一種適用于純電動汽車的新型整車控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于純電動汽車的新型整車控制器，屬于整車控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]整車控制器相當(dāng)于汽車的大腦，它在汽車行駛過程中執(zhí)行多項任務(wù)，具體功能包括:(1)接收、處理駕駛員的駕駛操作指令，并向各個部件控制器發(fā)送控制指令，使車輛按駕駛期望行駛；(2)與電機、DC/DC、鋰離子電池組等進(jìn)行可靠通訊，通過CAN總線(以及關(guān)鍵信息的模擬量)進(jìn)行狀態(tài)的采集輸入及控制指令量的輸出；(3)接收處理各個零部件信息，結(jié)合能源管理單元提供當(dāng)前的能源狀況信息；(4)系統(tǒng)故障的判斷和存儲，動態(tài)檢測系統(tǒng)信息，記錄出現(xiàn)的故障；(5)對整車具有保護功能，視故障的類別對整車進(jìn)行分級保護，緊急情況下可以切斷母線高壓系統(tǒng)；(6)協(xié)調(diào)管理車上其他電器設(shè)備。
[0003]目前，整車控制器類似方案主要采用兩種:(I) 16位MCU做主控芯片，外圍驅(qū)動電路使用阻容等分立元件搭建；(2) 32位MCU做主控芯片，外圍驅(qū)動電路使用集成芯片。
[0004]上述方案具有如下缺點:
[0005](I)應(yīng)用軟件方面多數(shù)停留在功能實現(xiàn)，軟件診斷功能、整車安全控制策略、監(jiān)控功能均有待優(yōu)化和提高。
[0006](2)部分企業(yè)能根據(jù)V型開發(fā)流程(一種軟件和產(chǎn)品開發(fā)工具)引進(jìn)相關(guān)的設(shè)備和軟件，普遍使用通用開發(fā)工具進(jìn)行二次開發(fā)；現(xiàn)有工具偏重于前期開發(fā)，不利于產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫不完善，影響整車控制器設(shè)計水平。
[0007](3)集成力量比較薄弱，制造能力較差，可靠性和穩(wěn)定性仍有很大的提升空間。
[0008](4)目前各電動汽車整車企業(yè)控制器接口和網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議定義互不相同，造成控制器之間的通用性和復(fù)用性差，不利于控制器的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；?。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于純電動汽車的新型整車控制器，主要解決現(xiàn)有整車控制器接口資源不足，驅(qū)動能力差，靜態(tài)功耗高，安全管理差，錯誤檢測的問題。本發(fā)明有效地解決了傳統(tǒng)整車控制器在資源，帶載能力，安全監(jiān)測等方面的問題。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0011]一種適用于純電動汽車的新型整車控制器，包括電源、主MCU、輔助MCU、第一信號處理電路、第二信號處理電路、通信模塊、功率驅(qū)動電路，第一信號處理電路的輸出端與主MCU的輸入端連接，通信模塊、功率驅(qū)動電路同時與主MCU的輸出端連接，輔助MCU與主MCU連接實現(xiàn)雙向通信，第二信號處理電路與輔助MCU的輸入端連接，輔助MCU的輸出端還與功率驅(qū)動電路和通信模塊的輸入端連接；
[0012]在工作時，主MCU采集信號并進(jìn)行計算處理，然后對受控機構(gòu)輸出相應(yīng)的控制指令，輔助MCU實時采集主MCU的心跳信號；當(dāng)主MCU出現(xiàn)故障時，由輔助MCU執(zhí)行主MCU的采集控制過程。
[0013]具體地，所述第一信號處理電路和第二信號處理電路均包括用于處理模擬信號的調(diào)理電路和用于處理數(shù)字信號的電壓轉(zhuǎn)換電路，功率驅(qū)動電路包括分別輸出模擬信號、數(shù)字信號、數(shù)字信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、低功率驅(qū)動電路、高功率驅(qū)動電路。
[0014]進(jìn)一步地，所述通信模塊采用CAN總線進(jìn)行通信。
[0015]更進(jìn)一步地，所述主MCU、輔助MCU與CAN收發(fā)器之間采用高速光隔器件4N25。
