CN203727307U - 一种纯电动汽车整车控制模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纯电动汽车整车控制模块，是应用于电池—超级电容纯电动汽车，电池—超级电容纯电动汽车的组成包括：电池—超级电容构成的复合动力源、电池管理系统、电机和电机控制器，其特征是，整车控制模块的组成包括：主控MCU模块、CAN通讯模块和信号处理模块。本实用新型不仅能准确地采集各种类型输入的信号，还拥有可靠的CAN通讯功能，有效提高信号处理的效率，从而提高整车控制的稳定性与驾驶的安全性。

Description

一种纯电动汽车整车控制模块

技术领域

本实用新型涉及一种应用在电动汽车领域，具体地说是一种车辆在行驶过程中整车控制性能和能量管理优化的整车控制模块。

背景技术

随着社会经济的快速发展，传统汽车保有量逐年增加，使得能源短缺和环境污染日益恶化，电动汽车可以有效地减少石油资源的消耗和尾气排放，代表了未来汽车的发展方向，发展电动汽车已是迫在眉睫。

目前一些纯电动汽车无整车控制模块，不能很好的实现对车辆的从提控制。有一些整车控制模块功能不完善，例如无法采集多样化的外部信号，从而限制了整车传感器的使用；没有CAN通讯模块，从而使整车通信线束过于繁杂；采集的信号不够稳定，从而容易产生误操作或者操作后无反应等问题。

整车控制器是电动汽车整车控制系统的核心部分，是整车驱动控制策略基础，对电动汽车的驾驶性能的提高、再生能量回收、能量利用优化、车辆的状态与监视等功能起着关键的作用，也是衡量整车控制系统性能及功能等级的主要部件，它的性能好坏直接影响到整套控制系统的控制效果。

发明内容

本实用新型为克服现有技术存在的不足之处提出一种成本低、结构设计简单，同时能够安全高效的实现整车控制功能的整车控制器，不仅能准确地采集各种类型输入的信号，还拥有可靠的CAN通讯功能，有效提高信号处理的效率，从而提高整车控制的稳定性与驾驶的安全性。

本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型一种纯电动汽车整车控制器，是应用于电池—超级电容纯电动汽车，所述电池—超级电容纯电动汽车的组成包括：电池—超级电容构成的复合动力源、电池管理系统、电机和电机控制器，其特点是，所述整车控制器的组成包括：主控MCU模块、CAN通讯模块和信号处理模块；

所述CAN通讯模块分别接收从所述电机控制器和电池管理系统发送的电机状态CAN信号和电池状态CAN信号并传递给所述主控MCU模块；

所述信号处理模块获取所述电池—超级电容纯电动汽车的三个档位信号、复位信号和车速信号并进行处理分别获得三个档位开关量信号、复位开关量信号和车速模拟信号发送给所述主控MCU模块；

所述主控MCU模块接收所述三个档位开关量信号、复位开关量信号和车速模拟信号以及电机状态CAN信号和电池状态CAN信号，并根据所述档位开关量信号控制所述纯电动汽车的前进、后退或驻车；根据所述复位开关量信号控制所述纯电动汽车整车控制器的复位；所述主控MCU模块采集两个踏板模拟信号，并根据所述两个踏板模拟信号、车速模拟信号和电机状态CAN信号控制所述电机的转速和转矩；根据所述两个踏板模拟信号、车速模拟信号和电池状态CAN信号协调所述电池与超级电容的能量分配。

本实用新型纯电动汽车整车控制器的特点也在于，

所述CAN通讯模块采用两个收发模块CTM1050T：CAN0收发模块CTM1050T和CAN4收发模块CTM1050T；所述主控MCU模块和CAN通讯模块的连接关系为：

所述主控MCU模块的TXCAN0引脚与RXCAN0引脚分别与所述CAN0收发模块CTM1050T的RXD引脚与TXD引脚相连，用于传递所述电机状态CAN信号；所述主控MCU模块的TXCAN4引脚与RXCAN4引脚分别与所述CAN4收发模块CTM1050T的RXD引脚与TXD引脚相连，用于传递所述电池状态CAN信号。

