专利名称：一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车动力控制系统，特别是一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元。
背景技术：
当今，石油资源严重短缺，各国正在致力于发展电动汽车产业。由于目前的电池技术仍处于瓶颈状态，未能有较大突破，而氢燃料电池成本又居高不下，因此纯电动车和燃料电池电动车的发展在目前仍受较大制约，在很长的一段时期内，混合动力电动车发展前景良好，有望近期实现产业化。顾名思义，混合动力车的动力来源是有多种形式的能量混合提供的，包括动力蓄电池化学能、发动机动能、发电机电能及驱动电机制动所产生的电能，最终这些能量转化为机械能驱动车轮前进。由于混合动力车动力来源的多样性和复杂性，其动力系统的总成控制也相对复杂，技术难度大。整车中央控制单元主要是采集各动力部件的工作状态信息，通过多能源总成控制算法对各动力部件进行多能源的协调控制，使混合动力车整车的环保性、经济性和动力性达到最优。
发明内容
为了在兼顾整车的动力性的同时，能有效的协调控制发动机、电池、驱动电机，使多种能源匹配均衡，从而降减少动机排放、降低发动机油耗，最终实现整车的环保性、经济性和动力性。本发明提供一种用于混合动力车的整车中央控制单元。
它由三块印制电路板组成，包括控制电源板1，信号输入输出板2和CPU控制板3，信号输入输出板将外部输入信号调整成CPU控制板可以识别的信号，并将CPU控制板的控制命令转换为对外部的直接控制电平信号，电源板则主要为系统提供工作电源，其中所述控制电源板1由DC/DC电源模块进行直流变换，它包括为所述信号输入输出板2和CPU控制板3提供工作电源的一路5V/10W直流电源、二路±12V/10W直流电源；为整车动力部件的电压电流传感器提供1路±15V/10W的直流电源；为发电机的励磁机提供控制电源，该电源0-42V/200W可调，通过调节该电源的大小可控制发电机的输出电压和输出功率。
所述控制电源板1采用PWM电压控制芯片SG2843和功率MOS管IRFP460以及其他电感电容等分离元件组成了升压斩波电路，将18-32V的直流电源升压至42V，为了提高其可靠性，本发明采用了两组升压斩波电路并联，当任何一组电源出现故障时，另一路都能自动投入工作。为了控制发电机的输出电压及功率，需要对励磁控制电源进行调节。本发明中对励磁控制电源的调节是这样实现的，将42V电源与发电机的励磁控制线圈之间串连一个功率MOS管IRFP460，通过PWM控制MOS管IRFP460的开通关断的占空比，可以使励磁线圈的两端的励磁控制电压从0-42V连续可调。该PWM控制信号是由所述的信号输入输出板提供的。
所述信号输入输出板2包括开关量采集单元、模拟量采集单元、脉冲量采集单元、开关量输出单元和模拟量输出单元，所述开关量采集单元包括12路高电平输入有效的采样电路，8路低电平输入有效的采样电路，4路高低电平输入有效可配置的采样电路；所述模拟量采集单元包括17路采用LM124运算放大器、ISO124精密隔离运算放大器及其他分立的阻容元件构成的模拟采样电路；所述脉冲量采集单元包括4路由LM139比较器、HCPL600高速光藕以及74ACT14构成的采样电路，实现对脉冲信号的检波、隔离、整形的脉冲量采集电路；所述开关量输出单元包括4路低边输出和8路高边输出电路；所述模拟量输出单元包括采用SPI接口的12位数模转换芯片DAC7614，以及LM124组成的4路隔离的模拟量输出电路；所述CPU控制板3对数据信息进行分析处理，通过计算后对各动力部件给出控制命令它包括高速POWERPC处理器、2Mbytes程序存储器和1Mbytes数据存储器，实时时钟，128Kbytes大容量铁电存储器；还包括3路带光隔的CAN2.0B接口，2路带光隔的RS232接口和PI同步串行接口；其IO接口包括32路TPU，32路QADC，24路，各接口均可灵活配置为输入或输出。
图1为本发明原理框图；图2为本发明为发电机励磁机提供的控制电源电路原理框图。
具体实施例方式
