CN108382324A - 一种集成网关功能的低功耗整车控制器 - Google Patents

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宋恒玉
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张大路
张韶丹
张静
陈高升
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Abstract

本发明公开了一种集成网关功能的低功耗整车控制器。包括主控单元，网关通讯处理单元，高级电源管理单元，输入信号处理单元，输出处理单元，系统存储单元以及故障处理单元。电源单元为蓄电池供电，经电源单元输出稳定电压为系统及系统外围电路供电，保证系统的正常工作。主控单元通过高速SPI通信接口、AD端口、CAN接口，与输入信号处理单元，输出处理单元，存储单元，故障诊断单元以及网关通讯单元进行数据连接，实现整车CAN总线网络信息互联。本发明专利可应用于纯电动和混动车型作为整车的主控单元协调各子控制器工作，功能上实现新能源整车控制器功能，兼顾实现网关功能，减少了车身电子控制器的数量，有效利用车身空间。

Description

一种集成网关功能的低功耗整车控制器
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及新能源电动汽车整车控制器，更具体的说涉及一种集成网关功能的低功耗整车控制器。
技术背景
在低碳经济成为国内发展主题的背景下，国内外近百个汽车企业纷纷进入电动汽车研发领域。电动汽车具有零排放、一定的续航里程及低噪音等优势，已成为未来汽车发展的重要方向，世界各大汽车公司投入巨资研发电动汽车核心部件，已经出现了各大品牌电动汽车。
电动汽车控制系统的应用是当今汽车行业高新技术发展的必然趋势，电动汽车控制系统的四个主要控制单元为电动汽车整车控制系统，电机控制系统，充电机控制系统和电池管理系统。电动汽车整车控制系统由整车控制器、通讯系统、零部件控制器以及驾驶员操作系统构成，其主要功能是根据驾驶员的操作和当前整车和零部件工作状况，在保证安全和动力性的前提下，选择尽可能优化的工作模式和能量分配比例，以达到最佳的经济性和动力性，可靠性。整车控制器技术的研发对于未来电动汽车的发展极其有意义，可使我国在未来的汽车行业竞争中占据一席之地。
整车控制器，是整个汽车的核心控制部件，它采集油门踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。作为汽车的指挥管理中心，整车控制器主要功能包括：制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等，它起着控制车辆运行的作用。因此整车控制器的优劣直接影响着整车性能。
虽然市场上国内、外整车控制器的占有量已经相当大，但由于整车控制器要实现各种信号采集、大功率输出以及监测整车各单元工作状态。这就给整车控制的冗余设计提供可能。由于电动汽车内部有近几十个电子控制器，数量繁多的电子控制器给车内布线空间带来很大麻烦，各大电动汽车厂商对多功能集成电子控制器的需求迫在眉睫。目前，大多整车控制器已经实现车身CAN网络互联信息，为了减少车内电子控制器的数量，在此发明中将汽车网关装置与整车控制器集成到同一电子控制器中，这种设计可以提高整车控制器的数据信息传输效率，减少车内电子控制器的数量，增加车内布线空间。由于集成网关功能的CAN总线控制器具有唤醒机制，可有效的降低整车控制器在待机时的系统静态功耗，保证静态功耗小于120uA，满足了各大电动汽车厂家对汽车电子产品的低功耗需求。
发明内容
针对相关技术领域的文献以及现有整车控制器技术存在的不足，在经过长期相关领域研发实践的基础上，根据整车控制器的特点，本发明提出了“一种集成网关功能的低功耗整车控制器”，使整车控制器更好的应用在电动汽车行业。不仅提高了整车控制器的CAN数据传输速率，而且降低了系统待机静态功耗。并通过将整车控制器与网关的功能集成，减少了车身电子控制器的数量，节省了车身空间，进一步提高了整车系统运行的可靠性与安全性。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案。
