1、控制器CPU的選擇DSPDSP(DigitalSignalProcessing)技術(shù)，也稱為數(shù)字信號處理技術(shù)，是將一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器應(yīng)用于各種信號處理上，并通過各種信號處理算法，滿足系統(tǒng)的控制要求的技術(shù)。飛思卡爾飛思卡爾有著30多年汽車電子的領(lǐng)導(dǎo)地位，是全球領(lǐng)先的汽車工業(yè)半導(dǎo)體供應(yīng)商。568000系列單芯片數(shù)字信號控制器融合了數(shù)字信號處理器功能和便利的微控制器功能，靈活外設(shè)借口配置和不同種類的封裝，為點擊控制、數(shù)字電源，儀器儀表，照明控制和家用電器等應(yīng)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(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)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(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。主要特點：集成度高、處理功能強、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(yōu)點：對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部參與影響?。豢梢苑謺r復(fù)用，共享處理器；方便調(diào)整處理器的系數(shù)實現(xiàn)自適應(yīng)濾波；可實現(xiàn)模擬處理不能實現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級聯(lián)、易于存儲等；可用于頻率非常低的信號。根據(jù)系統(tǒng)運算量的大小、對運算精度的要求、系統(tǒng)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(xiàn)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(wǎng)是德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)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(wǎng)絡(luò)，屬于現(xiàn)場總線范疇。目前，CAN在機械工業(yè)、軌道車輛、航海船只和醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在汽車領(lǐng)域CAN是應(yīng)用最為廣泛的總線。隨著CAN在各種領(lǐng)域的應(yīng)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(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范(Version2.0)。該技術(shù)規(guī)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(shù)據(jù)信息交換一高速通信控制器局域網(wǎng)(CAN)國際標準ISO11898,為控制器局域網(wǎng)的標準化、規(guī)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(tǒng)強調(diào)集成模塊化工作方式可以非常有效地構(gòu)成各種分布式實時測控系統(tǒng)，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(yù)。CAN總線中的通信節(jié)點可以是控制器、智能傳感

5、器或者是智能執(zhí)行單元。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在汽車通信系統(tǒng)中。比如上海大眾推出的POLO轎車上，整車僅用六個通信節(jié)點就代替了繁雜的線束，輕松實現(xiàn)了全車數(shù)據(jù)共享。CAN總線具有以下主要特點：1、多主機工作方式，網(wǎng)絡(luò)點不分主從。2、報文幀分為不同的優(yōu)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(shù)，總線仲裁既不破壞報文幀也不損失時間。4、可方便的實現(xiàn)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(jié)點數(shù)主要取決于驅(qū)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(shù)目幾乎不

6、受限制。7、報文幀采用短幀結(jié)構(gòu)，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(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖等，選擇靈活。10、發(fā)生嚴重錯誤的CAN節(jié)點可自動關(guān)閉脫離總線，不影響其它節(jié)點的正常通信?？傊?，CAN總線具有實時性強、可靠性高、通信速率快、結(jié)構(gòu)簡單、互操作性好、靈活性高和價格低廉等特點?；旌蟿恿ζ嚨慕Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多種需相互作用卻又相對獨立的部件，并且車載環(huán)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(wǎng)絡(luò)的整車控制方案必要性。通過CAN總線網(wǎng)絡(luò),混合動力車輛各系統(tǒng)之間以節(jié)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(diào)節(jié)。動力總成控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析和選擇動力總成控制系統(tǒng)或者整車控制系統(tǒng)VSC(vehiclesystemcontroller)完成對動力驅(qū)動系統(tǒng)的實時控制。VSC必須實時監(jiān)視車輛的運行狀態(tài)，發(fā)出控制指令，實現(xiàn)車輛工作模式的轉(zhuǎn)換，同時對部件的故障進行實時保護，因此整車控制系統(tǒng)【20、21】的設(shè)計是一項復(fù)雜卻是非常重要的任務(wù)。HEV整車控制系統(tǒng)一般采用集中控制或分布式控制兩種系統(tǒng)方案。1、集中控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)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(tài)，根據(jù)控制策略，再發(fā)出對各單元執(zhí)行機構(gòu)的控制命令，集中控制系統(tǒng)具有處理集中，實

