CN204279131U - 一种纯电动汽车的整车控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纯电动汽车整车控制器，包括：微控制器、CAN通讯模块、RS-232串口通讯模块、信号处理模块和供电模块；所述微控制器通过所述CAN通讯模块实现与电机控制器和电池管理系统CAN信号的传递，通过所述RS-232串口通讯模块实现与上位机通信，通过所述信号处理模块实现信号挡位开关量、复位开关量信号、踏板模拟信号和车速模拟信号的采集并处理，所述供电模块为所述整车控制器提供稳定的电压。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通讯功能和RS-232串口通讯功能，有效提高信号处理的实时性和效率，从而提高整车控制的稳定性与驾驶的安全性。

Description

一种纯电动汽车的整车控制器

技术领域

本实用新型涉及一种整车控制器，具体地说是一种应用于纯电动汽车的整车控制器。

背景技术

传统汽车自从其诞生以来为社会发展做出了巨大的贡献，成为了人们生活不可或缺的交通工具。然而随着汽车保有量逐年增加，汽车发展所来的环境问题日益严重，尤其近几年PM2.5，直接影响人们的正常生活出行。由于油价攀升，能源短缺，汽车发展所带来的环境问题，新能源汽车成为了汽车发展趋势，其中电动汽车被认为是新能源汽车发展的最终形式。

整车控制器是纯电动汽车控制系统的核心部件，是研发纯电动汽车的关键技术。整车控制器对电动汽车的驾驶性能的提高、能量的管理、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。其基本思想是：整车控制器根据驾驶员的意图(加速踏板、制动踏板、挡位)和车辆的状态(SOC、车速)，依据适当的控制规律，并借助相应的开关器件和电子装置对车辆的各个系统进行协调控制，整车控制器在纯电动汽车正常运行过程中起着十分重要的作用。

目前市场上的纯电动汽车的整车控制器不能良好地实现对车辆的控制，有些整车控制器没有RS-232串口通讯模块，不能很好实现与上位机的通信；有些整车控制器没有CAN通讯模块，从而导致整车通信线束过于繁杂，信号处理实时性与效率差；有些控制器在设计制作时，没有考虑各信号之间的干扰以及单片机各部件的运行对信号采集的干扰，导致采集到的信号精确度不高，导致整车控制器的控制精度较低。

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纯电动汽车整车控制功能的整车控制器，以期能准确地采集各种类型输入的信号，并提高信号处理的实时性和效率，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的整车控制器，是应用于纯电动汽车的动力系统中，所述动力系统组成包括：动力电池、永磁同步电机、电池管理系统和电机控制器，其特点是：所述整车控制器的组成包括：微控制器、CAN通讯模块、RS-232串口通讯模块、信号处理模块和供电模块；

所述CAN通讯模块接收所述电机控制器所采集的永磁同步电机的电机状态CAN信号并发送给所述微控制器；并接收所述电池管理系统所采集的动力电池的电池状态CAN信号并发送给所述微控制器；

所述信号处理模块包括开关量信号处理单元和模拟信号处理单元；所述开关量信号处理单元用于接收三个挡位开关量信号和复位开关量信号并发送给所述微控制器；所述模拟信号处理单元用于接收踏板模拟信号和车速模拟信号并发送给所述微控制器；

所述微控制器根据所接收所述电机状态CAN信号、电池状态CAN信号、踏板模拟信号和车速模拟信号进行处理分别获得电机控制CAN指令和电池控制CAN指令，并将所述电机控制CAN指令发送给所述电机控制器用于控制所述永磁同步电机的转速和转矩；将所述电池控制CAN指令发送给所述电池管理系统用于管理动力电池的能量使用；

所述微控制器根据所接收三个挡位开关量信号控制所述纯电动汽车的前进、后退或驻车；

所述微控制器根据所接收复位开关量信号控制所述整车控制器的复位；

由所述永磁同步电机的转速和转矩、动力电池的能量使用、所述纯电动汽车的前进、后退或驻车以及所述整车控制器的复位构成所述纯电动汽车的工作状态，并通过所述RS-232串口通讯模块传递给上位机用于显示；