如图1、图2所示，一种用于混合动力车的整车中央控制单元，它由三块印制电路板组成，包括控制电源板1，信号输入输出板2和CPU控制板3，信号输入输出板将外部输入信号调整成CPU控制板可以识别的信号，并将CPU控制板的控制命令转换为对外部的直接控制电平信号，电源板则主要为系统提供工作电源，其中所述控制电源板，包括1)为所述的信号输入输出板和CPU控制板提供工作电源，包括一路5V/10W直流电源、2路±12V/10W直流电源。在本发明中，选用DC/DC电源模块，其型号分别是XR10/12S05W(1个，5V/10W直流)，XR10/24D12-12(2个，±12V/10W直流)。2)为整车动力部件的电压电流传感器提供1路±15V/10W的直流电源。在本发明中，选用DC/DC电源模块，其型号是XR10/24D15-15(1个，±15V/10W直流)。3)是为发电机的励磁机提供控制电源，该电源0-42V/200W可调，通过调节该电源的大小可控制发电机的输出电压和输出功率。本发明选用了PWM电压控制芯片SG2843和功率MOS管IRFP460以及其他电感电容等分离元件组成了升压斩波电路，将18-32V的直流电源升压至42V，为了提高其可靠性，本发明采用了了两组升压斩波电路并联，当任何一组电源出现故障时，另一路都能自动投入工作。为了控制发电机的输出电压及功率，需要对励磁控制电源进行调节。本发明中对励磁控制电源的调节是这样实现的，将42V电源与发电机的励磁控制线圈之间串连一个功率MOS管IRFP460，通过PWM控制MOS管IRFP460的开通关断的占空比，可以使励磁线圈的两端的励磁控制电压从0-42V连续可调。该PWM控制信号是由所述的信号输入输出板提供的。
所述信号输入输出板，包括1)开关量采集单元。主要采集整车的以下信息司机钥匙位置、方向档位信号、控制模式选择信号、驻车信号、制动气缸低气压报警信号、空气制动有效信号、离合器离合状态信号、发动机机油压力报警信号、发动机燃油预热信号、发动机冷却水位报警信号等。本发明中开关量采样电路分为三种类型，12路高电平输入有效的采样电路，8路低电平输入有效的采样电路，4路高低电平输入有效可配置的采样电路。该采样电路均采用了光电耦合元件，以保证电路的可靠性。2)模拟量采集单元。主要要采集动力电池的电压、充放电电流，发电机的输出电压、电流，电机控制器的电流，辅助动力系统的电流，辅助24V电池的电压信号，司机加速踏板信号、制动踏板信号，控制单元温度信号，外部环境温度信号。本发明的模拟量采样电路共有17路，主要是采用LM124运算放大器、ISO124紧密隔离运算放大器及其他分离的阻容元件构成了4种不同的模拟采样电路，以适应系统需求。3)脉冲量采集单元。主要针对车速传感器进行车速采集。本发明有4路脉冲量采集电路，采用了LM139比较器、HCPL600高速光藕以及74ACT14，实现对脉冲信号的检波、隔离、整形。4)开关量输出单元。主要控制动力电池的主接触器，电机控制器的预充电接触器和主接触器，整流器的散热风扇，离合器离合控制，电制动的指示，发动机ECU的唤醒，发动机启动电机的启动控制，以及面板指示灯。本发明中包含了4路低边输出和8路高边输出电路以适应系统需求。5)模拟量输出单元。主要用于控制发动机的油门信号，离合器的离合程度控制信号。本发明采用了SPI接口的12位数模转换芯片DAC7614，以及LM124组成4路隔离的模拟量输出信号。
所述的CPU控制板，其主要功能是对数据信息进行分析处理，通过计算后对各动力部件给出控制命令。有以下具体功能特点高速POWERPC处理器(汽车工业级MPC561芯片主频最高56MHz)，满足复杂整车算法的实时实现；2Mbytes程序存储器和1Mbytes数据存储器，满足程序及大量MAP图的存储要求；实时时钟与128Kbytes大容量铁电存储器配合使用，可对整车故障及关键信息进行准确记录和可靠存储；3路带光隔的CAN2.0B接口可与多种不同协议的CAN部件进行数据交换；2路带光隔的RS232接口，方便实现基于串口的程序在线下载和控制参数的在线匹配标定；SPI同步串行接口，可扩展多路SPI外围设备如SPI数模转换器；极其丰富的IO接口(32路TPU，32路QADC，24路等，各接口均可灵活配置为输入或输出)大大增强了CPU子板通用性；子板带有USB取电口，与CAN卡的匹配接口，以及与PC机通讯的标准RS232接口，方便单板调试；子板对母板的接口选用4个40芯2.54mm间距的镀金双排插座，并采用不对称布置，以防插错；四层PCB设计。
