本发明涉及汽车控制技术领域，特别是一种智能嵌入式低温冷起动控制系统。
背景技术：
冷起动性能是汽车的重要特性之一，汽车在低温环境下不能起动或起动耗费时间长，会给用户带来诸多不便。尤其是对于军用、消防急救等车辆，甚至因此而延误时机，造成重大的损失。
而现阶段车辆在寒区进行低温起动涉及多个设备，人工操作流程复杂、繁琐，需操作的开关多，步骤多，操作时间长且预完成时无明显提示。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能实现一键操作，极大地提高汽车低温环境下汽车电源的有效能量及起动能力，更加智能化、人性化的智能嵌入式低温冷起动控制系统。
本发明技术方案为，包括：
冷起动控制器：用于在环境温度和冷却液温度均低于标定值时，控制发动机控制器进行进气预热处理、控制超级电容控制器进行超级电容处理，并在进气预热处理和超级电容处理完毕后控制蜂鸣器鸣音报警；
发动机控制器：用于向冷起动控制器反馈冷却液温度，以及在冷起动控制器的控制下控制进气预热加热丝进行进气预热处理；
超级电容控制器：用于在冷起动控制器的控制下控制超级电容进行升压充电处理。
蜂鸣器：用于在进气预热处理和超级电容处理完毕后控制蜂鸣器鸣音报警；
进气预热加热丝：用于在发动机控制器的控制下工作。
较为优选的，还包括液体加热控制器，用于向冷起动控制器发送液体加热控制器工作状态信号。
较为优选的，所述冷起动控制器包括正常工作状态和待机状态，当所述冷起动控制器处于正常工作状态时，采集冷起动开关输入信号、环境温度采集信号、液体加热控制器工作状态信号、超级电容充电充满指示信号、发动机转速信号和冷却液温度信号，并根据采集的信号判断是否存在超级电容充电超时故障和液体加热控制器故障。
较为优选的，当冷起动控制器判断既不存在超级电容充电超时故障，也不存在液体加热控制器故障时；
若冷起动开关没有打开，则控制发动机控制器进行第一进气预热处理；
若冷起动开关打开，则控制发动机控制器进行第二进气预热处理，以及控制超级电容控制器进行超级电容处理，所述超级电容处理即控制超级电容进行升压充电。
较为优选的，所述进气预热加热丝包括第一进气预热加热丝和第二进气预热加热丝；
当进行第一进气预热处理时，发动机控制器接通第一进气预热加热丝；
当进行第二进气预热处理时，发动机控制器接通第二进气预热加热丝。
较为优选的，所述冷起动控制器内部集成有用于检测环境温度的环境温度传感器，且所述冷起动控制器上具有
用于接收低温冷起动开关状态输入信号in1、接收超级电容控制器发送的超级电容充满指示信号in4的多个数字输入端口；
用于接收液体加热控制器发送的液体加热控制器工作状态信号in3的脉冲输入端口；
用于向超级电容控制器发送超级电容充电使能信号out1、输出进气预热控制信号out2、向蜂鸣器发送蜂鸣器控制信号out3的多个数字输出端口；
用于接收发动机转速信号、冷却液温度信号，以及输出工作状态信号、控制信号、开关状态信号、模拟量信号和辅助控制信号的can总线接口。
较为优选的，还包括组合仪表控制器，用于采集液体加热控制器发送的液体加热控制器工作状态信号，并通过指示灯进行显示；
当液体加热控制器正常工作时，组合仪表控制器控制指示灯常亮；
当液体加热控制器加热故障时，组合仪表控制器通过闪码指示不同的故障信息。
较为优选的，还包括多功能显示控制器，用于对超级电容工作状态信息、液体加热控制器工作状态信息、冷起动控制器工作状态信息进行显示。
较为优选的，当冷起动控制器的电源开启后，冷起动控制器进行上电初始化及自检，若初始化及自检完成且没有检测到故障，冷起动控制器将超级电容工作状态信息、液体加热控制器工作状态信息、冷起动控制器工作状态信息都设置为正常，并发送给多功能显示控制器进行显示，并将冷起动控制器切换为正常工作状态或待机状态。
较为优选的，当冷起动控制器的处理流程完成或在处理流程过程中检测到发动机已经启动，则进入待机状态，在所述待机状态下，冷起动控制器仅进行ad检测和can通讯。
本发明的有益效果是：采用智能型的控制策略，充分地发挥了超级电容、进气预热处理的优势，极大地提高了汽车电源的有效能量及起动性能。冷起动控制器通过采集用户操作的开关量、传感器模拟量信息和整车can网络数据，经解析、计算、滤波等算法处理后，对相关设备进行控制、并通过can总线反馈相关信息状态。冷起动控制器在采集到低温起动开关闭合后开始进行工作，根据不同的大气环境温度、冷却液温度自动处理超级电容，发动机进气预热负载的工作顺序及时间，自动完成冷起动的准备工作，并通过can总线发出预热完成信号，同时控制蜂鸣器发声报警，提示用户点火启动发动机。极大地提高了车辆在-40℃低温环境下的起动能力，极大地提高车辆在蓄电池能量不足工况下的起动能力。同时，冷起动控制器在上电后能实时监测外部开关状态、控制状态及故障状态，并通过can总线反馈给多功能显示器以指示各相关控制器的工作状态。
