CN204077574U - 一种基于模型设计的通用型汽车控制器 - Google Patents

Abstract

一种基于模型设计的通用型汽车控制器，包括CPU处理器及其连接的位置信号处理电路、AD信号处理电路、开关量信号处理电路、频率量信号处理电路、PWM信号驱动电路、SPI/CAN/RS232通信电路、DA输出电路、大功率驱动电路、故障检测及保护电路、掉电延迟电路、时钟及复位电路，CPU处理器采用32位浮点处理器TMS320F28335，能在快速原型阶段直接运行由模型自动生成的浮点代码，无需额外的实时仿真平台以及代码的定点化、集成，开发时只需进行一次控制系统硬件开发即可，后期控制器出现问题也易查找原因与整改。本设计不仅通用性较强、支持浮点运算，而且能减少开发成本与时间、便于后期维护。

Description

一种基于模型设计的通用型汽车控制器

技术领域

本实用新型涉及汽车电子控制技术领域，尤其涉及一种基于模型设计的通用型汽车控制器，具体适用于提供一种通用性较强、能支持浮点运算的汽车控制器，以减少开发成本与时间、便于后期维护。

背景技术

汽车控制器开发过程中，诸如整车控制器、AMT控制器、发动机控制器、电机主控制器等控制器的控制策略较为复杂，使用Matlab/Simulink搭建好后，必须一一的进行反复的调试优化，而且，目前的控制器不能直接运行Matlab/Simulink控制策略，需要使用专业的设备，并开发出一一配套的信号驱动和调理电路来共同实现，通用性较差，此外，控制策略调试优化完成后，还必须将控制策略的浮点模型定点化，然后生成定点的C代码，写入控制器中进行进一步的调试，从而延长了控制器开发时间，且在使用中，控制器装车后一旦出现控制策略方面的故障，原因很难查找，更改更不方便，后期维护不易。故，目前的控制器主要存在以下问题：

1、整车控制器、AMT控制器、发动机控制器、电机主控制器等各类控制器不能通用，需要多套专用调试设备，并开发多套控制器以及相应的驱动电路，增加了开发时间和开发成本；

2、由于目前常用的控制器不支持浮点运算功能，必须将控制策略模型转换为定点的C代码后，与基础软件进行集成才能使用，这不但延长了控制器开发时间，而且极大的增加了后期维护的难度。

中国，申请公布号为CN102019888A，申请公布日为2011年4月20日的实用新型专利申请公开了一种纯电动汽车的整车控制器及控制方法，该实用新型利用内置有A/D转换功能和CAN总线转换功能的嵌入式处理器来实现整车控制器，以实现省去整车控制器中A/D转换接口电路、简化CAN总线转换电路，并降低整车控制器的故障概率、提高整车控制器的可靠性的目的，但由于其所针对的只是一种控制器，即整车控制器，因而其仍具有通用性较差的缺陷，一旦其被设计完毕，就只能适用于一个固定的方向，若需要应用于别处，就需要重头开始来重新开发控制器，并配置新的调试设备、驱动电路，大大增加了开发时间与成本。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的通用性较差、开发成本较高、开发时间较长的缺陷与问题，提供一种通用性较强、开发成本较低、开发时间较短的基于模型设计的通用型汽车控制器。

为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是：一种基于模型设计的通用型汽车控制器，包括系统电源以及与其电连接的CPU处理器、信号调理电路、通信电路；所述信号调理电路包括AD信号处理电路、开关量信号处理电路，通信电路包括CAN通信电路；所述CPU处理器的输入端与AD信号处理电路、开关量信号处理电路单向信号连接，且CPU处理器与CAN通信电路双向信号连接；

所述通用型汽车控制器还包括与系统电源电连接的驱动电路、DA输出电路、故障检测保护电路、掉电延迟电路、时钟及复位电路；

所述CPU处理器与故障检测及保护电路、掉电延迟电路双向信号连接，CPU处理器的输出端与DA输出电路单向信号连接，CPU处理器的输入端与时钟及复位电路单向信号连接，且系统电源与掉电延迟电路双向信号连接。