本发明具有以下优势和特点1)集成度高，适于汽车有限的空间进行布置安装。2)输入输出通道丰富，在功能上完全适合于电动车的要求。3)该技术借鉴了铁路产品的设计理念，部分关键电路采用冗余设计，其高可靠性、高安全性满足汽车运行环境。4)汽车控制专用32位CPU处理速度快，针对性强，适于作汽车整车控制。5)功能齐全，资源丰富，为实现整车多能源控制算法提供了稳定可靠的硬件平台。
权利要求
1.一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元，它由三块印制电路板组成，包括控制电源板(1)，信号输入输出板(2)和CPU控制板(3)，信号输入输出板(2)将外部输入信号调整成CPU控制板(3)可以识别的信号，并将CPU控制板(3)的控制命令转换为对外部的直接控制电平信号，电源板则(1)主要为系统提供工作电源，其特征在于所述控制电源板(1)由DC/DC电源模块进行直流变换，它包括为所述信号输入输出板(2)和CPU控制板(3)提供工作电源的一路5V/10W直流电源、二路±12V/10W直流电源；为整车动力部件的电压电流传感器提供1路±15V/10W的直流电源；为发电机的励磁机提供控制电源，该电源0-42V/200W可调，通过调节该电源的大小可控制发电机的输出电压和输出功率；所述信号输入输出板(2)包括开关量采集单元、模拟量采集单元、脉冲量采集单元、开关量输出单元和模拟量输出单元，所述开关量采集单元包括12路高电平输入有效的采样电路，8路低电平输入有效的采样电路，4路高低电平输入有效可配置的采样电路；所述模拟量采集单元包括17路采用LM124运算放大器、IS0124精密隔离运算放大器及其他分立的阻容元件构成的模拟采样电路；所述脉冲量采集单元包括4路由LM139比较器、HCPL600高速光藕以及74ACT14构成的采样电路，实现对脉冲信号的检波、隔离、整形的脉冲量采集电路；所述开关量输出单元包括4路低边输出和8路高边输出电路；所述模拟量输出单元包括采用SPI接口的12位数模转换芯片DAC7614，以及LM124组成的4路隔离的模拟量输出电路；所述CPU控制板(3)对数据信息进行分析处理，通过计算后对各动力部件给出控制命令，它包括高速POWERPC处理器、2Mbytes程序存储器和1Mbytes数据存储器，实时时钟，128Kbytes大容量铁电存储器；还包括3路带光隔的CAN2.0B接口，2路带光隔的RS232接口和PI同步串行接口；其IO接口包括32路TPU，32路QADC，各接口均可灵活配置为输入或输出。
2.如权利要求1的一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元，其特征在于所述控制电源板(1)采用PWM电压控制芯片SG2843和功率MOS管IRFP460以及其他电感电容等分离元件组成了升压斩波电路，将18-32V的直流电源升压至42V，采用了两组升压斩波电路并联，当任何一组电源出现故障时，另一路都能自动投入工作；将42V电源与发电机的励磁控制线圈之间串连一个功率MOS管IRFP460，通过PWM控制MOS管IRFP460的开通关断的占空比，可以使励磁线圈的两端的励磁控制电压从0-42V连续可调，该PWM控制信号是由所述的信号输入输出板提供的。
全文摘要
一种用于混合动力电动车的整车中央控制单元，它由三块印制电路板组成，包括控制电源板，信号输入输出板和CPU控制板，信号输入输出板将外部输入信号调整成CPU控制板可以识别的信号，并将CPU控制板的控制命令转换为对外部的直接控制电平信号，电源板则主要为系统提供工作电源，其集成度高，适于汽车有限的空间进行布置安装，输入输出通道丰富，部分关键电路采用冗余设计，功能齐全，资源丰富，为实现整车多能源控制算法提供了稳定可靠的硬件平台。
文档编号G05B15/02GK1932703SQ20061003228
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者汪伟, 李雪峰, 唐广笛, 王海滨, 王坤俊 申请人:中国南车集团株洲电力机车研究所