1、控制器CPU的選擇DSPDSP(DigitalSignalProcessing)技術，也稱為數字信號處理技術，是將一種具有特殊結構的微處理器應用于各種信號處理上，并通過各種信號處理算法，滿足系統的控制要求的技術。飛思卡爾飛思卡爾有著30多年汽車電子的領導地位，是全球領先的汽車工業半導體供應商。568000系列單芯片數字信號控制器融合了數字信號處理器功能和便利的微控制器功能，靈活外設借口配置和不同種類的封裝，為點擊控制、數字電源，儀器儀表，照明控制和家用電器等應用提供低成本、高性能的解決方案。3)單片機單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機

2、存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。主要特點：集成度高、處理功能強、可靠性高、系統結構簡單、價格低廉、靈活性高等特點。綜上所述，與通用微處理器相比，DSP具有如下優點：對元件值的容限不敏感，受溫度、環境等外部參與影響小；可以分時復用，共享處理器；方便調整處理器的系數實現自適應濾波；可實現模擬處理不能實現的功能：線性相位、多抽樣率處理、級聯、易于存儲等；可用于頻率非常低的信號。根據系統運算量的大小、對運算精度的要求、系統成本以及體積、

3、功耗等方面進行綜合考慮，最終決定采用DSP微處理器來實現能量總成控制器。選擇TI公司的TMS320F2812【15、16】這款芯片作為能量總成控制器的CPU。CAN總線的在混合動力汽車上的運用CAN(ControllerAreaNetwork)控制器局域網是德國Bosch公司為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種能有效的支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，屬于現場總線范疇。目前，CAN在機械工業、軌道車輛、航海船只和醫療器械等領域都有廣泛的應用。在汽車領域CAN是應用最為廣泛的總線。隨著CAN在各種領域的應用和推廣，對其通信格式的標準化提出了要求。1991年9月Ph

4、ilipsSemiconductors制定并發布了CAN技術規范(Version2.0)。該技術規范包括A和B兩部分。2.0A給出了CAN報文標準格式，而2.0B給出了標準的和擴展的兩種格式。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運輸工具一數據信息交換一高速通信控制器局域網(CAN)國際標準ISO11898,為控制器局域網的標準化、規范化鋪平了道路。相對于點對點的線束控制方法而占，CAN控制系統強調集成模塊化工作方式可以非常有效地構成各種分布式實時測控系統，并且具有很高的靈活性和可靠性同時，各模塊能夠比較獨立的工作，避免了各模塊間的相互干預。CAN總線中的通信節點可以是控制器、智能傳感

5、器或者是智能執行單元。該技術已經廣泛應用在汽車通信系統中。比如上海大眾推出的POLO轎車上，整車僅用六個通信節點就代替了繁雜的線束，輕松實現了全車數據共享。CAN總線具有以下主要特點：1、多主機工作方式，網絡點不分主從。2、報文幀分為不同的優先級，可滿足報文幀的不同實時性要求。3、采用非破壞性仲裁技術，總線仲裁既不破壞報文幀也不損失時間。4、可方便的實現一對一、一對多及全局廣播等多種報文幀傳送方式。5、通信距離最遠10km(5Kbps以下)，通信速率最大1Mbps(40m以下)。6、總線節點數主要取決于驅動電路，目前可達110個。標準報文幀標識符11位，擴展報文幀標識符29位，報文幀數目幾乎不

6、受限制。7、報文幀采用短幀結構，傳輸時問短，受干擾概率低，出錯率低。8、報文幀具有CRC校驗及其它檢錯措施，檢錯效果好。9、通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖等，選擇靈活。10、發生嚴重錯誤的CAN節點可自動關閉脫離總線，不影響其它節點的正常通信。總之，CAN總線具有實時性強、可靠性高、通信速率快、結構簡單、互操作性好、靈活性高和價格低廉等特點。混合動力汽車的結構復雜，有多種需相互作用卻又相對獨立的部件，并且車載環境比較惡劣，有很強的干擾，模擬信號的可靠性不高。這些特點都決定了采用基于CAN總線網絡的整車控制方案必要性。通過CAN總線網絡,混合動力車輛各系統之間以節點信息的形式交流信息，方便各

