專利名稱：一種輕度混合動力用混合動力控制器總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車控制技術(shù)，具體涉及一種用于混合動力汽車的混合動力(HCU)控制器。
背景技術(shù)：
HCU控制器總成是混合動力車整車運行傳感和反應(yīng)體系中的關(guān)鍵控制部件，其性能優(yōu)劣將直接影響整車性能好壞?，F(xiàn)有的HCU根據(jù)混合動力車自身結(jié)構(gòu)的不同(并聯(lián)、串聯(lián)、混聯(lián))和整車控制要求的不同而具有不同的結(jié)構(gòu)特性。如“并聯(lián)式混合動力汽車多能源動力總成控制單元的研究與開發(fā)”(《高技術(shù)通訊》2003年02期)一文中所公開的技術(shù)，該系統(tǒng)利用了DSP技術(shù)設(shè)計混合動力車HCU控制器總成(其核心處理器選用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、I/O輸出、PWM輸入和PWM輸出。雖然該HCU控制器能完成對整車的有效控制，實現(xiàn)整車的基本功能，但在整車油耗和排放性能方面控制效果較差。同時該控制器由于包含大量的外圍信號處理電路，其控制器不但要完成整車控制策略的實現(xiàn)，而且需要執(zhí)行大量的信號采集與處理任務(wù)，在實現(xiàn)較為復(fù)雜的控制策略和算法時有一定的局限性。此外該控制器缺乏硬件在線調(diào)試系統(tǒng)，不便于實時發(fā)現(xiàn)在實車調(diào)試中的問題。

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)計出一種輕度混合動力用HCU控制器總成，該總成采用以單片機為中心的硬件結(jié)構(gòu)，提高處理速度，具有在線調(diào)試功能，提高抗干擾能力，以實現(xiàn)整車油耗和排放最佳的控制目標(biāo)。
本發(fā)明提出的混合動力車HCU控制器總成包括一盒體及安裝在盒體內(nèi)的單片機及設(shè)置在單片機中的控制單元，與該單片機相連的單片機復(fù)位電路、CAN通訊處理電路、單片機供電電路和隔離電源電路，以及分別與單片機供電電路和CAN通訊處理電路相連的航空插座。
所述單片機通過CAN總線獲取整車狀態(tài)信息，并進行混合動力車工作狀態(tài)的判斷，按照設(shè)定的控制策略在各動力源之間進行能量分配。
所述單片機復(fù)位電路由電源監(jiān)測芯片及外圍元件組成，監(jiān)測單片機供電電壓的穩(wěn)定性。當(dāng)電壓超出允許工作范圍時，產(chǎn)生復(fù)位信號，單片機重新啟動。
所述CAN通訊處理電路由光電隔離芯片和CAN總線電平轉(zhuǎn)換芯片及其外圍元件組成，光電隔離元件用于將CAN總線上的信號與單片機隔離，減少外部干擾對單片機的影響；CAN總線電平轉(zhuǎn)換芯片用于實現(xiàn)CAN信號到總線差分電平的轉(zhuǎn)換。
所述單片機供電電路由穩(wěn)壓電源模塊及其過壓與反相保護及濾波電路組成，主要為單片機提供5V穩(wěn)定電壓，避免受外界電壓波動對單片機工作的影響。
隔離電源電路由隔離電源及濾波電路組成，主要為CAN總線信號電平轉(zhuǎn)換芯片提供驅(qū)動電壓和為總線提供驅(qū)動電流。
航空插接件用于提供供電和CAN通訊接口，同時與盒體配合實現(xiàn)防水、防塵、防電磁干擾要求，控制盒體積小、安裝方便。
設(shè)置在單片機中的控制單元包括硬件驅(qū)動與信號處理與控制策略實施兩個功能模塊，其中硬件驅(qū)動與信號處理模塊完成處理器對CAN通訊信息的處理，控制策略實施模塊負(fù)責(zé)在整車功率分配策略的實施，實現(xiàn)整車的控制目標(biāo)。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、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)點首先在混合動力控制器控制下，整車油耗和排放指標(biāo)達(dá)到了最佳目標(biāo)；其次由于混合動力控制器總成無需處理大量的外圍信號，所以能以很高的處理速度實施整車控制策略，保證了整車性能的實現(xiàn)；再則混合動力控制器具有在線調(diào)試功能，非常方便控制器總成的調(diào)試；另外混合動力控制器采用了多種抗電磁干擾的設(shè)計，保證了控制器具有很好的抗干擾能力；最后采用專業(yè)防水設(shè)計以及精密插接件與殼體配合，形成全封閉的控制盒形式，可以滿足車用控制器的防水、防塵要求。


圖1為已有的HCU控制器總成框圖。
圖2為本發(fā)明提出的HCU控制器總成的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本發(fā)明提出的HCU控制器總成的一個實施例的電路原理框圖。
圖4為本發(fā)明提出的HCU控制器總成的一個實施例的信號處理單元流程圖。
圖5為本發(fā)明所提出的混和動力車系統(tǒng)工作模式轉(zhuǎn)換圖。
圖6為本發(fā)明所提出的混和動力車功率分配關(guān)系圖.