所述CPU处理器采用32位浮点处理器TMS320F28335。

所述信号调理电路还包括位置信号处理电路、频率量信号处理电路；所述位置信号处理电路与CPU处理器双向信号连接，频率量信号处理电路与CPU处理器的输入端单向信号连接；

所述位置信号处理电路内设有两种位置信号解调电路以对旋转变压器信号、光电编码器信号进行解调，且该位置信号处理电路采用芯片ADS1205作为解码芯片；

所述开关量信号处理电路采用TLP121GB光耦芯片；

所述频率量信号处理电路包括滞环比较器与整形电路，其中，所述滞环比较器采用LM2903芯片，整形电路采用MC74HC14AD芯片。

所述通信电路还包括SPI通信电路、RS232通信电路；所述SPI通信电路、CAN通信电路、RS232通信电路都与CPU处理器双向信号连接。

所述CAN通信电路采用PHILIPS 的PCA82C250专有收发器；

所述RS232通信电路包括电平转换芯片与隔离电路芯片，其中，所述电平转换芯片是MAX232AESE，隔离电路芯片是hcpl0900。

所述驱动电路包括PWM信号驱动电路、大功率驱动电路；所述PWM信号驱动电路、大功率驱动电路均与CPU处理器的输出端单向信号连接，且大功率驱动电路与故障检测及保护电路双向信号连接。

所述PWM信号驱动电路采用的驱动芯片是LMH6672；

所述大功率驱动电路的最大输出电压为24V，最大输出电流为4A，最大输出功率为100W；所述大功率驱动电路采用BTS732GW作为驱动芯片。

所述系统电源的输入为24V直流电源，输出为±15V、5V、3.3V或1.8V直流电源，且在其内设置有防反接保护电路；所述系统电源采用LM2596ADJ或TPS767D318PWP电源芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型一种基于模型设计的通用型汽车控制器设计了CPU处理器、系统电源、掉电延迟电路、时钟及复位电路、信号调理电路、通信电路、驱动电路、DA输出电路、故障检测保护电路以及它们之间的相互连接关系，该设计综合考虑了整车控制器、AMT控制器、发动机控制器、电机主控制器等在内的各种汽车控制器所需的硬件资源，涵盖了其必须的所有关键性的部件，且在每个部件上都预留出各类硬件接口，以满足不同控制器的需求，通用性较强，当需要设计某种控制器时，只需触发和调用相应的硬件电路即可，不需要重新设计，也不需要配置多套专用调试设备与相应的驱动电路，节约了开发成本，缩短了开发周期。因此，本实用新型通用性较强，开发时间较短，开发成本较低。

2、本实用新型一种基于模型设计的通用型汽车控制器中的CPU处理器采用32位浮点处理器TMS320F28335，该浮点处理器功能强大，能够在快速原型阶段，直接运行由模型自动生成的浮点代码，无需额外的实时仿真平台，使得在本控制器所配套的应用软件开发完成后，便可直接将本控制器投入商品化运用，无需进行代码的定点化、集成等繁琐的工作，确保整个开发过程中，只进行一次控制系统硬件开发，再次缩短了开发时间，降低了开发成本，同时，后期控制器出现问题也比较容易查找原因与整改。因此，本实用新型能够支持浮点运算，不仅能减少开发成本与时间，而且便于后期维护。

3、本实用新型一种基于模型设计的通用型汽车控制器中设计了通用性较强的多种硬件电路以及采用了CPU处理器，该种硬件环境便于开发与其相对应的软件模块库，在设计所需控制器时，可以直接调取该软件模块库中的模块在平台上直接进行基于模型的开发，而不需要手写C代码，不再需要投入时间开发基础软件，可将更多时间投入到控制策略（应用软件）的开发，工作效率较高。因此，本实用新型便于开发规避手写C代码的软件模块库，工作效率较高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型与外部设施的连接示意图。