所述供电模块用于为所述整车控制器提供电压。

本实用新型所述的纯电动汽车的整车控制器的特点也在于：

所述CAN通讯电路模块的组成包括CAN0收发模块TJA1050和CAN4收发模块TJA1050；所述微控制器的组成包括：MSCAN0单元和MSCAN4单元；

所述CAN通讯电路模块与所述微控制器的连接关系为：

所述CAN0收发模块TJA1050的TXD引脚与RXD引脚分别与所述微控制器的MSCAN0单元的TXCAN0引脚和RXCAN0引脚相连；用于传递所述电机状态CAN信号和电机控制CAN指令；

所述CAN4收发模块TJA1050的TXD引脚与RXD引脚分别与所述微控制器的MSCAN4单元的TXCAN4引脚和RXCAN4引脚相连，用于传递所述电池状态CAN信号和电池控制CAN指令。

在所述RS-232串口通讯模块和所述微控制器之间设置有MAX232芯片，用于完成所述RS-232串口通讯模块的RS-232电平与所述微控制器的TTL电平之间的转换；

所述MAX232芯片与所述微控制器的连接关系为：

所述MAX232芯片的T1IN引脚和R1OUT引脚分别和所述微控制器的TXD0引脚与RXD0引脚连接；所述MAX232芯片的T2IN引脚和R2OUT引脚分别与所述微控制器的TXD1引脚和RXD1引脚相连。

所述供电模块采用电源稳压芯片LM7805CT；所述电源稳压芯片LM7805CT的INT引脚接入12V电压后通过OUT引脚输出稳定的5V电压。

所述微控制器与所述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的组成包括PC817光电隔离芯片；所述PC817光电隔离芯片的Anode引脚接收所述三个挡位信号与复位信号并经所述PC817光电隔离芯片的Collector引脚分别传递给单片机模块的PH0引脚、PH1引脚、PH2引脚和Reset引脚。

所述模拟信号处理单元包括踏板信号处理单元与车速信号处理单元；

所述踏板信号处理单元采用PC817光电隔离芯片将所采集到的踏板模拟信号输入至PC817光电隔离芯片的Anode引脚并经过所述PC817光电隔离芯的Collector引脚传递给所述微控制器的PAD0引脚和PAD1引脚；

所述车速信号处理单元采用AD654芯片将所采集到的车速模拟信号输入至AD654芯片的Vin引脚，并转换为脉冲信号后由Fout引脚输出给所述微控制器的PT1引脚。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型整车控制器采用16位MCS12DG128单片机作为微控制器，内置资源丰富，运行速度快，加密性能强等特点，能很好适用于车辆的控制；

2、本实用新型整车控制器采用模块化设计，使整车控制器工作可靠，效率高；

3、本实用新型控制器在外围添加带有CAN通讯模块，能减少整车的线束布置，同时整车采用CAN信号相互通信，信息处理实时性强，效率高；

4、本实用新型控制器采用RS-232串口通讯电路与上位机通信，使驾驶员能够实时准确把握整车的性能状态，提高驾驶员对整车的把控能力，提高行车安全性；

5、本实用新型整车控制器通过信号处理模块以及外围电路将传感器采集的各种类型的信号处理成单片机能够识别的数字信号，减少传感器的使用限制，增加整车对信号的采集能力；

6、本实用新型整车控制器在信号处理采用滤波电路及光电隔离处理，有效避免了干扰信号和输入信号与输出信号之间的相互影响，提高信号采集的精确度，从而提高电动汽车整车控制性能，提高行车安全性；

7、本实用新型整车控制器，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、能量管理控制等多种控制系统汇于一个整车控制器，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器结构简图；

图2为本实用新型微控制器与CAN通讯电路连接示意图；

图3为本实用新型微控制器和开关量信号处理单元的连接图；

图4为本实用新型信号滤波处理电路图；

图5为本实用新型微控制器和车速信号处理单元的连接图；

图6为本实用新型微控制器与RS-232串口的连接示意图；

图7为本实用新型微控制器与供电模块的连接图。

具体实施方式

本实施例中，一种纯电动汽车的整车控制器，是应用于纯电动汽车的动力系统中，动力系统组成包括：动力电池、永磁同步电机、电池管理系统和电机控制器。如图1所示，整车控制器的组成包括：微控制器、CAN通讯模块、RS-232串口通讯模块、信号处理模块、供电模块和最小系统；