具體實施例方式
參見圖2，本發(fā)明提出的HCU控制器總成包括單片機1、設(shè)置在單片機中的控制單元，與該單片機相連的單片機復(fù)位電路4、CAN通訊處理電路5、單片機供電電路2和隔離電源電路3，以及分別與單片機供電電路2和CAN通訊處理電路5相連的兩個航空插座6和7，另外該單片機還提供了下載及調(diào)試口8。這些部件均安裝在一全鋁結(jié)構(gòu)的控制器盒體9內(nèi)。
以下結(jié)合圖3來詳細(xì)說明本控制器的具體電路實現(xiàn)本實施例的單片機采用MOTOROAL公司生產(chǎn)的16位單片機芯片U1(MC9S12DP256)，用于混合動力系統(tǒng)的能量管理和系統(tǒng)控制，它通過接收CAN總線上數(shù)據(jù)，獲取整車狀態(tài)信息；單片機復(fù)位電路由電源監(jiān)測芯片U3(MC34064)和電阻R4、R7、開關(guān)S1、二極管Q1組成，通過電路板上的印制線路與單片機復(fù)位引腳(P42腳)相連，用于監(jiān)測單片機供電電壓的穩(wěn)定性，當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生10％的電壓波動時，電源監(jiān)測芯片MC34064產(chǎn)生使單片機復(fù)位的信號，保證單片機正常工作；CAN通訊處理電路由光電隔離芯片D1(82C50)和CAN總線電平轉(zhuǎn)換芯片D4、D5(6N137)及其電阻R21等外圍元件組成，光電隔離芯片通過電路板上的印制線路與單片機CAN通訊發(fā)送接收引腳(P104、P105腳)相連。光電隔離芯片D1(82C50)用于將CAN總線上的信號與單片機隔離，減少外部干擾對單片機的影響；CAN總線電平轉(zhuǎn)換芯片用于實現(xiàn)CAN信號到總線差分電平的轉(zhuǎn)換，共同起到平衡總線上的阻抗作用。
本實施例的系統(tǒng)供電采用了單片機供電與總線供電分開設(shè)計的結(jié)構(gòu)一方面由穩(wěn)壓電源模塊U5(LM2575)和過壓與反相保護及濾波電路組成單片機供電電路，穩(wěn)壓電源模塊輸出端通過電路板上的印制線路與單片機供電引腳(P13、P41、P65、P83、P84、P107腳)相連，同時穩(wěn)壓電源模塊輸出端通過電路板上的印制線路給電路板上所有芯片供電。穩(wěn)壓電源模塊U5(LM2575)和二極管V3，V1和電容C33、C34起到限流、過壓和反相保護作用，C35、C36、C37起到二級冗余濾波作用，將車用12V電源轉(zhuǎn)換成單片機可用的穩(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，避免受外界電壓波動對單片機工作的影響。
另一方面由隔離電源模塊U4(DCDC12S05)以及其二級冗余濾波作用的C8、C9、C22、C23組成濾波電路共同構(gòu)成隔離電源電路，用于給CAN總線提供驅(qū)動電壓和電流，將單片機所用的5V電壓隔離生成CAN總線驅(qū)動電壓，隔離電源模塊U4輸出端通過電路板上的印制線路與光電隔離芯片及CAN通訊驅(qū)動芯片(D1、D4、D5)的供電端相連。供電電路的分開設(shè)計有利于降低外部電源電壓波動對單片機工作電壓的干擾。
本實施例輸入輸出接口采用了兩個4芯航空插座J1(電源)、J2(CAN口)，分別用于供電和CAN通訊接口。航空插座J2通過電路板上的印制線路與CAN通訊芯片(D1)的輸出端相連。控制器盒體與航空插座的良好配合使HCU控制器總成滿足防水、防塵、防電磁干擾設(shè)計要求。
