一種適用于純電動(dòng)汽車的新型整車控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種適用于純電動(dòng)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(guò)程中執(zhí)行多項(xiàng)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(gè)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(jī)、DC/DC、鋰離子電池組等進(jìn)行可靠通訊，通過(guò)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(gè)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(chǔ)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)信息，記錄出現(xiàn)的故障；(5)對(duì)整車具有保護(hù)功能，視故障的類別對(duì)整車進(jìn)行分級(jí)保護(hù)，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(dòng)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(dòng)電路使用集成芯片。
[0004]上述方案具有如下缺點(diǎn):
[0005](I)應(yīng)用軟件方面多數(shù)停留在功能實(shí)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(kù)不完善，影響整車控制器設(shè)計(jì)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(dòng)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)?；?。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的目的在于提供一種適用于純電動(dòng)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(dòng)能力差，靜態(tài)功耗高，安全管理差，錯(cuò)誤檢測(cè)的問(wèn)題。本實(shí)用新型有效地解決了傳統(tǒng)整車控制器在資源，帶載能力，安全監(jiān)測(cè)等方面的問(wèn)題。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0011]一種適用于純電動(dòng)汽車的新型整車控制器，包括電源、主MCU、輔助MCU、第一信號(hào)處理電路、第二信號(hào)處理電路、通信模塊、功率驅(qū)動(dòng)電路，第一信號(hào)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(dòng)電路同時(shí)與主MCU的輸出端連接，輔助MCU與主MCU連接實(shí)現(xiàn)雙向通信，第二信號(hào)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(dòng)電路和通信模塊的輸入端連接；
[0012]在工作時(shí)，主MCU采集信號(hào)并進(jìn)行計(jì)算處理，然后對(duì)受控機(jī)構(gòu)輸出相應(yīng)的控制指令，輔助MCU實(shí)時(shí)采集主MCU的心跳信號(hào)；當(dāng)主MCU出現(xiàn)故障時(shí)，由輔助MCU執(zhí)行主MCU的采集控制過(guò)程。
[0013]具體地，所述第一信號(hào)處理電路和第二信號(hào)處理電路均包括用于處理模擬信號(hào)的調(diào)理電路和用于處理數(shù)字信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換電路，功率驅(qū)動(dòng)電路包括分別輸出模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、低功率驅(qū)動(dòng)電路、高功率驅(qū)動(dòng)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(jī)MPC5634，輔助MCU選用單片機(jī)MC9S12XEP100。
[0017]進(jìn)一步地，功率驅(qū)動(dòng)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(shí)，輔助MCU采集信號(hào)，關(guān)閉主MCU的CAN收發(fā)器，并通過(guò)CAN總線與整車CAN網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全狀態(tài)下的通信，并且取代主MCU去驅(qū)動(dòng)控制繼電器的整車運(yùn)行。
[0019]另外，所述電源由電動(dòng)汽車的電源經(jīng)過(guò)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(gè)電路。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0021](1)本實(shí)用新型的輔助MCU的主要功能是故障診斷，輔助MCU采集主MCU的心跳信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)主MCU運(yùn)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(hào)，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(guò)CAN總線與整車CAN網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全狀態(tài)下的通信，并且取代主MCU去驅(qū)動(dòng)控制繼電器的整車運(yùn)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(cè)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(jì)增加了整個(gè)系統(tǒng)的安全性。
[0022](2)本實(shí)用新型具有高性能、高可靠性的整車控制器是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車控制的基本保障。本實(shí)用新型的硬件設(shè)計(jì)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(jì)方法降低了成本、縮短了研發(fā)周期，有利于硬件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，為整車控制器的平臺(tái)化設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)；HILS測(cè)試和臺(tái)架試驗(yàn)表明整車控制器硬件系統(tǒng)滿足混合動(dòng)力系統(tǒng)要求，并為實(shí)車試驗(yàn)做好了前期準(zhǔn)備。其中一些重要模塊電路的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)所采用的方法，為今后各類電動(dòng)汽車控制器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為純電動(dòng)車的系統(tǒng)框圖。