图中：CPU处理器1、系统电源2、位置信号处理电路3、AD信号处理电路4、开关量信号处理电路5、频率量信号处理电路6、PWM信号驱动电路11、SPI通信电路8、CAN通信电路9、RS232通信电路10、DA输出电路7、大功率驱动电路12、故障检测及保护电路13、掉电延迟电路14、时钟及复位电路15。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参见图1，一种基于模型设计的通用型汽车控制器，包括系统电源2以及与其电连接的CPU处理器1、信号调理电路、通信电路；所述信号调理电路包括AD信号处理电路4、开关量信号处理电路5，通信电路包括CAN通信电路9；所述CPU处理器1的输入端与AD信号处理电路4、开关量信号处理电路5单向信号连接，且CPU处理器1与CAN通信电路9双向信号连接；

所述通用型汽车控制器还包括与系统电源2电连接的驱动电路、DA输出电路7、故障检测保护电路13、掉电延迟电路14、时钟及复位电路15；

所述CPU处理器1与故障检测及保护电路13、掉电延迟电路14双向信号连接，CPU处理器1的输出端与DA输出电路7单向信号连接，CPU处理器1的输入端与时钟及复位电路15单向信号连接，且系统电源2与掉电延迟电路14双向信号连接。

所述CPU处理器1采用32位浮点处理器TMS320F28335。

所述信号调理电路还包括位置信号处理电路3、频率量信号处理电路6；所述位置信号处理电路3与CPU处理器1双向信号连接，频率量信号处理电路6与CPU处理器1的输入端单向信号连接；

所述位置信号处理电路3内设有两种位置信号解调电路以对旋转变压器信号、光电编码器信号进行解调，且该位置信号处理电路3采用芯片ADS1205作为解码芯片；

所述开关量信号处理电路5采用TLP121GB光耦芯片；

所述频率量信号处理电路6包括滞环比较器与整形电路，其中，所述滞环比较器采用LM2903芯片，整形电路采用MC74HC14AD芯片。

所述通信电路还包括SPI通信电路8、RS232通信电路10；所述SPI通信电路8、CAN通信电路9、RS232通信电路10都与CPU处理器1双向信号连接。

所述CAN通信电路9采用PHILIPS 的PCA82C250专有收发器；

所述RS232通信电路10包括电平转换芯片与隔离电路芯片，其中，所述电平转换芯片是MAX232AESE，隔离电路芯片是hcpl0900。

所述驱动电路包括PWM信号驱动电路11、大功率驱动电路12；所述PWM信号驱动电路11、大功率驱动电路12均与CPU处理器1的输出端单向信号连接，且大功率驱动电路12与故障检测及保护电路13双向信号连接。

所述PWM信号驱动电路11采用的驱动芯片是LMH6672；

所述大功率驱动电路12的最大输出电压为24V，最大输出电流为4A，最大输出功率为100W；所述大功率驱动电路12采用BTS732GW作为驱动芯片。

所述系统电源2的输入为24V直流电源，输出为±15V、5V、3.3V或1.8V直流电源，且在其内设置有防反接保护电路；所述系统电源2采用LM2596ADJ或TPS767D318PWP电源芯片。。

本实用新型的原理说明如下：

本设计能够实现程序执行、数据存储、信号采集、信号输出、通信、诊断保护功能，它包括系统电源、掉电延迟电路、时钟及复位电路、CPU处理器、位置信号处理电路、AD信号处理电路、开关量信号处理电路、频率信号处理电路、PWM信号驱动电路、SPI通信电路、CAN通信电路、RS232通信电路、DA输出电路、大功率驱动电路、故障检测保护电路以及连接器。

CPU处理器：主要用于执行运算，存储参数和程序，优选地，可采用能进行浮点运算TMS320F28335芯片。

时钟及复位电路：主要作用是为CPU提供时基及复位接口。

系统电源：主要作用是为控制器内部电路和外接传感器供电，其输入为24V直流电源，输出为+15V、-15V、5V、3.3V、1.8V直流电源，同时设有防反接保护电路，防止反接损坏设备，优选地，采用LM2596ADJ和TPS767D318PWP两种电源芯片。

