CN102537316A - 一种用于自动变速控制及整车动力分配的原型控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于自动变速控制及整车动力分配的原型控制器，其特征在于，包括：主控芯片、供电模块、开关量处理模块、模拟量处理模块、霍尔信号处理模块、磁电信号处理模块、通信模块、恒流低端开关驱动模块、高端开关驱动模块、继电器低端开关驱动模块以及低端开关驱动模块；所述主控芯片分别与所述供电模块、开关量处理模块、模拟量处理模块、霍尔信号处理模块、磁电信号处理模块、通信模块、恒流低端开关驱动模块、高端开关驱动模块、继电器低端开关驱动模块以及低端开关驱动模块相连。采用本发明的原型控制器，采用产品级的主控芯片，具备常用的驱动能力，在原型控制阶段就可以关注并考核最终的产品控制器对于控制算法的负载能力。
Description
技术领域
本发明涉及汽车控制领域，特别是涉及一种用于自动变速控制及整车动力分配的原型控制器。
背景技术
一方面，随着人们对汽车舒适性要求的提高，汽车自动变速器的装备率也越来越高，尤其是当自动变速器也逐渐能够兼顾操控性的时候。自动变速器的种类包括AT(液力自动变速箱)、CVT(无级变速箱)、DCT(双离合器变速箱)、AMT(机械式自动变速箱)等。自动变速器的技术成为厂家之间产品的竞争利器，国内各整车厂和科研院校对自动变速器的控制装置的开发也投入越来越多的关注。
另一方面，随着全球的能源危机，以及排放法规对汽车尾气的要求越来越严格，纯电动汽车和混合动力车辆成为未来汽车发展的前进方向。对于纯电动汽车和混合动力车辆来说，整车控制装置负责能量在各个驱动部件之间的分配，是决定车辆动力性和经济性的关键部件。
不管是变速器控制装置还是整车控制装置，在开发过程中，通用的是V模式的开发流程。所谓V模式的开发流程，是指用一个成熟的原型控制器来验证用户设计的控制算法，项目开发的后期，再将经过原型控制器验证的控制算法移植到产品控制器中，从而实现批量化的生产。
现有技术中的原型控制器，具备处理能力强大的微控制单元(MicroControl Unit，MCU)以及非常丰富的硬件接口资源，能够满足汽车领域绝大多数控制器的需求，但其缺点是该原型控制器不具备信号调理及功率驱动能力，必须与配套的驱动装置一起使用，价格高，体积大，使用不方便。不仅如此，该原型控制器MCU的主频达到800MHz，，与一般汽车控制器中使用的MCU的处理能力相差悬殊(性能远高于实际的汽车控制器MCU)，所以使用该原型控制器验证算法时，没有办法考核最终的产品控制器对于这些控制算法的负载能力及实时性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于自动变速控制及整车动力分配的原型控制器，在原型控制阶段就可以关注并考核最终的产品控制器对于控制算法的负载能力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于自动变速控制及整车动力分配的原型控制器，包括：主控芯片、供电模块、开关量处理模块、模拟量处理模块、霍尔信号处理模块、磁电信号处理模块、通信模块、恒流低端开关驱动模块、高端开关驱动模块、继电器低端开关驱动模块以及低端开关驱动模块；所述主控芯片分别与所述供电模块、开关量处理模块、模拟量处理模块、霍尔信号处理模块、磁电信号处理模块、通信模块、恒流低端开关驱动模块、高端开关驱动模块、继电器低端开关驱动模块以及低端开关驱动模块相连。
优选的，所述主控芯片为MC9S12X EP100。
优选的，所述供电模块包括：4路5伏输出的传感器供电电源。
优选的，所述开关量处理模块包括16个输入通道。
优选的，所述模拟量输入模块包括：1个电源电压检测通道和13个电阻式传感器或电压式传感器输入通道。
优选的，所述霍尔信号处理模块包括：8个霍尔信号测量通道。
优选的，所述磁电信号处理模块包括：4路将磁电式传感器信号调整为晶体管-晶体管逻辑电平的方波信号的信号调整电路。
优选的，所述低端开关驱动模块包括：8路具有短路保护、过温保护和过压保护功能的低端开关通道。
优选的，所述继电器低端开关驱动模块包括：16路低端继电器开关。
优选的，所述高端开关驱动模块包括：10路具有过流、过温保护功能的高端开关通道。
优选的，所述恒流低端开关驱动模块包括：8个具有过流检测和保护的低端恒流控制通道。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
由于本申请的原型控制器的主控芯片采用的是MC9S12XEP100型芯片，该款芯片为现在汽车领域通用的16bit的处理芯片，一般变速箱控制装置及整车控制装置的开发都使用该款芯片作为主控芯片。这就使得该通用的原型控制器与用户自己开发的产品主控芯片无限接近，在原型控制阶段就可以关注并考核最终的产品控制器对于控制算法的负载能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的用于自动变速控制及整车动力分配的原型控制器结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的用于自动变速控制及整车动力分配的原型控制器结构图。如图1所示，该原型控制器包括：主控芯片101、供电模块102、开关量处理模块103、模拟量处理模块104、霍尔信号处理模块105、磁电信号处理模块106、通信模块107、恒流低端开关驱动模块108、高端开关驱动模块109、继电器低端开关驱动模块110以及低端开关驱动模块111；所述主控芯片101分别与所述供电模块102、开关量处理模块103、模拟量处理模块104、霍尔信号处理模块105、磁电信号处理模块106、通信模块107、恒流低端开关驱动模块108、高端开关驱动模块109、继电器低端开关驱动模块110以及低端开关驱动模块111相连。