一种集成网关功能的低功耗整车控制器，包括主控单元，数字量输入信号处理单元，模拟量信号处理单元，高边输出单元，低边输出单元，存储单元，网关通讯处理单元，故障诊断单元以及高级电源管理单元；
所述主控单元通过高速SPI通信接口与数字量输入信号处理单元连接；主控单元与高边输出单元连接，还通过高速SPI通信接口与低边输出单元连接；
主控单元通过高速SPI通信接口与存储单元连接；
所述主控单元通过AD端口与模拟量信号处理单元连接；
所述主控单元通过CAN接口与网关通讯处理单元进行数据连接，实现整车CAN总线网络信息互联；
所述主控单元与故障诊断单元连接。
所述主控单元包括微处理器，时钟电路，复位电路、供电电路以及CAN BootLoader调试接口电路；
时钟电路为主控单元提供时钟源；
供电电路为单片机，存储芯片及CAN Boot Loader调试接口电路供电；
复位电路采用电源芯片内部自带看门狗，当系统出现故障时，产生复位；
CAN Boot Loader调试接口电路用于满足系统程序调试，仿真，参数标定以及满足后期产品版本升级需求。
所述高级电源单元输入端为12V蓄电池，正常供电范围为9V～16V；高级电源管理单元可稳定输出三路电压：一路为主输出电压，给控制器内各个单元供电，保证安全可靠工作；另两路输出电压给外部传感器供电，保证外部传感器稳定工作；高级电源电路采用汽车级专用芯片，可以通过ON档，ACC档，CAN使能信号，充电使能信号以及主控单元自杀使能信号，实现整车控制器的多路硬线唤醒机制，从而降低整车控制器待机静电功耗，满足电动汽车厂商对整车控制器低功耗的需求。
输入信号处理单元包括模拟量输入电路，数字量输入电路以及PWM输入电路；
模拟量输入电路实现电压式与电阻式采集，电压式与电阻式采集可通过硬件配置；
数字量输入电路由数字量采集专用集成芯片实现，每路采集电路实现硬件上高、低电平可配置，采集电路拥有滤波功能，可屏蔽高频干扰；
PWM输入电路由二极管和三级管组成PWM采集电路，前端由双三极管组成的恒流电路，可根据硬件需求进行可配置设计；该输入电路可实现多路频率范围为100Hz～5KHz频率输入，完成车速等频率采集。
输出处理单元包括高、低边功率输出电路，PWM输出电路；
高边输出采用专用集成芯片，选择由点火开关ON档供电，实现系统的低功耗需求。高边可实现多路1A，2A电流输出，满足开路测试，并通过输出端与法拉第笼连接实现防静电保护；
低边输出采用专用集成芯片实现。通过SPI接口实现与主控单元的数据通信，低边输出可实现多路0.5A,1A功率输出；
PWM输出电路由三极管和限流电阻组成，实现车速输出以及风扇控制。
存储单元采用EEPROM专用芯片，通过SPI接口与主控单元实现数据连接。
故障诊断单元通过SPI串口通信把信息传递给主控单元，主控单元把故障码进行存储同时做响应保护。
CAN总线采用隔离设计，稳定性与抗干扰性更优；CAN总线网络完成网关最基本的路由功能，速率转换，信号路由，网络诊断以及唤醒睡眠机制；CAN总线网络通过CAN接口实现主控单元与其他车身电子控制器之间的信息互联，为各个控制器的功能执行提供所需数据，不同网络间CAN Frame的ID可通过网关进行优化，提高CAN仲裁效率；当ON档、ACC档、充电使能信号处于OFF时，具有唤醒功能的CAN控制器处于激活状态；当四路CAN网络中，待任意一路CAN网络中存在CAN总线信号时，则系统结束休眠状态，实现系统唤醒，有效地保证系统低功耗运行。
本发明的优点是：
1.本发明采用集成网关功能的技术方案。通过多路高速CAN网络的信息互联，实现车身信息可靠，稳定，高速的传输。由于集成整车控制器与网关功能于一体，减少了车内电子控制器的数量，节省了车内空间；
2.本发明设计中系统除网关通讯单元的供电电源由蓄电池提供，其余单元供电电压均来自点火开关ON档，从而降低蓄电池功耗。由于系统实现多路使能硬线唤醒机制和CAN信号唤醒机制，可进一步降低整车控制器的系统静态功耗，满足越来越多汽车厂家对汽车电子产品低功耗需求；
