基于飞思卡尔的9S12XDT512双核微控制器，混合动力电动汽车 – 混合动力混合动力汽车（VCU）混合动力汽车控制单元设计用途广泛。用于各种混合动力汽车的车辆控制。
了验证VCU功能，本文档控制并行混合总线，并在基于dSPACE的循环中对硬件仿真系统进行一系列仿真实验。试结果表明，VCU可以准确控制车辆达到混合运行状态，然后检查VCU硬件的有效性。合动力汽车车辆控制器; 9S12XDT512;双核微控制器; dSPACE的;硬件在环仿真中图分类号：U469.72文章：A ID：1005-2550（2012）02-0000-00全球能源危机恶化和严重的环境问题使世界各国受到影响将新能源汽车视为汽车工业未来发展的支柱[1-2]。据国家新能源汽车政策和国际技术发展趋势，混合动力汽车和纯电动汽车将成为大规模应用的相对成熟的载体[3]。国科学技术部还将“混合动力汽车产业化技术研究”列为国家高技术发展计划（计划863）的重点发展项目。VCU是混合动力汽车的基本控制部件。件设计的三个重要方面是性能，可靠性和低成本。前，国内车辆控制器主要是为相应的车辆设计的，不同类型车辆使用的控制器硬件不能完全通用[4-6]。VCU硬件的通用设计可以降低设计，测试和维护硬件的成本。文档旨在通过考虑多个HEV的控制要求来设计满足通用性要求的VCU平台，此时，只能对其内部软件和外部电缆进行修改。应，例如ISG（启动器/发电机集成）。混合动力系列，并联和其他类型的车辆中，执行车辆控制功能。文仅以并联混合总线为研究对象，研究了VCU多功能性的设计与开发。联式混合动力电动车控制系统的分析在图1中示出。联式混合动力总线的电源由电动机和电动机组成，并且两者通过连接到后轴的联接器集成。VCU控制电动机，电动机控制器和超级电容器控制器以实现车辆的各种操作模式。VCU是混合动力车辆的中央控制单元。
收集来自加速踏板，制动踏板，离合器踏板和其他组件的信号并做出相应的决定，控制下层组件和控制器的运动以允许车辆正常运转。为整车的控制和管理中心，VCU在正常驾驶，制动能量回收，网络管理，故障诊断和故障排除方面发挥着至关重要的作用，车辆的状况和监控。本硬件要求（1）VCU可以收集数字和模拟信号，正确处理输入信号并输出相应的控制信号。（2）易于调试，可扩展和可重写的存储器，便于存储系统设置。（3）工作电压范围宽（12 V~36 V），温度范围为-40°C至85°C .VCU必须适应振动，噪音，在车辆运行期间遇到的湿气，冲击等。（4）具有良好的电磁兼容性，符合国家相关行业电气设备的电磁兼容标准。该文献研究的混合动力车辆中，电动机控制器和电动机产生强电磁干扰。此，VCU必须具有很强的抗电磁干扰能力[7]。（5）当VCU发生严重故障时，可以确保车辆具有最基本的驾驶能力，这对城市公交车尤为重要。此，必须在严重的设备故障后实现车辆的“回家”功能。辆控制器组件的选择必须满足可靠性要求，并且组件选自汽车级产品。（1）微控制器选择：根据处理信号的数量和存储要求，微控制器采用飞思卡尔的9S12XDT512MAA汽车级计算机芯片。（2）选择外围芯片：AD5623用于模数转换器芯片，DS1390用于实时时钟芯片，NXP产品由逻辑门芯片选择。离电路选用一个普通的光耦合器，一个高速光耦合器，并根据信号传输的速度和类型。性光耦合器，运算放大器采用MAXIM汽车优质产品，DCDC采用金升阳的宽输入电压产品。（3）分立器件的选择：KO73 RA73H2A系列产品用于固定传输信号电阻，Murata PV37WY系列产品用于电阻切割，碳膜家用电阻器用于功率电阻器，奉化高科技X7R电容器和用于贴片电容器的大容量极性电容器。用松下TK系列铝电解电容器，小容量电容器采用奉化高科技CA45型钽电容器;滤波电感使用TDK屏蔽电感。件电路的设计图2描述了VCU硬件电路的一般结构。VCU多输入，多输出，复杂复杂的数模混合，其各种功能电路相对独立，因此可以根据模块化思路设计硬件系统的各个模块，包括：电源模块，中央控制模块，信号隔离模块。（1）主控制模块：图2的“主图”部分。责数据处理，逻辑运算和控制功能的实现。
