CN102419561B

CN102419561B - 一种单轴并联式混合动力系统整车控制器

Info

Publication number: CN102419561B
Application number: CN 201010294331
Authority: CN
Inventors: 冒晓建; 卓斌; 钟虎; 王�锋; 徐权奎
Original assignee: SHANGHAI HAINENG AUTOMOTIVE ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI HAINENG AUTOMOTIVE ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: CN102419561A

Abstract

本发明涉及一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，包括电路板、壳体，所述的电路板设在壳体中，所述的电路板包括单片机、时钟复位电路、电源模块、数字输入处理电路、数字输出处理电路、电磁阀控制电路、模拟输出处理电路、A/D模拟信号调理电路模块、CAN总线预处理电路、脉冲信号接口电路，所述的单片机分别与时钟复位电路、电源模块、数字输入处理电路、数字输出处理电路、电磁阀控制电路、模拟输出处理电路、A/D模拟信号调理电路模块、CAN总线预处理电路、脉冲信号接口电路连接。与现有技术相比，本发明实现了对混合动力汽车的优化控制，具有功能全面、接口丰富、工程化程度高且产业化潜力好等优点。

Description

一种单轴并联式混合动力系统整车控制器

技术领域

本发明涉及一种汽车控制器，尤其是涉及一种单轴并联式混合动力系统整车控制器。

背景技术

汽车作为人类文明和社会进步的标志已经成为大多数国家的支柱产业，为推进国民经济和社会发展起到重要作用，但汽车在给人类带来巨大便利的同时，也带来了严重的能源危机和环境污染问题。大量研究表明，由于传统发动机自身技术发展的局限，试图通过提高传统汽车动力系统的综合效率等来改善汽车油耗和排放，难以达到缓解石油危机和满足日益苛刻的法规要求。在这种背景下，各国汽车公司纷纷开展节能高效清洁汽车技术研究与开发，其中混合动力汽车由于具有节能减排效果显著和产业化可行高的双重优势，得到社会的广泛认可和快速发展。

混合动力整车控制器是混合动力汽车的核心关键，承担对汽车及其发动机和电力驱动系统的协调控制作用，主要是基于汽车当前运行信息，将需要的汽车驱动能量分配给各个动力源，实现燃料消耗和整车排放最佳的控制目标。目前国内外有许多家单位开发了不同形式的混合动力整车控制器，但基本上都是针对特定的混合动力系统应用的，由于功能和接口的限制，存在通用性不强、功能不全面、产品工程化程度不高的缺点，特别是针对单轴并联式混合动力汽车，一旦电力驱动系统失效，车辆将无法继续起动和行驶，存在整车失去动力和停止运行的风险。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功能全面、接口丰富、工程化程度高且产业化潜力好的单轴并联式混合动力系统整车控制器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，包括电路板、壳体，所述的电路板设在壳体中，所述的电路板包括单片机、时钟复位电路、电源模块、数字输入处理电路、数字输出处理电路、电磁阀控制电路、模拟输出处理电路、A/D模拟信号调理电路模块、CAN总线预处理电路、脉冲信号接口电路，所述的单片机分别与时钟复位电路、电源模块、数字输入处理电路、数字输出处理电路、电磁阀控制电路、模拟输出处理电路、A/D模拟信号调理电路模块、CAN总线预处理电路、脉冲信号接口电路连接。

所述的壳体包括接插件、上盖板、下盖板，所述的接插件与电路板连接后通过螺钉固定在上盖板上，所述的上盖板与下盖板密封连接。

所述的单片机采用总线频率为40MHz的双核单片机，该单片机包括512kflash、4K EEPROM、32K RAM、5路CAN总线接口，并且支持在线编程。

所述的时钟复位电路与单片机中的CPU12X接口连接，为单片机提供工作时钟。

所述的数字输入处理电路包括尖峰与杂波处理模块、默认状态确定模块、滤波与防抖动处理模块，所述的尖峰与杂波处理模块、默认状态确定模块、滤波与防抖动处理模块依次连接，所述的数字输入处理电路采集第一刹车开关信号、第二刹车开关信号、第三刹车开关信号、Plugin开关信号、SOC增加调整信号、SOC减少调整信号、换档请求开关信号、空调请求信号、点火钥匙信号、电磁阀A反馈信号、电磁阀B反馈信号、电磁阀C反馈信号、第一离合器开关信号、第二离合器开关信号、EV使能信号、坡起开关信号，并通过PORT接口传输给单片机。

所述的数字处理模块包括驱动放大模块、限流保护模块，所述的驱动放大模块与限流保护模块连接，所述的数字输出处理电路对单片机的SPI0接口的输出控制信息进行驱动放大、限流保护处理后分别送到各个执行机构，执行机构包括故障指示灯、离合器指示灯、马达、冷却水泵、停机继电器、电子离合器、风扇继电器、电机风扇继电器、润滑延迟继电器、电机腔冷却风扇。

