CN106740585A - 电动汽车can总线整车控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电动汽车CAN总线整车控制器,包括微处理器模块以及电源模块，CAN总线整车控制器设有脉冲量接口模块、模拟量接口模块、数字量接口模块、PWM脉宽调制模块、功率驱动模块、CAN总线模块以及最小系统；电源模块为整车控制器及外围传感器提供隔离电源，并对蓄电池电压进行监控，保证整个系统的可靠运行。本发明可实现电动汽车各个子系统之间的相互通信和配合，通过CAN总线给出电机控制和电池管理指令，实现整车驱动控制、能量优化控制和制动同馈控制，进而提高整车的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车整车控制技术领域，特别是涉及一种电动汽车CAN总线整车控制器。
背景技术
在能源短缺和环境污染的压力下，新能源汽车越来越受到人们的重视。电动车以其低排放、低能耗、低噪声优点成为21世纪初汽车工业发展的必然趋势。相对于内燃机汽车，电动汽车上控制模块较多，各模块需要实时共享车辆的公共数据，以达到整车的最优控制；由于各个模块相互作用又相互独立，存在着相互的干扰，传统的电气控制设计策略已不再适用于当今电动汽车电气控制网络的需要。
CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络，采用多主方式，网络上任意节点都可自主向其他接点发送信息。由于CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性等显著优点，它成为电动汽车电气控制网络的重要发展方向。
发明内容
发明目的
本发明提供了一种电动汽车CAN总线整车控制器，实现对电动汽车各电控子系统运行状况的监控、协调、控制以及相关信号处理。其主要功能包括车辆运行控制、能量管理、车辆运行状态显示、整车网络管理、故障诊断和处理，以提高整车能量利用效率，确保安全性和可靠性。
技术方案
本发明所述的电动汽车CAN总线整车控制器是基于单片机的嵌入式控制系统，所述整车控制器包括微处理器模块以及电源模块， CAN总线整车控制器设有脉冲量接口模块、模拟量接口模块、数字量接口模块、PWM脉宽调制模块、功率驱动模块、CAN总线模块以及最小系统；微处理器的通信接口分别与脉冲量接口模块、模拟量接口模块、数字量接口模块、电源模块、PWM脉宽调制模块、功率驱动模块、CAN总线模块以及最小系统相连。电源模块为整车控制器及外围传感器提供隔离电源，并对蓄电池电压进行监控，保证整个系统的可靠运行。
一种电动汽车CAN总线整车控制器，包括微处理器和电源模块，其特征在于：所述微处理器的通信接口分别与脉冲量接口模块、模拟量接口模块、数字量接口模块、电源模块、PWM脉宽调制模块、功率驱动模块、CAN总线模块以及最小系统相连。
所述最小系统包括电源电路，时钟电路和复位电路；电源电路负责给处理器、外围电路芯片以及传感器提供电源；微处理器通过振荡器引脚提供外接晶振的时钟接口，来驱动内部时钟产生电路；复位电路在检测到微处理器外部故障或内部系统故障时，对系统进行复位。
所述脉冲量接口模块接收来自的电动汽车、发动机和变速器输入轴的转速信号并将其处理成处理器能够识别的脉冲信号，另一端连接微处理器数据输入端口。
所述模拟量接口模块用于模拟输入量的滤波和调理，其一端分别与变速器油温传感器和离合器位置传感器相连，另一端连接微处理器A/D转换接口。
所述数字量接口模块用于数字输入量调理，其一端分别与制动踏板传感器和PRND操纵杆位置传感器相连，另一端连接微处理器数据输入端口。
所述PWM脉宽调制模块通过光耦合器连接离合电机、选档电机和换挡电机，PWM信号通过调速端口对电机进行调速控制。
所述功率驱动模块采用耐高压、大电流达林顿阵列构成5个继电器驱动电路，用于驱动水泵继电器、预充电控制继电器、真空泵继电器、和风扇继电器。
所述CAN总线模块通过控制器SJA1000连接电机控制器、助力转向系统和蓄电池管理系统，实现数据的接收和发送通信任务。
电源模块为整车控制器及外围传感器提供隔离电源，并对蓄电池电压进行监控。
优点及效果
本发明是一种电动汽车CAN总线整车控制器，具有以下优点：
电动汽车采用CAN总线整车控制器，以微处理器为核心，在外围分别搭建多个控制模块，将电动车上用到的诸多电控子系统的不同通信方式整合到一起，减轻总线负载，实现更适用的汽车整车总线控制系统结构，有效节省了实时性要求较低的控制器及相关零件的成本支出。CAN总线控制器具有高效率的管理网络，各个电控子系统之间的相互通信及相互配合，实现各种总线设备间的信息共享和设备互联，保证各部件工作的正常顺序，并可通过总线判断各电控子系统故障进行统一处理。