所述主控MCU模块通过PAD01引脚和PAD00引脚采集所述两个踏板模拟信号。

所述信号处理模块的组成包括开关量信号处理单元和脉冲信号处理单元。

所述主控MCU模块和开关量信号处理单元的连接关系为：

所述开关量信号处理单元通过TLP0A引脚、TLP3A引脚、TLP5A引脚和TLP7A引脚接收所述三个档位信号和复位信号并进行处理后分别获得三个档位开关量信号、复位开关量信号并通过16引脚、14引脚、12引脚和10引脚传递给所述主控MCU模块的PH0引脚、PH1引脚、PH2引脚和Reset引脚；

所述主控MCU模块和脉冲信号处理单元的连接关系为：

所述脉冲信号处理单元的THOLD引脚接收车速信号并进行处理获得车速模拟信号后通过CURRENT_O引脚传递给所述主控MCU模块的PAD02引脚。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型能有效提高电动汽车的续驶里程，使电动车稳定地行驶；

2、本实用新型使用的主控MCU具有性价比高，内带资源丰富，运行速度快，加密性能强等特点，能很好适用于车辆的控制；

3、本实用新型控制器在外围添加带有光电隔离功能的收发器，能准确传递CAN报文，降低干扰，提高了CAN通信效率；

4、本实用新型控制器采集中断信号及复位信号时采用了光电隔离技术，有效避免了驾驶员误操作或者操作后车辆无作为的情况发生，提高了行车的安全性；

5、本实用新型控制器能够采集不同种类传感器的信号，比如正弦波，脉冲波等，并将这些信号转化为单片机能识别的模拟信号或者数字信号，从而减少了对车用传感器的限制。

6、本实用新型整车控制模块，将嵌入式开发方法融入整车控制器控制单元开发方式中，集驱动控制、能量流管理控制等多种控制系统汇于一个整车控制模块，技术为业内领先，应用前景广阔。

附图说明

图1为本实用新型整车控制模块结构简图；

图2为本实用新型主控MCU模块与两个收发模块连接示意图；

图3为本实用新型主控MCU模块和开关量信号处理单元的连接图；

图4为本实用新型主控MCU模块和脉冲信号处理单元的连接图；

图5为本实用新型开关量信号输入滤波处理电路图；

图6为本实用新型开关量信号输出滤波处理电路图；

图7为本实用新型正弦信号采集电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种纯电动汽车整车控制器，是应用于电池—超级电容纯电动汽车，电池—超级电容纯电动汽车的组成包括：电池—超级电容构成的复合动力源、电池管理系统、电机和电机控制器，本实施例中的整车控制器的组成包括：主控MCU模块、CAN通讯模块、信号处理模块和单片机最小系统；

具体实施中，主控MCU模块采用112引脚的MC9S12DG128MPVE飞思卡尔单片机，内置AD转换模块用来处理模拟信号以及集成两个MSCAN单元分别用于处理和收发CAN信号；单片机最小系统是由晶振和电源模块组成，为整车控制器提供系统电源并保证其稳定运行。

CAN通讯模块分别接收从电机控制器和电池管理系统发送的电机状态CAN信号和电池状态CAN信号并传递给主控MCU模块的MSCAN0单元和MSCAN4单元；具体实施中，CAN通讯模块分别采用两个相同的收发模块CTM1050T，即CAN0收发模块CTM1050T和CAN4收发模块CTM1050T用于与主控MCU模块进行通讯；