具体的，主控芯片101采用MC9S12X EP100型芯片，主频为40MHz，具有1MB的FLASH，64KB的RAM，以及4KB的EEPROM，满足自动变速器控制装置(Transmission Control Unit，TCU)和整车控制装置(Vehicle ControlUnit，VCU)的处理速度及内存大小的需求。同时，主控芯片还具有4路控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)，其中3路为高速CAN，最高速率为1M Kbps，1路为低速容错CAN，最高速率可达到125Kbps，满足TCU及VCU与其余控制单元的通信和诊断需求。MC9S12XEP100具有2路K-Line/LIN，K-Line可用于OBD诊断，LIN用于实时性要求较低的通信场合，比如空调控制、后视镜控制、车门控制等。其中，K-Line为K线，是汽车领域的一种专门用于诊断的通信接口；LIN的全称为Local Interconnect Network，是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制；OBD的全称为On-Board Diagnostics，中文含义为车载自动诊断系统。
原型控制器的电源部分采用可以承受9～32V的供电电压，可以兼容12V和24V的系统。电源部分同时提供4路5V输出的传感器供电电源，其中两路可以通过配置硬件更改输出电压，以满足用户不同的需求。
可见，本申请的原型控制器具备自动变速器控制装置和整车控制装置常用的处理电路。具体的，包括采用现在汽车领域通用的16bit的处理芯片MC9S12X EP100作为主控芯片，满足处理能力和内存的需求；供电模块的工作电压为9-32V，可以兼容12V-24V系统；提供电阻量和电压量输入的模拟信号处理模块；开关量处理模块提供数字量输入信号的上、下拉灵活配置；霍尔信号处理模块提供0-10KHz的大频率范围的频率量信号测量功能；提供信号频率0-10KHz、信号幅值0-282V的磁电式信号处理模块；通信模块包含控制装置常用的电路，例如高速控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)，低速容错CAN、K-Line以及LIN；包括各种驱动能力的功率级输出电路，包括8路具有短路、过温和过压保护功能的低端开关通道，最大输出电流可达到3A；提供16路低端继电器开关模块，最大持续输出电流可达到1000mA；提供具有过流检测和保护功能的恒流低端控制模块，最多可使用8个通道，单通道的输出电流最大可达2.4A；包括10路具有过流、过温保护功能的高端开关通道，最大持续输出电流可达6.5A，最大输出电流可达17A。
由于本申请的原型控制器的主控芯片采用的是MC9S12XEP100型芯片，该款芯片为现在汽车领域通用的16bit的处理芯片，一般变速箱控制装置及整车控制装置的开发都使用该款芯片作为主控芯片。这就使得该通用的原型控制器与用户自己开发的产品控制器无限接近，在原型控制阶段就可以关注并考核最终的产品控制器对于控制算法的负载能力。
此外，该款主控芯片对应的底层驱动库已封装成Simulink模块，并已无缝集成入Matlab/Simulink环境中，使得用户在项目开发的整个过程中都使用基于模型的开发方式(MBD，Model Based Design)。最终的产品化代码可以一键生成，减少在传统的项目开发过程中不可避免的由于驱动程序开发、驱动程序与控制算法集成过程中引入的错误，使得用户可以将全部精力放在控制算法的优化方面。
在功能设计阶段，用户可以基于Matlab/Simulink/Stateflow进行功能设计，建立自己的控制算法模型，并进行离线仿真，保证模型的基本逻辑和功能正确。在快速控制原型阶段，使用上述已经封装完成的MC9S12X EP100基本模块的驱动程序(如AD模块，DIO模块，PWM模块，CAN模块等)，根据硬件配置，完成信号的采集和驱动输出，基于Matlab/Simulink平台完成控制算法和底层驱动程序的集成。集成后的程序可以一键转化成产品化代码，下载到快速控制原型中运行，进行功能验证。快速控制原型的功能验证所采用的手段包括硬件在回路仿真(Hardware in the Loop，简称HIL)、台架标定和实车试验。经过原型控制器验证的控制算法可以方便的移植到用户自己的产品，电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)中，在确保硬件和驱动程序的功能正确的前提下，大大减小产品ECU硬件在回路仿真、台架标定和实车试验阶段的工作量。