附图说明
图1为一种智能嵌入式低温冷起动控制系统架构框图；
图2为冷起动控制器信号流向示意图；
图3为一种智能嵌入式低温冷起动控制系统电路图；
图4为一种智能嵌入式低温冷起动控制系统控制流程图；
图中：1—超级电容控制器，2—液体加热控制器，3—组合仪表控制器，4—发动机控制器，5—多功能显示控制器，6—冷起动控制器，7—第一进气预热加热丝，8—第二进气预热加热丝，9—第一进气预热继电器，10—第二进气预热继电器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种智能嵌入式低温冷起动控制系统包括超级电容控制器1、液体加热控制器2、组合仪表控制器3、发动机控制器4、多功能显示控制器5、冷起动控制器6和负载。
超级电容控制器1主要的功能是对并联在蓄电池上的超级电容进行升压充电和放电控制，以辅助发动机冷起动。其与冷起动控制器6相关联的功能是：冷起动控制器6通过自动实时检测环境温度和冷却液温度，判断是否需要打开超级电容控制器1进行充电使能控制。在充电使能信号打开后，将检测超级电容控制器充电满的信号。
液体加热控制器2主要功能是通过燃烧燃油以加热液体(如发动机冷却液)，最终达到加热车内的空气和预热发动机的效果，从而增强发动机冷起动的性能。与冷起动控制器6相关联的功能是：在低温冷起动开关按下去的时候，液体加热控制器2和冷起动控制器6同时开始控制工作，冷起动控制器6实时采集发动机控制器4(ems)通过can总线发送的信号：冷却液温度。
组合仪表控制器3的主要功能是显示相关状态﹑指示﹑报警信息给驾驶员。与冷起动控制器6相关联的功能是：冷起动控制器6和组合仪表控制器3并行采集液体加热控制器2的工作状态信号(正常工作或故障信号)，组合仪表控制器3通过信号指示灯指示液体加热控制器2的工作状态，正常工作情况下，这个信号指示灯常亮；液体加热控制器2出现故障了，则会通过闪码指示不同的故障信息。冷起动控制器6将采集解析出的液体加热控制器2的工作状态信号通过can总线发送出去。
发动机控制器4的主要功能是控制发动机的工作运行。与冷起动控制器6相关联的功能是：冷起动控制器6通过can总线与发送机控制器4(ems)进行信号的交互，主要采集发动机控制器4发出的发动机转速信号，冷却液信号，进气预热工作状态信号；发送给发动机控制器4的信号有：进气预热许可信号。
多功能显示控制器5的主要功能是娱乐信息系统的相关控制﹑指示信息的显示。与冷起动控制器6相关联的功能是：多功能显示控制器5通过采集相关的工作状态﹑开关﹑指示信号，显示在冷起动控制系统界面中。
负载包括蜂鸣器和进气预热加热丝，蜂鸣器是由冷起动控制器6直接驱动控制的负载，在用户按下低温冷起动开关后，经过冷起动控制器6对超级电容充电控制，进气预热控制，低温起动前的准备处理完成后，驱动控制蜂鸣器发声以提示用户可以扭动点火锁钥匙起动发动机了。进气预热加热丝用于在发动机控制器的控制下工作。
如图2和3所示，冷起动控制器主要包括电源vcc、电源gnd、冷起动控制器数字输入端口、环境温度传感器、冷起动控制器脉冲输入端口、冷起动控制器数字输出端口、can总线接口。其中：冷起动控制器数字输入端口输入的信号有in1、in4；冷起动控制器脉冲输入端口输入的信号有in3；冷起动控制器数字输出端口输出的信号有out1、out2、out3、out:r1；can总线接口接收发动机转速信号、冷却液温度信号，以及输出工作状态信号、控制信号、开关状态信号、模拟量信号和辅助控制信号。
电源vcc：ign供电vbat,冷起动控制器的电源输入端口，与点火锁on档控制的蓄电池电源相连接。
电源gnd：冷起动控制器地线端口，与整车地相连。
in1：低温冷起动开关输入，冷起动控制器的数字输入端口，高电平有效。
in2：由冷起动控制器6内部集成的环境温度传感器输入，用于检测周围的环境温度，是模拟输入信号。
in3：液体加热控制器工作状态信号(加热故障或正常工作)，冷起动控制器的脉冲输入端口，这个信号是由液体加热控制器2通过硬线提供给冷起动控制器6和组合仪表控制器3采集。
in4：超级电容充电充满指示信号，冷起动控制器的数字输入端口，高电平有效，这个信号由超级电容控制器2通过硬线提供给冷起动控制器6采集。