7、部件的匹配工作，有利于整車控制與調節。動力總成控制系統的結構分析和選擇動力總成控制系統或者整車控制系統VSC(vehiclesystemcontroller)完成對動力驅動系統的實時控制。VSC必須實時監視車輛的運行狀態，發出控制指令，實現車輛工作模式的轉換，同時對部件的故障進行實時保護，因此整車控制系統【20、21】的設計是一項復雜卻是非常重要的任務。HEV整車控制系統一般采用集中控制或分布式控制兩種系統方案。1、集中控制系統，由系統核心處理器完成對所有信號流和能量流的處理和分配工作，控制器接受所有單元I/O的狀態，根據控制策略，再發出對各單元執行機構的控制命令，集中控制系統具有處理集中，實

8、時性強，響應快的特點。2、分布式控制系統，有VSC通過現場總線與各部件ECU通訊，在工作過程中，各部件ECU分別采集各自控制對象的信號和動態參數，通過現場總線發給VSC，VSC利用這些信息，通過控制策略的運算來進行信號流和能量流的處理和分配工作，并通過現場總線向各部件ECU發出執行指令。各部件ECU接受執行指令，并根據控制對象的當前動態參數，再發出對控制對象的控制命令。該分布式控制系統將整個系統任務模塊化，每個模塊都有一個ECU來接管，這樣以來就將系統可能出現的故障率下移，提高了系統的運行可靠性，不僅如此，由于分布式控制系統是面向對象設計的，從而提高了系統的可擴展性，便于建設、運行和維護。由于

9、處理集中，實時性強，響應快的優點，選擇集中控制系統。系統硬件總體框圖由于處理集中，實時性強，響應快的優點，選擇集中控制系統。動力總成控制器【22】是整個混合電動汽車的核心，肩負著管理和控制整個車輛各個部件的重要功能，也是混合電動汽車控制思想和控制策略的實施部件。它的主要功能可分為采集、分析決策和控制三大部分。動力總成控制器首先采集整個車輛的各種信號。這些信號又分為直接采集信號和CAN總線【23】信號兩大類。其中，直接采集信號包括左輪車速、右輪車速、發動機轉速、電機轉速、變速箱輸入軸轉速、加速踏板位置信號及其零位信號、剎車踏板位置信號及其零位信號、離合器狀態信號、電池電量信號、充放電電流信號等等

10、。然后，總成控制器根據這些信號分析當前車輛的狀態和司機的命令需求，并通過一系列的控制策略的運算，得出滿足司機需求的功率或扭矩、滿足最佳效率的發動機和電機應出的力及最佳的充電功率、AMT的控制等。最后，動力總成控制器將這些結論作為控制信號發送給對應的部件。所以，動力總成控制器除了滿足信號采集和控制信號輸出這兩大功能以外，最主要的是控制策略的實施，這是實現研發混合電動汽車最初意義的關鍵所在。車速傳感誥一調理電路段動機轉速傳感搟調理巾品一1復憾電睹1汕門踏板位蚩傳感器1調理電路卜電漏電芽;制閒踏板位置傳感桶一調與電路拎制單元芯卄LBS笳2上位機|溫度傳感器輸出發動機控制佇號蒂電池泅詢!2EL挖肚信U

11、-啟動信號輸出醤電池控制信號圖2.1系統硬件總體框圖2.6穩壓芯片的選擇AMS1117系列穩壓器有可調版與多種固定電壓版，設計用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至IV。在最大輸出電流時，AMS1117器件的壓差保證最大不超過1.3V，并隨負載電流的減小而逐漸降低。AMS1117的片上微調把基準電壓調整到1.5%的誤差以內，而且電流限制也得到了調整，以盡量減少因穩壓器和電源電路超載而造成的壓力。AMS1117是一個正向低壓降穩壓器，在1A電流下壓降為1.2V。AMS1117有兩個版本:固定輸出版本和可調版本，固定輸出電壓為1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V，具

