CN100345147C - 一种混合动力车多能源动力总成控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力车多能源动力总成控制器，属于汽车电子应用高技术领域。包括：单片机，用于提供多能源动力总成控制系统的能量管理策略；电源检测芯片，检测单片机的供电稳定性；光电隔离元件，将CAN总线上的信号与单片机隔离；CAN信号电平转换芯片，用于CAN信号与总线上差分电平之间的转换；串口信号转换芯片，用于串口电平转换；稳压电源，用于给单片机提供稳定工作电压；隔离电源，用于给CAN总线提供驱动电压和电流；防水接头，提供程序下载与调试、供电、CAN通讯、RS232通讯接口。本发明在获取整车状态信息同时，基于整车当前工作状态，将系统所需能量分配给系统各动力源，实现燃油消耗与整车排放最佳的控制目标。

Description

一种混合动力车多能源动力总成控制器

技术领域

本发明属于汽车电子应用技术领域，涉及一种混合动力车多能源动力总成控制器。

背景技术

多能源动力总成控制器(以下简称HCU)是混合动力车整车运行传感和反应体系中的关键控制部件，其性能优劣将直接影响整车性能好坏。现有的HCU根据混合动力车自身结构的不同(并联、串联、混联)和整车控制要求的不同而具有不同的结构特性。如《控制工程》2003年06期，“基于DSP的混合动力汽车能源总成控制系统”一文中所公开的技术，系统利用了DSP技术设计混合动力车多能源动力总成控制器(核心处理器选用TI公司的TMS320LF2407A)，其结构框图如图1所示，它主要包括控制器局域网CAN、串行通讯口RS232、A/D、I/O输入和I/O输出，HCU不但要完成制定系统能量管理策略的主要任务，而且需要执行一定的整车控制和信号采集。由于后者在运行过程中要占用一定的处理时间，在实现较为复杂的控制策略和算法时有一定的局限性。此外缺乏硬件在线调试系统，不便于实时发现在实车调试中的问题。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种混合动力车多能源动力总成控制器，采用以单片机为中心的硬件结构，实现整车油耗和排放最佳的控制目标。

本发明提出的混合动力车多能源动力总成控制器包括：

(1)单片机：单片机通过CAN总线获取整车状态信息，进行混合动力车工作状态的判断，并计算系统当前所需能量，按照设定的控制策略在各动力源之间进行能量分配；

(2)电源监测芯片：当电压在允许工作范围之外时，产生复位信号，CPU重新启动；

(3)光电隔离元件：将CAN总线上的信号与单片机隔离，减少外部干扰对单片机的影响；

(4)CAN总线信号电平转换芯片：用于实现总线传输差分电平与单片机CAN信号逻辑电平的互转；

(5)串口电平转换芯片：用于实现传输信号电平与单片机串口信号逻辑电平的互转；

(6)隔离电源：主要为82C250提供驱动电压和为总线提供驱动电流；

(7)稳压电源模块：主要为单片机提供5V稳定电压，避免受外界电压波动对单片机工作的影响。

(8)4芯和7芯航空插接件：提供程序下载与调试、供电、CAN通讯、RS232通讯接口；

(9)控制盒和航空接头：配合实现防水、防尘、防电磁干扰要求，控制盒体积小、安装方便。

(10)设置在单片机中的信号处理单元；包括硬件驱动与信号处理与控制策略实施两个功能模块：硬件驱动与信号处理模块完成处理器对CAN通讯信息的处理；控制策略实施模块负责在整车功率分配策略的实施，实现整车的控制目标。

本发明的特点及技术效果：

本发明结构简单、操作方便，和已有的相关技术相比，本发明具有以下优点：首先由于HCU无需采集过多的外围信号，所以能以较高的速度完成控制策略的实施，实时控制性能相对较好；其次全封闭的控制盒设计满足车用控制器的防水、防尘、防电要求，故控制器工作更加稳定；此外控制器体积小便于在整车上的安装布置。

附图说明

图1为已有的多能源动力总成控制器框图。

图2为本发明提出的多能源动力总成控制器框图。

图3为本发明提出的多能源动力总成控制器实施例电路原理框图。

图4为本发明提出的多能源动力总成控制器的信号处理单元实施例流程图。

图5为本发明所提出的混和动力车系统工作模式转换图。

图6为本发明所提出的混和动力车扭矩需求分配图。

图7为本发明所提出的混和动力车功率分配关系图

具体实施方式

本发明的混合动力车多能源动力总成控制器结构附图及实施例详细说明如下：

本发明的组成结构如图2所示，包括：单片机及设置在其中的信号处理单元，与单片机相连的电源检测芯片、光电隔离芯片，CAN总线电平转换芯片，串口电压转换芯片，稳压电源，航空插座，其中：

本实施例的单片机型号为MOTOROAL公司生产的16位单片机芯片MC9S12DP256，用于混合动力系统的能量管理和系统控制，它通过接收CAN总线上数据，获取整车状态信息；

本实施例的电源监测芯片MC34064及其外围元件组成单片机复位电路，监测单片机供电电压的稳定性，当系统电压发生10％的电压波动时，电源监测芯片MC34064产生使单片机复位的信号，保证单片机正常工作；