所述的电磁阀控制电路执行单片机PORTP接口的输出控制信号，实现驱动电磁阀A和电磁阀B。

所述的模拟输出处理电路包括模拟输出芯片、信号隔离模块、防干扰处理模块、所述的模拟输出芯片、信号隔离模块、防干扰处理模块依次连接，所述的模拟输出处理电路对单片机SPI1接口的输出油门信号和怠速信号进行调整。

所述的A/D模拟信号调理电路包括尖峰与杂波处理模块、滤波与防抖动处理模块、分压处理模块，所述的尖峰与杂波处理模块、滤波与防抖动处理模块、分压处理模块依次连接，所述的A/D模拟信号调理电路采集模拟信号进行处理后通过单片机的ATD接口送入单片机，其中模拟信号包括油门输入信号、油门输入怠速信号、刹车踏板信号、蓄电池电压信号、输出油门反馈信号、输出油门怠速反馈信号、5V电压输出反馈信号。

所述的CAN总线预处理电路包括CAN收发电路、光电隔离电路、电池滤波电路，所述的CAN收发电路、光电隔离电路、电池滤波电路依次连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、设计的混合动力整车控制器功能全面、接口丰富，集成度高。基于智能双核单片机及其强大的外围处理电路模块，全面采集整车运行信息，通过复杂的控制算法和程序，对发动机、电机、动力蓄电池以及整车系统进行协调控制，实现全面的扭矩分配与能量优化，制动能量回馈、离合器自动控制和轻便换档、故障诊断与失效、Stop-go、EV、Plugin等控制策略。

2、具备动力蓄电池SOC平衡自学习策略和功能。自学习策略能针对大部分路况自动调整蓄电池的SOC，同时为进一步提高各种工况适应性，发挥驾驶员主动调节的功能，专门设计了蓄电池SOC调整开关，含“SOC+”和“SOC-”两个开关。当驾驶员每天收车时，如发现SOC过低，可以按动“SOC+”，系统会在以后的运行中适当加大充电量以提高SOC。如收车时发现SOC过高，则按动“SOC-”。通过如此可避免由于道路工况、驾驶习惯的不同，混合动力汽车中的蓄电池出现过度充放电的情况，造成蓄电池使用寿命的降低甚至损坏。

3、该控制器设计了刹车开关信号和刹车踏板模拟信号，可根据不同的混合动力系统和用户需求以及路谱，定制和选用不同的能量回馈控制策略，最大限度的进行自动能量回馈。

4、可实现离合器自动控制。根据离合器开关信号、空挡信号、换档请求开关信号、发动机转速和车速信号等，对发动机和电机进行智能调速，同时对电磁阀控制采用闭环反馈控制方式，实现了离合器的自动控制减少了离合器工作时对整车的冲击，延长了离合器片的使用寿命。该功能可适用于MT/AMT系统。另外在离合器自动控制条件不满足的条件下，还可以切换到离合器手动控制模式。

5、结合离合器开关、换档请求开关、油门、发动机转速和车速信号等，设计了智能换档控制策略，实现了轻便换档，大大降低了汽车驾驶强度。

6、对整车油门进行无缝连接控制，可直接采集油门信号反映驾驶员意图并根据控制器中的能量控制策略的判定结果以模拟信号方式将适当的油门信号分别送给发动机和电机控制器，也可以通过CAN总线的方式送给发动机和电机控制器。油门控制采用闭环控制方式，以达到精确控制和能量优化的目的。

7、可根据混合动力系统状态，采用驱动电机起动发动机或采用起动马达起动发动机，保证汽车随时处于可运行状态。

8、同时具有电机水冷和风冷的控制模式，最大程度降低电机的工作温度，提高电机的效率，保证电机功率的充分发挥

9、根据空调请求开关和整车运行工况，判定空调是否可以启用，并结合润滑延迟继电器的控制，降低空调系统的磨损，延长空调系统的寿命。

10、设计有EV使能开关信号、坡起开光信号、Plugin开关信号，在特定的工况下实现相应的纯电动、坡道起步和Plugin功能。

11、5路CAN总线采用光电隔离和电磁滤波电路设计，同时终端电阻可软件匹配，抗干扰能力强，匹配灵活性高。实现基于CCP、J1939和ISO15765稳定可靠的标定、通讯和诊断以及整车EOL功能。