如图2所示，主控MCU模块和CAN通讯模块的连接关系为：主控MCU模块的MSCAN0单元的TXCAN0引脚与RXCAN0引脚分别与CAN通讯模块的CAN0收发模块CTM1050T的RXD引脚与TXD引脚相连，用于传递电机状态CAN信号；主控MCU模块的MSCAN4单元的TXCAN4引脚与RXCAN4引脚分别与CAN通讯模块的CAN4收发模块CTM1050T的RXD引脚与TXD引脚相连，用于传递电池状态CAN信号；收发模块CTM1050T的2号引脚为高电平供电引脚，1号引脚为接地引脚，8号引脚悬空；CAN0收发模块CTM1050T的6号引脚与7号引脚分别为与CAN4收发模块CTM1050T的6号引脚与7号引脚相连；用作CAN节点之间通讯的高低电平数据线，在收发模块CTM1050T的高低电平数据线之间串联一个120欧姆的电阻，用来防止长波信号产生的反射。

信号处理模块获取电池—超级电容纯电动汽车的档位信号、复位信号和车速信号并进行处理分别获得三个档位开关量信号、复位开关量信号和车速模拟信号发送给主控MCU模块；

主控MCU模块接收三个档位开关量信号、复位开关量信号和车速模拟信号以及电机状态CAN信号和电池状态CAN信号，并根据档位开关量信号控制纯电动汽车的前进、后退或驻车；根据复位开关量信号控制纯电动汽车整车控制器的复位；主控MCU模块通过PAD01引脚和PAD00引脚采集两个踏板模拟信号（加速踏板信号和制动踏板信号），并由内置的AD处理模块将两个踏板模拟信号转化为两个踏板数字信号；根据两个踏板数字信号、车速模拟信号和电机状态CAN信号控制电机的转速和转矩；根据两个踏板数字信号、车速模拟信号和电池状态CAN信号协调电池与超级电容的能量分配；

信号处理模块的组成包括开关量信号处理单元和脉冲信号处理单元；主控MCU模块和开关量信号处理单元的连接关系为：

如图3所示，本实施例中，开关量信号处理单元采用TLP521-4光电隔离芯片；TLP521-4光电隔离芯片通过TLP0A引脚、TLP3A引脚、TLP5A引脚和TLP7A引脚接收经过滤波处理后的三个档位信号和复位信号，并将三个档位信号和复位信号进行光电隔离处理后分别获得三个档位开关量信号、复位开关量信号并通过16引脚、14引脚、12引脚和10引脚传递给MC9S12DG128MPVE飞思卡尔单片机的PH0引脚、PH1引脚、PH2引脚和Reset引脚；其中，LP521-4光电隔离芯片的10引脚设定为复位信号，MC9S12DG128MPVE飞思卡尔单片机的16引脚、14引脚、12引脚用来触发中断；TLP521-4光电隔离芯片其余的8个引脚都接地。

如图5和图6所示，在开关量信号处理单元中，除了使用TLP521-4光电隔离芯片的四路光电隔离电路来避免自身输出端对输入端的影响外，还分别在TLP521-4光电隔离芯片的输入端和输出端引入了两个滤波电路，即在输入端并联电容、二极管和电阻，在输出端并联两个电容一个电阻来降低开关量信号传输过程中的干扰，提高了信号传递稳定性。

如图4所示，本实施例中，脉冲信号处理单元采用LM331芯片；主控MCU模块和脉冲信号处理单元的LM331芯片连接关系为：

LM331芯片的THOLD引脚接收车速信号并进行处理获得车速模拟信号后通过CURRENT_O引脚传递给主控MCU模块的PAD02引脚；主控MCU模块的PAD02引脚接收的车速模拟量信号是由脉冲信号转化而来的，通过脉冲信号处理电路转化为模拟量信号，并通过引脚71引脚传递给MCU，完成脉冲信号的采集。

LM331芯片的6号引脚为脉冲信号输入引脚，并在输入信号与6号引脚之间串联一个470pF的电容；1号引脚为输出引脚，并加入1uF电容与100K电阻来滤波；3号引脚与4号引脚接地；8号引脚接高电平，7号引脚为比较电平输入端，通过在高低电平件串联电阻来设置比较电平；2号引脚参考电流设置端，通过变阻器来调节参考电流；5号引脚通过在高低电平件串联电容与电阻起滤波作用。