掉电延迟电路：主要作用是在CPU检测到点火开关关闭时，CPU控制系统延迟掉电，延迟时间可以根据需要进行设置。

位置信号处理电路：其内设有两种位置信号解调电路，可对旋转变压器信号和光电编码器信号进行解调，得到位置和转速信息，优选的，其采用芯片ADS1205作为解码芯片。

AD信号处理电路：主要作用是在模拟信号经过滤波、限压后，送至CPU进行AD转换。

开关量信号处理电路：主要作用是开关信号经过光耦隔离消除干扰后，经过滤波和整形，送CPU使用，其可以处理高端开关信号，也可处理低端开关信号，优选的，采用TLP121GB光耦芯片。

频率量信号处理电路：主要作用是接收频率信号，经过滤波电路处理，经过滞环比较器进行比较，消除信号抖动，再经过整形后，送给CPU处理，优选的，频率量信号处理电路中滞环比较器使用LM2903芯片，整形电路使用MC74HC14AD芯片。

PWM信号驱动电路：主要作用是将CPU输出的信号级PWM信号，通过专用的功率驱动集成电路放大后，驱动小功率的执行器，优选的，其采用的驱动芯片是LMH6672。

SPI通信电路：主要由带隔离功能的专用SPI芯片构成，可以实现控制器与外设间的SPI通信。

CAN通信电路：采用专用的CAN收发器，实现控制器与其他设备的CAN通信，为改善EMC性能，使用DC–DC电源模块独立供电，采用高速光电隔离器件，在传输信号线上增加对地去耦电容，另外在信号线上反接保护二极管，总线出口处接电感电容滤波，优选的，采用PHILIPS 的PCA82C250专有收发器。

RS232通信电路10：主要作用是在控制器接收到RS232信号后，经过电平转换电路，将其转换成标准的TTL信号，在经过隔离电路消除干扰后，送CPU使用，控制向外发送信号，过程与控制器接收信号相反，优选的，其使用的电平转换芯片是MAX232AESE，使用的隔离电路芯片是hcpl0900。

DA输出电路：可以输出模拟电压信号。

大功率驱动电路：能够提供24V电压4A电流的输出，输出功率可达100W，用于驱动执行器工作，同时具有故障反馈功能，优选的，其使用BTS732GW作为驱动芯片。

与传统控制器相比，本设计拥有很明显的特点，本设计在硬件方面，预留出各类硬件接口，以满足不同控制器的需求，通用性较强；本设计采用功能强大的浮点处理器，在快速原型阶段，直接运行由模型自动生成的浮点代码，无需额外的实时仿真平台，在应用层软件开发完成后，可直接将该控制器投入商品化运用，无需进行代码的定点化、集成等繁琐的工作，整个开发过程中，只进行一次控制系统硬件开发，节省成本，缩短时间。

实施例1：

参见图1，一种基于模型设计的通用型汽车控制器，包括系统电源2以及与其电连接的CPU处理器1、位置信号处理电路3、AD信号处理电路4、开关量信号处理电路5、频率量信号处理电路6、PWM信号驱动电路11、SPI通信电路8、CAN通信电路9、RS232通信电路10、DA输出电路7、大功率驱动电路12、故障检测及保护电路13、掉电延迟电路14、时钟及复位电路15，其中，CPU处理器采用32位浮点处理器TMS320F28335；

所述CPU处理器1的输出端与PWM信号驱动电路11、DA输出电路7、大功率驱动电路12单向信号连接，CPU处理器1的输入端与AD信号处理电路4、开关量信号处理电路5、频率量信号处理电路6、时钟及复位电路15单向信号连接，且CPU处理器1与掉电延迟电路14、位置信号处理电路3、SPI通信电路8、CAN通信电路9、RS232通信电路10、故障检测及保护电路13双向信号连接；所述系统电源2与掉电延迟电路14双向信号连接，所述大功率驱动电路12与故障检测及保护电路13双向信号连接。