in5：发动机转速can报文采集输入信号，这个信号是发动机控制器(ems)输入给冷起动控制器的can总线报文信号，该信号可以解析出发动机转速信号。
in6：冷却液温度can报文采集输入信号，这个信号是发动机控制器(ems)输入给冷起动控制器的can总线报文信号，该信号可以解析出冷却液温度信号。
in7：ems进气预热控制状态输入信号，这个信号是发动机控制器(ems)输入给冷起动控制器的can总线报文信号，用于反馈发送机控制进气预热的状态。
out1：超级电容充电使能信号，冷起动控制器6的数字输出端口，高电平有效，这个信号由冷起动控制器6输出给超级电容控制器，2控制其充放电使能。
out2：进气预热控制，冷起动控制器6的数字输出端口，高电平有效，这个信号由冷起动控制器6输出给外部进气预热继电器负载，以控制进气预热加热丝。
out3：蜂鸣器控制，冷起动控制器6的数字输出端口，高电平有效，这个信号由冷起动控制器6输出给外部蜂鸣器负载，用于发声提示报警。
out4.can报文发送信号，can总线报文信号，冷起动控制器主要发送出工作状态信号(包括out4.6超级电容工作状态，out4.7液体加热器工作状态，out4.8冷起动控制器工作状态)，控制信号(包括out4.3超级电容使能控制，out4.4蜂鸣器控制，out4.5进气预热许可控制)，，开关状态信号(包括out4.1低温冷起动开关状态输入)，模拟量信号(包括out4.2环境温度(模拟量))，其他辅助控制信号(包括out4.9预热完成，可以启动发动机，out4.10预热完成，发动机未启动)。
out:r1：预留高边驱动，冷起动控制器6的数字输出端口，高电平有效，这个信号是冷起动控制器6预留的功能端口，用于后期功能扩展之用。
canh，canl：can总线接口，与发动机控制器4(ems)、多功能显示控制器5相连。这个接口主要包括了can总线输入信号：发动机转速信号，冷却液温度信号；can总线输出信号：工作状态信号(包括out4.6超级电容工作状态，out4.7液体加热器工作状态，out4.8冷起动控制器工作状态)，控制信号(包括out4.3超级电容使能控制，out4.4蜂鸣器控制，out4.5进气预热许可控制)，开关状态信号(包括out4.1低温冷起动开关状态输入)，模拟量信号(包括out4.2环境温度(模拟量))，其他辅助控制信号(包括out4.9预热完成，可以启动发动机，out4.10预热完成，发动机未启动)。
进气预热加热丝包括第一进气预热加热丝7和第二进气预热加热丝8，第一进气预热加热丝7和第二进气预热加热丝8通过第一进气预热继电器9和第二进气预热继电器10共同驱动，而第二进气预热继电器10用于选择发热工作的加热丝为第一进气预热加热丝7或第二进气预热加热丝8。
如图4所示，冷起动控制器的主要控制功能逻辑如下：
冷起动主要处理过程定义：
冷起动控制器6在ign供电vbat后，当按下低温冷起动开关，则将开始进行第二进气预热处理、超级电容处理、提示允许发动机启动(蜂鸣器鸣叫)的处理过程。
冷起动辅助处理过程定义：冷起动控制器6在ign供电vbat后，在未按下低温冷起动开关之前，则将开始进行第一进气预热处理的处理过程。
其中，ign供电vbat是冷起动控制器供电开始工作的前提条件。
冷起动控制器6在ign供电vbat后开始上电初始化及自检：冷起动控制器6在ign供电vbat后对各功能模块进行初始化设置，包括io端口的初始化、总线时钟频率的初始化、定时器的初始化、ad模块的初始化、can模块的初始化、看门狗模块的初始化，同时对控制器本身进行自检，检查各电路是否存在故障。
以上上电初始化及自检完成后，进入控制器工作状态切换，其中，控制器工作状态切换、输入采集及故障检测处理、第一进气预热处理、第二进气预热处理、超级电容处理、提示允许发动机启动(蜂鸣器鸣叫)的处理、是在不断的循环处理的。除非重新上电或者cpu复位信号触发，将重新开始启动流程。
控制器工作状态包括正常工作状态和待机运行状态。
正常工作状下，上电后自动执行上电初始化及自检，如果初始化及自检完成并且没有检测到故障，can总线上更新工作状态信号(包括out4.6超级电容工作状态，out4.7液体加热器工作状态，out4.8冷起动控制器工作状态)都设置为正常发送给多功能显示控制器，同时冷起动控制器进入正常工作状态。在正常工作状态下根据控制逻辑对相关冷起动辅助设备如超级电容控制器、进气预热加热丝以及蜂鸣器负载等进行控制处理。