[0016]作為優(yōu)選，所述主MCU選用了單片機MPC5634，輔助MCU選用單片機MC9S12XEP100。
[0017]進(jìn)一步地，功率驅(qū)動電路采用4通道的智能功率開關(guān)芯片TLE6220GP。
[0018]更進(jìn)一步地，所述主MCU出現(xiàn)故障時，輔助MCU采集信號，關(guān)閉主MCU的CAN收發(fā)器，并通過CAN總線與整車CAN網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點進(jìn)行安全狀態(tài)下的通信，并且取代主MCU去驅(qū)動控制繼電器的整車運行。
[0019]另外，所述電源由電動汽車的電源經(jīng)過電源管理模塊轉(zhuǎn)換為整車控制器所需的電壓，該電源管理模塊包括24V轉(zhuǎn)5V和5V轉(zhuǎn)3.3V兩個電路。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021](I)本發(fā)明的輔助MCU的主要功能是故障診斷，輔助MCU采集主MCU的心跳信號實現(xiàn)對主MCU運行狀況的監(jiān)控，在主MCU出現(xiàn)故障的情況下，由輔MCU繼續(xù)采集信號，在保障車輛安全的情況下，關(guān)閉主MCU的CAN收發(fā)器，代替主MCU執(zhí)行安全行駛功能。通過CAN總線與整車CAN網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點進(jìn)行安全狀態(tài)下的通信，并且取代主MCU去驅(qū)動控制繼電器的整車運行，最終保障車輛在整車控制器故障的狀態(tài)下具有基本的行駛功能，由于輔MCU的主要作用是故障檢測和主MCU出現(xiàn)故障情況下的安全行駛功能保障，這樣的設(shè)計增加了整個系統(tǒng)的安全性。
[0022](2)本發(fā)明具有高性能、高可靠性的整車控制器是實現(xiàn)電動汽車控制的基本保障。本發(fā)明的硬件設(shè)計兼顧功能性和工程性，整車控制器具有良好的電磁兼容性；模塊化設(shè)計方法降低了成本、縮短了研發(fā)周期，有利于硬件設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，為整車控制器的平臺化設(shè)計打下了基礎(chǔ)；HILS測試和臺架試驗表明整車控制器硬件系統(tǒng)滿足混合動力系統(tǒng)要求，并為實車試驗做好了前期準(zhǔn)備。其中一些重要模塊電路的設(shè)計以及系統(tǒng)可靠性設(shè)計所采用的方法，為今后各類電動汽車控制器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0023]圖1為純電動車的系統(tǒng)框圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0025]圖3為本發(fā)明-實施例的主MCU的系統(tǒng)框圖。
[0026]圖4為本發(fā)明-實施例雙MCU架構(gòu)圖。
[0027]圖5為本發(fā)明-實施例電源轉(zhuǎn)換電路圖。
[0028]圖6為本發(fā)明-實施例低有效開關(guān)信號調(diào)理電路圖。
[0029]圖7為本發(fā)明-實施例高有效開關(guān)信號調(diào)理電路圖。
[0030]圖8為本發(fā)明-實施例模擬信號調(diào)理電路圖。
[0031]圖9為本發(fā)明-實施例心跳信號處理電路圖。
[0032]圖10為本發(fā)明-實施例輪速信號采集電路圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
[0034]純電動車的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由整車控制器、電機及其電機控制器、動力電池組、電池管理系統(tǒng)、變速器、主減速器、輔助系統(tǒng)等組成。其中輔助系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向電機與轉(zhuǎn)向電機控制器、空調(diào)電動機及其空調(diào)電動機控制器、Φ慟系統(tǒng)、充電機、DCDC等。動力電池組為車輛動力源，為所有設(shè)備提供動力。駕駛員通過整車控制系統(tǒng)達(dá)到對車輛的整體控制。