12、电源电路具有短路自动停止和恢复、自诊断保护功能，同时根据混合动力电磁干扰强的特点，进行了专门的EMC技术设计，使得整个系统可靠性强，工作稳定。

13、控制器结构紧凑，集成度高，重量轻，基于对称设计原理，设计了便于调节的控制器安装结构，其中一侧的腰形孔；上盖板表面散热肋片为纵横组合式，既增大散热面积又加强了结构强度。下盖板采用分层式设计方案，有利于提高控制器的抗挤压强度和防碰撞变形能力。

14、根据接插件的特点在上盖板设计了专用密封带和结构，保证防水、防尘性能。为了满足汽车行驶的振动要求，对元器件等的焊接和固定工艺进行了特殊处理。

附图说明

图1为本发明的电路板结构示意图；

图2为本发明的数字输入处理电路的结构示意图；

图3为本发明的模拟输出处理电路的结构示意图；

图4为本发明的模拟输出处理电路的电路图；

图5为本发明的A/D模拟信号调理电路的结构示意图；

图6为本发明的A/D模拟信号调理电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，包括电路板、壳体，所述的电路板设在壳体中，所述的电路板包括单片机1、时钟复位电路2、电源模块3、数字输入处理电路4、数字输出处理电路5、电磁阀控制电路6、模拟输出处理电路7、A/D模拟信号调理电路模块9、CAN总线预处理电路8、脉冲信号接口电路10，所述的单片机1分别与时钟复位电路2、电源模块3、数字输入处理电路4、数字输出处理电路5、电磁阀控制电路6、模拟输出处理电路7、A/D模拟信号调理电路模块9、CAN总线预处理电路8、脉冲信号接口电路10连接。

所述的壳体包括接插件、上盖板、下盖板，所述的接插件与电路板连接后通过螺钉固定在上盖板上，所述的上盖板与下盖板密封连接。上盖板、下盖板根据接插件和电路板及其元器件的特点，基于对称设计原理，设计了便于调节的控制器安装结构，每侧两个安装孔，其中一侧的腰形孔；上盖板表面散热肋片为纵横组合式，既增大散热面积又加强了结构强度。下盖板采用分层式设计方案，有利于提高控制器的抗挤压强度和防碰撞变形能力。根据接插件的特点在上盖板设计了专用密封带和结构，保证防水、防尘性能。为了满足汽车行驶的振动要求，对元器件等的焊接和固定工艺进行了特殊处理。整个控制器壳体采用专门的铝合金材料，具有强度高、重量轻的优点。

所述的单片机1采用总线频率为40MHz的双核单片机，该单片机包括512kflash、4K EEPROM、32K RAM、5路CAN总线接口，并且支持在线编程。对复杂的控制算法和控制程序进行快速运算，实现了离合器的自动控制、发动机和电机的调速、轻便换档等功能；全面的输入处理电路模块通过传感器和开关采集整车运行信息，对整车和能量流实时监测。所述的时钟复位电路2与单片机中的CPU12X接口连接，为单片机提供工作时钟。

所述的电源模块3的功能是给单片机1及各功能电路模块供电。考虑到输入电压范围、电源纹波、电磁干扰、性价比和稳定性的要求，采用开关电源以及线性电源相结合的方式设计了二级降压式的电源模块，具有宽广的车载电源适应性。为了防止接入电源电压过高对控制器造成损害，在电源输入端设计有瞬时电压抑制电路，从而达到有效保护电源模块的作用。

如图2所示，所述的数字输入处理电路4包括尖峰与杂波处理模块、默认状态确定模块、滤波与防抖动处理模块，所述的尖峰与杂波处理模块、默认状态确定模块、滤波与防抖动处理模块依次连接，所述的数字输入处理电路4采集第一刹车开关信号、第二刹车开关信号、第三刹车开关信号、Plugin开关信号、SOC增加调整信号、SOC减少调整信号、换档请求开关信号、空调请求信号、点火钥匙信号、电磁阀A反馈信号、电磁阀B反馈信号、电磁阀C反馈信号、第一离合器开关信号、第二离合器开关信号、EV使能信号、坡起开关信号，并通过PORT接口传输给单片机。通过传感器和开关采集整车运行信息，对整车和能量流实时监测。

所述的数字输出处理电路5对单片机的SPI0接口的输出控制信息进行驱动放大、限流保护处理后分别送到各个执行机构，执行机构包括故障指示灯、离合器指示灯、马达、冷却水泵、停机继电器、电子离合器、风扇继电器、电机风扇继电器、润滑延迟继电器、电机腔冷却风扇。数字输出处理电路5对外围执行器和系统实时控制，实现了各项整车功能和各动力源能量科学合理的分配和利用，并对发动机、电机和动力蓄电池机进行保护。

