專(zhuān)利名稱(chēng)：一種混合動(dòng)力車(chē)多能源動(dòng)力總成控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車(chē)電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種混合動(dòng)力車(chē)多能源動(dòng)力總成控制器。
背景技術(shù)：
多能源動(dòng)力總成控制器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)HCU)是混合動(dòng)力車(chē)整車(chē)運(yùn)行傳感和反應(yīng)體系中的關(guān)鍵控制部件，其性能優(yōu)劣將直接影響整車(chē)性能好壞?，F(xiàn)有的HCU根據(jù)混合動(dòng)力車(chē)自身結(jié)構(gòu)的不同(并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián))和整車(chē)控制要求的不同而具有不同的結(jié)構(gòu)特性。如《控制工程》2003年06期，“基于DSP的混合動(dòng)力汽車(chē)能源總成控制系統(tǒng)”一文中所公開(kāi)的技術(shù)，系統(tǒng)利用了DSP技術(shù)設(shè)計(jì)混合動(dòng)力車(chē)多能源動(dòng)力總成控制器(核心處理器選用TI公司的TMS320LF2407A)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它主要包括控制器局域網(wǎng)CAN、串行通訊口RS232、A/D、I/O輸入和I/O輸出，HCU不但要完成制定系統(tǒng)能量管理策略的主要任務(wù)，而且需要執(zhí)行一定的整車(chē)控制和信號(hào)采集。由于后者在運(yùn)行過(guò)程中要占用一定的處理時(shí)間，在實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制策略和算法時(shí)有一定的局限性。此外缺乏硬件在線(xiàn)調(diào)試系統(tǒng)，不便于實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)在實(shí)車(chē)調(diào)試中的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)出一種混合動(dòng)力車(chē)多能源動(dòng)力總成控制器，采用以單片機(jī)為中心的硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整車(chē)油耗和排放最佳的控制目標(biāo)。
本發(fā)明提出的混合動(dòng)力車(chē)多能源動(dòng)力總成控制器包括(1)單片機(jī)單片機(jī)通過(guò)CAN總線(xiàn)獲取整車(chē)狀態(tài)信息，進(jìn)行混合動(dòng)力車(chē)工作狀態(tài)的判斷，并計(jì)算系統(tǒng)當(dāng)前所需能量，按照設(shè)定的控制策略在各動(dòng)力源之間進(jìn)行能量分配；(2)電源監(jiān)測(cè)芯片當(dāng)電壓在允許工作范圍之外時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，CPU重新啟動(dòng)；(3)光電隔離元件將CAN總線(xiàn)上的信號(hào)與單片機(jī)隔離，減少外部干擾對(duì)單片機(jī)的影響；(4)CAN總線(xiàn)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換芯片用于實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)傳輸差分電平與單片機(jī)CAN信號(hào)邏輯電平的互轉(zhuǎn)；(5)串口電平轉(zhuǎn)換芯片用于實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)電平與單片機(jī)串口信號(hào)邏輯電平的互轉(zhuǎn)；(6)隔離電源主要為82C250提供驅(qū)動(dòng)電壓和為總線(xiàn)提供驅(qū)動(dòng)電流；(7)穩(wěn)壓電源模塊主要為單片機(jī)提供5V穩(wěn)定電壓，避免受外界電壓波動(dòng)對(duì)單片機(jī)工作的影響。
(8)4芯和7芯航空插接件提供程序下載與調(diào)試、供電、CAN通訊、RS232通訊接口；(9)控制盒和航空接頭配合實(shí)現(xiàn)防水、防塵、防電磁干擾要求，控制盒體積小、安裝方便。