具体实施中，微控制器采用Freescale半导体公司的的MC9S12DG128单片机，采用LQFP封装、具有112引脚、拥有128K Flash EEPROM、8K RAM、2K EEPROM。内置两个8通道的10位AD转换模块实现对外部采集的模拟信号向数字信号的转换以及集成两个MSCAN单元分别用于传递CAN信号；内部集成2路SCI用于与RS-232串口连接完成与上位机的通信；集成定时器模块能够实现计数与定时；同时还集成有2路SPI、8路PWM脉宽调制模块，还拥有丰富的I/O口；最小系统由晶振电路、电源电路组成，晶振电路提供了单片机的工作频率，电源电路负责给单片机工作提供电压供应，微控制器的最小系统保证了微控制器的稳定运行。

CAN通讯电路模块的组成包括CAN0收发模块TJA1050和CAN4收发模块TJA1050；微控制器的组成包括：MSCAN0单元和MSCAN4单元；

CAN通讯模块接收电机控制器所采集的永磁同步电机的电机状态CAN信号并发送给微控制器的MSCAN0单元；并接收电池管理系统所采集的动力电池的电池状态CAN信号并发送给微控制器的MSCAN4单元；

CAN通讯电路模块与微控制器的连接关系为：

如图2所示，本实施例中在CAN收发模块和微控制器的MSCAN0单元和MSCAN4单元之间采用光电隔离技术，防止微控制器产生的高频数字信号对CAN收发模块TJA1050的CAN输入信号产生影响。CAN0收发模块TJA1050的TXD引脚与RXD引脚分别与两个光电隔离芯片PC817的Anode引脚相连，经两个PC817的Collector引脚分别与微控制器的MSCAN0单元的TXCAN0引脚和RXCAN0引脚相连；用于传递电机状态CAN信号和电机控制CAN指令；CAN4收发模块TJA1050的TXD引脚与RXD引脚分别与两个光电隔离芯片PC817的Anode引脚相连，经两个PC817的Collector引脚分别与微控制器的MSCAN4单元的TXCAN4引脚和RXCAN4引脚相连，用于传递电池状态CAN信号和电池控制CAN指令。CAN收发模块TJA1050的1号引脚TXD负责从内置于MC9S12单片机的MSCAN单元 的发射引脚读取数据；2号引脚为接地引脚；3号引脚接供电电源；4号引脚为接收引脚，负责把信息从外部个模块传递给单片机；Vref为参考电压输出引脚；CANH和CANL是CAN节点之间通讯的高低电平数据线，由于CAN信号通过差分信号形式传递信息，还需要在二者之间并联一个120欧姆的电阻，用来防止CAN信号传递过程中高频信号对他们产生电磁干扰；8号S引脚为高速或者沉静模式的选择信号，S为高时TJA1050工作于沉静模式，无法收发数据；S为低时TJA1050工作于高速的工作模式，且S引脚悬空时为低电平。

信号处理模块包括开关量信号处理单元和模拟信号处理单元；开关量信号处理单元用于接收三个挡位开关量信号和复位开关量信号并发送给微控制器；模拟信号处理单元用于接收踏板模拟信号和车速模拟信号并发送给微控制器；

微控制器根据所接收电机状态CAN信号、电池状态CAN信号、踏板模拟信号和车速模拟信号进行处理分别获得电机控制CAN指令和电池控制CAN指令，并将电机控制CAN指令发送给电机控制器用于控制永磁同步电机的转速和转矩；将电池控制CAN指令发送给电源电池管理系统用于管理动力电池的能量使用；

微控制器根据所接收三个挡位开关量信号控制纯电动汽车的前进、后退或驻车；微控制器根据所接收复位开关量信号控制整车控制器的复位；

如图3所示，本实施例中，微控制器与开关量信号处理单元的连接关系为：

开关量信号处理单元的组成包括PC817光电隔离芯片；PC817光电隔离芯片共有4个引脚，分别为1:Anode，2:Cathode，3:Emitter，4:Collector。4个PC817光电隔离芯片的Anode引脚分别接收经过滤波处理的三个挡位信号与复位信号，并将经过光电隔离的三个挡位信号与复位信号通过4个PC817光电隔离芯片的Collector引脚传递给单片机模块的PH0引脚、PH1引脚、PH2引脚和Reset引脚，光电隔离芯片其余的8个引脚都接地。

如图4所示，在开关量信号处理单元中，本实施例中除了使用PC817光电隔离芯片的光电隔离电路来避免自身输出端对输入端的影响外，还分别在每个PC817光电隔离芯片的输入端和输出端各引入了两个滤波电路，即在输入端并联电容、二极管和电阻，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。

