CN1932703A - 一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元 - Google Patents
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Abstract
一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元,它由三块印制电路板组成,包括控制电源板,信号输入输出板和CPU控制板,信号输入输出板将外部输入信号调整成CPU控制板可以识别的信号,并将CPU控制板的控制命令转换为对外部的直接控制电平信号,电源板则主要为系统提供工作电源,其集成度高,适于汽车有限的空间进行布置安装,输入输出通道丰富,部分关键电路采用冗余设计,功能齐全,资源丰富,为实现整车多能源控制算法提供了稳定可靠的硬件平台。
Description
技术领域
本发明属于汽车动力控制系统,特别是一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元。
背景技术
当今,石油资源严重短缺,各国正在致力于发展电动汽车产业。由于目前的电池技术仍处于瓶颈状态,未能有较大突破,而氢燃料电池成本又居高不下,因此纯电动车和燃料电池电动车的发展在目前仍受较大制约,在很长的一段时期内,混合动力电动车发展前景良好,有望近期实现产业化。顾名思义,混合动力车的动力来源是有多种形式的能量混合提供的,包括动力蓄电池化学能、发动机动能、发电机电能及驱动电机制动所产生的电能,最终这些能量转化为机械能驱动车轮前进。由于混合动力车动力来源的多样性和复杂性,其动力系统的总成控制也相对复杂,技术难度大。整车中央控制单元主要是采集各动力部件的工作状态信息,通过多能源总成控制算法对各动力部件进行多能源的协调控制,使混合动力车整车的环保性、经济性和动力性达到最优。
发明内容
为了在兼顾整车的动力性的同时,能有效的协调控制发动机、电池、驱动电机,使多种能源匹配均衡,从而降减少动机排放、降低发动机油耗,最终实现整车的环保性、经济性和动力性。本发明提供一种用于混合动力车的整车中央控制单元。
它由三块印制电路板组成,包括控制电源板1,信号输入输出板2和CPU控制板3,信号输入输出板将外部输入信号调整成CPU控制板可以识别的信号,并将CPU控制板的控制命令转换为对外部的直接控制电平信号,电源板则主要为系统提供工作电源,其中:
所述控制电源板1由DC/DC电源模块进行直流变换,它包括为所述信号输入输出板2和CPU控制板3提供工作电源的一路5V/10W直流电源、二路±12V/10W直流电源;为整车动力部件的电压电流传感器提供1路±15V/10W的直流电源;为发电机的励磁机提供控制电源,该电源0-42V/200W可调,通过调节该电源的大小可控制发电机的输出电压和输出功率。
所述控制电源板1采用PWM电压控制芯片SG2843和功率MOS管IRFP460以及其他电感电容等分离元件组成了升压斩波电路,将18-32V的直流电源升压至42V,为了提高其可靠性,本发明采用了两组升压斩波电路并联,当任何一组电源出现故障时,另一路都能自动投入工作。为了控制发电机的输出电压及功率,需要对励磁控制电源进行调节。本发明中对励磁控制电源的调节是这样实现的,将42V电源与发电机的励磁控制线圈之间串连一个功率MOS管IRFP460,通过PWM控制MOS管IRFP460的开通关断的占空比,可以使励磁线圈的两端的励磁控制电压从0-42V连续可调。该PWM控制信号是由所述的信号输入输出板提供的。
所述信号输入输出板2包括开关量采集单元、模拟量采集单元、脉冲量采集单元、开关量输出单元和模拟量输出单元,所述开关量采集单元包括12路高电平输入有效的采样电路,8路低电平输入有效的采样电路,4路高低电平输入有效可配置的采样电路;所述模拟量采集单元包括17路采用LM124运算放大器、ISO124精密隔离运算放大器及其他分立的阻容元件构成的模拟采样电路;所述脉冲量采集单元包括4路由LM139比较器、HCPL600高速光藕以及74ACT14构成的采样电路,实现对脉冲信号的检波、隔离、整形的脉冲量采集电路;所述开关量输出单元包括4路低边输出和8路高边输出电路;所述模拟量输出单元包括采用SPI接口的12位数模转换芯片DAC7614,以及LM124组成的4路隔离的模拟量输出电路;