参见图2，在与外部设施连接时，所述位置信号处理电路3通过连接器与位置传感器相连接，AD信号处理电路4通过连接器与模拟量传感器相连接，开关量信号处理电路5通过连接器与开关相连接，频率量信号处理电路6通过连接器与转速传感器相连接，PWM信号驱动电路11通过连接器与小功率执行器相连接，大功率驱动电路12通过连接器与大功率执行器相连接，DA输出电路7通过连接器与AD终端相连接，且SPI通信电路8、CAN通信电路9、RS232通信电路10分别与SPI通信设施、CAN通信设施、RS232通信设施一一对应连接。

Claims (9)

1.一种基于模型设计的通用型汽车控制器，包括系统电源（2）以及与其电连接的CPU处理器（1）、信号调理电路、通信电路；所述信号调理电路包括AD信号处理电路（4）、开关量信号处理电路（5），通信电路包括CAN通信电路（9）；所述CPU处理器（1）的输入端与AD信号处理电路（4）、开关量信号处理电路（5）单向信号连接，且CPU处理器（1）与CAN通信电路（9）双向信号连接，其特征在于：

所述通用型汽车控制器还包括与系统电源（2）电连接的驱动电路、DA输出电路（7）、故障检测保护电路（13）、掉电延迟电路（14）、时钟及复位电路（15）；

所述CPU处理器（1）与故障检测及保护电路（13）、掉电延迟电路（14）双向信号连接，CPU处理器（1）的输出端与DA输出电路（7）单向信号连接，CPU处理器（1）的输入端与时钟及复位电路（15）单向信号连接，且系统电源（2）与掉电延迟电路（14）双向信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型设计的通用型汽车控制器，其特征在于：所述CPU处理器（1）采用32位浮点处理器TMS320F28335。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于模型设计的通用型汽车控制器，其特征在于：所述信号调理电路还包括位置信号处理电路（3）、频率量信号处理电路（6）；所述位置信号处理电路（3）与CPU处理器（1）双向信号连接，频率量信号处理电路（6）与CPU处理器（1）的输入端单向信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于模型设计的通用型汽车控制器，其特征在于：

所述位置信号处理电路（3）内设有两种位置信号解调电路以对旋转变压器信号、光电编码器信号进行解调，且该位置信号处理电路（3）采用芯片ADS1205作为解码芯片；

所述开关量信号处理电路（5）采用TLP121GB光耦芯片；

所述频率量信号处理电路（6）包括滞环比较器与整形电路，其中，所述滞环比较器采用LM2903芯片，整形电路采用MC74HC14AD芯片。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于模型设计的通用型汽车控制器，其特征在于：所述通信电路还包括SPI通信电路（8）、RS232通信电路（10）；所述SPI通信电路（8）、CAN通信电路（9）、RS232通信电路（10）都与CPU处理器（1）双向信号连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于模型设计的通用型汽车控制器，其特征在于：

所述CAN通信电路（9）采用PHILIPS 的PCA82C250专有收发器；

所述RS232通信电路（10）包括电平转换芯片与隔离电路芯片，其中，所述电平转换芯片是MAX232AESE，隔离电路芯片是hcpl0900。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于模型设计的通用型汽车控制器，其特征在于：所述驱动电路包括PWM信号驱动电路（11）、大功率驱动电路（12）；所述PWM信号驱动电路（11）、大功率驱动电路（12）均与CPU处理器（1）的输出端单向信号连接，且大功率驱动电路（12）与故障检测及保护电路（13）双向信号连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于模型设计的通用型汽车控制器，其特征在于：

所述PWM信号驱动电路（11）采用的驱动芯片是LMH6672；

所述大功率驱动电路（12）的最大输出电压为24V，最大输出电流为4A，最大输出功率为100W；所述大功率驱动电路（12）采用BTS732GW作为驱动芯片。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于模型设计的通用型汽车控制器，其特征在于：所述系统电源（2）的输入为24V直流电源，输出为±15V、5V、3.3V或1.8V直流电源，且在其内设置有防反接保护电路；所述系统电源（2）采用LM2596ADJ或TPS767D318PWP电源芯片。