模拟信号处理单元包括踏板信号处理单元与车速信号处理单元；

踏板信号处理单元采用PC817光电隔离芯片将所采集到的经过滤波电路处理后的踏板模拟信号输入至PC817光电隔离芯片的Anode引脚经PC817光电隔离芯的Collector引脚传递给微控制器的PAD0引脚和PAD1引脚；

本实施例中电动汽车的车速信号是由磁电式车速传感器采集得到车速信号，通过车速信号处理单元得到脉冲信号后经光电隔离芯片处理输入给单片机的PT1引脚，通过单片机内部 的脉冲累加器完成对车速的检测。车速信号处理单元通过AD654转换芯片实现正弦信号到脉冲信号的转换。

如图5所示，微控制器与车速信号处理单元的连接关系为：

车速信号处理单元采用AD654芯片将所采集到的车速模拟信号输入至AD654芯片的Vin引脚，并转换为脉冲信号后由Fout引脚经光电隔离后输出给微控制器的PT1引脚。AD654芯片的的4号引脚为正弦信号输入引脚；1号引脚为输出引脚，8号引脚接电源，在1号引脚与8号引脚连接一个为1K的电阻；2号与5号引脚接地；6号与7号引脚通过0.1uF电容相连，该电容大小决定了输出频率的大小；3号引脚(Rt)接上通过20k电阻与地相连。

RS-232串口通讯电路在单片机与单片机通信、目标单片机与上位机通信和计算机与计算机通信时起着重要的作用。由永磁同步电机的转速和转矩、动力电池的能量使用、纯电动汽车的前进、后退或驻车以及整车控制器的复位构成纯电动汽车的工作状态，并通过RS-232串口通讯模块传递给上位机；与单片机串口的TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同，RS-232是用正负电压表示逻辑状态。因此，为了能够单片机的TTL器件连接，必须在RS-232与TTL电路之间进行电平与逻辑关系的变换。本实施例中，RS-232串口通讯电路中采用MAX232芯片作为电平转换芯片。MAX232芯片是美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。它是一个具有双通道接收和转发串口信号的的芯片，保证信息通过EIA-RS-232C标准协议来进行传输。

如图6所示，RS-232串口通讯模块和微控制器之间设置有MAX232芯片，用于完成RS-232串口通讯模块的RS-232电平与微控制器的TTL电平之间的转换；

MAX232芯片与微控制器的连接关系为：

通过四只电容和1号引脚、2号引脚、3号引脚、4号引脚、5号引脚、6号引脚连接组成电容电压产生器，能够产生+12V和-12V的电压提供给RS-232串口电平的需要。7号引脚、8号引脚、13号引脚、14号引脚分别为通道1和通道2的数据输入和输出接口，外接connector标准接口。信息经过MAX232芯片处理后按照EIA-RS-232C标准协议完成与单片机MC9S12之间的串行通信。MAX232芯片的T1IN引脚和R1OUT引脚分别和微控制器的TXD0引脚与RXD0引脚连接；MAX232芯片的T2IN引脚和R2OUT引脚分别与微控制器的TXD1引脚和RXD1引脚相连。单片机的TXD0、RXD0、TXD1、RXD1引脚为四个分时复用引脚，它们可作为通用输入输出端口也可以通过对单片机的设置作为串行通信收发接口。

供电模块用于为整车控制器提供电压。整车控制器供电模块电源输入是锂离子动力电池提供的+12V电源，通过电源稳压芯片LM7805CT输出稳定的+5V电源。

如图7所示，供电模块采用电源稳压芯片LM7805CT；在12V电压输入端添加一个二极 管，利用其单向导通性，可防止电源反接而造成的影响。在输入端加一个稳压二极管和滤波电容，稳定输入电压，使其保持在12V左右，其中滤波电容C1为0.1uF。电源稳压芯片LM7805CT的INT引脚接入12V电压后通过OUT引脚输出稳定的5V电压。在其输入端INT引脚和输出端OUT引脚都接入了无极电容和极性电容，无极电容的主要起到滤高频干扰的作用，电容值取0.1uF，而极性电容起稳压作用，同时也有过滤低频干扰的作用，电容值取470uF；电源稳压芯片LM7805CT的2号引脚接地。

Claims (6)