3.系统实现CAN Boot Loader功能，可快速完成程序下载与仿真，并完成系统升级；
4.PCB板在设计时，采用法拉第笼工艺。将金属外壳与PCB上地平面连接，安装过程中设定螺栓安装扭矩，以保证壳体与PCB地连接正常，且不至于损坏PCB，形成“法拉第笼”，起到良好的静电屏蔽作用。
说明书附图
图1为本发明的整车控制器的系统框图。
图2为本发明的高级电源管理单元电路原理图。
图3为本发明的存储单元电路原理图。
图4为本发明的数字量采集电路原理图。
图5为本发明的频率输入电路原理图。
图6为本发明的高边输出电路原理图。
图7为本发明的低边输出电路原理图。
图8为本发明的CAN总线网络电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图1-8对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于理解本发明的，但并不构成对本发明的限定。
任务1，所述主控单元通过高速SPI通信接口、AD端口、CAN接口，与输入信号处理单元，输出处理单元，存储单元，故障诊断单元，网关通讯单元进行数据连接，实现整车CAN网络信息互联。
任务2，所述主控单元包括微处理器，时钟电路，复位电路、供电电路以及CAN BootLoader调试接口电路。
时钟电路为主控单元提供时钟源；
供电电路为微控制器，存储芯片及CAN Boot Loader调试接口电路供电；
复位电路采用电源内部看门狗，当系统出现故障时，产生复位；
CAN Boot Loader调试接口用于满足系统程序调试、仿真以及满足后期产品版本升级需求。
任务3，所述高级电源管理单元，电源芯片采用的是Infineon的TLE4471系列，该芯片具有宽输入范围，高输出精度，大功率的优点，具有短路、过压、过流及温度过载保护等功能，并且在上电时，这三种电压存在一定的输出时序，完全符合MC9S12X系列的上电时序要求，避免了使用其他电源芯片和分离元件输出这三种电压。这样，不但使得电源模块的功能和稳定性得到保证，同时因为使用元器件较少，节省了PCB空间。
本单元通过快速恢复二极管搭建的防反接电路通过共模滤波，π型滤波给TLE4471进行供电，ON档、ACC档、CAN使能和充电使能信号，控制芯片使能引脚E1、E3，且高电平有效。VCC_5V0控制芯片使能引脚EN，高电平有效，使芯片主电源输出5V，维持系统工作电压。随后输出Tracker1，Tracker2，供外围传感器电路工作。使能信号MCU_EN，控制芯片使能引脚E2使电源稳定工作，关闭电源时监测ON档、ACC档、CAN使能及充电使能无信号处理，结束任务后自杀信号关闭系统电源，达到对系统低功耗的要求。
任务4，所述输入信号处理单元包括模拟量输入电路，数字量输入电路以及PWM输入电路。
模拟量输入电路实现电压式与电阻式采集，电压式与电阻式采集可通过硬件配置；模拟输入电阻式采集，采用电阻分压，π型滤波，同相比例放大(Uo＝(1+Rf/R)Ui)该电路可方便的改为电压跟随电路。也可通过采用模拟量专用芯片实现模拟量采集，AD信号通过芯片内跟随器直接输入到主控单元的AD引脚实现模拟信号滤波处理，实现油门踏板、制动踏板以及温度传感器等信号的采集；
数字量输入电路由数字量采集专用集成芯片实现，每路采集电路可实现硬件上高、低电平可配置。外部高电平或低电平信号存储到芯片存储器内通过SPI与MCU通讯完成信号读取。采集电路拥有滤波功能，可屏蔽高频干扰；系统可实现对D、R、N档的数字量输入采集，完成对高压互锁，雪地模式，冷却液位传感器以及ABS等数字信号的采集；
PWM输入电路由二极管和三级管组成PWM采集电路，前端由双三极管组成的恒流电路，可根据硬件需求进行可配置设计。该部分为PWM输入电路可保障高电平平稳，并实现频率输入的快速有效，频率范围为100Hz～5KHz频率输入。
任务5，所述输出处理单元包括高、低边功率输出电路，PWM输出电路。