待机运行状态下，当冷起动控制器6的处理流程完成或在处理流程过程(包括任意处理流程第一进气预热处理，第二进气预热处理，超级电容处理，提示允许发动机启动(蜂鸣器鸣叫))中检测in5.发动机转速can报文采集输入判定发动机已启动，则会进入待机工作状态。在此状态下，控制器主要进行ad检测，can通讯，而不进行冷起动主要的处理过程(包括第二进气预热处理，超级电容处理，提示允许发动机启动(蜂鸣器鸣叫))。
控制器的工作状态切换完成之后，将进入到输入采集及故障检测处理进行处理。
输入采集及故障检测处理：主要采集的信号包括in1低温冷起动开关输入(采集后通过can总线发送信号out4.1低温冷起动开关状态输入给多功能显示器以及发动机控制器ems)，in2环境温度采集输入(采集后通过can总线发送信号out4.2环境温度(模拟量)发给多功能显示器显示温度值)，in3液体(锅炉)加热器故障检测输入(采集后通过can总线发送信号out4.7液体加热器工作状态给多功能显示器)，in4超级电容充满指示信号检测输入(采集后通过can总线发送信号out4.6超级电容工作状态给多功能显示器)，in5发动机转速can报文采集输入，in6冷却液温度can报文采集输入。检测的故障主要包括：超级电容充电超时故障(out4.6超级电容工作状态，以及标注诊断协议dm1发送出故障码)，液体(锅炉)加热器故障(out4.7液体加热器工作状态，以及标注诊断协议dm1发送出故障码)
输入信号采集及故障检测完毕后，当检测到in1低温冷起动开关输入的状态没有打开则进入冷起动辅助处理过程(包括第一进气预热处理)；当检测到in1低温冷起动开关输入的状态是打开的，则进入到冷起动主要处理过程(包括第二进气预热处理，超级电容处理，提示允许发动机启动(蜂鸣器鸣叫))。
第一进气预热处理：在未按下低温冷起动开关之前(检测到in1低温冷起动开关输入的状态没有打开)，根据检测到的环境温度(in2环境温度采集输入)和发动机冷却液温度(in6冷却液温度can报文采集输入)，经过一定的算法判定后，冷起动控制器通过can总线发送信号out4.5进气预热许可控制给发动机控制器(ems)，ems在处理完毕后反馈can总线信号in7ems进气预热控制状态输入进行信号的交互，第一进气预热继电器9和第二进气预热继电器10驱动第一进气预热加热丝7对发动机的进气预热进行辅助处理。
第二进气预热处理：当按下低温冷起动开关后(检测到in1低温冷起动开关输入的状态打开)，根据检测到的环境温度(in2环境温度采集输入)和发动机冷却液温度(in6冷却液温度can报文采集输入)，经过一定的算法判定后，冷起动控制器通过can总线发送信号out4.5进气预热许可控制给发动机控制器(ems)，ems在处理完毕后反馈can总线信号in7ems进气预热控制状态输入进行信号的交互，同时根据in7ems进气预热控制状态输入信号判断ems没有对进气预热处理的时候，冷起动控制器通过驱动out2.进气预热控制输出对发动机的进气预热进行主要处理，即第一进气预热继电器9和第二进气预热继电器10驱动第二进气预热加热丝8工作以增强发动机的低温起动性能。
超级电容处理：冷起动控制器在ign供电vbat后，当按下低温冷起动开关后(检测到in1低温冷起动开关输入的状态打开)，冷起动控制器将驱动out1.超级电容控制输出控制超级电容充电使能，并且检测充电充满状态in4.超级电容充满指示信号检测输入。这个处理过程与第二进气预热处理是并行进行的，从而可以减少起动准备时间。
提示允许发动机启动(蜂鸣器鸣叫)：冷起动控制器在ign供电vbat后，当按下低温冷起动开关后(检测到in1低温冷起动开关输入的状态打开)并且超级电容处理和第二进气预热处理都完成的情况下，冷起动控制器驱动out3.蜂鸣器控制输出使外部蜂鸣器发声鸣叫，以提示用户发动机允许启动，可以开始扭动点火锁起动发动机了，这时候通过can总线发送out4.9预热完成，可以启动发动机给多功能显示器，通过文字的形式在显示器上提示用户；如果在一定的时间之后通过检测in5.发动机转速can报文采集输入，发现发动机还没有启动，则通过can总线发送out4.10预热完成，发动机未启动给多功能显示器，之后结束冷起动预热处理过程；如果在一定时间内通过检测in5.发动机转速can报文采集输入，发现发动机已经启动了，则退出冷起动预热处理过程，正常完成预热处理。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。