(10)設(shè)置在單片機(jī)中的信號(hào)處理單元包括硬件驅(qū)動(dòng)與信號(hào)處理與控制策略實(shí)施兩個(gè)功能模塊硬件驅(qū)動(dòng)與信號(hào)處理模塊完成處理器對(duì)CAN通訊信息的處理；控制策略實(shí)施模塊負(fù)責(zé)在整車(chē)功率分配策略的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的控制目標(biāo)。
本發(fā)明的特點(diǎn)及技術(shù)效果本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，和已有的相關(guān)技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)首先由于HCU無(wú)需采集過(guò)多的外圍信號(hào)，所以能以較高的速度完成控制策略的實(shí)施，實(shí)時(shí)控制性能相對(duì)較好；其次全封閉的控制盒設(shè)計(jì)滿(mǎn)足車(chē)用控制器的防水、防塵、防電要求，故控制器工作更加穩(wěn)定；此外控制器體積小便于在整車(chē)上的安裝布置。
圖1為已有的多能源動(dòng)力總成控制器框圖。
圖2為本發(fā)明提出的多能源動(dòng)力總成控制器框圖。
圖3為本發(fā)明提出的多能源動(dòng)力總成控制器實(shí)施例電路原理框圖。
圖4為本發(fā)明提出的多能源動(dòng)力總成控制器的信號(hào)處理單元實(shí)施例流程圖。
圖5為本發(fā)明所提出的混和動(dòng)力車(chē)系統(tǒng)工作模式轉(zhuǎn)換圖。
圖6為本發(fā)明所提出的混和動(dòng)力車(chē)扭矩需求分配圖。
圖7為本發(fā)明所提出的混和動(dòng)力車(chē)功率分配關(guān)系圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明的混合動(dòng)力車(chē)多能源動(dòng)力總成控制器結(jié)構(gòu)附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括單片機(jī)及設(shè)置在其中的信號(hào)處理單元，與單片機(jī)相連的電源檢測(cè)芯片、光電隔離芯片，CAN總線(xiàn)電平轉(zhuǎn)換芯片，串口電壓轉(zhuǎn)換芯片，穩(wěn)壓電源，航空插座，其中本實(shí)施例的單片機(jī)型號(hào)為MOTOROAL公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)芯片MC9S12DP256，用于混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理和系統(tǒng)控制，它通過(guò)接收CAN總線(xiàn)上數(shù)據(jù)，獲取整車(chē)狀態(tài)信息；本實(shí)施例的電源監(jiān)測(cè)芯片MC34064及其外圍元件組成單片機(jī)復(fù)位電路，監(jiān)測(cè)單片機(jī)供電電壓的穩(wěn)定性，當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生10％的電壓波動(dòng)時(shí)，電源監(jiān)測(cè)芯片MC34064產(chǎn)生使單片機(jī)復(fù)位的信號(hào)，保證單片機(jī)正常工作；本實(shí)施例的光電隔離芯片6N137和CAN總線(xiàn)電平轉(zhuǎn)換芯片82C250及其外圍元件組成系統(tǒng)CAN通信處理電路，通過(guò)光電隔離芯片6N137的信號(hào)隔離作用，降低了外部信號(hào)對(duì)單片機(jī)的干擾，CAN總線(xiàn)電平轉(zhuǎn)換芯片82C250實(shí)現(xiàn)了CAN信號(hào)與總線(xiàn)差分電平的互轉(zhuǎn)；本實(shí)施例的串口電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX232及其外部元件組成了RS232串口通訊處理電路，串口電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX232用于串口數(shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)電平之間的互轉(zhuǎn)；本實(shí)施例的系統(tǒng)供電采用了單片機(jī)供電與總線(xiàn)供電分開(kāi)設(shè)計(jì)的方法穩(wěn)壓電源模塊LM2575及其外圍元件(過(guò)壓與反相保護(hù)及濾波電路)組成了單片機(jī)供電電路，將車(chē)用12V電源轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可用的穩(wěn)定5V電壓，穩(wěn)壓電源模塊LM2575輸入范圍9-12V，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性；隔離電源DCDC12S5及其外圍元件(濾波電路)，用于給CAN總線(xiàn)提供驅(qū)動(dòng)電壓和電流；將單片機(jī)所用的5V電壓隔離生成CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓。供電電路的分開(kāi)設(shè)計(jì)有利于降低外部電源電壓波動(dòng)對(duì)單片機(jī)工作電壓的干擾；本實(shí)施例的各部件均安裝在一全鋁結(jié)構(gòu)的控制器盒內(nèi)，輸入輸出接口采用了一個(gè)4芯和2個(gè)7芯航空插座，分別用于供電、CAN通訊、程序下載與調(diào)試和RS232通訊接口。控制器盒與航空插座的良好配合使多能源動(dòng)力總成控制器滿(mǎn)足防水、防塵、防電磁干擾設(shè)計(jì)要求。
本實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)電路如圖3所示，其組成元件及其功能說(shuō)明如下1、單片機(jī)U1(MC9S12DP256)；2、單片機(jī)復(fù)位電路U3(MC34064)，和電阻R4、R7、開(kāi)關(guān)S1、二極管Q1組成的復(fù)位電路共同作用，監(jiān)測(cè)供電電壓的變化；3、CAN通訊處理電路D1、D2、D3(82C50)，D4、D5、D6、D7、D8、D9(6N137)，電阻R21、R22、R23主要起到平衡總線(xiàn)上的阻抗作用；4、RS232串口通訊處理電路D10(MAX232)，外圍電容C24、C25、C26、C27、C28；5、隔離電源及其外圍元件U4(DCDC12S05)，C8、C9、C22、C23起到二級(jí)冗余濾波作用；6、穩(wěn)壓電源模塊及其外圍元件U5(LM2575)、二極管V3，V1和電容C33、C34起到限流、過(guò)壓和反相保護(hù)作用，C35、C36、C37起到二級(jí)冗余濾波作用7、航空插座J1(電源)，J2(CAN口)，J3(程序下載與調(diào)試口、串口)；本實(shí)施例的信號(hào)處理單元的硬件驅(qū)動(dòng)與信號(hào)處理與控制策略實(shí)施兩個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示，包括以下步驟上電后，系統(tǒng)初始化后進(jìn)入系統(tǒng)啟動(dòng)等待。當(dāng)鑰匙開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到啟動(dòng)檔時(shí)，完成CAN通訊、定時(shí)器等模塊的初始化。隨后進(jìn)入主循環(huán)，其流程如下(1)根據(jù)離合器信號(hào)、加速踏板位置、制動(dòng)踏板位置、檔位信號(hào)和電池SOC值等多個(gè)狀態(tài)參數(shù)判斷混合動(dòng)力車(chē)的工作模式。具體的工作模式和各種工作模式之間的關(guān)系如圖5所示，系統(tǒng)采用了分級(jí)管理方式首先是一級(jí)模式的判斷，即發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉或開(kāi)啟，其次如果發(fā)動(dòng)機(jī)處于開(kāi)啟狀態(tài)，根據(jù)條件判斷系統(tǒng)處于待速、正常運(yùn)行或電機(jī)啟動(dòng)子模式，最后如果發(fā)動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行模式下，根據(jù)條件判斷系統(tǒng)處于制動(dòng)能量回收、充電或電機(jī)助力子模式；(2)根據(jù)所判斷的當(dāng)前工作模式、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板位置，根據(jù)如圖6所示的扭矩需求圖計(jì)算當(dāng)前模式下整車(chē)的扭矩需求；(3)根據(jù)整車(chē)扭矩需求，按照優(yōu)化ICE曲線(xiàn)功率分配策略，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配。具體分配關(guān)系如圖7所示，橫坐標(biāo)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)為當(dāng)前扭矩需求，對(duì)應(yīng)每一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)扭矩需求在a曲線(xiàn)以下時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，由電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)扭矩，當(dāng)扭矩需求在b曲線(xiàn)以上時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同提供驅(qū)動(dòng)扭矩，當(dāng)扭矩需求在a曲線(xiàn)和b曲線(xiàn)之間時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)提過(guò)提供驅(qū)動(dòng)扭矩；(4)根據(jù)當(dāng)前各個(gè)總成是否出現(xiàn)報(bào)警或故障，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的限制控制，并依據(jù)故障等級(jí)進(jìn)行停機(jī)等控制。
