一种开关量输入诊断装置及诊断方法发明专利

专利名称：一种开关量输入诊断装置及诊断方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110361938.6

专利申请（专利权）人：中国第一汽车股份有限公司
权利人地址：吉林省长春市汽车经济技术开发区新红旗大街1号

专利发明（设计）人：杨莉,王强,赵目龙,于继成,王宗罡,李海波,王泽尉

专利摘要：本发明实施例公开了一种开关量输入诊断装置及诊断方法。该开关量输入诊断装置包括：恒流源输出模块、开关模块、地电压检测模块和控制模块；通过采集开关模块的第一端获取第一电压，第一电压为开关模块和地漂移电压之和，通过控制地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压，根据第一电压和地漂移电压可以排出地漂移电压的影响而得到开关模块的实际工作电压，然后再结合流入开关模块的恒定电流可以计算出开关模块的实际工作电阻值；最后将开关模块的实际电阻值与额定工作阻值范围进行对比以判断开关模块的工作状态。由此实现在计算开关模块的实际工作阻值时能够排出地漂移电压带来的影响，进而提高对开关模块的工作状态判断的可靠性。

主权利要求：
1.一种开关量输入诊断装置，其特征在于，包括：恒流源输出模块、开关模块、地电压检测模块和控制模块；其中，所述开关模块的第一端分别与所述恒流源输出模块和所述控制模块电连接，所述开关模块的第二端分别与所述控制模块和所述地电压检测模块的第一端电连接，所述地电压检测模块的第二端接地，所述地电压检测模块的控制端与所述控制模块电连接；所述恒流源输出模块用于向所述开关模块输入恒定电流；
所述控制模块用于从所述开关模块的第一端获取第一电压；用于通过控制所述地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压，并根据所述第一电压、所述地漂移电压以及所述恒定电流得到所述开关模块的实际工作电阻值；并将所述实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行对比，以判断所述开关模块的工作状态；
其中，所述地电压检测模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的第一端分别与所述开关模块的第二端和所述控制模块电连接，所述第一晶体管的第二端与所述第二晶体管的控制端电连接，所述第一晶体管的控制端与所述控制模块电连接，所述第二晶体管的第二端接地；
所述地电压检测模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和滤波电容，所述第一电阻的第一端与所述控制模块电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第一晶体管的控制端和所述第二晶体管的第一端电连接；所述第二电阻连接在所述第二晶体管的控制端和所述第二晶体管的第二端之间；所述第三电阻连接在所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第二端之间；所述滤波电容连接在所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第二端之间。
2.根据权利要求1所述的开关量输入诊断装置，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管为三极管。
3.根据权利要求1所述的开关量输入诊断装置，其特征在于，还包括第一模数转换模块和第二模数转换模块，所述第一模数转换模块分别与所述开关模块的第一端和所述控制模块电连接；所述第二模数转换模块分别与所述开关模块的第二端和所述控制模块电连接。
4.根据权利要求1所述的开关量输入诊断装置，其特征在于，所述开关模块的工作状态包括开关两端短路状态、开关两端断路状态、开关短路到电源以及开关短路到地。
5.根据权利要求1所述的开关量输入诊断装置，其特征在于，所述额定工作阻值范围通过数学计算软件按照最坏工作情况计算得到。
6.根据权利要求5所述的开关量输入诊断装置，其特征在于，所述最坏工作情况包括器件老化因素、器件误差因素、温湿度因素、电磁辐射因素以及机械振动因素。
7.一种开关量输入诊断方法，其特征在于，由权利要求1‑6所述的开关量输入诊断装置执行，所述开关量输入诊断装置包括：恒流源输出模块、开关模块、地电压检测模块和控制模块；其中，所述开关模块的第一端分别与所述恒流源输出模块和所述控制模块电连接，所述开关模块的第二端与所述地电压检测模块的第一端电连接，所述地电压检测模块的第二端接地，所述地电压检测模块的控制端与所述控制模块电连接；所述开关模块的第二端与所述地电压检测模块的第一端的连接线还与所述控制模块电连接；所述恒流源输出模块用于向所述开关模块输入恒定电流；
所述诊断方法包括：
从所述开关模块的第一端获取第一电压；