1.一种纯电动汽车的整车控制器，是应用于纯电动汽车的动力系统中，所述动力系统组成包括：动力电池、永磁同步电机、电池管理系统和电机控制器，其特征是：所述整车控制器的组成包括：微控制器、CAN通讯模块、RS-232串口通讯模块、信号处理模块和供电模块；

所述CAN通讯模块接收所述电机控制器所采集的永磁同步电机的电机状态CAN信号并发送给所述微控制器；并接收所述电池管理系统所采集的动力电池的电池状态CAN信号并发送给所述微控制器；

所述信号处理模块包括开关量信号处理单元和模拟信号处理单元；所述开关量信号处理单元用于接收三个挡位开关量信号和复位开关量信号并发送给所述微控制器；所述模拟信号处理单元用于接收踏板模拟信号和车速模拟信号并发送给所述微控制器；

所述微控制器根据所接收所述电机状态CAN信号、电池状态CAN信号、踏板模拟信号和车速模拟信号进行处理分别获得电机控制CAN指令和电池控制CAN指令，并将所述电机控制CAN指令发送给所述电机控制器用于控制所述永磁同步电机的转速和转矩；将所述电池控制CAN指令发送给所述电池管理系统用于管理动力电池的能量使用；

所述微控制器根据所接收三个挡位开关量信号控制所述纯电动汽车的前进、后退或驻车；

所述微控制器根据所接收复位开关量信号控制所述整车控制器的复位；

由所述永磁同步电机的转速和转矩、动力电池的能量使用、所述纯电动汽车的前进、后退或驻车以及所述整车控制器的复位构成所述纯电动汽车的工作状态，并通过所述RS-232串口通讯模块传递给上位机用于显示；

所述供电模块用于为所述整车控制器提供电压。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车的整车控制器，其特征是，所述CAN通讯电路模块的组成包括CAN0收发模块TJA1050和CAN4收发模块TJA1050；所述微控制器的组成包括：MSCAN0单元和MSCAN4单元；

所述CAN通讯电路模块与所述微控制器的连接关系为：

所述CAN0收发模块TJA1050的TXD引脚与RXD引脚分别与所述微控制器的MSCAN0单元的TXCAN0引脚和RXCAN0引脚相连；用于传递所述电机状态CAN信号和电机控制CAN指令；

所述CAN4收发模块TJA1050的TXD引脚与RXD引脚分别与所述微控制器的MSCAN4单元的TXCAN4引脚和RXCAN4引脚相连，用于传递所述电池状态CAN信号和电池控制CAN指令。

3.根据权利要求1所述的纯电动汽车的整车控制器，其特征是，在所述RS-232串口通 讯模块和所述微控制器之间设置有MAX232芯片，用于完成所述RS-232串口通讯模块的RS-232电平与所述微控制器的TTL电平之间的转换；

所述MAX232芯片与所述微控制器的连接关系为：

所述MAX232芯片的T1IN引脚和R1OUT引脚分别和所述微控制器的TXD0引脚与RXD0引脚连接；所述MAX232芯片的T2IN引脚和R2OUT引脚分别与所述微控制器的TXD1引脚和RXD1引脚相连。

4.根据权利要求1所述的纯电动汽车的整车控制器，其特征是，所述供电模块采用电源稳压芯片LM7805CT；所述电源稳压芯片LM7805CT的INT引脚接入12V电压后通过OUT引脚输出稳定的5V电压。

5.根据权利要求1所述的纯电动汽车整车控制器，其特征是，所述微控制器与所述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的组成包括PC817光电隔离芯片；所述PC817光电隔离芯片的Anode引脚接收所述三个挡位信号与复位信号并经所述PC817光电隔离芯片的Collector引脚分别传递给单片机模块的PH0引脚、PH1引脚、PH2引脚和Reset引脚。

6.根据权利要求1所述的纯电动汽车整车控制器，其特征是，所述模拟信号处理单元包括踏板信号处理单元与车速信号处理单元；

所述踏板信号处理单元采用PC817光电隔离芯片将所采集到的踏板模拟信号输入至PC817光电隔离芯片的Anode引脚并经过所述PC817光电隔离芯的Collector引脚传递给所述微控制器的PAD0引脚和PAD1引脚；

所述车速信号处理单元采用AD654芯片将所采集到的车速模拟信号输入至AD654芯片的Vin引脚，并转换为脉冲信号后由Fout引脚输出给所述微控制器的PT1引脚。