12、有1%的精度；固定輸出電壓為1.2V的精度為2%。AMS1117內部集成過熱保護和限流電路，是電池供電和便攜式計算機的最佳選擇。特點：1）固定輸出電壓為1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V和可調版本，具有1%的精度2）固定輸出電壓為1.2V的精度為2%3）低漏失電壓：1A輸出電流時僅為1.2V4）限流功能5）過熱切斷6）溫度范圍：-40C125C2.7RS-232收發器接口芯片MAX3232收發器采用專有的低壓差發送器輸出級，利用雙電荷泵在3.0V至5.5V電源供電時能夠實現真正的RS-232性能。器件僅需四個0.1F的外部小尺寸電荷泵電容。MAX3232確保

13、在120kbps數據速率下維持RS-232輸出電平。MAX3232具有2路接收器和2路驅動器。提供1pA關斷模式，有效降低功耗并延長便攜式產品的電池使用壽命。關斷模式下，接收器保持有效狀態，對外部設備進行檢測，僅消耗1A電源電流。2.8CAN收發器SN65HVD230是德州儀器公司生產的3.3VCAN收發器，該器件適用于較高通訊速率、良好抗干擾能力和高可靠性CAN總線的串行通信。CAN總線以其較高的通訊速率、良好的抗電磁干擾能力可實現高可靠性串行通信，因而在實際應用中具有極高的應用價值。不過，隨著集成技術的不斷發展，為了節省功耗，縮小電路體積，一些新型CAN總線控制器的邏輯電平均采用LVTTL

14、，這就需要和之相適應的總線收發器。TI公司生產的SN65HVD230型電路非常好地解決了這個問題。SN65HVD230是德州儀器公司生產的3.3CAN總線收發器，主要是和帶有CAN控制器的TMS320Lx240 x系列DSP配套使用，該收發器具有差分收發能力，最高速率可達1Mb/s。廣泛用于汽車、工業自動化、UPS控制等領域。SN65HVD230可用于較高干擾環境下。該器件在不同的速率下均有良好的收發能力，其主要特點如下：完全兼容ISO11898標準；高輸入阻抗，允許120個節點；低電流等待模式，典型電流為370A；信號傳輸速率最高可達1Mb/s；具有熱保護，開路失效保護功能；具有抗瞬間干擾，

15、保護總線的功能；斜率控制，降低射頻干擾(RFI)；差分接收器，具有抗寬范圍的共模干擾、電磁干擾(EMI)能力。讓1去問他3第三章HEV動力總成硬件系統設計3.1系統的硬件需求分析本文所討論的ISG型混合動力汽車動力總成控制系統主要包括動力總成控制器及其配套軟件。要求能夠實時檢測整車運行狀態，使車輛的各個性能都達到最佳。在設計時，要進行軟硬件的并行考慮，保證實時控制的前提下，盡量采用軟件來實現功能。系統的需求應滿足以下要求：1）控制器應進行車輛起動、行駛、發電、加速、巡航、制動能量回收和倒車等狀態的平滑控制，發動機與電機雙動力控制與切換管理，最大綜合效率控制。2）發動機、電機工作狀態顯示信號輸出

16、，電池組電量顯示信號輸出至車輛儀表。3）與其它系統能用CAN總線通訊，并具有良好的穩定性與抗干擾性。4）具有良好的電磁兼容性，滿足國家相關的電磁兼容性標準。能適應所有道路條件下的震動與沖擊。5）系統硬件部分與車輛線束相連接的插接件應符合電動汽車相關標準，保證拆裝方便、性能可靠。6）控制系統在環境溫度為40C至85C時能正常穩定工作。7）應具備完善的配套測試程序，可通過其修改各種參數，存儲實驗數據，有利于算法研究，方便系統今后的進一步完善。功能模塊劃分對動力總成控制器的功能描述來分析能量總成控制器所需要的功能模塊。1）CAN控制器模塊動力總成控制器是基于CAN總線的網絡節點。2）AD模塊在采集信

