器的控制方法總體流程圖；
圖2為該發明的一種車輛控制器的控制方法具體處理流程圖；
圖3為該發明的一種車輛控制器的控制裝置系統框圖；
圖4為該發明的一種車輛控制器的控制裝置結構圖。
權利要求
1.一種車輛控制器的控制方法，其特徵在於，包括：檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果；當所述判斷結果為是時，計算所述控制器的晶片結點溫度；根據所述晶片結點溫度及預先劃分好的不同熱等級，判斷出所述晶片所處的熱等級；根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果的步驟具體包括：檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，採集所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值；根據所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值，得到所述控制器的熱損耗閥值；比較採集的所述控制器的實時熱損耗功率與所述熱損耗閥值的大小，得到比較結果；根據所述比較結果判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，當所述比較結果為大於時，得到判斷結果為是，否則，得到判斷結果為否。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述控制器內部熱點溫度包括：大功率驅動晶片溫度及微控制器MCU的溫度。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，當所述判斷結果為是時，計算所述晶片結點溫度的步驟具體包括：當所述判斷結果為是時，採集所述晶片的溫度，並計算所述晶片的實時熱耗功率；根據所述晶片的溫度、所述晶片的實時熱耗功率及預先離線測量估算的所述晶片結點到所述晶片溫度測量點的熱傳導阻尼係數，通過熱力學模型計算所 述晶片結點溫度。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，對所述不同熱等級的劃分通過線上設定不同熱等級的溫度閥值來實現，所述閥值的預設值為設定值。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制的步驟包括：當所述晶片所處的熱等級為第一熱等級時，控制所述控制器正常輸出；當所述晶片所處的熱等級為第二熱等級時，控制所述控制器降低脈寬調製PWM的輸出頻率，並且增大輸出電平斜率，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第三熱等級時，控制所述控制器降低PWM輸出占空比或關斷部分負載模組，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第四熱等級時，控制所述控制器關斷負載模組，且在所述控制器處於失效模態時降低所述控制器的時鐘頻率，並報警。
7.一種車輛控制器的控制裝置，其特徵在於，包括：第一判斷模組，用於在檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果；計算模組，用於當所述判斷結果為是時，計算所述控制器的晶片結點溫度；第二判斷模組，用於根據所述晶片結點溫度及預先劃分好的不同熱等級，判斷出所述晶片所處的熱等級；控制模組，用於根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述第一判斷模組包括：第一採集模組，用於檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，採集所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值；閥值模組，用於根據所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值，得到所述控制器的熱損耗閥值；比較模組，用於比較採集的所述控制器的實時熱損耗功率與所述熱損耗閥值的大小，得到比較結果；第一判斷子模組，用於根據所述比較結果判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，當所述比較結果為大於時，得到判斷結果為是，否則，得到判斷結果為否。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述第一採集模組包括：控制器外部環境溫度感測器、大功率驅動晶片溫度感測器及微控制器MCU溫度感測器。
10.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述計算模組包括：第二採集模組，用於當所述判斷結果為是時，採集所述晶片的溫度，並計算所述晶片的實時熱耗功率；計運算元模組，用於根據所述晶片的溫度、所述晶片的實時熱耗功率及預先離線測量估算的所述晶片結點到所述晶片溫度測量點的熱傳導阻尼係數，通過熱力學模型計算所述晶片結點溫度。
11.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述第二判斷模組中對所述不同熱等級的劃分通過線上設定不同熱等級的溫度閥值來實現，所述閥值的預設值為設定值。