所述CPU控制板3对数据信息进行分析处理,通过计算后对各动力部件给出控制命令它包括高速POWERPC处理器、2Mbytes程序存储器和1Mbytes数据存储器,实时时钟,128Kbytes大容量铁电存储器;还包括3路带光隔的CAN2.0B接口,2路带光隔的RS232接口和PI同步串行接口;其IO接口包括32路TPU,32路QADC,24路,各接口均可灵活配置为输入或输出。
附图说明
图1为本发明原理框图;
图2为本发明为发电机励磁机提供的控制电源电路原理框图。
具体实施方式
如图1、图2所示,一种用于混合动力车的整车中央控制单元,它由三块印制电路板组成,包括控制电源板1,信号输入输出板2和CPU控制板3,信号输入输出板将外部输入信号调整成CPU控制板可以识别的信号,并将CPU控制板的控制命令转换为对外部的直接控制电平信号,电源板则主要为系统提供工作电源,其中:
所述控制电源板,包括:1)为所述的信号输入输出板和CPU控制板提供工作电源,包括一路5V/10W直流电源、2路±12V/10W直流电源。在本发明中,选用DC/DC电源模块,其型号分别是:XR10/12S05W(1个,5V/10W直流),XR10/24D12-12(2个,±12V/10W直流)。2)为整车动力部件的电压电流传感器提供1路±15V/10W的直流电源。在本发明中,选用DC/DC电源模块,其型号是:XR10/24D15-15(1个,±15V/10W直流)。3)是为发电机的励磁机提供控制电源,该电源0-42V/200W可调,通过调节该电源的大小可控制发电机的输出电压和输出功率。本发明选用了PWM电压控制芯片SG2843和功率MOS管IRFP460以及其他电感电容等分离元件组成了升压斩波电路,将18-32V的直流电源升压至42V,为了提高其可靠性,本发明采用了了两组升压斩波电路并联,当任何一组电源出现故障时,另一路都能自动投入工作。为了控制发电机的输出电压及功率,需要对励磁控制电源进行调节。本发明中对励磁控制电源的调节是这样实现的,将42V电源与发电机的励磁控制线圈之间串连一个功率MOS管IRFP460,通过PWM控制MOS管IRFP460的开通关断的占空比,可以使励磁线圈的两端的励磁控制电压从0-42V连续可调。该PWM控制信号是由所述的信号输入输出板提供的。
所述信号输入输出板,包括:1)开关量采集单元。主要采集整车的以下信息:司机钥匙位置、方向档位信号、控制模式选择信号、驻车信号、制动气缸低气压报警信号、空气制动有效信号、离合器离合状态信号、发动机机油压力报警信号、发动机燃油预热信号、发动机冷却水位报警信号等。本发明中开关量采样电路分为三种类型,12路高电平输入有效的采样电路,8路低电平输入有效的采样电路,4路高低电平输入有效可配置的采样电路。该采样电路均采用了光电耦合元件,以保证电路的可靠性。2)模拟量采集单元。主要要采集动力电池的电压、充放电电流,发电机的输出电压、电流,电机控制器的电流,辅助动力系统的电流,辅助24V电池的电压信号,司机加速踏板信号、制动踏板信号,控制单元温度信号,外部环境温度信号。本发明的模拟量采样电路共有17路,主要是采用LM124运算放大器、ISO124紧密隔离运算放大器及其他分离的阻容元件构成了4种不同的模拟采样电路,以适应系统需求。3)脉冲量采集单元。主要针对车速传感器进行车速采集。本发明有4路脉冲量采集电路,采用了LM139比较器、HCPL600高速光藕以及74ACT14,实现对脉冲信号的检波、隔离、整形。4)开关量输出单元。主要控制动力电池的主接触器,电机控制器的预充电接触器和主接触器,整流器的散热风扇,离合器离合控制,电制动的指示,发动机ECU的唤醒,发动机启动电机的启动控制,以及面板指示灯。本发明中包含了4路低边输出和8路高边输出电路以适应系统需求。5)模拟量输出单元。主要用于控制发动机的油门信号,离合器的离合程度控制信号。本发明采用了SPI接口的12位数模转换芯片DAC7614,以及LM124组成4路隔离的模拟量输出信号。