高边输出采用专用集成芯片，选择由ON档供电，不采用蓄电池常电供电，实现系统的低功耗需求；高边可实现多路1A，2A电流输出。输出端串联防反二极管，做输出保护。输出端连接1M电阻对电源，满足开路测试。输出端口接电容，另一端连接EARTH，做防静电保护。
低边输出采用专用集成芯片实现。通过SPI接口实现与主控单元的数据通信，低边输出可实现多路0.5A输出，以及1A输出；
PWM输出电路由三极管和限流电阻组成，可实现车速输出以及风扇控制。
任务6，所述存储单元采用EEPROM专用芯片，主控单元通过SPI接口与存储单元实现数据连接并完成读写。
任务7，所述故障诊断单元各端口故障通过SPI把信息传递给MCU，MCU把故障码进行存储同时做响应保护。故障单元与其他单元的接口：低边驱动，输入接口，通过SPI传递错误码，高边驱动通过电平产生故障码到主控单元并通过主控单元驱动报警信号。
系统运行过程中出现的故障，通过统一格式存储在故障存储单元中，以便后续读取相关信息，故障信息包括故障发送时间、里程数、故障类型、故障发生时蓄电池电压、故障相关的信号信息，故障发生频率等。
任务8，所述网关通讯处理单元采用MCU自带的CAN控制器驱动三路TJA1051和一路TJA1043T CAN接口芯片，有共模电感去除共模干扰，加滤波电容去除差模干扰，加ESD防干扰和钳位5V电压。
网关通讯单元除可由ACC档、ON档、充电等信号进行硬线唤醒，也可由CAN信号进行CAN唤醒，当新能源CAN(EV CAN)、动力CAN(P CAN)、车身CAN(B CAN)、故障诊断CAN(DIACAN)中存在CAN总线信号时，唤醒网关功能，BCAN直接网络管理的控制。PCAN采用间接网络管理。
网关通讯处理单元，CAN1实现EV CAN。EV CAN实现车内电机控制器，电池管理系统的信息互联。CAN1：单片机的105和104脚通过RC滤波通讯给TJA1051T/3与外部接口通讯；
CAN2实现B CAN。B CAN实现车内各单元模块之间的信息互联。CAN2：单片机的102和103脚通过RC滤波通讯给TJA1051T/3与外部接口通讯；
CAN3实现P CAN。P CAN功能遵循SAE J1939协议，能与动力系统通信，能直接从系统中读取所需要的信息，如水温、油压和转速等。CAN3：单片机的100和101脚通过RC滤波通讯给TJA1051T/3与外部接口通讯；
CAN4实现DIA CAN。CAN4：单片机的98和99脚通过RC滤波通讯给TJA1043T与外部接口通讯；ESD防护使用的是保护二极管PESD1CAN和PESD5V0。诊断仪通过OBD接口与网关连接，网关根据诊断仪发送的服务指令，分别转发到其他三路CAN通信网络，信息交互过程符合ISO14229和ISO15765国际通用诊断标准。
网关通讯处理单元，在采集各开关信号、传感器信号、读取总线报文的同时，能对所控制的用电设备进行在线诊断，极大地提高了车辆调试和故障维修的效率。连接到CAN网络上的系统能通过CAN总线发送当前故障信息，网关处理单元能直接读取其中的故障信息并以汉字形式显示在液晶屏上。
如图1所示，为整车控制器系统框图
整车控制器包括高级电源管理单元，输入处理单元，输出处理单元，存储单元，故障诊断单元以及网关通讯处理单元。整车控制器由12V蓄电池供电，系统正常工作电压范围：9V～16V。ON档、ACC档、充电信号以及CAN使能信号均能通过硬线唤醒电源管理芯片，满足不同产品对整车控制器的需求；高级电源管理单元可稳定输出5V电压供系统内各单元正常工作，另两路Tracker可稳定输出5V电压供外部传感器工作。另预留电路，可稳定输出12V电压供外部设备应用；12V电源监控电路由一路电阻，电容，二极管组成的AD采集电路以及两路由电阻，电容，二极管组成的I/O采集电路，通过主控处理单元可精确采集供电电源电压。输入处理单元包括模拟量、数字量、以及PWM/频率输入单元。模拟量输入单元实现油门踏板、制动踏板采集，模拟量输入单元通过AD端口与主控单元实现数据连接；PWM/频率输入单元实现车速等信号采集，通过PWM端口与主控单元实现数据连接；数字量输入单元实现空调信号，档位信号，DC/DC控制开关，真空泵，手刹信号，A/C按钮以及其他数字量采集。