MCU 9S12XDT512MAA芯片运行速度快（最高总线速度高达40 MHz），具有大容量存储器（512 KB闪存，20 KB RAM），可满足VCU的运行状态注册要求。丰富的设备（SCI，SPI，CAN，PWM等）。ADC等），保存相应的芯片。MCU还将XGATE协处理器添加为双核MCU，能够单独处理繁重的通信和中断处理任务，从而释放通信核心，以管理各种复杂的控制算法。
导致程序的效率提高。大的改进。控制模块还配备了实时时钟（RTC），模数转换（DA）和有源滤波器电路。（2）功率模块：由于VCU的中央控制单元必须与车身隔离，因此电源模块必须能够为中央控制模块供电。源模块提供的电源主板有 5V，±12V，接口板需要非隔离 5V，±12V隔离卡。±12V电源用于为运算放大器和电压基准供电。离电源由DCDC隔离模块和LM2576的非绝缘电源产生。
源模块设计为单个印刷电路板，并通过连接器连接到VCU接口板。3显示了部分功率模块电路。（3）信号隔离模块：该模块的目的是设置和隔离来自VCU的各种信号，以提高VCU的整体抗干扰能力。用HCNR201线性光耦合器隔离模拟信号，如电子踏板信号和VCU输出信号到电子节气门;使用PC817低速光耦器隔离开关信号上的机身低速数字信号和VCU输出到指示灯的信号;使用高速光耦合器隔离VCU信号和PWM输出等高速数字信号。片隔离之前和之后所需的隔离能量由电源板产生。4显示了低速数字信号隔离输入电路，低速数字信号隔离输出和控制电路，以及模拟信号输入隔离电路。磁兼容性和抗干扰设计GB / T4765-1995“EMC术语”将“电磁兼容性”定义如下：“设备或系统可在其电磁环境中正常运行，对环境无法接受。磁干扰能力。“从电磁兼容性的角度来看，两个功能是必要的：除了材料可以根据设计要求完成其功能，（1）系统本身具有很强的抗电磁干扰能力，不能受外部环境干扰（2）系统本身不应成为噪声源，导致与其他仪器和设备的电磁干扰。8]在上述两点的基础上，首先当VCU功率输入在其间时，采用用于抑制共模和差模干扰的LC滤波电路，并且使用由DCDC输出完成的低通滤波器电路LC来确保VCU不存在。受车辆本身的影响，例如火花塞或电磁阀。干扰对电源的强烈干扰也可以防止噪音由主控制模块产生的高频干扰车辆的其他电气设备（图3）;第二，中央控制模块与所有外部信号电隔离，以防止耦合到电缆。扰会影响主控制模块的运行（图4）。VCU的设计中，印刷电路的布局对电磁兼容性有很大影响。用多层印刷电路板可以提高单芯片的抗电磁干扰能力，而四层卡可以比双层卡低20 dB [8]。虑到VCU的性能，成本和体积，VCU分为三种卡：电源卡，主卡和接口卡，四层卡，电源卡和卡。界面卡。板和电源板通过连接器连接到接口板，满足模块化设计要求，减少控制器占用空间，并有助于散热作为电源板位于系统上方（图5）。卡结构中，双层卡，特别是电源和参考部分，在一个点处粘附到数字接地电路，使得可以合理地规划铜区;对于四层板，保持接地层的完整性，确保数字部分和模拟部分注意与接地相关的阻抗问题;必须采用本地MCU布线参考手册，以提供单点接地，避免高频串扰;特别是对噪声敏感的信号，例如各种模拟信号，将用于此的布线区域分开，远离数字电路。靠性设计可靠性设计要求VCU在使用车辆时考虑到任何异常情况，并采取适当措施确保其使用的安全性。如，当VCU发现发动机的水冷却不正常时，VCU中断发动机并通过误差通知驾驶员发动机有故障;当电容器温度过高时，会产生过热报警。了软件考虑因素外，设备还必须保证当VCU有故障时车辆仍可以驱动，例如“回家”功能：继电器切换加速踏板输入信号位于VCU内部，当系统正常运行时，继电器被激活。经过VCU处理然后传输到发动机后，汽车以混合动力模式运行：在VCU发生故障的情况下，继电器停用，信号直接连接到发动机，车辆可以像传统汽车一样安全返回（图5）。功能设计中国有各种车辆控制器，它们是基于CAN通信网络的分布式控制系统[4-7]。据一般概念设计的VCU可以很容易地从一辆车移植到另一辆车。
