某混合動(dòng)力汽車整車控制器硬件設(shè)計(jì)

樊繼東

摘? 要：整車控制器是混合動(dòng)力汽車的核心部件，負(fù)責(zé)車輛各個(gè)控制單元的信息交互、網(wǎng)絡(luò)管理，控制車輛安全行駛。英飛凌主控芯片TC265配合安全監(jiān)控芯片ATIC139，提高了整車控制器的可靠性。

關(guān)鍵詞：整車控制器;安全監(jiān)控;硬件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP274? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2021）01-0014-05

Abstract： The vehicle controller is the core component of the hybrid electric vehicle， which is responsible for the information exchange and network management of each control unit of the vehicle to control the safe driving of the vehicle. Infineon main control chip tc265 and safety monitoring chip atic139 improve the reliability of vehicle controller.

Key Words： Vehicle Control; Unit; Safety Monitoring

引? ? 言

混合動(dòng)力汽車包含兩種動(dòng)力源：發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)。相比傳統(tǒng)汽車和電動(dòng)汽車，整車控制的工作更多、難度更高，需要針對(duì)汽車的實(shí)時(shí)工況對(duì)兩種動(dòng)力源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。整車控制器VCU（Vehicle Control Unit）正是實(shí)現(xiàn)整車控制決策的核心電子控制單元，VCU根據(jù)駕駛員的操作意圖和蓄電池的荷電狀態(tài)計(jì)算出運(yùn)行所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，從而協(xié)調(diào)各個(gè)動(dòng)力部件的運(yùn)動(dòng)，保障汽車的正常行駛。此外，VCU還可以與智能化的車身系統(tǒng)一起控制車上的用電設(shè)備，以保證駕駛的及時(shí)性和安全性。VCU具有整車系統(tǒng)故障診斷保護(hù)與存儲(chǔ)功能。因此，VCU的設(shè)計(jì)直接影響著汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和其他性能。

1? ? 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖如圖1所示。VCU包含3個(gè)主要芯片：英飛凌公司的TC265、博士公司的ATIC139、ATIC232。其中主控制芯片TC265接收CAN、FlexRay總線信息、模擬輸入、各類PWM輸入;經(jīng)運(yùn)算分析后的輸出指令經(jīng)ATIC232進(jìn)行功率放大，控制氣熱泵、冷水閥等執(zhí)行器動(dòng)作。ATIC139是系統(tǒng)安全芯片，同時(shí)具備監(jiān)控和電源管理功能，當(dāng)主芯片出現(xiàn)故障或長(zhǎng)時(shí)間信息堵塞時(shí)，重啟主芯片，同時(shí)用于處理喚醒輸入及電源輸入信號(hào)，并向主控芯片及傳感器提供5V、3.3V、1.3V三種等級(jí)的電壓。TC265、ATIC139、ATIC232三者之間通過(guò)SPI、IO等方式完成信息傳遞。

2? ? 電源模塊

ATIC139電源模塊電路原理圖如圖2所示。L1和C1、L2和C2、L3和C31組成多級(jí)濾波器濾掉蓄電池的電壓波動(dòng)。ATIC139通過(guò)DSO2信號(hào)對(duì)76409D進(jìn)行狀態(tài)控制。同時(shí)，ATIC139的45、45腳使能給點(diǎn)火開(kāi)關(guān)供電。備件模擬信號(hào)輸入1、備件模擬信號(hào)輸入3的供電電壓（備件模擬信號(hào)輸入2和備件模擬信號(hào)輸入3的供電電壓共用）用作芯片ATIC139的ADC參考電壓的同時(shí)，經(jīng)RP1限流后被TC265實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。ATIC139經(jīng)過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換，將輸入的電壓信號(hào)VBATIn轉(zhuǎn)換成VDDP3（1.3V）、VCC2（3.3V）、VCC（5V）、TRACK1（5V）、TRACK2（5V）（TRACK1、TRACK2給傳感器供電）、VCC6（6V）多種等級(jí)電壓。