其中数字量采集芯片可实现AD采集功能，完成其他所需要模拟量采集需求。数字量输入单元通过SPI串行接口与主控单元实现数据连接；输出处理单元包括高边输出，低边输出以及PWM输出单元。高边输出实现DC/DC使能，空调控制输出以及油泵使能等功率输出，可实现1A，2A输出电流。PWM输出完成风扇等PWM功率输出。低边输出单元可实现主继电器控制，预充继电器，转向泵使能，散热风扇使能，倒车灯控制，自动落锁使能，真空泵报警及其他控制输出。低边输出单元通过SPI串行接口与主控单元实现数据连接。存储单元通过SPI串行接口实现与主控单元的数据连接；网关通讯处理单元通过4路CAN接口与主控单元进行数据连接，实现车身CAN信息互联。
如图2所示,为高级电源管理单元电路原理图，主输出为5V/450mA电流实际可用为225～315mA电流；输出采用1nF，10nF，100nF电容并联能抑制宽范围的高频信号。两个基准分别给MCU采集用以此引脚能判断Tracker工作状态。Tracker1输出100mA实际可用为50～75mA电流；Tracker2输出50mA实际可用为25～35mA。
KL_30为蓄电池电源正，B_ISP_KL15Flg为ON档信号，C123，C132为对PCB地平面EARTH的防静电电容；二极管D52，D53为快速恢复二极管，其反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压高；VD10为单向TVS瞬态抑制二极管SM8S24A，VD10连接D53正端与电池负端KL_31，位于电源入口处，可吸收瞬态大电流，并将VD10两端电压箝制在预定的电压值，有效地保护电路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。电解电容E5是电源入口的储能电容，可有效储存能量并起到滤波的作用。陶瓷电容C128，C129，共模滤波器L4，电解电容E2，陶瓷电容C127,组成LC-π型滤波电路。电阻R208一端连接蓄电池地KL_31，另一端连接板子内部GND。LED1为电源输入端的指示灯，电阻R166指示灯的限流电阻。电源正端经处理后由U13的3脚给芯片提供12V供电电压。U13内部自带看门狗，R169一端连接U13的18脚，另一端连接GND，实现看门狗触发。6脚为复位输出引脚，为系统提供复位信号。12脚为复位开关阈值调整引脚，可根据系统电路需要进行复位阈值电压的设定。该电路中，电阻R164一端连接VCC_5V0，另一端与电阻R165串联分压接入U13的12脚，R165另一端连接GND，经两电阻串联分压后所设定的复位阈值电压为1.485V。电容C133一端连接U13的7脚，另一端连接GND，实现芯片的复位延迟设定。电容C134一端连接U13的19脚，另一端连接GND，实现芯片的看门狗延迟设定。U13的5脚为基准电压输出引脚，输出电压经R216限流输出至主控单元，有效起到保护MCU AD输入端口的作用，输出Ref1端对GND接电容C135。U13的15脚为基准电压输出引脚，输出电压经R217限流输出至主控单元，有效起到保护MCU AD输入端口的作用，输出Ref1端对GND接电容C135。VCC_5V0经电阻R172串联连接至U13的14脚，实现Tracker Q3的输出使能。MCU_EN是来自主控单元的自杀使能信号，MCU_EN经二极管D54输入至U13的8脚，当MCU_EN高电平使能有效时，电源芯片U13实现Tracker Q1即输出主电源VCC_5VO，TrackerQ2即供传感器工作电压正常输出，系统可正常工作。8脚对GND连接下拉电阻R174。当MCU_EN低电平使能无效时，U13不工作，达到系统自杀的作用。U13的1脚、10脚、11脚、20脚连接至GND。U13的9脚Q1为VCC_5V0的输出端，电解电容E1为储能电容，C124，C125，C126为输出滤波电容，磁珠FB4起到抑制电磁干扰的作用，稳定输出。LED2为VCC_5V0的电源指示灯，R167为限流电阻。