通过控制所述地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压；
根据所述第一电压、所述地漂移电压以及所述恒定电流得到所述开关模块的实际工作电阻值；
将所述实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行对比，以判断所述开关模块的工作状态；
其中，所述地电压检测模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的第一端分别与所述开关模块的第二端和所述控制模块电连接，所述第一晶体管的第二端与所述第二晶体管的控制端电连接，所述第一晶体管的控制端与所述控制模块电连接，所述第二晶体管的第二端接地；
所述地电压检测模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和滤波电容，所述第一电阻的第一端与所述控制模块电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第一晶体管的控制端和所述第二晶体管的第一端电连接；所述第二电阻连接在所述第二晶体管的控制端和所述第二晶体管的第二端之间；所述第三电阻连接在所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第二端之间；所述滤波电容连接在所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第二端之间。
8.根据权利要求7所述的开关量输入诊断方法，其特征在于，所述额定工作阻值范围包括第一额定工作阻值范围、第二额定工作阻值范围、第三额定工作阻值范围和第四额定工作阻值范围；
所述诊断方法还包括：
将所述开关模块的实际工作电阻值与所述第一额定工作阻值范围进行对比，判断所述开关模块是否为开关两端短路状态；
将所述开关模块的实际工作电阻值与所述第二额定工作阻值范围进行对比，判断所述开关模块是否为开关两端断路状态；
将所述开关模块的实际工作电阻值与所述第三额定工作阻值范围进行对比，判断所述开关模块是否为开关短路到电源；
将所述开关模块的实际工作电阻值与所述第四额定工作阻值范围进行对比，判断所述开关模块是否为开关短路到地。 说明书 : 一种开关量输入诊断装置及诊断方法技术领域[0001] 本发明实施例涉及硬件开发技术领域，尤其涉及一种开关量输入诊断装置及诊断方法。背景技术[0002] 随着国内外汽车领域中功能安全标准的推行，对于功能安全标准的理解有所提高。在汽车控制器硬件开发过程中，目前主要面临的问题是如何将功能安全标准应用在实际硬件设计的过程中。例如，在硬件实际设计过程中，对开关量输入状态的诊断直接影响着系统功能安全等级的达成。[0003] 然而，在控制器硬件实际工作时，由于会受到各种外界环境的影响，例如地电压漂移，使得开关量输入状态的诊断需要考虑最坏工作情况，才能保证系统的可靠性。可见，能否提供一套准确且可靠的开关量输入诊断方法是一项重要的难题。发明内容[0004] 本发明提供一种开关量输入诊断装置及诊断方法，以排出地电压漂移对开关量的影响，提高开关量的计算准确性，进而提高对开关量工作状态进行诊断的可靠性。[0005] 第一方面，一种开关量输入诊断装置，该开关量输入诊断装置包括：恒流源输出模块、开关模块、地电压检测模块和控制模块；其中，所述开关模块的第一端分别与所述恒流源模块和所述控制模块电连接，所述开关模块的第二端分别与所述控制模块和所述地电压检测模块的第一端电连接，所述地电压检测模块的第二端接地，所述地电压检测模块的控制端与所述控制模块电连接；所述恒流源输出模块用于向所述开关模块输入恒定电流；[0006] 所述控制模块用于从所述开关模块的第一端获取第一电压；用于通过控制所述地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压，并根据所述第一电压、所述地漂移电压以及所述恒定电流得到所述开关模块的实际工作电阻值；并将所述实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行对比，以判断所述开关模块的工作状态。[0007] 可选地，所述地电压检测模块包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的第一端分别与所述开关模块的第二端和所述控制模块电连接，所述第一晶体管的第二端与所述第二晶体管的控制端电连接，所述第一晶体管的控制端与所述控制模块电连接，所述第二晶体管的第二端接地。[0008] 可选地，所述第一晶体管和所述第二晶体管为三极管。