12.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述控制模組具體用於：當所述晶片所處的熱等級為第一熱等級時，控制所述控制器正常輸出；當所述晶片所處的熱等級為第二熱等級時，控制所述控制器降低脈寬調製PWM的輸出頻率，並且增大輸出電平斜率，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第三熱等級時，控制所述控制器降低PWM輸出占空比或關斷部分負載模組，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第四熱等級時，控制所述控制器關斷負載模組，且在所述控制器處於失效模態時降低所述控制器的時鐘頻率，並報警。
13.一種車輛，其特徵在於，包括：如權利要求7-12任一項所述的車輛控制器的控制裝置。
實施方式
《一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛》實施例的車輛控制器的控制器方法，使控制器在集成眾多輸出負載的情況下，減小熱損耗並控制內部溫度，保證了控制器的安全可靠性。
如圖1所示，該發明實施例的車輛控制器的控制方法，包括：
步驟11，檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果；
步驟12，當所述判斷結果為是時，計算所述控制器的晶片結點溫度；
步驟13，根據所述晶片結點溫度及預先劃分好的不同熱等級，判斷出所述晶片所處的熱等級；
步驟14，根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制。
該發明實施例的車輛控制器的控制方法，能根據實際的溫度情況對控制器進行相應的降溫處理，使控制器在集成眾多輸出負載的情況下，減小熱損耗並控制內部溫度，保證了控制器的安全可靠性。
上述步驟11的步驟具體包括：檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，採集所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值；根據所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值，得到所述控制器的熱損耗閥值；比較採集的所述控制器的實時熱損耗功率與所述熱損耗閥值的大小，得到比較結果；根據所述比較結果判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，當所述比較結果為大於時，得到判斷結果為是，否則，得到判斷結果為否。
此時，當控制器處於超熱負荷運轉狀態時才進行控制器的主動熱管理，使控制更加合理，且增加了實用性。其中，在控制器處於正常熱負荷運轉狀態時，可以採用晶片自帶的被動式熱管理，具體的，當控制器晶片過熱時，晶片可自行切斷負載輸出以降低溫度，保證控制器的正常工作。
一種具體實施例，當檢測到控制器處於點火開啟狀態時，採集控制器外部環境溫度Ta，及控制器內部熱點溫度Ti，並根據Ta、Ti查表得出啟動控制器主動熱管理的熱損耗閥值Pth，具體的，Pth=f（Ta，Ti），其中，f（Ta，Ti）是以Ta，Ti為輸入，Pth為輸出的熱損耗閥值表，該表可以根據實車線上實測與計算機離線仿真獲得。然後採集所述控制器的實時熱損耗功率Pm，並比較Pm與Pth的大小，得到比較結果，當Pm>Pth時，判斷控制器處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果為是，否則，得到判斷結果為否。其中，Pm可以根據控制器中各主要功率電路的運行狀態進行估算獲得，具體的，各功率電路的運行狀態可以包括電路構成、運行模態、反饋變數等。
其中，所述控制器內部熱點溫度可以包括：大功率驅動晶片溫度及微控制器MCU的溫度。上述步驟12的步驟具體包括：當所述判斷結果為是時，採集所述晶片的溫度，並計算所述晶片的實時熱耗功率；根據所述晶片的溫度、所述晶片的實時熱耗功率及預先離線測量估算的所述晶片結點到所述晶片溫度測量點的熱傳導阻尼係數，通過熱力學模型計算所述晶片結點溫度。
一種具體實施例，當判斷結果為是時，先採集控制器驅動晶片的溫度Tc，同時計算晶片的實時熱耗功率Pc，並通過離線測量估算晶片結點到Tc測量點的熱傳導阻尼係數θjc，再通過熱力學模型計算晶片結點溫度Tj，具體的，Tj=Tc+θjc*Pc。
其中，晶片的實時熱耗功率Pc，對於簡單的直流驅動，可以根據測得的晶片輸出電流I和已知的導通電阻R，通過公式Pc=I^2*R計算獲得。對於脈衝寬度調製PWM或其它複雜波形的驅動模式，則需要根據特定驅動方式制定算法。上述步驟13中，對所述不同熱等級的劃分通過線上設定不同熱等級的溫度閥值來實現，所述閥值的預設值為設定值。
假定分成四個不同的熱等級：熱等級S0、熱等級S1、熱等級S2和熱等級S3，TS0、TS1、TS2分別表示不同的閥值，晶片結點溫度用T來表示。此時，當T小於TS0時，晶片處於熱等級S0；當T大於或者等於TS0且小於TS1時，晶片處於熱等級S1；當T大於或者等於TS1且小於TS2時，晶片處於熱等級S2；當T大於或者等於TS2時，晶片處於熱等級S3。其中，T是連續變化的值，因此T所處閥值區域段的確定可以使用滯回比較器，滯回增量可設為5攝氏度。