8、時性強，響應(yīng)快的特點。2、分布式控制系統(tǒng)，有VSC通過現(xiàn)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(tài)參數(shù)，通過現(xiàn)場總線發(fā)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(xiàn)場總線向各部件ECU發(fā)出執(zhí)行指令。各部件ECU接受執(zhí)行指令，并根據(jù)控制對象的當(dāng)前動態(tài)參數(shù)，再發(fā)出對控制對象的控制命令。該分布式控制系統(tǒng)將整個系統(tǒng)任務(wù)模塊化，每個模塊都有一個ECU來接管，這樣以來就將系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障率下移，提高了系統(tǒng)的運行可靠性，不僅如此，由于分布式控制系統(tǒng)是面向?qū)ο笤O(shè)計的，從而提高了系統(tǒng)的可擴展性，便于建設(shè)、運行和維護。由于

9、處理集中，實時性強，響應(yīng)快的優(yōu)點，選擇集中控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件總體框圖由于處理集中，實時性強，響應(yīng)快的優(yōu)點，選擇集中控制系統(tǒng)。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(fā)動機轉(zhuǎn)速、電機轉(zhuǎn)速、變速箱輸入軸轉(zhuǎn)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(tài)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(jù)這些信號分析當(dāng)前車輛的狀態(tài)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(fā)動機和電機應(yīng)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(jié)論作為控制信號發(fā)送給對應(yīng)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(xiàn)研發(fā)混合電動汽車最初意義的關(guān)鍵所在。車速傳感誥一調(diào)理電路段動機轉(zhuǎn)速傳感搟調(diào)理巾品一1復(fù)憾電睹1汕門踏板位蚩傳感器1調(diào)理電路卜電漏電芽;制閒踏板位置傳感桶一調(diào)與電路拎制單元芯卄LBS笳2上位機|溫度傳感器輸出發(fā)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(tǒng)硬件總體框圖2.6穩(wěn)壓芯片的選擇AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)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(diào)把基準電壓調(diào)整到1.5%的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)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(wěn)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(diào)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(nèi)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(diào)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(fā)器接口芯片MAX3232收發(fā)器采用專有的低壓差發(fā)送器輸出級，利用雙電荷泵在3.0V至5.5V電源供電時能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)據(jù)速率下維持RS-232輸出電平。MAX3232具有2路接收器和2路驅(qū)動器。提供1pA關(guān)斷模式，有效降低功耗并延長便攜式產(chǎn)品的電池使用壽命。關(guān)斷模式下，接收器保持有效狀態(tài)，對外部設(shè)備進行檢測，僅消耗1A電源電流。2.8CAN收發(fā)器SN65HVD230是德州儀器公司生產(chǎn)的3.3VCAN收發(fā)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(xiàn)高可靠性串行通信，因而在實際應(yīng)用中具有極高的應(yīng)用價值。不過，隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展，為了節(jié)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(yīng)的總線收發(fā)器。TI公司生產(chǎn)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(chǎn)的3.3CAN總線收發(fā)器，主要是和帶有CAN控制器的TMS320Lx240 x系列DSP配套使用，該收發(fā)器具有差分收發(fā)能力，最高速率可達1Mb/s。廣泛用于汽車、工業(yè)自動化、UPS控制等領(lǐng)域。SN65HVD230可用于較高干擾環(huán)境下。該器件在不同的速率下均有良好的收發(fā)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(jié)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(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)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(tǒng)主要包括動力總成控制器及其配套軟件。要求能夠?qū)崟r檢測整車運行狀態(tài)，使車輛的各個性能都達到最佳。在設(shè)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(xiàn)功能。系統(tǒng)的需求應(yīng)滿足以下要求：1）控制器應(yīng)進行車輛起動、行駛、發(fā)電、加速、巡航、制動能量回收和倒車等狀態(tài)的平滑控制，發(fā)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(fā)動機、電機工作狀態(tài)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(tǒng)能用CAN總線通訊，并具有良好的穩(wěn)定性與抗干擾性。4）具有良好的電磁兼容性，滿足國家相關(guān)的電磁兼容性標準。能適應(yīng)所有道路條件下的震動與沖擊。5）系統(tǒng)硬件部分與車輛線束相連接的插接件應(yīng)符合電動汽車相關(guān)標準，保證拆裝方便、性能可靠。6）控制系統(tǒng)在環(huán)境溫度為40C至85C時能正常穩(wěn)定工作。7）應(yīng)具備完善的配套測試程序，可通過其修改各種參數(shù)，存儲實驗數(shù)據(jù)，有利于算法研究，方便系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)節(jié)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(shù)以及進行實時的監(jiān)控。TMS320F2812的介紹芯片主要性能如下：1）高性能靜態(tài)CMOS制成技術(shù)150MHz（6.67ns周期時間）省電設(shè)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(jié)構(gòu)快速中斷響應(yīng)4M線性程序?qū)ぶ房臻g(LinearProgramAddressReach)4M線性數(shù)據(jù)尋址空間(LinearDataAddressReach)TMS320F24X/LF240X程序核心兼容芯片上(0n-Chip)的內(nèi)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(nèi)存接口支持1M的外部內(nèi)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(tǒng)控制支持動態(tài)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(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(ADC