[0009] 可选地，所述地电压检测模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和滤波电容，所述第一电阻的第一端与所述控制模块电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第一晶体管的控制端和所述第二晶体管的第一端电连接；所述第二电阻连接在所述第二晶体管的控制端和所述第二晶体管的第二端之间；所述第三电阻连接在所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第二端之间；所述滤波电容连接在所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第二端之间。[0010] 可选地，该开关量输入诊断装置还包括第一模数转换模块和第二模数转换模块，所述第一模数转换模块分别与所述开关模块的第一端和所述控制模块电连接；所述第二模数转换模块分别与所述开关模块的第二端和所述控制模块电连接。[0011] 可选地，所述开关模块的工作状态包括开关两端短路状态、开关两端断路状态、开关短路到电源以及开关短路到地。[0012] 可选地，所述额定工作阻值范围通过数学计算软件按照最坏工作情况计算得到。[0013] 可选地，所述最坏工作情况包括器件老化因素、器件误差因素、温湿度因素、电磁辐射因素以及机械振动因素。[0014] 第二方面，本发明实施例还提供了一种开关量输入诊断方法，该方法由开关量输入诊断装置执行，所述开关量输入诊断装置包括：恒流源输出模块、开关模块、地电压检测模块和控制模块；其中，所述开关模块的第一端分别与所述恒流源模块和所述控制模块电连接，所述开关模块的第二端与所述地电压检测模块的第一端电连接，所述地电压检测模块的第二端接地，所述地电压检测模块的控制端与所述控制模块电连接；所述开关模块的第二端与所述地电压检测模块的第一端的连接线还与所述控制模块电连接；所述恒流源输出模块用于向所述开关模块输入恒定电流；[0015] 所述诊断方法包括：[0016] 从所述开关模块的第一端获取第一电压；[0017] 通过控制所述地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压；[0018] 根据所述第一电压、所述地漂移电压以及所述恒定电流得到所述开关模块的实际工作电阻值；[0019] 将所述实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行对比，以判断所述开关模块的工作状态。[0020] 可选地，所述额定工作阻值范围包括第一额定工作阻值范围、第二额定工作阻值范围、第三额定工作阻值范围和第四额定工作阻值范围；[0021] 所述诊断方法还包括：[0022] 将所述开关模块的实际工作电阻值与所述第一额定工作阻值范围进行对比，判断所述开关模块是否为开关两端短路状态；[0023] 将所述开关模块的实际工作电阻值与所述第二额定工作阻值范围进行对比，判断所述开关模块是否为开关两端断路状态；[0024] 将所述开关模块的实际工作电阻值与所述第三额定工作阻值范围进行对比，判断所述开关模块是否为开关短路到电源；[0025] 将所述开关模块的实际工作电阻值与所述第四额定工作阻值范围进行对比，判断所述开关模块是否为开关短路到地。[0026] 本发明通过提供一种开关量输入诊断装置及诊断方法，该开关量输入诊断装置包括：恒流源输出模块、开关模块、地电压检测模块和控制模块；其中，开关模块的第一端分别与恒流源模块和控制模块电连接，开关模块的第二端分别与控制模块和地电压检测模块的第一端电连接，地电压检测模块的第二端接地，地电压检测模块的控制端与控制模块电连接；恒流源输出模块用于向开关模块输入恒定电流；控制模块用于从开关模块的第一端获取第一电压；用于通过控制地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压，并根据第一电压、地漂移电压以及恒定电流得到开关模块的实际工作电阻值；并将实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行对比，以判断开关模块的工作状态。由此可知，通过采集开关模块的第一端获取第一电压，其中，第一电压为开关模块和地漂移电压之和，通过控制地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压，根据第一电压和地漂移电压可以排出地漂移电压的影响而得到开关模块的实际工作电压，然后再结合流入开关模块的恒定电流可以计算出开关模块的实际工作电阻值；最后将开关模块的实际电阻值与额定工作阻值范围进行对比以判断开关模块的工作状态。由此实现在计算开关模块的实际工作阻值时能够排出地漂移电压带来的影响，提高开关量计算的准确性，进而提高对开关模块的工作状态判断的准确性和可靠性。附图说明[0027] 图1是本发明实施例一中的一种开关量输入诊断装置的结构框图；[0028] 图2是本发明实施例二中的一种开关量输入诊断装置的结构示意图；[0029] 图3是本发明实施例二中的开关模块额定工作阻值范围的计算模拟结构示意图；[0030] 图4是本发明实施例三中的一种开关量输入诊断方法的流程图；[0031] 图5是本发明实施例三中的一种开关量输入诊断方法的总体工作流程图。