[0035]整車控制器的設(shè)計原則和需求分析:整車控制器硬件設(shè)計的總體原則是系統(tǒng)的安全可靠，參照IS026262的設(shè)計要求，當(dāng)主MCU發(fā)生故障或計算錯誤的時候，輔助MCU可以對關(guān)鍵執(zhí)行器進(jìn)行獨立的管斷功能，從而起到系統(tǒng)的安全監(jiān)控和保護功能。整車控制器，它在汽車行駛過程中執(zhí)行多項任務(wù)，具體功能包括:駕駛員意圖分析；道路工況識別；整車故障分級處理；整車行駛模式控制；跛行；巡航定速功能；剩余里程估算；能力優(yōu)化管理；安全管理；在線集成標(biāo)定與監(jiān)控功能。
[0036]實施例
[0037]如圖2所示，一種適用于純電動汽車的新型整車控制器，包括電源、主MCU、輔助MCU、第一信號處理電路、第二信號處理電路、通信模塊、功率驅(qū)動電路。其中，電源為上述所有模塊供電，第一信號處理電路的輸入端與主MCU的輸入端連接，通信模塊、功率驅(qū)動電路同時與主MCU的輸出端連接，輔助MCU與主MCU連接實現(xiàn)雙向通信，第二信號處理電路與輔助MCU的輸入端連接，輔助MCU的輸出端還與功率驅(qū)動電路和通信模塊的輸入端連接。
[0038]在本實施例中，如圖3所示，第一信號處理電路和第二信號處理電路均包括處理模擬信號的調(diào)理電路和處理數(shù)字信號的電壓轉(zhuǎn)換電路，功率驅(qū)動電路包括分別輸出模擬信號、數(shù)字信號、數(shù)字信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、低功率驅(qū)動電路、高功率驅(qū)動電路。通信模塊輸出通信信號。
[0039]在本實施例中，通信模塊采用CAN總線進(jìn)行通信。主MCU選用了 freescale的32位單片機MPC5634，基于5V供電，此芯片在運算能力、存儲空間、數(shù)字量、模擬量、輸入輸出及CAN通信方面均有上乘表現(xiàn)，是汽車電子領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。輔助MCU選用freescale的16 位單片機 MC9S12XEP100。
[0040]MCU是整車控制器的核心，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理所有的邏輯運算，為了提高控制器的可靠性，本發(fā)明采用雙MCU架構(gòu)，主MCU負(fù)責(zé)采集信號并進(jìn)行計算處理，然后根據(jù)控制邏輯對受控機構(gòu)輸出相應(yīng)的控制指令，從而完成整車控制器預(yù)期功能。
[0041 ] 在本實施例中，雙MCU架構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0042]在圖4中，第一信號處理電路和第二信號處理電路同時與輸入信號連接，這些輸入信號包括加速踏板信號、制動踏板信號、檔位踏板信號、碰撞開關(guān)信號、高壓互鎖信號、點火開關(guān)信號等，這些信號當(dāng)中，加速踏板信號、制動踏板信號為模擬信號，因此送入調(diào)理電路進(jìn)行處理，其他為數(shù)字信號，送入電壓轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行處理。輔助MCU與主MCU的輸出端同時與功率驅(qū)動電路的輸入端連接。
[0043]輔助MCU與主MCU連接實現(xiàn)雙向通信，輔助MCU的主要功能是故障診斷，輔助MCU采集主MCU的心跳信號實現(xiàn)對主MCU運行狀況的監(jiān)控，在主MCU出現(xiàn)故障的情況下，由輔MCU繼續(xù)采集信號(加速踏板、制動踏板、檔位踏板、碰撞開關(guān)等)，在保障車輛安全的情況下，關(guān)閉主MCU的CAN收發(fā)器，代替主MCU執(zhí)行安全行駛功能。通過CAN總線與整車CAN網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點進(jìn)行安全狀態(tài)下的通信，并且取代主MCU去驅(qū)動控制水栗、風(fēng)扇、真空栗等繼電器的整車運行，最終保障車輛在整車控制器故障的狀態(tài)下具有基本的行駛功能。
[0044]由于功率驅(qū)動電路主要是繼電器的驅(qū)動，包括水栗繼電器、真空栗繼電器、風(fēng)扇繼電器、空調(diào)機電器、充電繼電器，因此在本實施例中，功率驅(qū)動電路采用4通道的智能功率開關(guān)芯片TLE6220