17、號中，有諸如加速踏板位置信號、剎車踏板位置信號等多個模擬量信號。3）I/O口采集信號和輸出信號中，同樣有多個I/O信號，要求控制器的通用I/O口或者I/O空間有足夠余量。4）串口SCI（SerialCommunicationInterface）由于上位機要通過SCI口來檢測和修改能量控制器參數以及進行實時的監控。TMS320F2812的介紹芯片主要性能如下：1）高性能靜態CMOS制成技術150MHz（6.67ns周期時間）省電設計（1.8VCore,3.3VI/O）3.3V快取可程序電壓JTAG掃描支持高效能32BitCPU16x16和32x32MACOperations16x16DualMA

18、C哈佛總線結構快速中斷響應4M線性程序尋址空間(LinearProgramAddressReach)4M線性數據尋址空間(LinearDataAddressReach)TMS320F24X/LF240X程序核心兼容芯片上(0n-Chip)的內存128Kx16Flash(4個8Kx16,6個16Kx16)1KX160TPR0M(單次可程序只讀存儲器)L0和L1：2組4Kx16SARAMHO：1組8KX16SARAMM0和M1：2組1Kx16SARAM。共128Kx16Flash，18Kx16SARAM外部內存接口支持1M的外部內存可程序的WaitStates可程序的Read/WriteStrob

19、eTi最小g三個獨立的芯片選擇(ChipSelects)頻率與系統控制支持動態的相位鎖定模塊(PLL)比率變更On-Chip振蕩器看門狗定時器模塊三個外部中斷外圍中斷擴展方塊(PIE),支持45個外圍中斷128位保護密碼保護Flash/R0M/0TP及LO/L1SARAM防止韌體逆向工程三個32位CPUTimer電動機控制外圍兩個事件管理模塊(EVA,EVB)與240 xADSP相容同步串行外圍接口SPI模塊兩個異步串行通訊接口SCI模塊，標準UARTeCAN(EnhancedControllerAreaNetwork)McBSPWithSPIMode16個信道12位模擬-數字轉換模塊(ADC

20、)2x8通道的輸入多任務兩個獨立的取樣-保持(Sample-and-Hold)電路可單一或同步轉換快速的轉換率：80ns/12.5MSPS3.4DSP最小系統及相關電路一個典型的DSP最小系統包括DSP芯片、電源電路、復位電路、時鐘電路及JTAG接口電路。考慮到與PC通信的需要，最小系統一般還需增添串口通信電路。3.4.1供電電路AMS11173.3電源轉換芯片作為5V轉3.3V的高性能穩壓芯片，為這個開發板提供穩定可靠的主電源VCC(3.3V)。AMS11171.8電源轉換芯片提供1.8V給DSP內核使用。AMS1117輸出后的47F的電容不能省略，這樣能更好的保證電源質量。AMS1117系

21、列芯片輸出電流最高可達800mA,輸出電壓的精度在1%以內，還具有電流限制和熱保護功能，并且價格低廉，廣泛用于手持儀表，數字家電和工業控制領域。使用時，輸出端通常接一個10F或者47F的電容來改善瞬態響應和穩定性。圖3.2電源轉換電路3.4.2復位電路使用RC電路保證DSP芯片可靠復位，并提供手動復位按鈕，方便調試。圖3.3復位電路3.4.3時鐘振蕩電路鎖向環(PLL)模塊主要用來控制DSP內核的工作頻率，外部提供一個參考時鐘輸入，經過PLL倍頻或分頻后提供給DSP內核。2812DSP有4位倍頻位，能夠實現0.510倍的倍頻。本設計采用內部振蕩器方式，選用30M的外部晶振。elxdsQ30M詢