U13的4脚Q2为外部传感器提供输出电压Tracker_APP。电解电容E3为Tracker Q2的输出储能电容，C137，C138为滤波电容。电阻R218，阻值可调，可根据外部设备情况，随时做调整。U13的17脚Q3为外部传感器提供输出电压Tracker_BPP。电解电容E4为Tracker Q3的输出储能电容，C141，C142为滤波电容。电阻R219，阻值可调，可根据外部设备情况，随时做调整。ChgFlg为充电使能信号、KLRFlg为ACC档信号、CAN_INH为充电使能信号，三路信号经快速恢复二极管D56、D57、D29并联输入电阻R176，电阻R177与R176分压4.15V至使能信号Power_EN，使能信号Power_EN输入至U13的2脚与16脚，当外部充电信号，ACC档信号以及CAN使能信号电压满足大于4.15V时，Power_EN使能有效，电源芯片U13正常工作。
如图3所示，为存储单元电路原理图。U8为ST的EEPROM存储芯片，通过SPI串行接口与主控单元进行数据连接。U8的1脚为芯片的片选输入引脚，通过上拉电阻R101连接至系统工作电压VCC。U8的2脚为芯片的数据输出引脚，R102为限流电阻，起到保护主控单元SPI串行接口的作用，电阻R100为上拉电阻。U8的3脚为芯片的写保护引脚，通过电阻R105下拉到GND，维持该引脚的上电电平。U8的4脚为芯片的接地引脚。U8的5脚为芯片的数据输入引脚，通过电阻R104输出至主控单元，实现数据连接，R104起到保护主控制单元SPI串行接口的作用。U8的6脚为芯片的时钟输入引脚，通过电阻R103输出至主控单元，实现数据连接，R103起到保护主控制单元SPI串行接口的作用。电容C56、C57为旁路电容。U8的7脚用于暂停与设备的任何串行通信，而不需要取消设备。要启动HOLD保存条件，必须选择设备，片选信号驱动为低。U8的8脚为芯片的电源引脚。C53为芯片的旁路去耦电容。
如图4所示为数字量采集电路原理图。U12为数字量采集专用芯片。U12的16脚为蓄电池供电电压引脚，B_ISP_KL15Flg为ON档信号。接口电路由电容C96，C97，磁珠FB3组成的EMI电路，起到防电磁干扰的作用，电容C98为次级滤波电容。U12的31脚为芯片工作电压VCC_5V0，电容C100，C99为芯片旁路去耦电容。U12的29脚实现芯片INT_B中断功能，中断开关信号INT_Switch与主控单元进行中断处理，连接电阻R142为上拉至芯片工作电压VCC_5V0。U12的17脚为芯片的唤醒引脚，连接限流电阻R143至电源B_ISP_KL15Flg。U12的2脚为芯片的SPI串行接口Switch_MOSI，实现数据从主控单元输出，输入到U12的功能,R147为上拉电阻，连接至芯片工作电压VCC_5V0。U12的32脚为芯片的SPI串行接口Switch_MISO，实现数据从U12输出，输入到主控单元的功能，R148为上拉电阻，连接至芯片工作电压VCC_5V0。U12的3脚为芯片的时钟信号输入引脚Switch_SCLK，通过SPI接口与主控单元进行数据连接。U12的4脚为芯片的片选信号Switch_CS输入引脚，通过SPI接口与主控单元进行数据连接。U12的30脚为芯片的模拟多路输出引脚，输出信号AD_MCU至主控单元。电阻R157为限流电阻，保护主控单元的AD端口，电容C118为旁路去耦电容。U12的1脚和0脚为芯片的GND引脚。U12的5、6、7、8、25、26、24、28脚为芯片的高有效数字量采集通道，电阻R137～R141，R144～R146为保护电阻，二极管D30～D37为防反接二极管。电容C101～C108为防静电电容。U12的13～15、18～24为为芯片的低有效数字量采集通道，电阻R154～R156，R158～R163，R170为保护电阻，二极管D42～D50，D26为防反接二极管，电容C113～C117，C119～C122,C130为防静电电容。R124为预留电阻，可兼容RS_AD5接口。