其中，上述閥值TS0、TS1、TS2可線上設定，預設值為設定值。進一步的，對於車規級功率驅動晶片，設定值可為145攝氏度、155攝氏度、165攝氏度。
上述步驟14中，根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制的步驟包括：當所述晶片所處的熱等級為第一熱等級時，控制所述控制器正常輸出；當所述晶片所處的熱等級為第二熱等級時，控制所述控制器降低脈寬調製PWM的輸出頻率，並且增大輸出電平斜率，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第三熱等級時，控制所述控制器降低PWM輸出占空比或關斷部分負載模組，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第四熱等級時，控制所述控制器關斷負載模組，且在所述控制器處於失效模態時降低所述控制器的時鐘頻率，並報警。下面對該發明的上述實施例舉例說明如下。
如圖2所示，假定第一熱等級為熱等級S0，第二熱等級為S1，第三熱等級為S2，第四熱等級為S3。當檢測到控制器處於點火開啟狀態時，判斷控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，當判斷結果為是時，計算出晶片結點溫度，並根據晶片結點溫度判斷晶片所處的熱等級。當晶片處於熱等級S0時，控制器正常輸出；當晶片處於熱等級S1時，控制器降低PWM輸出頻率，並且增大輸出電平斜率，並報警；當晶片處於熱等級S2時，控制器降低PWM輸出占空比或關斷部分負載模組，並報警；當晶片處於熱等級S3時，控制器關斷負載模組，且在控制器處於失效模態時控制器降低的時鐘頻率，並報警。
如圖3、圖4所示，該發明的實施例還提供一種車輛控制器的控制裝置，包括：第一判斷模組，用於在檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，得到判斷結果；計算模組，用於當所述判斷結果為是時，計算所述控制器的晶片結點溫度；第二判斷模組，用於根據所述晶片結點溫度及預先劃分好的不同熱等級，判斷出所述晶片所處的熱等級；控制模組，用於根據判斷出的熱等級對所述控制器或負載模組進行控制。
該發明實施例的車輛控制器的控制裝置，能根據實際的溫度情況對控制器進行相應的降溫處理，使控制器在集成眾多輸出負載的情況下，減小熱損耗並控制內部溫度，保證了控制器的安全可靠性。其中，所述第一判斷模組包括：第一採集模組，用於檢測到控制器處於點火開啟的狀態時，採集所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值；閥值模組，用於根據所述控制器外部環境溫度及所述控制器內部熱點溫度的值，得到所述控制器的熱損耗閥值；比較模組，用於比較採集的所述控制器的實時熱損耗功率與所述熱損耗閥值的大小，得到比較結果；第一判斷子模組，用於根據所述比較結果判斷所述控制器是否處於超熱負荷運轉狀態，當所述比較結果為大於時，得到判斷結果為是，否則，得到判斷結果為否。
其中，所述第一採集模組包括：控制器外部環境溫度感測器、大功率驅動晶片溫度感測器及微控制器MCU溫度感測器。具體的，上述大功率驅動晶片感測器可以是驅動晶片所集成的內部溫度感測器或者獨立溫度感測器，上述MCU溫度感測器可以是MCU所集成的內部溫度感測器或者獨立溫度感測器。其中，所述計算模組包括：第二採集模組，用於當所述判斷結果為是時，採集所述晶片的溫度，並計算所述晶片的實時熱耗功率；計運算元模組，用於根據所述晶片的溫度、所述晶片的實時熱耗功率及預先離線測量估算的所述晶片結點到所述晶片溫度測量點的熱傳導阻尼係數，通過熱力學模型計算所述晶片結點溫度。
其中，所述第二判斷模組中對所述不同熱等級的劃分通過線上設定不同熱等級的溫度閥值來實現，所述閥值的預設值為設定值。其中，所述控制模組具體用於：當所述晶片所處的熱等級為第一熱等級時，控制所述控制器正常輸出；當所述晶片所處的熱等級為第二熱等級時，控制所述控制器降低脈寬調製PWM的輸出頻率，並且增大輸出電平斜率，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第三熱等級時，控制所述控制器降低PWM輸出占空比或關斷部分負載模組，並報警；當所述晶片所處的熱等級為第四熱等級時，控制所述控制器關斷負載模組，且在所述控制器處於失效模態時降低所述控制器的時鐘頻率，並報警。
需要說明的是，該裝置是與上述方法實施例對應的裝置，上述方法實施例中所有實現方式均適用於該裝置的實施例中，也能達到相同的技術效果。由於該發明實施例的車輛控制器的控制裝置套用於車輛，因此，該發明實施例還提供了一種車輛，包括：如上述實施例中所述的車輛控制器的控制裝置。其中，上述車輛控制器的控制裝置的所述實現實例均適用於該車輛的實施例中，也能達到相同的技術效果。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種車輛控制器的控制方法、裝置和車輛》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
