专利名称：一种轻度混合动力用混合动力控制器总成的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车控制技术，具体涉及一种用于混合动力汽车的混合动力(HCU)控制器。
背景技术：
HCU控制器总成是混合动力车整车运行传感和反应体系中的关键控制部件，其性能优劣将直接影响整车性能好坏。现有的HCU根据混合动力车自身结构的不同(并联、串联、混联)和整车控制要求的不同而具有不同的结构特性。如“并联式混合动力汽车多能源动力总成控制单元的研究与开发”(《高技术通讯》2003年02期)一文中所公开的技术，该系统利用了DSP技术设计混合动力车HCU控制器总成(其核心处理器选用TI公司的TMS320LF2407A)，其结构框图如图1所示，它主要包括控制器局域网CAN、串行通讯口RS232、A/D、I/O输入、I/O输出、PWM输入和PWM输出。虽然该HCU控制器能完成对整车的有效控制，实现整车的基本功能，但在整车油耗和排放性能方面控制效果较差。同时该控制器由于包含大量的外围信号处理电路，其控制器不但要完成整车控制策略的实现，而且需要执行大量的信号采集与处理任务，在实现较为复杂的控制策略和算法时有一定的局限性。此外该控制器缺乏硬件在线调试系统，不便于实时发现在实车调试中的问题。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种轻度混合动力用HCU控制器总成，该总成采用以单片机为中心的硬件结构，提高处理速度，具有在线调试功能，提高抗干扰能力，以实现整车油耗和排放最佳的控制目标。
本发明提出的混合动力车HCU控制器总成包括一盒体及安装在盒体内的单片机及设置在单片机中的控制单元，与该单片机相连的单片机复位电路、CAN通讯处理电路、单片机供电电路和隔离电源电路，以及分别与单片机供电电路和CAN通讯处理电路相连的航空插座。
所述单片机通过CAN总线获取整车状态信息，并进行混合动力车工作状态的判断，按照设定的控制策略在各动力源之间进行能量分配。
所述单片机复位电路由电源监测芯片及外围元件组成，监测单片机供电电压的稳定性。当电压超出允许工作范围时，产生复位信号，单片机重新启动。
所述CAN通讯处理电路由光电隔离芯片和CAN总线电平转换芯片及其外围元件组成，光电隔离元件用于将CAN总线上的信号与单片机隔离，减少外部干扰对单片机的影响；CAN总线电平转换芯片用于实现CAN信号到总线差分电平的转换。
所述单片机供电电路由稳压电源模块及其过压与反相保护及滤波电路组成，主要为单片机提供5V稳定电压，避免受外界电压波动对单片机工作的影响。
隔离电源电路由隔离电源及滤波电路组成，主要为CAN总线信号电平转换芯片提供驱动电压和为总线提供驱动电流。
航空插接件用于提供供电和CAN通讯接口，同时与盒体配合实现防水、防尘、防电磁干扰要求，控制盒体积小、安装方便。
设置在单片机中的控制单元包括硬件驱动与信号处理与控制策略实施两个功能模块，其中硬件驱动与信号处理模块完成处理器对CAN通讯信息的处理，控制策略实施模块负责在整车功率分配策略的实施，实现整车的控制目标。
本发明结构简单、操作方便，和已有的相关技术相比，本发明具有以下优点首先在混合动力控制器控制下，整车油耗和排放指标达到了最佳目标；其次由于混合动力控制器总成无需处理大量的外围信号，所以能以很高的处理速度实施整车控制策略，保证了整车性能的实现；再则混合动力控制器具有在线调试功能，非常方便控制器总成的调试；另外混合动力控制器采用了多种抗电磁干扰的设计，保证了控制器具有很好的抗干扰能力；最后采用专业防水设计以及精密插接件与壳体配合，形成全封闭的控制盒形式，可以满足车用控制器的防水、防尘要求。
图1为已有的HCU控制器总成框图。
图2为本发明提出的HCU控制器总成的结构框图。
图3为本发明提出的HCU控制器总成的一个实施例的电路原理框图。
图4为本发明提出的HCU控制器总成的一个实施例的信号处理单元流程图。
图5为本发明所提出的混和动力车系统工作模式转换图。
图6为本发明所提出的混和动力车功率分配关系图.