实际应用中，开关量处理模块103可以有16个输入通道，每个输入通道都可以配置为输入上拉或者输入下拉。
实际应用中，模拟量处理模块104可以有14个通道，其中1个通道用来检测电源电压，以达到对电源电压进行监控的目的。另外13个通道的接口开放。每个通道都可以选择性的配置为电阻式传感器输入或电压式传感器输入。
实际应用中，霍尔信号处理模块105可以有8个霍尔式信号测量通道，每个通道都支持电压式霍尔信号。该模块可以支持0-5KHz范围内的频率信号输入。
磁电信号处理模块106包含4路磁电式传感器信号调理电路，使用成熟的磁电信号处理芯片，将磁电式传感器信号调理为TTL电平的方波信号，供MCU识别。该模块可以识别的信号幅值达到282V，可以识别的信号频率范围为0-5KHz。
低端开关驱动模块111提供8路具有短路保护、过温保护和过压保护功能的低端开关通道。模块由两片低端驱动芯片构成，每个芯片负责4个通道的驱动。驱动芯片的控制方式可以是并行的IO口直接控制，也可以由SPI总线发送控制命令来实现。在默认的配置下，当IO口输出高电平时，相应的低端开关打开；当IO口输出低电平时，对应的低端开关则处于关闭的状态。
低端开关驱动模块111输出的持续输出电流可达3A，所有通道同时打开时的持续电流可达1A。
继电器低端开关驱动模块110是一个由SPI总线控制的16路低端继电器开关模块。同时，模块还有完整的诊断和保护功能，包括短路诊断和保护、过流诊断和保护、过温诊断和保护等，同时此模块也可以用于普通的低端驱动输出功能。
恒流低端开关驱动模块108提供8个具有过流检测和保护功能的低端恒流控制通道，可以实现对比例阀的恒流控制。其中每4个通道由一个驱动芯片实现，驱动芯片与MCU之间通过SPI总线进行信息的交互和命令的传递，每个通道的输出电流可达2.4A。除了恒流控制功能外，此模块还能够像普通低端开关一样工作，实现对负载的开关控制。
高端开关驱动模块109提供10路具有过流、过温保护功能的高端开关通道。
需要说明的是，本发明的用于自动变速控制及整车动力分配的原型控制器，采用汽车领域比较通用的控制芯片作为主控芯片，兼容12V和24V的系统，具备基本的CAN、K和LIN通信功能。控制装置的输入部分涵盖各种类型的变速箱和混合动力整车控制器常见的输入信号，包括数字输入、模拟量输入、频率量输入、磁电信号输入等，控制装置的输出部分能够兼容多种类型的变速箱和混合动力整车控制器的各种负载，具备不同驱动能力的高边开关、低边开关、恒流源驱动等功能。此外，同样的硬件平台经过配置还可以应用在不同的场合。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (11)
1.一种用于自动变速控制及整车动力分配的原型控制器，其特征在于，包括：主控芯片、供电模块、开关量处理模块、模拟量处理模块、霍尔信号处理模块、磁电信号处理模块、通信模块、恒流低端开关驱动模块、高端开关驱动模块、继电器低端开关驱动模块以及低端开关驱动模块；所述主控芯片分别与所述供电模块、开关量处理模块、模拟量处理模块、霍尔信号处理模块、磁电信号处理模块、通信模块、恒流低端开关驱动模块、高端开关驱动模块、继电器低端开关驱动模块以及低端开关驱动模块相连。
2.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述主控芯片为MC9S12X EP100。
3.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述供电模块包括：4路5伏输出的传感器供电电源。
4.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述开关量处理模块包括16个输入通道。
5.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述模拟量输入模块包括：1个电源电压检测通道和13个电阻式传感器或电压式传感器输入通道。
6.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述霍尔信号处理模块包括：8个霍尔信号测量通道。
7.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述磁电信号处理模块包括：4路将磁电式传感器信号调整为晶体管-晶体管逻辑电平的方波信号的信号调整电路。
8.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述低端开关驱动模块包括：8路具有短路保护、过温保护和过压保护功能的低端开关通道。
9.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述继电器低端开关驱动模块包括：16路低端继电器开关。
10.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述高端开关驱动模块包括：10路具有过流、过温保护功能的高端开关通道。
11.根据权利要求1所述的原型控制器，其特征在于，所述恒流低端开关驱动模块包括：8个具有过流检测和保护功能的低端恒流控制通道。
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