3? ? 安全監(jiān)控模塊

整車控制器必須具備絕對(duì)的安全性，硬件設(shè)計(jì)必須滿足ISO26262安全級(jí)別要求，采用博世公司的ATIC139作為安全監(jiān)控芯片。TIC139安全監(jiān)控部分電路如圖3所示。WAKEUP_SIGNAL_INPUT為外接喚醒信號(hào)，接入電路后，一路經(jīng)過(guò)快速二極管BAS16W濾波后作為反饋信號(hào)接入ATIC139偏差比較器，另一路經(jīng)過(guò)濾波后接入TC265。POSST信號(hào)作為T(mén)C265的復(fù)位信號(hào)。139PWLWD連接TC265 “watchdog”進(jìn)行“喂狗”操作。ATIC139 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主芯片TC265電壓監(jiān)測(cè)管腳，如發(fā)現(xiàn)其不正常時(shí)，激發(fā)復(fù)位信號(hào)。139ADJ3為T(mén)C265向ATIC139 發(fā)出的傳感器電壓反饋信號(hào)，二者之間通過(guò)139NC1、139NC2、139NC3實(shí)現(xiàn)通信。

4? ? 驅(qū)動(dòng)放大模塊

TC265與ATIC232通信部分電路原理圖如圖4所示。主芯片TC265向ATIC232發(fā)出輸出控制信號(hào)，經(jīng)ATIC232實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動(dòng)。72、88、94、95、126、130腳是TC265和ATIC232之間通信信號(hào)。其中，72腳輸出ATIC232時(shí)鐘信號(hào)，88腳為ATIC232 片選信號(hào)輸入，126腳接TC265數(shù)據(jù)輸出信號(hào)，130腳接主TC265數(shù)據(jù)輸入信號(hào)。

5? ? 輸入輸出模塊

5.1? ?GPIO模塊

數(shù)字輸入模塊電路原理圖如圖5所示。以輸入1處理電路為例，R36為上拉電阻，R31、C79和C97構(gòu)成π型濾波器，可以降低元件耦合到電源端的噪聲，也可減少其他元件受此元件噪聲的影響。電阻本身就具有一定的降壓作用，但當(dāng)其和電容配合后，由于靠近信號(hào)源一側(cè)的截止頻率對(duì)截止頻率沒(méi)有影響，所以使電壓的AC分量更多地落在負(fù)載兩端，從而實(shí)現(xiàn)濾波功能。截止頻率

5.2? ?AD模塊

整車控制器模擬輸入電路原理圖如圖6所示。A/D轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)電路將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。SPARE_ANALOG_INPUT_2經(jīng)過(guò)由電阻R53和R124組成的分壓電路，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能正常識(shí)別的電壓信號(hào)。為了排除電壓波動(dòng)的干擾，并保護(hù)電路，采用π型RC低通濾波器過(guò)濾波動(dòng)信號(hào)，吸收瞬間高能量沖擊，保護(hù)電路。其中C74、R43、C6組成π型RC低通濾波器，電阻本身就具有一定的降壓作用，但當(dāng)其和電容配合后，由于靠近信號(hào)源一側(cè)的截止頻率對(duì)截止頻率沒(méi)有影響，所以使電壓的AC分量更多地落在負(fù)載兩端，從而實(shí)現(xiàn)濾波功能。SPARE_ANALOG_INPUT_1和SPARE_ ANALOG_INPUT_3的處理電路類似。POWER_ TEST、VCC_TEST分別為SYS_POWER、VCC5電壓檢測(cè)信號(hào)。

6? ? 實(shí)際應(yīng)用情況

開(kāi)發(fā)的車整車控制器滿足混合動(dòng)力汽車各項(xiàng)功能要求（實(shí)物圖如圖7所示），實(shí)車測(cè)試驗(yàn)驗(yàn)證了且具備良好的安全性和可靠性，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，提高了整車性能。

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