具体实施方式[0032] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。[0033] 实施例一[0034] 图1为本发明实施例一中提供的一种开关量输入诊断装置的结构框图。参考图1，该开关量输入诊断装置包括：恒流源输出模块10、开关模块20、地电压检测模块30和控制模块40；其中，开关模块20的第一端A1分别与恒流源输出模块10和控制模块40电连接，开关模块20的第二端A2分别与控制模块40和地电压检测模块30的第一端B1电连接，地电压检测模块30的第二端B2接地，地电压检测模块30的控制端B0与控制模块40电连接；恒流源输出模块10用于向开关模块20输入恒定电流；[0035] 控制模块40用于从开关模块20的第一端A1获取第一电压；用于通过控制地电压检测模块30的导通或者关断获取地漂移电压，并根据第一电压、地漂移电压以及恒定电流得到开关模块20的实际工作电阻值；并将实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行对比，以判断开关模块20的工作状态。[0036] 其中，恒流源输出模块10可以为恒流源，用于对开关模块20注入固定的电流，一般为几十毫安的电流。开关模块20可以为机械开关，开关的导通与断开取决于驾驶员的操作。控制模块40可以为单片机。[0037] 在本实施例的技术方案中，该开关量输入诊断装置的实现过程为：参考图1，可通过驾驶人操作闭合开关模块20，控制模块40控制地电压检测模块30断开，恒流源输出模块10向开关模块20输入恒定电流，恒定电流流过开关模块20，控制模块40采集开关模块20的第一端A1得到第一电压，第一电压为开关的电压与地漂移电压之和；控制模块40通过向地电压检测模块30的控制端B0输入控制电压使地电压检测模块30导通，地电压检测模块30导通，控制模块40采集地电压检测模块30的第一端B1的电压得到地漂移电压，然后，控制模块40将采集到的第一电压减去地漂移电压得到开关模块20的实际工作电压，再根据注入到开关模块20的恒定电流，结合欧姆定律，计算得到开关模块20的实际工作电阻值，最后将开关模块20的实际工作电阻值与其额定工作阻值范围进行对比可以判断出开关模块20的工作状态。由此可知，通过设置地电压检测模块30，以及分别采集第一电压和地漂移电压，将地漂移电压排出得到开关模块20的实际工作电压，再根据注入的恒定电流可以得到开关模块20的实际工作电阻值，由此可以排出地漂移电压对开关模块20工作阻值计算的影响，提高其工作阻值计算的准确性，进而提高后续对开关模块工作状态判断的准确性，从而提高开关量输入诊断的准确性和可靠性。[0038] 本实施例的技术方案，提供一种开关量输入诊断装置及诊断方法，该开关量输入诊断装置包括：恒流源输出模块、开关模块、地电压检测模块和控制模块；其中，开关模块的第一端分别与恒流源模块和控制模块电连接，开关模块的第二端分别与控制模块和地电压检测模块的第一端电连接，地电压检测模块的第二端接地，地电压检测模块的控制端与控制模块电连接；恒流源输出模块用于向开关模块输入恒定电流；控制模块用于从开关模块的第一端获取第一电压；用于通过控制地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压，并根据第一电压、地漂移电压以及恒定电流得到开关模块的实际工作电阻值；并将实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行对比，以判断开关模块的工作状态。由此可知，通过采集开关模块的第一端获取第一电压，其中，第一电压为开关模块和地漂移电压之和，通过控制地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压，根据第一电压和地漂移电压可以排出地漂移电压的影响而得到开关模块的实际工作电压，然后再结合流入开关模块的恒定电流可以计算出开关模块的实际工作电阻值；最后将开关模块的实际电阻值与额定工作阻值范围进行对比以判断开关模块的工作状态。由此实现在计算开关模块的实际工作阻值时能够排出地漂移电压带来的影响，提高开关量计算的准确性，进而提高对开关模块的工作状态判断的准确性和可靠性。[0039] 实施例二[0040] 图2是本发明实施例二中提供的一种开关量输入诊断装置的结构示意图，图3是本发明实施例二中提供的开关模块额定工作阻值范围的计算模拟结构示意图。在上述实施例一的基础上，可选地，参考图2，地电压检测模块包括第一晶体管T1和第二晶体管T2，第一晶体管T1的第一端分别与开关模块20的第二端和控制模块40电连接，第一晶体管T1的第二端与第二晶体管T2的控制端电连接，第一晶体管T1的控制端与控制模块40电连接，第二晶体管T2的第二端接地。[0041] 其中，第一晶体管T1为开关管，控制模块40可以控制第一晶体管T1的导通或者关断。