一种车载安全数字量输入输出装置及协同检测方法与流程

本发明涉及车辆控制，特别涉及一种车载安全数字量输入输出装置及车载安全数字量的协同检测方法。

背景技术：

1、目前，轨道车辆上采用双通道同构mcu(microcontroller unit，微控制单元)实现车载安全数字量输入输出装置对上位机输出的驱动数值与装置输入采集数值进行取2比较，结果一致后方可有效输出，否则上报故障并导向安全侧；然而，同构mcu可能发生共因故障，导致取2比较通过，影响车载安全数字量输入输出装置的检测准确性，并且双通道各自配置相应的输入动态检测电路元器件，导致配置成本较高，装置无法小型化。

2、因此，如何能够提高车载安全数字量输入输出装置的检测准确性，降低配置成本，是现今急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种车载安全数字量输入输出装置及车载安全数字量的协同检测方法，以提高车载安全数字量输入输出装置的检测准确性，降低配置成本。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种车载安全数字量输入输出装置，包括：第一mcu、第二mcu、安全数字量输入模块、mcu交互模块和安全数字量输出模块；其中，所述安全数字量输入模块包括安全采集电路和协同输入动态检测电路；其中，所述第一mcu和所述第二mcu采用不同架构；

3、所述安全采集电路，用于将采集的预设数量路的输入数字量分别传输到所述第一mcu和所述第二mcu；

4、所述协同输入动态检测电路，用于根据所述第一mcu的第一动态检测启动控制信号，控制所述安全采集电路对第一分组数量路的输入数字量的采集传输进行控制；根据所述第二mcu的第二动态检测启动控制信号，控制所述安全采集电路对第二分组数量路的输入数字量的采集传输进行控制；其中，所述第一分组数量与所述第二分组数量之和为所述预设数量；

5、所述第一mcu和所述第二mcu通过所述mcu交互模块的同步信号量通道进行通信，对所述第一分组数量路和所述第二分组数量路的输入数字量分别进行数字量检测；

6、所述安全数字量输出模块，用于根据所述第一mcu和所述第二mcu的控制，控制安全输出继电器的导通和断开，所述预设数量路的输入数字量转换后的预设输出数量路的输出数字量通过所述安全输出继电器输出到车辆的控制器。

7、在一些实施例中，所述安全数字量输出模块包括锁频动态驱动电路，用于根据所述第一mcu的第一pwm控制信号和所述第二mcu的第二pwm控制信号，控制安全输出继电器导通；其中，所述第一mcu和所述第二mcu通过所述mcu交互模块的同步串口通道进行通信，输出相位相反的所述第一pwm控制信号和所述第二pwm控制信号。

8、在一些实施例中，所述安全数字量输出模块包括安全输出两级回采电路，用于采集所述安全输出继电器的前端电流和后端电压，并输出到所述第一mcu和所述第二mcu。

9、在一些实施例中，所述预设数量为2的整数倍，所述第一分组数量和所述第二分组数量均为所述预设数量的一半。

10、此外，本发明还提供了一种车载安全数字量的协同检测方法，应用于如上述所述的车载安全数字量输入输出装置，包括：

11、当前mcu在对预设数量路的输入数字量进行采集的过程中，确定当前系统周期和当前采样周期；其中，当前mcu为第一mcu或第二mcu，当前系统周期的周期时间为当前采样周期的周期时间的预设整数倍；

12、根据当前系统周期和当前采样周期，控制mcu交互模块的同步信号量通道中的同步信号和向协同输入动态检测电路输出的动态检测启动控制信号，对采集的第一分组数量路和/或第二分组数量路的输入数字量进行数字量检测，获取动态检测结果；其中，所述动态检测启动控制信号为第一动态检测启动控制信号或第二动态检测启动控制信号。

13、在一些实施例中，所述根据当前系统周期和当前采样周期，控制mcu交互模块的同步信号量通道中的同步信号和向协同输入动态检测电路输出的动态检测启动控制信号，对采集的第一分组数量路和/或第二分组数量路的输入数字量进行数字量检测，获取动态检测结果，包括：

14、若当前系统周期除以3的余数为0且当前采样周期小于或等于6，则打开所述动态检测启动控制信号和所述同步信号，并在当前采样周期为预设周期数且检测到所述同步信号为打开状态时，检测预设数量路的输入数字量，获取所述动态检测结果；其中，所述预设周期数小于或等于6；

15、若当前系统周期除以3的余数为1且当前采样周期小于或等于6，则在当前mcu为所述第一mcu时，打开所述动态检测启动控制信号和所述同步信号，并在当前采样周期为预设周期数且检测到所述同步信号为打开状态时，检测所述第一分组数量的输入数字量，获取所述动态检测结果；在当前mcu为所述第二mcu时，关闭所述动态检测启动控制信号和所述同步信号，并在当前采样周期为预设周期数且检测到所述同步信号为打开状态时，检测所述第一分组数量的输入数字量，获取所述动态检测结果；其中，所述第一mcu和/或所述第二mcu打开所述同步信号时，所述同步信号为打开状态；所述第一mcu和所述第二mcu关闭所述同步信号时，所述同步信号为关闭状态；

16、若当前系统周期除以3的余数为2且当前采样周期小于或等于6，则在当前mcu为所述第一mcu时，关闭所述动态检测启动控制信号和所述同步信号，并在当前采样周期为预设周期数且检测到所述同步信号为关闭状态时，检测所述第二分组数量的输入数字量，获取所述动态检测结果；在当前mcu为所述第二mcu时，打开所述动态检测启动控制信号和所述同步信号，并在当前采样周期为预设周期数且检测到所述同步信号为打开状态时，检测所述第二分组数量的输入数字量，获取所述动态检测结果；