所述的电磁阀控制电路6对单片机PORTP接口的输出控制信号进行处理后用于驱动电磁阀A和电磁阀B。

如图3、图4所示，所述的模拟输出处理电路7包括模拟输出芯片、信号隔离模块、防干扰处理模块、所述的模拟输出芯片、信号隔离模块、防干扰处理模块依次连接，所述的模拟输出处理电路7对单片机SPI1接口的输出油门信号和怠速信号进行调整。

如图5、图6所示，所述的A/D模拟信号调理电路9包括尖峰与杂波处理模块、滤波与防抖动处理模块、分压处理模块，所述的尖峰与杂波处理模块、滤波与防抖动处理模块、分压处理模块依次连接，所述的A/D模拟信号调理电路9采集模拟信号进行处理后通过单片机的ATD接口送入单片机，其中模拟信号包括油门输入信号、油门输入怠速信号、刹车踏板信号、蓄电池电压信号、输出油门反馈信号、输出油门怠速反馈信号、5V电压输出反馈信号。

所述的CAN总线预处理电路8包括CAN收发电路、光电隔离电路、电池滤波电路，所述的CAN收发电路、光电隔离电路、电池滤波电路依次连接。

本发明具有多路CAN总线系统构建了强大的整车通讯网络，完成信息共享和交互控制；带有防反接和防短路的电源自动停止和恢复电路模块具有自诊断功能，保证控制器和整车行车安全；从结构、密封、防水、散热、减震、绝缘、EMC等角度出发，在保证控制器工作稳定可靠的前提下，充分考虑到结构紧凑、美观大方等因素，设计了控制器的结构。基于以上技术特点，本方案的控制器实现八种运行模式：电机起动发动机、纯发动机起动和行驶、纯电动行驶、制动能量回馈、起步助力、加速助力、行车充电、Plugin，可适用于MT/AMT系统，同时改善汽车的驾驶性、舒适性、可靠性和安全性。

Claims

1.一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，包括电路板、壳体，所述的电路板设在壳体中，所述的电路板包括单片机、时钟复位电路、电源模块、数字输入处理电路、数字输出处理电路、电磁阀控制电路、模拟输出处理电路、A/D模拟信号调理电路模块、CAN总线预处理电路、脉冲信号接口电路，所述的单片机分别与时钟复位电路、电源模块、数字输入处理电路、数字输出处理电路、电磁阀控制电路、模拟输出处理电路、A/D模拟信号调理电路模块、CAN总线预处理电路、脉冲信号接口电路连接；

2.根据权利要求1所述的一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，所述的壳体包括接插件、上盖板、下盖板，所述的接插件与电路板连接后通过螺钉固定在上盖板上，所述的上盖板与下盖板密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，所述的单片机采用总线频率为40MHz的双核单片机，该单片机包括512kflash、4K EEPROM、32K RAM、5路CAN总线接口，并且支持在线编程。

4.根据权利要求1所述的一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，所述的时钟复位电路与单片机中的CPU12X接口连接，为单片机提供工作时钟。

5.根据权利要求1所述的一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，所述的数字输出处理电路包括驱动放大模块、限流保护模块，所述的驱动放大模块与限流保护模块连接，所述的数字输出处理电路对单片机的SPI0接口的输出控制信息进行驱动放大、限流保护处理后分别送到各个执行机构，执行机构包括故障指示灯、离合器指示灯、马达、冷却水泵、停机继电器、电子离合器、风扇继电器、润滑延迟继电器、电机腔冷却风扇。

6.根据权利要求1所述的一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，所述的电磁阀控制电路执行单片机PORTP接口的输出控制信号，实现驱动电磁阀A和电磁阀B。

7.根据权利要求1所述的一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，所述的模拟输出处理电路包括模拟输出芯片、信号隔离模块、防干扰处理模块，所述的模拟输出芯片、信号隔离模块、防干扰处理模块依次连接，所述的模拟输出处理电路对单片机SPI1接口的输出油门信号和怠速信号进行调整。

8.根据权利要求1所述的一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，所述的A/D模拟信号调理电路包括尖峰与杂波处理模块、滤波与防抖动处理模块、分压处理模块，所述的尖峰与杂波处理模块、滤波与防抖动处理模块、分压处理模块依次连接，所述的A/D模拟信号调理电路采集模拟信号进行处理后通过单片机的ATD接口送入单片机，其中模拟信号包括油门输入信号、油门输入怠速信号、刹车踏板信号、蓄电池电压信号、输出油门反馈信号、输出油门怠速反馈信号、5V电压输出反馈信号。

9.根据权利要求1所述的一种单轴并联式混合动力系统整车控制器，其特征在于，所述的CAN总线预处理电路包括CAN收发电路、光电隔离电路、电池滤波电路，所述的CAN收发电路、光电隔离电路、电池滤波电路依次连接。