第二晶体管T2用于防止流过第二晶体管T2的电流过大而导致第一晶体管T1被烧毁。[0042] 可选地，第一晶体管T1和第二晶体管T2为三极管。[0043] 其中，第一晶体管T1可以为NPN型三极管，第二晶体管T2可以为PNP型三极管。[0044] 可选地，继续参考图2，地电压检测模块30还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和滤波电容C1，第一电阻R1的第一端与控制模块40电连接，第一电阻R1的第二端分别与第一晶体管T1的控制端和第二晶体管T2的第一端电连接；第二电阻R2连接在第二晶体管T2的控制端和第二晶体管T2的第二端之间；第三电阻R3连接在第一晶体管T1的第一端和第二晶体管T2的第二端之间；滤波电容C2连接在第一晶体管T1的第一端和第二晶体管T2的第二端之间。[0045] 其中，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3是限流电阻，滤波电容C1用于滤波。第二晶体管T2用于：当通过第二电阻R2的电流过大时，第二晶体管T2导通，使得第一晶体管T1的控制端(或基极)电压下到地，第二晶体管T2截止，以防止流过第二晶体管T2的电流过大导致第一晶体管T1烧毁。[0046] 可选地，继续参考图2，该开关量输入诊断装置还包括第一模数转换模块50和第二模数转换模块60，第一模数转换模块50分别与开关模块的第一端和控制模块40电连接；第二模数转换模块60分别与开关模块的第二端和控制模块40电连接。[0047] 其中，开关模块可以为机械开关，如图2中所示的开关S。第一模数转换模块50用于采集开关S第一端的电压信号，并将其转换为数字量信号后发送给控制模块40；第二模数转换模块60用于采集开关S第二端的电压信号，并将其转换为数字量信号后发送给控制模块40。第一模数转换模块50和第二模数转换模块60均可以为模数转换芯片。[0048] 在本实施例的方案中，该地电压检测模块的工作原理为：参考图2，以第一晶体管T1为NPN型三极管为例，开关S闭合，控制模块40向第一晶体管T1的控制端输入低电平信号使得第一晶体管T1关断，恒流源输出模块10向开关S输入恒定电流，恒定电流流过开关S，控制模块40通过第一模数转换模块50采集开关S第一端的电压得到第一电压，其中，第一电压为包含地漂移电压的开关S电压(即第一电压为开关S的电压和地漂移电压之和)；然后，控制模块40向第一晶体管T1的控制端输入高电平信号，使第一晶体管T1导通，第一晶体管T1导通后，控制模块40通过第二模数转换模块60采集开关S第二端的电压，得到地漂移电压，然后控制模块40根据第一电压和地漂移电压得到开关S实际的工作电压，再根据流过开关S的恒定电流，计算出开关S的实际工作电阻值。由此，可以将地漂移电压进行排除，得到开关S实际的工作电压，提高开关工作电压检测的准确度，进而提高后续对开关工作状态判断的准确性，从而提高开关量输入诊断的准确性和可靠性。[0049] 可选地，开关模块的工作状态包括开关两端短路状态、开关两端断路状态、开关短路到电源以及开关短路到地。[0050] 通常，在实际工作中，由于会受到各种外界环境的影响，例如地电压漂移、系统最坏工作情况等，开关模块会出现失效状况，失效的工作状态包括开关两端短路状态、开关两端断路状态、开关短路到电源以及开关短路到地等形式。[0051] 可选地，额定工作阻值范围通过数学计算软件按照最坏工作情况计算得到。[0052] 其中，开关模块的额定工作阻值范围可以通过数学计算软件，例如MathCAD工具软件，按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到其工作阻值范围，并以此作为其额定工作阻值范围。[0053] 需要说明的是，可以根据开关模块的工作状态，例如开关两端短路状态、开关两端断路状态、开关短路到电源以及开关短路到地等，按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到对应工作状态下的额定工作阻值范围。例如，按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到开关模块在开关两端短路状态下的额定工作阻值范围，记为第一额定工作阻值范围；按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到开关模块在开关两端断路状态下的额定工作阻值范围，记为第二额定工作阻值范围；按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到开关模块在开关短路到电源状态下的额定工作阻值范围，记为第三额定工作阻值范围；按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到开关模块在开关短路到地状态下的额定工作阻值范围，记为第四额定工作阻值范围。