本實施例的信號處理單元的硬件驅(qū)動與信號處理與控制策略實施兩個功能模塊的實現(xiàn)流程如圖4所示，包括以下步驟上電后，系統(tǒng)初始化后進入系統(tǒng)啟動等待。當(dāng)鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)到啟動檔時，完成CAN通訊、定時器等模塊的初始化。隨后進入主循環(huán)，其流程如下(1)根據(jù)離合器信號、加速踏板位置、制動踏板位置、檔位信號和電池SOC值等多個狀態(tài)參數(shù)判斷混合動力車的工作模式。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，模式判斷包括以下步驟首先是一級模式的判斷，即發(fā)動機關(guān)閉或開啟，其次二級模式的判斷，即發(fā)動機開啟下的待速、運行、啟動子模式，最后判斷三級模式，即發(fā)動機運行下的制動能量回收、充電、電機助力子模式；(2)根據(jù)所判斷的當(dāng)前工作模式、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和加速踏板位置，根據(jù)整車動力學(xué)方程計算當(dāng)前模式下整車的扭矩需求；(3)根據(jù)整車扭矩需求，按照優(yōu)化ICE曲線功率分配策略，進行發(fā)動機和ISG電機的轉(zhuǎn)矩分配。具體分配關(guān)系如圖6所示，當(dāng)扭矩需求在a曲線以下和在b曲線以上時，發(fā)動機和電機共同提供驅(qū)動扭矩，當(dāng)扭矩需求在a曲線和b曲線之間時，發(fā)動機單獨提過提供驅(qū)動扭矩；(4)根據(jù)當(dāng)前各個總成是否出現(xiàn)報警或故障，進行發(fā)動機和ISG電機的轉(zhuǎn)矩的限制控制，并依據(jù)故障等級進行停機等控制。
權(quán)利要求
1.一種混合動力用混合動力控制器總成，其特征在于它包括一控制器盒體及安裝在盒體內(nèi)的單片機及設(shè)置在單片機中的控制單元，與該單片機相連的單片機復(fù)位電路、CAN通訊處理電路、單片機供電電路和隔離電源電路，以及分別與單片機供電電路和CAN通訊處理電路相連的航空插座；所述單片機通過接收CAN總線上數(shù)據(jù)，獲取整車狀態(tài)信息，判斷系統(tǒng)工作模式，管理整車能量在動力源的分配；所述單片機復(fù)位電路由電源監(jiān)測芯片及外圍元件組成，監(jiān)測單片機供電電壓的穩(wěn)定性；所述CAN通訊處理電路由光電隔離芯片和CAN總線電平轉(zhuǎn)換芯片及其外圍元件組成，光電隔離元件用于將CAN總線上的信號與單片機隔離；CAN總線電平轉(zhuǎn)換芯片用于實現(xiàn)CAN信號到總線差分電平的轉(zhuǎn)換；所述單片機供電電路由穩(wěn)壓電源模塊及過壓與反相保護及濾波電路組成，給單片機提供穩(wěn)定工作電壓；隔離電源電路由隔離電源及濾波電路組成，給CAN總線提供驅(qū)動電壓和電流；航空插接件是供電和CAN通訊的接口；所述單片機中的控制單元包括硬件驅(qū)動與信號處理與控制策略實施兩個功能模塊，其中硬件驅(qū)動與信號處理模塊完成處理器對CAN通訊信息的處理，控制策略實施模塊負(fù)責(zé)在整車功率分配策略的實施，實現(xiàn)整車的控制目標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明請求保護一種混合動力汽車用混合動力控制，該HCU控制器總成包括一盒體及安裝在盒體內(nèi)的單片機及設(shè)置在單片機中的控制單元，與該單片機相連的單片機復(fù)位電路、CAN通訊處理電路、單片機供電電路和隔離電源電路，以及分別與單片機供電電路和CAN通訊處理電路相連的航空插座。本發(fā)明通過采用以單片機為中心的硬件結(jié)構(gòu)，無需處理大量的外圍信號，提高了處理速度實施整車控制策略，并且具有在線調(diào)試功能，另外采用了多種抗電磁干擾的設(shè)計，保證了控制器具有很好的抗干擾能力，這些都利于以實現(xiàn)整車油耗和排放最佳的控制目標(biāo)。
文檔編號B60W20/00GK1896897SQ20061005408
公開日2007年1月17日 申請日期2006年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者羅禹貢, 金達(dá)鋒, 李克強, 宋瑋, 任勇, 周安健, 張永生, 杜昌松, 趙川林 申請人:清華大學(xué), 重慶長安汽車股份有限公司