本实施例的光电隔离芯片6N137和CAN总线电平转换芯片82C250及其外围元件组成系统CAN通信处理电路，通过光电隔离芯片6N137的信号隔离作用，降低了外部信号对单片机的干扰，CAN总线电平转换芯片82C250实现了CAN信号与总线差分电平的互转；

本实施例的串口电压转换芯片MAX232及其外部元件组成了RS232串口通讯处理电路，串口电压转换芯片MAX232用于串口数据与驱动电平之间的互转；

本实施例的系统供电采用了单片机供电与总线供电分开设计的方法：稳压电源模块LM2575及其外围元件(过压与反相保护及滤波电路)组成了单片机供电电路，将车用12V电源转换成单片机可用的稳定5V电压，稳压电源模块LM2575输入范围9-12V，保证系统工作的稳定性；隔离电源DCDC12S5及其外围元件(滤波电路)，用于给CAN总线提供驱动电压和电流；将单片机所用的5V电压隔离生成CAN总线驱动电压。供电电路的分开设计有利于降低外部电源电压波动对单片机工作电压的干扰；

本实施例的各部件均安装在一全铝结构的控制器盒内，输入输出接口采用了一个4芯和2个7芯航空插座，分别用于供电、CAN通讯、程序下载与调试和RS232通讯接口。控制器盒与航空插座的良好配合使多能源动力总成控制器满足防水、防尘、防电磁干扰设计要求。

本实施例的实现电路如图3所示，其组成元件及其功能说明如下：

1、单片机：U1(MC9S12DP256)；

2、单片机复位电路：U3(MC34064)，和电阻R4、R7、开关S1、二极管Q1组成的复位电路共同作用，监测供电电压的变化；

3、CAN通讯处理电路：D1、D2、D3(82C50)，D4、D5、D6、D7、D8、D9(6N137)，电阻R21、R22、R23主要起到平衡总线上的阻抗作用；

4、RS232串口通讯处理电路：D10(MAX232)，外围电容C24、C25、C26、C27、C28；

5、隔离电源及其外围元件：U4(DCDC12S05)，C8、C9、C22、C23起到二级冗余滤波作用；

6、稳压电源模块及其外围元件：U5(LM2575)、二极管V3，V1和电容C33、C34起到限流、过压和反相保护作用，C35、C36、C37起到二级冗余滤波作用

7、航空插座：J1(电源)，J2(CAN口)，J3(程序下载与调试口、串口)；

本实施例的信号处理单元的硬件驱动与信号处理与控制策略实施两个功能模块的实现流程如图4所示，包括以下步骤：

上电后，系统初始化后进入系统启动等待。当钥匙开关转到启动档时，完成CAN通讯、定时器等模块的初始化。随后进入主循环，其流程如下：

(1)根据离合器信号、加速踏板位置、制动踏板位置、档位信号和电池SOC值等多个状态参数判断混合动力车的工作模式。具体的工作模式和各种工作模式之间的关系如图5所示，系统采用了分级管理方式：首先是一级模式的判断，即发动机关闭或开启，其次如果发动机处于开启状态，根据条件判断系统处于待速、正常运行或电机启动子模式，最后如果发动机在正常运行模式下，根据条件判断系统处于制动能量回收、充电或电机助力子模式；

(2)根据所判断的当前工作模式、发动机转速和加速踏板位置，根据如图6所示的扭矩需求图计算当前模式下整车的扭矩需求；

(3)根据整车扭矩需求，按照优化ICE曲线功率分配策略，进行发动机和ISG电机的转矩分配。具体分配关系如图7所示，横坐标为发动机转速，纵坐标为当前扭矩需求，对应每一个发动机转速，当扭矩需求在a曲线以下时，关闭发动机，由电机提供驱动扭矩，当扭矩需求在b曲线以上时，发动机和电机共同提供驱动扭矩，当扭矩需求在a曲线和b曲线之间时，发动机单独提供驱动扭矩；

(4)根据当前各个总成是否出现报警或故障，进行发动机和ISG电机的转矩的限制控制，并依据故障等级进行停机等控制。

Claims (1)

1、一种混合动力车多能源动力总成控制器，其特征在于，包括：一盒体及安装在盒体内的单片机及设置在其中的信号处理单元，与该单片机相连的电源检测芯片、光电隔离元件、CAN总线电平转换芯片、串口电压转换芯片、稳压电源和隔离电源，以及分别与所述各元器件相连的航空插座，其中：

单片机通过接收CAN总线上数据，获取整车状态信息，判断系统工作模式和整车能量需求，管理整车能量在动力源的分配，使各动力源工作在高效区；

电源检测芯片用于检测单片机的供电稳定性；

光电隔离元件用于将CAN总线上的信号与单片机隔离，减少外部干扰对单片机的影响；

CAN总线电平转换芯片用于实现CAN信号到总线差分电平的转换；

串口电压转换芯片用于串口数据与驱动电平之间的转换；

稳压电源用于给单片机提供稳定工作电压；

隔离电源用于给CAN总线提供驱动电压和电流；

航空插接件用于提供程序下载与调试、供电、CAN通讯、RS232通讯接口；

盒体用于保护上述各元器件实现防水、防尘、防电磁干扰要求；

信号处理单元包括硬件驱动与信号处理模块、控制策略实施模块，该硬件驱动与信号处理模块完成处理器对CAN通讯信息的处理；该控制策略实施模块负责在整车功率分配策略的实施，实现整车的控制目标。

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