当控制模块计算出开关模块的实际工作电阻值后，只需要将实际工作电阻值与第一额定工作阻值范围、第二额定工作阻值范围、第三额定工作阻值范围、第四额定工作阻值范围进行比对，看具体落入哪一组额定工作阻值范围内，就认为开关模块的工作状态为对应的额定工作阻值范围。例如，假设第一额定工作阻值范围为50‑90ohm，第二额定工作阻值范围为500‑650ohm，第三额定工作阻值范围为5800‑9200ohm，第四额定工作阻值范围11400‑15000ohm，假设控制模块计算出开关模块的实际工作电阻值为60hm，则可以判断出开关模块的工作状态为开关两端短路状态。[0054] 由此可知，按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到对应工作状态下的额定工作阻值范围，并将计算得到的开关模块的实际工作阻值与各个工作状态下对应的额定工作阻值范围进行比对，以判断出开关模块所处的工作状态。因此，该开关量输入诊断装置可以覆盖开关模块的全部失效模式(例如，开关两端短路状态、开关两端断路状态、开关短路到电源以及开关短路到地)，其故障诊断覆盖率可达99％，因而能够支持系统达到最高功能安全等级(ASILD)。[0055] 可选地，最坏工作情况包括器件老化因素、器件误差因素、温湿度因素、电磁辐射因素以及机械振动因素。[0056] 其中，器件老化因素、器件误差因素、温湿度因素、电磁辐射因素以及机械振动因素等为影响开关模块的工作状态的重要因素。需要说明的是，影响开关模块工作状态的因素还可包括其他因素，当需要考虑这些因素的时候，只需要将待参考的因素输入MathCAD工具软件进行计算开关模块的额定工作阻值范围即可，其中，开关模块额定工作阻值范围的计算模拟结构示意图可参考图3。[0057] 需要说明的是，开关模块的额定工作阻值范围和开关模块的器件老化因素、器件误差因素、温湿度因素、电磁辐射因素以及机械振动因素等有关，因此，其具体的数值范围在此不做具体的限定，需要根据实际情况进行计算。[0058] 实施例三[0059] 图4是本发明实施例三中提供的一种开关量输入诊断方法的流程图。本发明实施例还提供了一种开关量输入诊断方法，该开关量输入诊断方法由开关量输入诊断装置执行，开关量输入诊断装置包括：恒流源输出模块、开关模块、地电压检测模块和控制模块；其中，开关模块的第一端分别与恒流源模块和控制模块电连接，开关模块的第二端与地电压检测模块的第一端电连接，地电压检测模块的第二端接地，地电压检测模块的控制端与控制模块电连接；开关模块的第二端与地电压检测模块的第一端的连接线还与控制模块电连接；恒流源输出模块用于向开关模块输入恒定电流；[0060] 具体的，参考图4，该开关量输入诊断方法具体包括如下步骤：[0061] 步骤110、从开关模块的第一端获取第一电压；[0062] 其中，控制模块采集开关模块第一端的电压，得到受地漂移影响的开关模块的电压。其中，第一电压包含开关模块的电压和地漂移电压，即第一电压为开关模块的电压和地漂移电压之和。[0063] 步骤120、通过控制地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压；[0064] 其中，开关模块闭合后，恒流源输出模块向开关模块输入恒定电流，恒定电流流过开关模块，由于受到地漂移因素的影响，控制模块从开关模块第一端采集的电压不是开关模块的真实工作电压，其中，包含地漂移电压，因此，为了得到开关模块的真实工作电压，需要将地漂移电压排出。因而，控制模块控制地电压检测模块导通，地电压检测模块导通后，由于地电压检测模块第二端接地，因此，控制模块可以采集到地漂移电压。[0065] 步骤130、根据第一电压、地漂移电压以及恒定电流得到开关模块的实际工作电阻值；[0066] 其中，控制模块将第一电压减去地漂移电压后得到开关模块的实际工作电压，再根据流入开关模块的恒定电流，结合欧姆定律，可以计算出开关模块的实际工作电阻值。[0067] 步骤140、将实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行对比，以判断开关模块的工作状态。[0068] 其中，当开关模块的实际工作电阻值落入额定工作阻值范围中时，则可以判断出开关模块的工作状态。[0069] 在本实施例的技术方案中，该开关量输入诊断方法的工作原理为：从开关模块的第一端获取第一电压，第一电压为开关模块的电压和地漂移电压之和；通过控制地电压检测模块的导通或者关断获取地漂移电压；根据第一电压、地漂移电压以及恒定电流得到开关模块的实际工作电阻值；将实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行对比，以判断开关模块的工作状态。由此，可以在计算开关模块的实际工作电阻值时将地漂移产生的影响进行去除，从而可以提高工作电阻计算的准确性，进而提高后续实际工作电阻值与额定工作阻值范围进行的准确性，提高对开关模块工作状态判断的准确性和可靠性。