除此之外，为了扩展控制器的通用性，使其能接收更多种的传感器信号，本实用新型添加了正弦信号的处理模块，如图7所示，正弦信号采集电路使用LM2901芯片，其4号引脚、6号引脚、8号引脚和10号引脚分别为参考电压端，通过分别在高低电平之间串联四个变阻器来设定参考电压；5号引脚、7号引脚、9号引脚和11号引脚为正弦信号输入端，用来采集正弦信号波；1号引脚、2号引脚、13号引脚和14号引脚为数字信号输出端，分别与MCU的10号引脚、9号引脚、12号引脚、11号引脚相连，用来捕捉输出的数字信号；剩余的12引脚接低电平，3引脚接高电平。

Claims (6)

1.一种纯电动汽车整车控制模块，是应用于电池—超级电容纯电动汽车，所述电池—超级电容纯电动汽车的组成包括：电池—超级电容构成的复合动力源、电池管理系统、电机和电机控制器，其特征是，整车控制模块的组成包括：主控MCU模块、CAN通讯模块和信号处理模块； 

所述CAN通讯模块分别接收从所述电机控制器和电池管理系统发送的电机状态CAN信号和电池状态CAN信号并传递给所述主控MCU模块； 

所述信号处理模块获取所述电池—超级电容纯电动汽车的三个档位信号、复位信号和车速信号并进行处理分别获得三个档位开关量信号、复位开关量信号和车速模拟信号发送给所述主控MCU模块； 

所述主控MCU模块接收所述三个档位开关量信号、复位开关量信号和车速模拟信号以及电机状态CAN信号和电池状态CAN信号，并根据所述档位开关量信号控制所述纯电动汽车的前进、后退或驻车；根据所述复位开关量信号控制所述纯电动汽车整车控制器的复位；所述主控MCU模块采集两个踏板模拟信号，并根据所述两个踏板模拟信号、车速模拟信号和电机状态CAN信号控制所述电机的转速和转矩；根据所述两个踏板模拟信号、车速模拟信号和电池状态CAN信号协调所述电池与超级电容的能量分配。 

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车整车控制模块，其特征是，所述CAN通讯模块采用两个收发模块CTM1050T：CAN0收发模块CTM1050T和CAN4收发模块CTM1050T；所述主控MCU模块和CAN通讯模块的连接关系为： 

所述主控MCU模块的TXCAN0引脚与RXCAN0引脚分别与所述CAN0收发模块CTM1050T的RXD引脚与TXD引脚相连，用于传递所述电机状态CAN信号；所述主控MCU模块的TXCAN4引脚与RXCAN4引脚分别与所述CAN4收发模块CTM1050T的RXD引脚与TXD引脚相连，用于传递所述电池状态CAN信号。 

3.根据权利要求1所述的纯电动汽车整车控制模块，其特征是，所述主控MCU模块通过PAD01引脚和PAD00引脚采集所述两个踏板模拟信号。 

4.根据权利要求1所述的纯电动汽车整车控制模块，其特征是，所述信号处理模块的组成包括开关量信号处理单元和脉冲信号处理单元。 

5.根据权利要求4所述的纯电动汽车整车控制模块，其特征是，所述主控MCU模块和开关量信号处理单元的连接关系为： 

所述开关量信号处理单元通过TLP0A引脚、TLP3A引脚、TLP5A引脚和TLP7A引脚接收所述三个档位信号和复位信号并进行处理后分别获得三个档位开关量信号、复位开关量信号并通过16引脚、14引脚、12引脚和10引脚传递给所述主控MCU模块的PH0引脚、PH1 引脚、PH2引脚和Reset引脚。 

6.根据权利要求4所述的纯电动汽车整车控制模块，其特征是，所述主控MCU模块和脉冲信号处理单元的连接关系为： 

所述脉冲信号处理单元的THOLD引脚接收车速信号并进行处理获得车速模拟信号后通过CURRENT_O引脚传递给所述主控MCU模块的PAD02引脚。