20、)2x8通道的輸入多任務(wù)兩個獨立的取樣-保持(Sample-and-Hold)電路可單一或同步轉(zhuǎn)換快速的轉(zhuǎn)換率：80ns/12.5MSPS3.4DSP最小系統(tǒng)及相關(guān)電路一個典型的DSP最小系統(tǒng)包括DSP芯片、電源電路、復(fù)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(tǒng)一般還需增添串口通信電路。3.4.1供電電路AMS11173.3電源轉(zhuǎn)換芯片作為5V轉(zhuǎn)3.3V的高性能穩(wěn)壓芯片，為這個開發(fā)板提供穩(wěn)定可靠的主電源VCC(3.3V)。AMS11171.8電源轉(zhuǎn)換芯片提供1.8V給DSP內(nèi)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(zhì)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(nèi)，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(shù)字家電和工業(yè)控制領(lǐng)域。使用時，輸出端通常接一個10F或者47F的電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。圖3.2電源轉(zhuǎn)換電路3.4.2復(fù)位電路使用RC電路保證DSP芯片可靠復(fù)位，并提供手動復(fù)位按鈕，方便調(diào)試。圖3.3復(fù)位電路3.4.3時鐘振蕩電路鎖向環(huán)(PLL)模塊主要用來控制DSP內(nèi)核的工作頻率，外部提供一個參考時鐘輸入，經(jīng)過PLL倍頻或分頻后提供給DSP內(nèi)核。2812DSP有4位倍頻位，能夠?qū)崿F(xiàn)0.510倍的倍頻。本設(shè)計采用內(nèi)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(nèi)部FLASH的少些和方針調(diào)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(nèi)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(zhuǎn)換電路TMS320F2812內(nèi)部提供了12位精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，在很多應(yīng)用系統(tǒng)中直接采用它的這種功能進行模擬信號采集。A/D轉(zhuǎn)換模塊將加速踏板行程、制動踏板行程等模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號，用于CPU處理。A/D轉(zhuǎn)換采用TMS320F2812自帶的A/D轉(zhuǎn)換接口。DSP內(nèi)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(wù)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(zhuǎn)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(jīng)過濾波、鉗位和電壓跟隨后，一路進行AD轉(zhuǎn)換；另一路經(jīng)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(xiàn)正電壓，也可出現(xiàn)負電壓。

25、單片機不能識別負電壓，因此設(shè)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(jīng)過濾波、整形后變成規(guī)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(dāng)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(dǎo)通，輸入信號經(jīng)過濾波、鉗位送到比較器LM311的3腳。當(dāng)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(dāng)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(guī)則的方波信號。圖3.13車速采集信號EMITOUTVCC+IN+COL