如图5所示为频率输入电路原理图。FREQ_IN1为频率输入信号，电容C6起到抗静电防护的作用；R10为三极管Q1基极保护电阻，二极管D1为防反接二极管。电容C7，电阻R12，稳压二极管VD2，为三极管缓冲保护作用。二极管D3的作用为快速泄放的作用。电阻R4为限流电阻。U2A能够将缓慢变化的输人信号转换成清晰无抖动的输出信号，保证频率输入快速有效准确。电容C1为旁路去耦电容。电阻R8上拉至高电平B_ISP_KL15Flg，可保证高电平平稳。
如图6所示，为高边输出电路原理。U5A为高边输出专用芯片，U5A的1,20,19,16为蓄电池供电电压引脚，C43为芯片旁路去耦电容。R51，R95为开路测试电阻。电阻R79，R80为端口保护电阻。电阻R81，R82为下拉电阻，可稳定高边信号IN_HSO1，IN_HSO2输入高电平。ST_1为芯片IN1，IN2的故障反馈引脚，电阻R83为上拉电阻，R84为下拉电阻，C46为滤波电容。二极管D18，D19为防反接二极管。电容C44，C45为为防静电干扰电容。
如图7所示，为低边输出电路原理。U4为低边输出专用芯片，U4的8脚为芯片工作电压VCC_5VO。电容C25，C23为芯片旁路去耦电容。LSO_Fault为芯片的故障标识信号，需上拉电阻R41。LSO_Reset为芯片的复位信号，需连接上拉电阻R40。LSO_MISO为芯片的SPI接口，实现数据主入从出，可根据需要焊接上拉电阻R39。LSO_MOSI为芯片的SPI接口,实现数据主出从入，可根据需要焊接上拉电阻R38。LSO_SCLK为芯片的SPI接口,实现芯片的时钟输入。LSO_CS为芯片的SPI接口,实现芯片的片选信号输入。U4的11脚为可调控引脚，可根据设计需要进行上拉配置，R50为上拉电阻，电容C36为滤波电容。完成通道1～4,9～12的配置。U4的2～5、14～17、20～23、32～35为芯片的高边输出引脚。其中4、5并联输出，14、15并联输出，22、23并联输出，32、33并联输出，20、21并联输出，34、35并联输出。二极管D2～D10、D12为防反接二极管。电容C22，C24，C26～C32，C34抗静电干扰的作用。
如图8所示，为CAN总线网络电路原理图。网关通讯单元通过三路高速CAN控制器TJA1051和一路带唤醒高速CAN控制器TJA1043T组成的高速CAN总线网络。U3为带唤醒的高速CAN隔离芯片，功能上实现故障诊断CAN。单片机的98和99脚通过RC滤波通讯给TJA1043T与外部接口通讯；VCC_VBAT为蓄电池电压，二极管D28为防反接二极管，电容C1，C5为旁路去耦电容。R2为芯片唤醒引脚的上拉电阻，C151为滤波电容。CAN_INH为芯片正常工作使能引脚，R1为限流电阻。U3的3脚为芯片的工作电压VCC_5V0。U3的5脚为芯片逻辑电平的供电电压VCC_5V0。CAN_STBN为芯片待机输入引脚，低电平时，芯片工作在低功耗模式，可根据硬件需要配置下拉电阻R3。CAN_EN为芯片输入使能引脚，可根据硬件需要配置下拉电阻R9。CAN_ERRN为芯片的错误和电源上电的输出信号，低电平有效。CAN3_TXD为CAN发送信号，R130为端口保护电阻，C90为滤波电容将输入线上的共模电流旁路到GND。CAN3_RXD为CAN接收信号，R133为端口保护电阻，C91为滤波电容将输入线上的共模电流旁路到GND。L3为CAN总线共模滤波器，抑制CAN总线电路中的EMI干扰。C92，C93为CAN总线网络中的负载电容。R132，R131为CAN总线网络中的负载电阻。ESD2和VD10为保护二极管，起到防静电保护的作用。CAN3_H为高位CAN总线，CAN3_L为低位CAN总线。SPLIT为芯片的共态输出点。电阻R136，电容C95起到保护PCB板内GND的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施方法，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集成网关功能的低功耗整车控制器，其特征在于：包括主控单元，数字量输入信号处理单元，模拟量信号处理单元，高边输出单元，低边输出单元，存储单元，网关通讯处理单元，故障诊断单元以及高级电源管理单元；