22、宀XTAL22pFZp2pF圖3.4晶振電路3.4.4JTAG接口電路JTAG接口提供對DSP的內部FLASH的少些和方針調試。該部分的引腳定義不能隨意更改。I1KMUPJ0TRSTR103intLMUTOOIMStdT圖3.5JTAG接口電路234567S91011121314DSPJTAG3.4.5SCI串口通訊電路TMS320F2812內置SCI通訊模塊。vetC72IO.uC1-vccCI-C2+V+C2-V-RIENR1OUTTHNT1C3LTR2NR2OUTT2INT2OUTMAX?2?2CSFR72OIKR721IKD72C)-44D72I-HI.kD.RD圖3.6SCI串口通訊

23、電路RS232接口芯片采用的是MAX3232,3.3V供電。3.4.6AD轉換電路TMS320F2812內部提供了12位精度A/D轉換模塊，在很多應用系統中直接采用它的這種功能進行模擬信號采集。A/D轉換模塊將加速踏板行程、制動踏板行程等模擬信號轉換數字信號，用于CPU處理。A/D轉換采用TMS320F2812自帶的A/D轉換接口。DSP內置16通道12位ADC，可配置為2個獨立的8通道模塊，分別服務于時間管理器A和B。16路ADC均未作處理，可以直接使用。ADC時鐘可配置為25MHz，最高采樣帶寬為12.5MHz。APCINA7ADCINA6ABCINA5ABCINA4ADCINA3ABCI

24、NA2ABCINA1ADCINAOAPCLO；VSSAIOhHP.LrM-vmmaLVQCEA力pqBHH密AVdBmMoav昌Bzaoavmlluav93NIOOVmbnoav寸MENIOav圉bnoavLSNIuav03NIUOVOIVacrA11OJ寸i11lCI*TvccVCC/+47lF24K圖3.7AD轉換電路3.7油門/制動踏板位置信號采集電路油門/制動踏板位置傳感器輸出的是模擬電壓信號，該信號經過濾波、鉗位和電壓跟隨后，一路進行AD轉換；另一路經過微分電路，得到油門變化快慢信號，如圖3.11所示。油門開度可增大可減小，因此油門/制動踏板位置微分信號可出現正電壓，也可出現負電壓。

25、單片機不能識別負電壓，因此設計微分電路時在TLC2272的5腳上引入1.5V電壓作為基準電壓。此時4腳輸出電壓為：dVV二1.5-RCposPOSD73dt其中/os為油門/制動踏板位置電壓信號；Vpos為油門/制動踏板位置微分信號,R、C如圖3.12中所示的電阻和電容。因此選擇合適的電阻和電容就可以保證73該電路輸出的電壓為03V,并能真實地反映油門/制動踏板開度變化的快慢。3.8車速采集電路車速傳感器選用霍爾傳感器，該傳感器輸出的是脈沖信號，需要經過濾波、整形后變成規則的方波信號，單片機才能準確的檢測汽車車速信號。電路如圖3.13所示，C5起濾波作用，D4起鉗位作用，R11和R9分出一個合適的比較基準電壓，R13為輸出上拉電阻，R12為反饋電阻。當輸入信號高于3.3V時，D3截止，輸入到比較器3腳的信號通過R10上拉成3.3V，這樣比較器輸入端的電壓不可能超過3.3V，對比較器起到保護作用。輸入信號低于3.3V時，D3導通，輸入信號經過濾波、鉗位送到比較器LM311的3腳。當比較器LM311輸入端3腳的信號低于2腳的基準電壓時，輸出引腳5為高電平；當比較器LM311輸入端3腳的信號高于2腳的基準電壓時，輸出引腳5為低電平，這樣速度信號就變成了規則的方波信號。圖3.13車速采集信號EMITOUTVCC+IN+COL