17、若当前采样周期大于6，则关闭所述动态检测启动控制信号和所述同步信号，并在所述同步信号为关闭状态时，获取并记录采集的所述预设数量路的输入数字量。

18、在一些实施例中，所述获取所述动态检测结果之后，还包括：

19、判断所述动态检测结果中错误的输入数字量的路数是否大于检测阈值；

20、若是，则设置所述车载安全数字量输入输出装置为宕机状态。

21、在一些实施例中，所述根据当前系统周期和当前采样周期，控制mcu交互模块的同步信号量通道中的同步信号和向协同输入动态检测电路输出的动态检测启动控制信号，对采集的第一分组数量路和/或第二分组数量路的输入数字量进行数字量检测，获取动态检测结果之后，还包括：

22、在当前系统周期完成后，获取当前系统周期对应的所述预设整数的采集结果、所述动态检测结果和安全输出两级回采电路的回采结果；其中，所述回采结果包括前端电流回采结果和后端电压回采结果；

23、根据所述采集结果、所述动态检测结果和所述回采结果，获取所述检测输出结果；

24、在所述检测输出结果与所述车载安全数字量输入输出装置的另一mcu的检测输出结果相同时，向车辆的控制器输出所述检测输出结果。

25、在一些实施例中，所述根据所述采集结果、所述动态检测结果和所述回采结果，获取所述检测输出结果，包括：

26、根据所述采集结果和所述另一mcu的采集结果，获取所述检测输出结果中所述预设数量的采集位各自的采样检测结果和同步判定结果。

27、在一些实施例中，所述根据所述采集结果、所述动态检测结果和所述回采结果，获取所述检测输出结果，包括：

28、若所述前端电流回采结果中当前路的输出数字量对应的继电器驱动位的要求状态为持续无输出，则在所述前端电流回采结果中当前路的输出数字量对应的前端电流的任一采样值大于混线告警电流阈值时，确定检测输出结果中所述继电器驱动位的驱动电流监督结果为混线；在当前路对应的前端电流的全部采样值均不大于所述混线告警电流阈值时，确定当前路对应的继电器驱动位的驱动电流监督结果为正常；其中，当前路的输出数字量为安全输出继电器输出的预设输出数量路的输出数字量中任一路的输出数字量；

29、若当前路对应的继电器驱动位的要求状态为由输出有效变为所述无输出，则在当前路对应的前端电流的任一第一目标采样值大于所述混线告警电流阈值时，确定当前路对应的继电器驱动位的驱动电流监督结果为混线；在当前路对应的全部所述第一目标采样值均不大于所述混线告警电流阈值时，确定当前路对应的继电器驱动位的驱动电流监督结果为正常；其中，所述第一目标采样值为所述无输出对应的采样值；

30、若当前路对应的继电器驱动位的要求状态为持续所述输出有效，则当前路对应的前端电流的全部采样值不均为最小电流值阈值的采样值且存在最小电流值阈值的采样值时，确定当前路对应的继电器驱动位的驱动电流监督结果为电流值异常；在当前路对应的前端电流的全部采样值均不大于最小电流值阈值时，确定当前路对应的继电器驱动位的驱动电流监督结果为短路；

31、若当前路对应的继电器驱动位的要求状态为由所述无输出变为所述输出有效，则在当前路对应的前端电流的任一第二目标采样值大于短路保护电流阈值时，确定当前路对应的继电器驱动位的驱动电流监督结果为短路；在当前路对应的前端电流的全部所述第二目标采样值均不大于所述短路保护电流阈值，且任一所述第二目标采样值大于最大电流值阈值时，确定当前路对应的继电器驱动位的驱动电流监督结果为电流值异常；在当前路对应的前端电流的全部所述第二目标采样值均不大于所述最大电流值阈值且均大于所述最小电流值阈值，确定当前路对应的继电器驱动位的驱动电流监督结果为正常；在当前路对应的前端电流的任一所述第二目标采样值不大于所述最小电流值阈值，确定当前路对应的继电器驱动位的驱动电流监督结果为电流值异常；其中，所述第二目标采样值为所述输出有效对应的采样值，所述短路保护电流阈值大于所述最大电流值阈值。

32、本发明所提供的一种车载安全数字量输入输出装置，包括：第一mcu、第二mcu、安全数字量输入模块、mcu交互模块和安全数字量输出模块；其中，安全数字量输入模块包括安全采集电路和协同输入动态检测电路；其中，第一mcu和第二mcu采用不同架构；安全采集电路，用于将采集的预设数量路的输入数字量分别传输到第一mcu和第二mcu；协同输入动态检测电路，用于根据第一mcu的第一动态检测启动控制信号，控制安全采集电路对第一分组数量路的输入数字量的采集传输进行控制；根据第二mcu的第二动态检测启动控制信号，控制安全采集电路对第二分组数量路的输入数字量的采集传输进行控制；其中，第一分组数量与第二分组数量之和为预设数量；第一mcu和第二mcu通过mcu交互模块的同步信号量通道进行通信，对第一分组数量路和第二分组数量路的输入数字量分别进行数字量检测；安全数字量输出模块，用于根据第一mcu和第二mcu的控制，控制安全输出继电器的导通和断开，预设数量路的输入数字量转换后的预设输出数量路的输出数字量通过安全输出继电器输出到车辆的控制器；

33、可见，本发明利用不同架构的第一mcu和第二mcu，通过协同输入动态检测电路对采用双通道协同检测的方式，对输入的数字量进行动态检测，避免了第一mcu和第二mcu发生共因故障影响检测准确性的问题；并且通过协同输入动态检测电路的设置，减少了动态检测电路元器件的消耗，降低了配置成本与板卡尺寸。此外，本发明还提供了一种车载安全数字量的协同检测方法，同样具有上述有益效果。