附图说明
图1为本发明电动汽车CAN总线整车控制器的原理框图。
图2为本发明微处理器最小系统及外部扩展（外部储存扩展电路及DSP最小系统）部分电路原理图。
图3为本发明电源电路原理图。
图4为本发明CAN总线通信模块原理图。
图5为本发明RS485总线接口电路原理图。
图6为本发明RS232总线接口电路原理图。
图7为本发明功率驱动模块电路原理图。
图8为本发明选、换档(离合器)电机驱动电路原理图。
图9为本发明脉冲量接口模块电路原理图。
图10为本发明模拟量接口模块电路原理图。
图11为本发明数字量接口模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明一种电动汽车CAN总线整车控制器，如图1中所示，包括微处理器，其特征在于：所述微处理器的通信接口分别与脉冲量接口模块、模拟量接口模块、数字量接口模块、PWM脉宽调制模块、功率驱动模块、CAN总线模块以及最小系统相连。
所述最小系统包括电源电路，时钟电路和复位电路。电源电路负责给处理器、外围电路芯片以及传感器提供电源；微处理器通过振荡器引脚提供外接晶振的时钟接口，来驱动内部时钟产生电路；复位电路在检测到微处理器外部故障或内部系统故障时，对系统进行复位。
所述脉冲量接口模块接收来自的电动汽车、发动机和变速器输入轴的转速信号并将其处理成处理器能够识别的脉冲信号，另一端相接微处理器数据输入端口。
所述模拟量接口模块用于模拟输入量的滤波和调理，其一端分别与变速器油温传感器和离合器位置传感器相连，另一端连接微处理器A/D转换接口。
所述数字量接口模块用于数字输入量调理，其一端分别与制动踏板传感器和PRND操纵杆位置传感器相连，另一端连接微处理器数据输入端口。
所述PWM脉宽调制模块通过光耦合器连接离合电机、选档电机和换挡电机，PWM信号通过调速端口对电机进行调速控制。
所述功率驱动模块采用耐高压、大电流达林顿阵列构成5个继电器驱动电路，用于驱动水泵继电器、预充电控制继电器、真空泵继电器、和风扇继电器。
所述CAN总线模块通过控制器SJA1000连接电机控制器、助力转向系统和蓄电池管理系统，实现数据的接收和发送通信任务。
所述电源模块为整车控制器及外围传感器提供隔离电源，并对蓄电池电压进行监控，保证整个系统的可靠运行。
所述电源模块用来保证给单片机提供稳定的电源，采用电源转换芯片LM2576将车载蓄电池电源的12V或24V电压转换为可以适用于单片机的5V电压。由于LM2576有两种可调的输出电压，本发明选择固定输出电压5V的电源转换芯片LM2576-5.0V。纯电动汽车直流电源12V或24V正极接BATTERY+，负极接GND，电源经过保险丝F1和整流二极管D2与电源芯片相连。二极管D2单向导通，防止电源反接而损坏硬件。F1为3A的保险丝，对电路起保护作用。Z1为稳压二极管，L1为100uH电感，C1，C6是铝电解电容，Z1，L1，C1，C6是电源芯片LM2576-5.0V的外围电路的组成部分。D1是电源指示灯，显示对电源电路的工作状态。当电源电路不能正常工作时，先查看电源指示灯，如果指示灯不亮，那说明是车载电源及接线可能存在问题；如果指示灯亮，应该首先检查保险丝是否熔断。电容C2，C3，C4，C5，C6以及二极管Z2在电路中起到稳压滤波的功能。电源芯片将电压转换为5V，由VCC输出，给芯片MC9S12XDP512提供电源。
本发明工作原理如下：
图2为本发明微处理器最小系统及外部扩展部分电路原理图。最小系统包括电源电路，时钟电路和复位电路。
时钟电路的设计直接关系到微处理器运行的效率和稳定性。图3时钟电路中C52，C53是晶振的滤波电容，R59是晶振电阻，Y1为16MHz晶振。
复位电路在检测到MCU相应各种外部故障或内部系统故障时，为使微处理器及系统各部件以确定的初始状态开始工作，控制系统在启动时都需要进行复位设置。S2为复位按键，用于手动复位。
图3为电源电路图。电源电路采用电源转换芯片LM2576将车载蓄电池电源的12V或24V电压转换为可以适用于单片机的5V电压。因此，本发明设计的电源电路可兼容12V和24V的电源输入；由于LM2576有两种可调的输出电压，本发明选择固定输出电压5V的电源转换芯片LM2576-5.0V。
图4为本发明CAN总线通信模块原理图。CAN总线通信模块主电路采用高速CAN总线收发器TJA1050来完成整车控制器的CAN通讯接口电路。同时，CAN通讯接口电路中采用光电隔离来提高数据传输的抗干扰性。微处理器的CAN接口的发送、接收端分别通过光电隔离器件与TJA1050收发器的TXD，RXD连接。