于CAN已经是当前的汽车总线标准，VCU设计了两个CAN接口，一个用于与电机和一些仪器进行大数据通信，另一个用于其他单元（图1）。RS232接口始终保留，以满足GPS，数字仪表和其他单位等车辆的传统通信需求。VCU必须处理大量的数字和模拟信号，以便更好地适应车辆的要求并设计尽可能多的信号接口，以及15个可上下配置的数字输入，4个数字输入高速捕捉和八低。控制低速数字输出开关，4通道高速PWM数字输出开关，4通道模拟信号输入和2通道模拟信号输出。超过大多数所需的IO接口数量车辆控制器，便于移植。城市公交车运行状况的车辆控制器软件设计控制策略的分析具有以下特点：大多数时候，车辆以中低速运行，启动和停止。车是常见的[9]。级电容器具有功率密度高，充放电速度快，效率高，控制简单，环保，工作温度范围宽等优点。[10]，特别适合混合动力公交车的工作条件。合动力超级电容器车辆的主要目的是降低油耗并提高加速性能。据已知参数，应努力降低发动机的低扭矩和高扭矩。查通用电机曲线（图6）。1400rpm下900rpm下的最大燃料消耗对应于更高的燃料消耗。此，该速度范围是切换到辅助模式的主要条件。发动机进入速度范围时，发动机通过带有发动机的联轴器驱动汽车以在经济的燃料消耗区域中运行发动机（如图6的粗线所示）。踩下制动踏板时，VCU根据车辆的速度和踏板的打开程度控制发动机转换为发电机，并且整个车辆进入制动返回模式以对车辆充电。级电容器。汽车处于其他运行状态时，发动机和超级电容器处于待机模式并进入续流模式。6：通用发动机曲线在混合动力模式下，VCU控制车辆转换为三种辅助模式，恒温阀芯制动响应和滑行，这三种模式的转换不是很复杂，测试基于逻辑阈值。算法被编程为控制程序。VCU收集的数据在逻辑上被利用以符合某种模式时，VCU进入相应模式的处理程序。辅助模式下，计算扭矩分布是VCU的主要任务。驾驶员的需求扭矩大于发动机的经济燃料消耗输出扭矩时，发动机提供经济燃料消耗扭矩和发动机输出需求扭矩与发动机输出扭矩之间的差。济的燃油消耗扭矩;相反，发动机提供所需的扭矩，电动机输出为零。制动模式下，电机转换为发电机，超级电容器充有直流电（CCD）。电电流的强度与此时车辆的速度和制动踏板的打开有关。核微控制器软件S12XDT512包括两个独立的计算核心：主计算核心CPU 12X的核心功能和接口丰富，核心处理速度快。加XGATE有助于提高实时系统性能并减少CPU12X工作负载[11]。据双核MCU的特性，CAN，SPI和其他过程以及程序中的中断处理由XGATE管理，而主CPU主要处理复杂的控制算法，如计算电机转矩。估运营模式和能源分配战略。们之间的数据交换由共享RAM完成。不仅可以确保实时通信，还可以提高控制算法的执行速度。查车辆控制器的功能回路中的硬件仿真系统在回路中构建硬件仿真，这不仅解决了离线仿真的问题，而且还解决了与车辆测试的真实高成本相关的成本。循环[12，13]。8和图9所示的环路中的硬件仿真控制系统由四部分组成：VCU，dSPACE（DS1005），ControlDesk软件和展位仿真平台。台模拟站负责生成三个踏板和齿轮比信号。统的ControlDesk软件的作用是将模型下载到dSPACE并监控dSPACE，后者负责在车辆上生成各种信号。
试结果图10显示了环路中硬件模拟的结果，说明了车速与超级电容器电流和电压，发动机转速和扭矩，发动机扭矩和变速箱信号之间的关系。
析表明，在不同的速度下，当发动机在1400转/分时转速为900转时，车辆切换到辅助模式，发动机帮助发动机在经济燃料消耗区运行（图10A）。里形成的曲线如图6所示。佳燃料消耗曲线非常接近：此时，超级电容器的输出电流及其电压降。踩下制动踏板时，当车速较高且电动机转换为电容发电机的输出电流时，VCU进入制动恢复模式，超级电容器的电压增加;在剩余状态下，VCU进入续流模式，电机和超级电容器处于待机状态，电机单独运行。VCU可以根据踏板和档位信号准确地确定驾驶员的意图，并快速切换到相应的工作模式以获得混合工作模式。论（1）本文件中描述的VCU考虑了多功能性的要求，并且可以很容易地佩戴在其他类型的混合动力车辆上，从而降低了开发和使用设备的成本。（2）首次在混合动力汽车控制器上使用双核微控制器，它可以将中断处理程序分别分配给一个核心，而另一个核心处理复杂的逻辑运算而不会中断，克服传统功能。核微控制器的缺点是由于复杂的中断需求而降低了系统的效率，提高了整个系统的实时性能和运行效率。（3）循环中硬件模拟试验的结果表明，计划设计承诺已经完成，包括车辆需求的计算，运行模式的确定，能量分配策略。数据交换，工作稳定。出的基于发动机工作区优化策略的逻辑阈值能量分配策略是可行的，并且在运行期间优化了发动机工作范围。
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