具体实施例方式
参见图2，本发明提出的HCU控制器总成包括单片机1、设置在单片机中的控制单元，与该单片机相连的单片机复位电路4、CAN通讯处理电路5、单片机供电电路2和隔离电源电路3，以及分别与单片机供电电路2和CAN通讯处理电路5相连的两个航空插座6和7，另外该单片机还提供了下载及调试口8。这些部件均安装在一全铝结构的控制器盒体9内。
以下结合图3来详细说明本控制器的具体电路实现本实施例的单片机采用MOTOROAL公司生产的16位单片机芯片U1(MC9S12DP256)，用于混合动力系统的能量管理和系统控制，它通过接收CAN总线上数据，获取整车状态信息；单片机复位电路由电源监测芯片U3(MC34064)和电阻R4、R7、开关S1、二极管Q1组成，通过电路板上的印制线路与单片机复位引脚(P42脚)相连，用于监测单片机供电电压的稳定性，当系统电压发生10％的电压波动时，电源监测芯片MC34064产生使单片机复位的信号，保证单片机正常工作；CAN通讯处理电路由光电隔离芯片D1(82C50)和CAN总线电平转换芯片D4、D5(6N137)及其电阻R21等外围元件组成，光电隔离芯片通过电路板上的印制线路与单片机CAN通讯发送接收引脚(P104、P105脚)相连。光电隔离芯片D1(82C50)用于将CAN总线上的信号与单片机隔离，减少外部干扰对单片机的影响；CAN总线电平转换芯片用于实现CAN信号到总线差分电平的转换，共同起到平衡总线上的阻抗作用。
本实施例的系统供电采用了单片机供电与总线供电分开设计的结构一方面由稳压电源模块U5(LM2575)和过压与反相保护及滤波电路组成单片机供电电路，稳压电源模块输出端通过电路板上的印制线路与单片机供电引脚(P13、P41、P65、P83、P84、P107脚)相连，同时稳压电源模块输出端通过电路板上的印制线路给电路板上所有芯片供电。稳压电源模块U5(LM2575)和二极管V3，V1和电容C33、C34起到限流、过压和反相保护作用，C35、C36、C37起到二级冗余滤波作用，将车用12V电源转换成单片机可用的稳定5V电压，稳压电源模块LM2575输入范围9-12V，保证系统工作的稳定性，避免受外界电压波动对单片机工作的影响。
另一方面由隔离电源模块U4(DCDC12S05)以及其二级冗余滤波作用的C8、C9、C22、C23组成滤波电路共同构成隔离电源电路，用于给CAN总线提供驱动电压和电流，将单片机所用的5V电压隔离生成CAN总线驱动电压，隔离电源模块U4输出端通过电路板上的印制线路与光电隔离芯片及CAN通讯驱动芯片(D1、D4、D5)的供电端相连。供电电路的分开设计有利于降低外部电源电压波动对单片机工作电压的干扰。
本实施例输入输出接口采用了两个4芯航空插座J1(电源)、J2(CAN口)，分别用于供电和CAN通讯接口。航空插座J2通过电路板上的印制线路与CAN通讯芯片(D1)的输出端相连。控制器盒体与航空插座的良好配合使HCU控制器总成满足防水、防尘、防电磁干扰设计要求。
本实施例的信号处理单元的硬件驱动与信号处理与控制策略实施两个功能模块的实现流程如图4所示，包括以下步骤上电后，系统初始化后进入系统启动等待。当钥匙开关转到启动档时，完成CAN通讯、定时器等模块的初始化。随后进入主循环，其流程如下(1)根据离合器信号、加速踏板位置、制动踏板位置、档位信号和电池SOC值等多个状态参数判断混合动力车的工作模式。具体的工作模式和各种工作模式之间的关系如图5所示，模式判断包括以下步骤首先是一级模式的判断，即发动机关闭或开启，其次二级模式的判断，即发动机开启下的待速、运行、启动子模式，最后判断三级模式，即发动机运行下的制动能量回收、充电、电机助力子模式；(2)根据所判断的当前工作模式、发动机转速和加速踏板位置，根据整车动力学方程计算当前模式下整车的扭矩需求；(3)根据整车扭矩需求，按照优化ICE曲线功率分配策略，进行发动机和ISG电机的转矩分配。具体分配关系如图6所示，当扭矩需求在a曲线以下和在b曲线以上时，发动机和电机共同提供驱动扭矩，当扭矩需求在a曲线和b曲线之间时，发动机单独提过提供驱动扭矩；(4)根据当前各个总成是否出现报警或故障，进行发动机和ISG电机的转矩的限制控制，并依据故障等级进行停机等控制。
权利要求
1.一种混合动力用混合动力控制器总成，其特征在于它包括一控制器盒体及安装在盒体内的单片机及设置在单片机中的控制单元，与该单片机相连的单片机复位电路、CAN通讯处理电路、单片机供电电路和隔离电源电路，以及分别与单片机供电电路和CAN通讯处理电路相连的航空插座；所述单片机通过接收CAN总线上数据，获取整车状态信息，判断系统工作模式，管理整车能量在动力源的分配；所述单片机复位电路由电源监测芯片及外围元件组成，监测单片机供电电压的稳定性；所述CAN通讯处理电路由光电隔离芯片和CAN总线电平转换芯片及其外围元件组成，光电隔离元件用于将CAN总线上的信号与单片机隔离；CAN总线电平转换芯片用于实现CAN信号到总线差分电平的转换；所述单片机供电电路由稳压电源模块及过压与反相保护及滤波电路组成，给单片机提供稳定工作电压；隔离电源电路由隔离电源及滤波电路组成，给CAN总线提供驱动电压和电流；航空插接件是供电和CAN通讯的接口；所述单片机中的控制单元包括硬件驱动与信号处理与控制策略实施两个功能模块，其中硬件驱动与信号处理模块完成处理器对CAN通讯信息的处理，控制策略实施模块负责在整车功率分配策略的实施，实现整车的控制目标。
全文摘要
本发明请求保护一种混合动力汽车用混合动力控制，该HCU控制器总成包括一盒体及安装在盒体内的单片机及设置在单片机中的控制单元，与该单片机相连的单片机复位电路、CAN通讯处理电路、单片机供电电路和隔离电源电路，以及分别与单片机供电电路和CAN通讯处理电路相连的航空插座。本发明通过采用以单片机为中心的硬件结构，无需处理大量的外围信号，提高了处理速度实施整车控制策略，并且具有在线调试功能，另外采用了多种抗电磁干扰的设计，保证了控制器具有很好的抗干扰能力，这些都利于以实现整车油耗和排放最佳的控制目标。
文档编号B60W20/00GK1896897SQ20061005408
公开日2007年1月17日 申请日期2006年2月16日 优先权日2006年2月16日
发明者罗禹贡, 金达锋, 李克强, 宋玮, 任勇, 周安健, 张永生, 杜昌松, 赵川林 申请人:清华大学, 重庆长安汽车股份有限公司