所述的CPU控制板,其主要功能是对数据信息进行分析处理,通过计算后对各动力部件给出控制命令。有以下具体功能特点:高速POWERPC处理器(汽车工业级MPC561芯片主频最高56MHz),满足复杂整车算法的实时实现;2Mbytes程序存储器和1Mbytes数据存储器,满足程序及大量MAP图的存储要求;实时时钟与128Kbytes大容量铁电存储器配合使用,可对整车故障及关键信息进行准确记录和可靠存储;3路带光隔的CAN2.0B接口可与多种不同协议的CAN部件进行数据交换;2路带光隔的RS232接口,方便实现基于串口的程序在线下载和控制参数的在线匹配标定;SPI同步串行接口,可扩展多路SPI外围设备如SPI数模转换器;极其丰富的IO接口(32路TPU,32路QADC,24路等,各接口均可灵活配置为输入或输出)大大增强了CPU子板通用性;子板带有USB取电口,与CAN卡的匹配接口,以及与PC机通讯的标准RS232接口,方便单板调试;子板对母板的接口选用4个40芯2.54mm间距的镀金双排插座,并采用不对称布置,以防插错;四层PCB设计。
本发明具有以下优势和特点:1)集成度高,适于汽车有限的空间进行布置安装。2)输入输出通道丰富,在功能上完全适合于电动车的要求。3)该技术借鉴了铁路产品的设计理念,部分关键电路采用冗余设计,其高可靠性、高安全性满足汽车运行环境。4)汽车控制专用32位CPU处理速度快,针对性强,适于作汽车整车控制。5)功能齐全,资源丰富,为实现整车多能源控制算法提供了稳定可靠的硬件平台。
Claims (2)
1、一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元,它由三块印制电路板组成,包括控制电源板(1),信号输入输出板(2)和CPU控制板(3),信号输入输出板(2)将外部输入信号调整成CPU控制板(3)可以识别的信号,并将CPU控制板(3)的控制命令转换为对外部的直接控制电平信号,电源板则(1)主要为系统提供工作电源,其特征在于:
所述控制电源板(1)由DC/DC电源模块进行直流变换,它包括为所述信号输入输出板(2)和CPU控制板(3)提供工作电源的一路5V/10W直流电源、二路±12V/10W直流电源;为整车动力部件的电压电流传感器提供1路±15V/10W的直流电源;为发电机的励磁机提供控制电源,该电源0-42V/200W可调,通过调节该电源的大小可控制发电机的输出电压和输出功率;
所述信号输入输出板(2)包括开关量采集单元、模拟量采集单元、脉冲量采集单元、开关量输出单元和模拟量输出单元,所述开关量采集单元包括12路高电平输入有效的采样电路,8路低电平输入有效的采样电路,4路高低电平输入有效可配置的采样电路;所述模拟量采集单元包括17路采用LM124运算放大器、IS0124精密隔离运算放大器及其他分立的阻容元件构成的模拟采样电路;所述脉冲量采集单元包括4路由LM139比较器、HCPL600高速光藕以及74ACT14构成的采样电路,实现对脉冲信号的检波、隔离、整形的脉冲量采集电路;所述开关量输出单元包括4路低边输出和8路高边输出电路;所述模拟量输出单元包括采用SPI接口的12位数模转换芯片DAC7614,以及LM124组成的4路隔离的模拟量输出电路;
所述CPU控制板(3)对数据信息进行分析处理,通过计算后对各动力部件给出控制命令,它包括高速POWERPC处理器、2Mbytes程序存储器和1Mbytes数据存储器,实时时钟,128Kbytes大容量铁电存储器;还包括3路带光隔的CAN2.0B接口,2路带光隔的RS232接口和PI同步串行接口;其IO接口包括32路TPU,32路QADC,各接口均可灵活配置为输入或输出。
2、如权利要求1的一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元,其特征在于所述控制电源板(1)采用PWM电压控制芯片SG2843和功率MOS管IRFP460以及其他电感电容等分离元件组成了升压斩波电路,将18-32V的直流电源升压至42V,采用了两组升压斩波电路并联,当任何一组电源出现故障时,另一路都能自动投入工作;将42V电源与发电机的励磁控制线圈之间串连一个功率MOS管IRFP460,通过PWM控制MOS管IRFP460的开通关断的占空比,可以使励磁线圈的两端的励磁控制电压从0-42V连续可调,该PWM控制信号是由所述的信号输入输出板提供的。
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