所述主控单元通过高速SPI通信接口与数字量输入信号处理单元连接；主控单元与高边输出单元连接，还通过高速SPI通信接口与低边输出单元连接；
主控单元通过高速SPI通信接口与存储单元连接；
所述主控单元通过AD端口与模拟量信号处理单元连接；
所述主控单元通过CAN接口与网关通讯处理单元进行数据连接，实现整车CAN总线网络信息互联；
所述主控单元与故障诊断单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成网关功能的低功耗整车控制器，其特征在于：
所述主控单元包括微处理器，时钟电路，复位电路、供电电路以及CAN Boot Loader调试接口电路；
时钟电路为主控单元提供时钟源；
供电电路为单片机，存储芯片及CAN Boot Loader调试接口电路供电；
复位电路采用电源芯片内部自带看门狗，当系统出现故障时，产生复位；
CAN Boot Loader调试接口电路用于满足系统程序调试，仿真，参数标定以及满足后期产品版本升级需求。
3.根据权利要求1所述的一种集成网关功能的低功耗整车控制器，其特征在于：
所述高级电源单元输入端为12V蓄电池，正常供电范围为9V～16V；高级电源管理单元可稳定输出三路电压：一路为主输出电压，给控制器内各个单元供电，保证安全可靠工作；另两路输出电压给外部传感器供电，保证外部传感器稳定工作；高级电源电路采用汽车级专用芯片，可以通过ON档，ACC档，CAN使能信号，充电使能信号以及主控单元自杀使能信号，实现整车控制器的多路硬线唤醒机制，从而降低整车控制器待机静电功耗，满足电动汽车厂商对整车控制器低功耗的需求。
4.根据权利要求1所述的一种集成网关功能的低功耗整车控制器，其特征在于：输入信号处理单元包括模拟量输入电路，数字量输入电路以及PWM输入电路；
模拟量输入电路实现电压式与电阻式采集，电压式与电阻式采集可通过硬件配置；
数字量输入电路由数字量采集专用集成芯片实现，每路采集电路实现硬件上高、低电平可配置，采集电路拥有滤波功能，可屏蔽高频干扰；
PWM输入电路由二极管和三级管组成PWM采集电路，前端由双三极管组成的恒流电路，可根据硬件需求进行可配置设计；该输入电路可实现多路频率范围为100Hz～5KHz频率输入，完成车速等频率采集。
5.根据权利要求1所述的一种集成网关功能的低功耗整车控制器，其特征在于：输出处理单元包括高、低边功率输出电路，PWM输出电路；
高边输出采用专用集成芯片，选择由点火开关ON档供电，实现系统的低功耗需求。高边可实现多路1A，2A电流输出，满足开路测试，并通过输出端与法拉第笼连接实现防静电保护；
低边输出采用专用集成芯片实现。通过SPI接口实现与主控单元的数据通信，低边输出可实现多路0.5A,1A功率输出；
PWM输出电路由三极管和限流电阻组成，实现车速输出以及风扇控制。
6.根据权利要求1所述的一种集成网关功能的低功耗整车控制器，其特征在于：存储单元采用EEPROM专用芯片，通过SPI接口与主控单元实现数据连接。
7.根据权利要求1所述的一种集成网关功能的低功耗整车控制器，其特征在于：故障诊断单元通过SPI串口通信把信息传递给主控单元，主控单元把故障码进行存储同时做响应保护。
8.根据权利要求1所述的一种集成网关功能的低功耗整车控制器，其特征在于：CAN总线采用隔离设计，稳定性与抗干扰性更优；CAN总线网络完成网关最基本的路由功能，速率转换，信号路由，网络诊断以及唤醒睡眠机制；CAN总线网络通过CAN接口实现主控单元与其他车身电子控制器之间的信息互联，为各个控制器的功能执行提供所需数据，不同网络间CAN Frame的ID可通过网关进行优化，提高CAN仲裁效率；当ON档、ACC档、充电使能信号处于OFF时，具有唤醒功能的CAN控制器处于激活状态；当四路CAN网络中，待任意一路CAN网络中存在CAN总线信号时，则系统结束休眠状态，实现系统唤醒，有效地保证系统低功耗运行。
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