混合动力汽车整车控制器的开发

混合动力汽车整车控制器的开发

陈彬彬

长城汽车股份有限公司河北省汽车工程技术研究中心河北省保定市071000

摘要：电机和发动机以及动力电池由混合动力汽车组合到一起，能够将电动汽车和内燃机汽车的优点充分地发挥出来，无论对于排放二氧化碳，还是石油消耗减少，都是有效的途径。在开发混合动力汽车的过程中，各种控制策略运行的载体，就是整车控制器。

关键词：混合动力；整车控制器；控制策略

前言：有效开发控制器硬件，应该结合整车系统的结构，无论对于电磁兼容和运算速度以及存储数据，还是可靠性和和硬件成本，都要综合性地进行考虑，将硬件电路合理且科学地进行设计。开发控制器的核心就是开发软件，若想使混合动力汽车的安全性和性能得以保证，软件的代码既要具有可靠性和正确性，又要具有健壮性[1]。

一、分析并联混合动力汽车控制系统

电动机和发动机是并联式混合动力汽车主要的动力来源，通过后桥连接的耦合器，二者将动力合成有效地实现。车辆各种工作的模式通过电机控制器和VCU控制发动机以及超级电容控制器得以有效地实现。

针对于混合动力汽车而言，VCU是控制单元的核心，其将制动踏板、离合跳板、加速跳板以及其他部件的信号进行采集，并且将相应的判断做出以后，对下层控制器动作和各部件进行有效控制以后，驱动汽车正常进行行驶。无论对于回收制动能量和汽车正常的行驶以及网络管理，还是车辆状态和诊断处理故障以及监视等功能，整车指挥管理中心的VCU都起着至关重要的作用。整车各部分的联系示意图，见图1所示。

图1整车各部分的联系示意图

二、设计整车控制器

（一）设计整车控制器的硬件

1.设计硬件电路

其一，核心控制模块。主要对实现逻辑运算和控制功能以及处理数据进行负

责。MCU芯片9S12XST512MAA不但内存非常大，而且运行的速度也很快，对于VCU运行状态等相关需求，能够有效地满足，对外设进行丰富，从而使相关的芯片省去[2]。MCU芯片9S12XST512MAA还将XGATE协处理器增加了，已经成为双核MCU，无论对于处理任务的中断，还是繁重通信的处理，XGATE都能够单独进行，将通信中的主核心解放出来，对各种比较复杂的控制算法专门进行处理，很大程度地提高了程序运行的效率。核心控制模块还将模数转换和实时时钟以及有源滤波电路进行了布置。

其二，信号隔离模块。主要是隔离和调理VCD的各种信号，从而使整体抗干扰能力得以有效地提升。线性耦HCNR201主要对VCU输出电子油门信号和电子踏板信号等相关的模拟信号进行隔离；低速光耦主要对VCU输出指示灯和车身上开关量信号等相关的低速数字信号进行隔离；高速光耦主要对VCU的PWM和转速传感器信号等相关的高速数字信号进行隔离。芯片隔离的前后，都需要电源板产生隔离电源[3]。

其三，电源模块。因为车身与VCU核心控制模块必须要隔离，所以，电源模块需要将车身隔离电源提供给核心控制模块。电源模快需要将非隔离的+5V和±12V提供给接口板，还要将有供给电源核心板的隔离+5V和±12V提供。电压基准供电和运放都用±12V电源。DCDC隔离模块产生隔离电源，LM2576产生非隔离电源。单独设计电源模块为一块电路板，利用插接件与VCU接口板联接到一起。

（二）设计电磁兼容与抗干扰

电磁兼容，就是系统或者设备，能够正常地在电磁环境中进行工作，对于电磁环境中的各种事物都不会造成电磁骚扰的能力。从电磁兼容方面看，除了设备能够根据设计的要求将功能完成以外，还具有两点要求：

其一，系统本身要具有很强的抗电磁干扰的能力，外界环境不容易对其进行干扰。其二，系统本身不能为一个噪声源，干扰其他设备和仪器。根据以上的两点要求，VCU电源进入时，差模干扰和抵制共模的LC滤波电路就应该采用，利用DCDC输出LC低通滤波的电路进行辅助，致使电磁阀和火花塞等相关强干扰不会影响到VCU，同时，也防止核心控制模块的高频噪声对车上其他电器进行干扰。此外，将外面所有的信号与核心控制模块进行电气隔离，以防核心控制模块工作受耦合至线缆干扰的影响[4]。

（三）设计整车控制器的软件

1.分析控制策略

城市公交车多数的时间都是中低速进行行驶，车辆的制动工况比较频繁，运

行中的起停情况比较多。超级电容既具有充放电速度快和功率密度高以及效率高的优点，又具有绿色环保和控制简单以及运行温度的范围比较广等优点。对于混合动力公交车的工况非常适合。

针对于超级电容混合动力汽车而言，将加速的性能有效地提升和油耗降低，是主要的目标，结合已知的参数，将发动机低速大扭矩的状态尽力地减少。发动机进入转速的区间时，借助耦合器，发动机与电动机一同对汽车进行驱动，致使在经济油耗区内发动机进行工作。将制踏板踩下时，结合踏板开度和车速，VCU控制电动机发电机进行转换，整车为制动回馈的模式来对超级电容进行充电。汽车在其他运行的状态时，超级电容和电动机在待机的状态下，进入到滑行的模式。

混合动力的模式下，VCU控制整车在制动回馈和助力以及滑行三种模式下进行转换，转换比较复杂，因此，应该根据逻辑门限值算法，来对控制程序进行编制[5]。

2.编制双核微控制器软件

S12XDT512的独立运算核心有2个，CPU12X为主运算核心，既接口多和功

能丰富，协处理核心运算的速度又非常快。加入XGATE，能够将系统实时性有效地提升，从而使CPU12X工作的负荷得以减轻。结合MCU的双核特点，利用XGATE处理程序中SPI和CAN等的中断和通讯部分，CPU12X处理车辆需要的运行模式判断和扭矩计算以及能量分配的策略等比较复杂的控制算法，通过共享RAM将两核心间数据的交换有效地实现[6]。

总结：

开发混合动力汽车，整车控制器至关重要，既是各种控制策略运行的载体，又是汽车动力系统能够协同工作的关键部件。

参考文献：

[1]段本明.插电式混合动力汽车整车控制器标定方法研究[D].吉林大学,2017.

[2]李丞.分布式混合动力汽车整车控制器开发及硬件在环仿真[D].燕山大学,2016.

[3]吴德新.一种电—电混合纯电动汽车整车控制器的研究和设计[D].合肥工业大学,2014.

[4]高天一.基于TC1766并联式混合动力汽车整车控制器的研究[D].哈尔滨理工大学,2014.

[5]李晨.中通某型可充电混合动力客车整车控制器研究[D].吉林大学,2012.

[6]王红磊.基于LabVIEW的混合动力汽车模拟器的设计与开发[D].吉林大学,2012.