[0024]圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。
[0025]圖3為本實(shí)用新型-實(shí)施例的主MCU的系統(tǒng)框圖。
[0026]圖4為本實(shí)用新型-實(shí)施例雙MCU架構(gòu)圖。
[0027]圖5為本實(shí)用新型-實(shí)施例電源轉(zhuǎn)換電路圖。
[0028]圖6為本實(shí)用新型-實(shí)施例低有效開關(guān)信號(hào)調(diào)理電路圖。
[0029]圖7為本實(shí)用新型-實(shí)施例高有效開關(guān)信號(hào)調(diào)理電路圖。
[0030]圖8為本實(shí)用新型-實(shí)施例模擬信號(hào)調(diào)理電路圖。
[0031]圖9為本實(shí)用新型-實(shí)施例心跳信號(hào)處理電路圖。
[0032]圖10為本實(shí)用新型-實(shí)施例輪速信號(hào)采集電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)用新型的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
[0034]純電動(dòng)車的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由整車控制器、電機(jī)及其電機(jī)控制器、動(dòng)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(jī)與轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器、空調(diào)電動(dòng)機(jī)及其空調(diào)電動(dòng)機(jī)控制器、Φ慟系統(tǒng)、充電機(jī)、DCDC等。動(dòng)力電池組為車輛動(dòng)力源，為所有設(shè)備提供動(dòng)力。駕駛員通過(guò)整車控制系統(tǒng)達(dá)到對(duì)車輛的整體控制。
[0035]整車控制器的設(shè)計(jì)原則和需求分析:整車控制器硬件設(shè)計(jì)的總體原則是系統(tǒng)的安全可靠，參照IS026262的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)主MCU發(fā)生故障或計(jì)算錯(cuò)誤的時(shí)候，輔助MCU可以對(duì)關(guān)鍵執(zhí)行器進(jìn)行獨(dú)立的管斷功能，從而起到系統(tǒng)的安全監(jiān)控和保護(hù)功能。整車控制器，它在汽車行駛過(guò)程中執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，具體功能包括:駕駛員意圖分析；道路工況識(shí)別；整車故障分級(jí)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(shí)施例
[0037]如圖2所示，一種適用于純電動(dòng)汽車的新型整車控制器，包括電源、主MCU、輔助MCU、第一信號(hào)處理電路、第二信號(hào)處理電路、通信模塊、功率驅(qū)動(dòng)電路。其中，電源為上述所有模塊供電，第一信號(hào)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(dòng)電路同時(shí)與主MCU的輸出端連接，輔助MCU與主MCU連接實(shí)現(xiàn)雙向通信，第二信號(hào)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(dòng)電路和通信模塊的輸入端連接。
[0038]在本實(shí)施例中，如圖3所示，第一信號(hào)處理電路和第二信號(hào)處理電路均包括處理模擬信號(hào)的調(diào)理電路和處理數(shù)字信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換電路，功率驅(qū)動(dòng)電路包括分別輸出模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、低功率驅(qū)動(dòng)電路、高功率驅(qū)動(dòng)電路。通信模塊輸出通信信號(hào)。
[0039]在本實(shí)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(jī)MPC5634，基于5V供電，此芯片在運(yùn)算能力、存儲(chǔ)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(jī) 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(yùn)算，為了提高控制器的可靠性，本實(shí)用新型采用雙MCU架構(gòu)，主MCU負(fù)責(zé)采集信號(hào)并進(jìn)行計(jì)算處理，然后根據(jù)控制邏輯對(duì)受控機(jī)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(shí)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(hào)處理電路和第二信號(hào)處理電路同時(shí)與輸入信號(hào)連接，這些輸入信號(hào)包括加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、檔位踏板信號(hào)、碰撞開關(guān)信號(hào)、高壓互鎖信號(hào)、點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)等，這些信號(hào)當(dāng)中，加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)為模擬信號(hào)，因此送入調(diào)理電路進(jìn)行處理，其他為數(shù)字信號(hào)，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(shí)與功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接。
[0043]輔助MCU與主MCU連接實(shí)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(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)主MCU運(yùn)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(hào)(加速踏板、制動(dòng)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(guò)CAN總線與整車CAN網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全狀態(tài)下的通信，并且取代主MCU去驅(qū)動(dòng)控制水栗、風(fēng)扇、真空栗等繼電器的整車運(yùn)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(dòng)電路主要是繼電器的驅(qū)動(dòng)，包括水栗繼電器、真空栗繼電器、風(fēng)扇繼電器、空調(diào)機(jī)電器、充電繼電器，因此在本實(shí)施例中，功率驅(qū)動(dòng)電路采用4通道