图5为本发明RS485总线接口电路原理图。RS485总线主电路采用MAX485ESA和光电隔离构成主电路。微处理器MC9S12XDP512串口的RXD, TXD通过光电隔离电路连接MAX485ESA芯片的RO，DI引脚，控制信号R/D经光电隔离电路去控制MAX485ESA芯片的DE和RE引脚。整车控制器通过RS485总线向4个轮毅电机控制器发送控制指令，控制电机动作，并通过控制继电器的开合来控制轮毅电机的上电和断电，实现整车控制器与轮毅电机控制器之间的通讯。
所述图6为本发明RS232总线接口电路原理图。RS232总线主电路采用MAX232E芯片完成TTL与EIA的双向电平转换，实现整车控制器与上位机之间的通讯。电平转换芯片MAX232ESE外接两路RS232接口，9—12引脚与单片机的SCI接口引脚连接，DB9只使用三个引脚，2，3和5分别表示TXD， RXD和GND。
图7为本发明功率驱动模块电路原理图。功率驱动模块电路采用耐高压、大电流达林顿晶体管ULN2003A构成的继电器驱动电路，用于驱动水泵继电器、预充电控制继电器、真空泵继电器、风扇继电器。
图8为本发明选、换档(离合器)电机驱动电路原理图。选、换档(离合器)电机驱动电路采用L298N驱动芯片对PWM输出信号进行放大。L298N内部集成2个H桥驱动器，可以同时控制2个直流电机。PWM信号作为驱动信号通过调速端口对电机进行调速控制，IN1，IN2控制电机旋转方向。
图9为本发明脉冲量接口模块电路原理图。脉冲量接口模块电路采用74HC123单稳态触发器，把接收的随转速变化的正弦信号（车速、发动机转速和变速器输入轴转速）转换为处理器能够识别的脉冲电平信号。
图10为本发明模拟量接口模块电路原理图。模拟量接口模块电路采用过压保护、分压电路、RC低通滤波、二极管钳位、LM358信号跟随器(隔离、缓冲的作用)以及接地电源，从而使处理电路输出信号可靠、稳定。
图11为本发明数字量接口模块电路原理图。数字量接口模块电路采用RC低通滤波、二极管钳位和光藕信号隔离电路(抑制电磁干扰) 将踏板位置传感器发出的方波脉冲信号转换为直流电压信号，实现电平转换，最终将可靠、低干扰的信号送入IO口处理。
Claims (9)
1.一种电动汽车CAN总线整车控制器，包括微处理器和电源模块，其特征在于：所述微处理器的通信接口分别与脉冲量接口模块、模拟量接口模块、数字量接口模块、电源模块、PWM脉宽调制模块、功率驱动模块、CAN总线模块以及最小系统相连。
2.根据权利要求1所述的电动汽车CAN总线整车控制器，其特征在于：所述最小系统包括电源电路，时钟电路和复位电路；电源电路负责给处理器、外围电路芯片以及传感器提供电源；微处理器通过振荡器引脚提供外接晶振的时钟接口，来驱动内部时钟产生电路；复位电路在检测到微处理器外部故障或内部系统故障时，对系统进行复位。
3.根据权利要求1所述的电动汽车CAN总线整车控制器，其特征在于：所述脉冲量接口模块接收来自的电动汽车、发动机和变速器输入轴的转速信号并将其处理成处理器能够识别的脉冲信号，另一端连接微处理器数据输入端口。
4.根据权利要求1所述的电动汽车CAN总线整车控制器，其特征在于：所述模拟量接口模块用于模拟输入量的滤波和调理，其一端分别与变速器油温传感器和离合器位置传感器相连，另一端连接微处理器A/D转换接口。
5.根据权利要求1所述的电动汽车CAN总线整车控制器，其特征在于：所述数字量接口模块用于数字输入量调理，其一端分别与制动踏板传感器和PRND操纵杆位置传感器相连，另一端连接微处理器数据输入端口。
6.根据权利要求1所述的电动汽车CAN总线整车控制器，其特征在于：所述PWM脉宽调制模块通过光耦合器连接离合电机、选档电机和换挡电机，PWM信号通过调速端口对电机进行调速控制。
7.根据权利要求1所述的电动汽车CAN总线整车控制器，其特征在于：所述功率驱动模块采用耐高压、大电流达林顿阵列构成5个继电器驱动电路，用于驱动水泵继电器、预充电控制继电器、真空泵继电器、和风扇继电器。
8.根据权利要求1所述的电动汽车CAN总线整车控制器，其特征在于：所述CAN总线模块通过控制器SJA1000连接电机控制器、助力转向系统和蓄电池管理系统，实现数据的接收和发送通信任务。
9.根据权利要求1所述的电动汽车CAN总线整车控制器，其特征在于：电源模块为整车控制器及外围传感器提供隔离电源，并对蓄电池电压进行监控。
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