[0070] 可选地，额定工作阻值范围包括第一额定工作阻值范围、第二额定工作阻值范围、第三额定工作阻值范围和第四额定工作阻值范围；[0071] 该诊断方法还包括：[0072] 将开关模块的实际工作电阻值与第一额定工作阻值范围进行对比，判断开关模块是否为开关两端短路状态；[0073] 将开关模块的实际工作电阻值与第二额定工作阻值范围进行对比，判断开关模块是否为开关两端断路状态；[0074] 将开关模块的实际工作电阻值与第三额定工作阻值范围进行对比，判断开关模块是否为开关短路到电源；[0075] 将开关模块的实际工作电阻值与第四额定工作阻值范围进行对比，判断开关模块是否为开关短路到地。[0076] 其中，在实际工作中，由于会受到各种外界环境的影响，例如地电压漂移、系统最坏工作情况等，开关模块会出现失效状况，失效的工作状态包括开关两端短路状态、开关两端断路状态、开关短路到电源以及开关短路到地等形式。可以根据开关模块的工作状态，按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到对应工作状态下的额定工作阻值范围。例如，按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到开关模块在开关两端短路状态下的额定工作阻值范围，记为第一额定工作阻值范围；按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到开关模块在开关两端断路状态下的额定工作阻值范围，记为第二额定工作阻值范围；按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到开关模块在开关短路到电源状态下的额定工作阻值范围，记为第三额定工作阻值范围；按照开关模块工作在最坏工作情况下计算得到开关模块在开关短路到地状态下的额定工作阻值范围，记为第四额定工作阻值范围。当控制模块计算出开关模块的实际工作电阻值后，只需要将实际工作电阻值与第一额定工作阻值范围、第二额定工作阻值范围、第三额定工作阻值范围、第四额定工作阻值范围进行比对，看具体落入哪一组额定工作阻值范围内，就认为开关模块的工作状态为对应的额定工作阻值范围。例如，假设第一额定工作阻值范围为50‑90ohm，第二额定工作阻值范围为500‑650ohm，第三额定工作阻值范围为5800‑9200ohm，第四额定工作阻值范围11400‑15000ohm，假设控制模块计算出开关模块的实际工作电阻值为7000hm，则可以判断出开关模块的工作状态为开关短路到电源的状态。[0077] 图5是本发明实施例三中提供的一种开关量输入诊断方法的总体工作流程图，示例性的，以控制模块为单片机，恒流源输出模块为恒流源为例，具体的诊断流程为：开关模块闭合，恒流源输出电流，此时，单片机控制地电压检测模块断开，单片机读取第一模数转换模块的电压数据；然后，单片机控制地电压检测模块导通，读取第二模数转换模块的数据，然后计算当前开关模块的实际工作阻值，再结合按照最坏情况计算分析得到的开关模块的额定工作阻值范围判定开关模块的工作状态。[0078] 可选地，地电压检测模块包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的第一端分别与开关模块的第二端和控制模块电连接，第一晶体管的第二端与第二晶体管的控制端电连接，第一晶体管的控制端与控制模块电连接，第二晶体管的第二端接地。[0079] 可选地，第一晶体管和第二晶体管为三极管。[0080] 可选地，地电压检测模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和滤波电容，第一电阻的第一端与控制模块电连接，第一电阻的第二端分别与第一晶体管的控制端和第二晶体管的第一端电连接；第二电阻连接在第二晶体管的控制端和第二晶体管的第二端之间；第三电阻连接在第一晶体管的第一端和第二晶体管的第二端之间；滤波电容连接在第一晶体管的第一端和第二晶体管的第二端之间。[0081] 可选地，该开关量输入诊断装置还包括第一模数转换模块和第二模数转换模块，第一模数转换模块分别与开关模块的第一端和控制模块电连接；第二模数转换模块分别与开关模块的第二端和控制模块电连接。[0082] 可选地，开关模块的工作状态包括开关两端短路状态、开关两端断路状态、开关短路到电源以及开关短路到地。[0083] 可选地，额定工作阻值范围通过数学计算软件按照最坏工作情况计算得到。[0084] 可选地，最坏工作情况包括器件老化因素、器件误差因素、温湿度因素、电磁辐射因素以及机械振动因素。[0085] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

专利地区：吉林

专利申请日期：2021-04-02

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN113092999B