混合动力汽车整车控制器开发及试验

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1、混合动力汽车整车控制器开发及试验摘要：基于飞思卡尔公司的双核微控制器9S12XDT512开发了一款通用的混合动力汽车(HybridElectricalVehicle-HEV)整车控制器(VehicleControlUnit-VCU),设计时考虑硬件的通用性，使之能够适用于多种混合动力汽车的整车控制。为验证VCU功能,本文以某款并联混合动力公交车为控制对象,在基于dSPACE的硬件在环仿真系统上进行了一系列仿真试验。试验结果表明:VCU能够准确地控制整车实现混合动力工作状态，进而验证了VCU硬件的有效性。关键词

2、：混合动力汽车；整车控制器；9S12XDT512；双核微控制器;dSPACE；硬件在环仿真中图分类号:U469.72文章标识码：A文章编号:1005-2550(2012)02-0000-00不断加深的世界能源危机以及严峻的环境问题促使世界各国把新能源汽车作为未来汽车工业发展的主流方向[1-2]o未来10年内，按照国家新能源汽车的相关政策和国际上技术发展的趋势，混合动力汽车和纯电动汽车将作为一种比较成熟的交通工具得到规模化的应用[3]。中国科技部也将“混合动力汽车产业化技术攻关"列为国家高技术发展计划(863计

3、划)重点发展项目之一。VCU是混合动力汽车的核心控制部件，高性能、高可靠性及成本低廉是其硬件设计需要考虑的三个重要方面。目前国内整车控制器多是针对相应车辆进行的专门设计，不同种类车辆使用的控制器硬件不能完全通用[4-6]o对VCU硬件进行通用性设计可以降低硬件设计、试验及维护成本。本文期望通过综合考虑多种HEV的控制需求，设计出符合通用性要求的VCU平台，届时仅更改其内部软件和外部接线方式即可使其匹配至诸如ISG（起动机/发电机一体化）、串联式、并联式等类型的混合动力汽车上，实现整车控制功能。本文仅以某款并联

4、混合动力公交车作为研究对象，对VCU的通用性设计和开发展开研究。1并联混合动力汽车控制系统分析如图1所示，该并联式混合动力公交车的动力来源为发动机和电动机，二者通过连接后桥的耦合器实现动力合成。VCU控制发动机、电机控制器和超级电容控制器，实现车辆各种工作模式。VCU是混合动力汽车的核心控制单元，它采集加速踏板、制动踏板、离合踏板及其他部件信号并做出相应判断后，控制下层的各部件和控制器的动作，驱动汽车正常行驶。作为整车的指挥管理中心,VCU对汽车的正常行驶、制动能量回收、网络管理、故障诊断与处理、车辆的状态与

5、监视等功能起着关键的作用。2整车控制器设计2整车控制器硬件设计2.1.1硬件基本技术要求(1)VCU能够采集数字和模拟信号，能够对输入信号做出正确处理，并输出相应控制信号。(2)易调试、可扩展，具有可重复擦写的存储器，便于存储系统参数。(3)电压工作范围宽(12V~36V),温度工作范围确定为-40°C"85°C；要求VCU能适应车辆运行中遇到的诸如震动、噪音、潮湿、冲击等。(4)具有良好的电磁兼容性，满足国家对相关行业电气设备的电磁兼容标准。在本文研究的混合动力汽车中，其电机控制器和电机均会产生强烈的电磁干

6、扰，所以VCU要有较强的电磁抗干扰能力[7]o(5)VCU发生严重故障时能够保证车辆具有最基本的行驶能力，这点对于城市公交车特别重要，因此VCU要在硬件上实现严重故障后的车辆“跛行回家”功能。2.1.2整车控制器元件选型为实现可靠性要求，元件选用汽车级产品。(1)微控制器选用:按照所处理信号数量及存储要求，微控制器选用飞思卡尔公司的汽车级ECU芯片9S12XDT512MAAo(2)外围芯片选用：模数转换芯片选用AD5623,实时时钟芯片选用DS1390,逻辑门芯片选择NXP公司的产品，隔离电路根据信号传输速度

7、和种类不同，分别选用了普通光耦、高速光耦和线性光耦，运放采用MAXIM汽车级产品，DCDC采用了金升阳宽电压输入产品。（3）分立器件选用：传输信号用固定电阻选用KOA的RA73H2A系列产品，微调电阻选用村田PV37WY系列产品，功率电阻采用国产碳膜电阻；贴片电容采用风华高科X7R型电容，大容量极性电容采用松下TK系列铝电解电容,小容量的电容采用风华高科CA45型锂电容;滤波电感选用TDK的屏蔽电感。2.1.3硬件电路设计图2描述了VCU硬件电路总体结构。VCU多输入、多输出、数模混合共存的复杂系统，其各个功

8、能电路相对独立，因此可以按照模块化思想设计硬件系统的各个模块，主要包括:电源模块、核心控制模块、信号隔离模块。（1）核心控制模块：图2中“核心板”部分。负责数据的处理、逻辑运算以及控制功能的实现。MCU芯片9S12XDT512MAA运行速度快（最高总线速度可达40MHz）,拥有大容量内存（512kB的Flash、20kB的RAM）可以满足VCU运行状态记录等要求，丰富的外设（SCI、SPI、CAN、