權(quán)利要求
1.一種混合動(dòng)力車(chē)多能源動(dòng)力總成控制器，其特征在于，包括一盒體及安裝在盒體內(nèi)的單片機(jī)及設(shè)置在其中的信號(hào)處理單元，與該單片機(jī)相連的電源檢測(cè)芯片、光電隔離元件、CAN總線(xiàn)電平轉(zhuǎn)換芯片、串口電壓轉(zhuǎn)換芯片和穩(wěn)壓電源，以及分別與所述各元器件相連的航空插座，其中單片機(jī)通過(guò)接收CAN總線(xiàn)上數(shù)據(jù)，獲取整車(chē)狀態(tài)信息，判斷系統(tǒng)工作模式和整車(chē)能量需求，管理整車(chē)能量在動(dòng)力源的分配，使各動(dòng)力源工作在高效區(qū)；電源檢測(cè)芯片用于檢測(cè)單片機(jī)的供電穩(wěn)定性；光電隔離元件用于將CAN總線(xiàn)上的信號(hào)與單片機(jī)隔離，減少外部干擾對(duì)單片機(jī)的影響；CAN總線(xiàn)電平轉(zhuǎn)換芯片用于實(shí)現(xiàn)CAN信號(hào)到總線(xiàn)差分電平的轉(zhuǎn)換；串口電壓轉(zhuǎn)換芯片用于串口數(shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)電平之間的轉(zhuǎn)換；穩(wěn)壓電源用于給單片機(jī)提供穩(wěn)定工作電壓；隔離電源用于給CAN總線(xiàn)提供驅(qū)動(dòng)電壓和電流；航空插接件用于提供程序下載與調(diào)試、供電、CAN通訊、RS232通訊接口；盒體用于保護(hù)上述各元器件實(shí)現(xiàn)防水、防塵、防電磁干擾要求；信號(hào)處理單元包括硬件驅(qū)動(dòng)與信號(hào)處理與控制策略實(shí)施兩個(gè)功能模塊，該硬件驅(qū)動(dòng)與信號(hào)處理模塊完成處理器對(duì)CAN通訊信息的處理；該控制策略實(shí)施模塊負(fù)責(zé)在整車(chē)功率分配策略的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的控制目標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合動(dòng)力車(chē)多能源動(dòng)力總成控制器，屬于汽車(chē)電子應(yīng)用高技術(shù)領(lǐng)域。包括單片機(jī)，用于提供多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)的能量管理策略；電源檢測(cè)芯片，檢測(cè)單片機(jī)的供電穩(wěn)定性；光電隔離元件，將CAN總線(xiàn)上的信號(hào)與單片機(jī)隔離；CAN信號(hào)電平轉(zhuǎn)換芯片，用于CAN信號(hào)與總線(xiàn)上差分電平之間的轉(zhuǎn)換；串口信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片，用于串口電平轉(zhuǎn)換；穩(wěn)壓電源，用于給單片機(jī)提供穩(wěn)定工作電壓；隔離電源，用于給CAN總線(xiàn)提供驅(qū)動(dòng)電壓和電流；防水接頭，提供程序下載與調(diào)試、供電、CAN通訊、RS232通訊接口。本發(fā)明在獲取整車(chē)狀態(tài)信息同時(shí)，基于整車(chē)當(dāng)前工作狀態(tài)，將系統(tǒng)所需能量分配給系統(tǒng)各動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)燃油消耗與整車(chē)排放最佳的控制目標(biāo)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1641676SQ200410091129
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者羅禹貢, 陳漢順, 歐陽(yáng)易時(shí), 卜健, 李克強(qiáng), 金達(dá)鋒, 連小珉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)