某混合動力汽車能量控制器硬件設計

摘 ?要：CMM作為混合動力汽車的動力指揮管理中心，實時根據(jù)各路發(fā)動機相關(guān)傳感器的輸入數(shù)據(jù)、控制信號以及CAN、LIN等通信，通過計算和邏輯推理向繼電器、節(jié)氣門、點火線圈、噴油器、動力電機、高壓油泵等各執(zhí)行器發(fā)送控制指令，并通過CAN、LIN形式將有關(guān)信號發(fā)送給對應處理器，從而實現(xiàn)對發(fā)動機的控制。英飛凌主控芯片TC298配合安全監(jiān)控芯片BOSCH48128，提高了整車控制器的可靠性。

關(guān)鍵字：混合動力;能量控制器;硬件

中圖分類號：TP274 ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ?文章編號：1005-2550（2022）01-0002-06

Hardware Design of Energy Controller Unit for Hybrid

Electric Vehicle

Fan Ji-dong

（ Hubei Uninversity of Automotive Technology Automotive Department， Shiyan 442002， China ）

Abstract： As the power command and management center of hybrid electric vehicle， CMM sends control commands to relay， throttle， ignition coil， fuel injector， power motor， high-pressure oil pump and other actuators through calculation and logical reasoning according to the input data and control signals of relevant sensors of various engines， as well as can and Lin communication in real time， and sends relevant signals to the controller through can and Lin Corresponding to the processor， so as to realize the control of the engine. Infineon main control chip tc298 and safety monitoring chip BOSCH48128 improve the reliability of vehicle controller.

Key Words： Hybrid Electric; ?Energy Controller; ?Hardware

引 ? ?言

CMM作為混合動力汽車的動力指揮管理中心，實時根據(jù)各路發(fā)動機相關(guān)傳感器的輸入數(shù)據(jù)、控制信號以及CAN、LIN等通信，通過計算和邏輯推理向繼電器、節(jié)氣門、點火線圈、噴油器、動力電機、高壓油泵等各執(zhí)行器發(fā)送控制指令，并通過CAN、LIN形式將有關(guān)信號發(fā)送給對應處理器，從而實現(xiàn)對發(fā)動機的控制。具體功能包括：

（1）動力控制功能

接收整車控制器發(fā)來的指令，并向繼電器、節(jié)氣門、噴油器、動力電機、高壓油泵等各執(zhí)行器發(fā)送控制指令，正確、可靠地執(zhí)行整車控制器意圖，使車輛按駕駛員期望控制發(fā)動機及電機工作。

（2）通訊功能

與整車控制器進行可靠通訊，通過CAN、LIN等總線進行數(shù)據(jù)、控制指令的輸入及反饋信息的輸出。

（3）發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)測功能

接收處理各個零部件信息、結(jié)合實時車況和發(fā)動機工況、電機工況，提供當前的發(fā)動機系統(tǒng)狀況信息。

（4）故障診斷及存儲功能

對動力控制系統(tǒng)故障進行實時判斷，動態(tài)檢測系統(tǒng)信息，并記錄歷史故障。

1 ? ?系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖如圖1所示。主要包括：微控制器系統(tǒng)存儲模塊、模擬信號輸入模塊、頻率/開關(guān)信號輸入處理模塊、功率輸出模塊、H橋控制輸出模塊、VVT控制輸出模塊、點火信號輸出模塊、噴油器信號輸出模塊、高壓油泵控制信號輸出模塊、電源管理模塊、LIN通訊接口模塊、CAN通訊接口模塊、監(jiān)控模塊等。

2 ? ?微控制器

微控制器單元（Micro Control Unit，MCU）是CMM控制器的核心，它負責數(shù)據(jù)的采集處理、邏輯運算及控制實現(xiàn)等。綜合考慮開發(fā)經(jīng)驗、技術(shù)成本、采購成本等因素，本系統(tǒng)采用英飛凌（Infineon）公司的TC298微控制器。

3 ? ?電源模塊

車載12V電源為CMM的工作提供電壓，首先由電源芯片BSP452將12V信號轉(zhuǎn)成5V電壓，如圖2所示。電源濾波采用兩級EMC濾波電路，同時抑制共模及差模干擾，二極管D23的作用是防止電流回流，D12是高壓瞬態(tài)二極管，起到防止瞬態(tài)高壓流入ECU而導致硬件板燒毀等情況的作用，電感L20與電容C318、C345主要起到濾波作用。

4 ? ?安全監(jiān)控模塊

CMM控制器必須具備絕對的安全性，硬件設計必須滿足ISO26262安全級別要求，采用博士公司的BOSCH專業(yè)芯片48128作為安全監(jiān)控芯片。48128通過CAN總線、LIN總線與外部進行信號傳遞。其主要功能是監(jiān)測CAN總線、LIN總線傳來的傳感器數(shù)據(jù)是否正常，以確保汽車發(fā)動機的安全運行。L9959T、TC298TP、SC900、SMP168、48128、40278通用SCK信號達成同步，如圖3所示。

5 ? CAN模塊

CMM共有3路CAN：CAN總線1-I/S、CAN總線2-混合、CAN總線3-LAS。其中CAN總線2-混合、CAN總線3-LAS 用于和主芯片TC298TP通訊，CAN總線1-I/S用于和BOSCH專用電源管理芯片48128通訊。CAN通信接口的實現(xiàn)主要依靠芯片TJA1042，利用N溝道邏輯電平增強模式場效應晶體管BSS138和BSS84構(gòu)建輔助電路，保證CAN數(shù)據(jù)通訊時的可靠性?？梢越档蜕漕l干擾、抗瞬時干擾能力和乘用車環(huán)境下的母線保護能力。CAN總線接口使用了ACT45B共模濾波器，其具有溫度范圍廣（–40～ +150°C），可適用于絕大部分工況，具備便于安裝的特點。為保證CAN通訊接口的使用安全，選用了雙向瞬態(tài)電壓抑制器NUP2105。NUP2105用以保護高速和容錯CAN網(wǎng)中的收發(fā)器免受EMI和ESD的影響。其小電容非常適合用于數(shù)據(jù)傳輸高達1Mbps的系統(tǒng)。

6 ? ?LIN模塊

CMM共有1路LIN，用于和BOSCH專用電源管理芯片48128通訊，如圖5所示。NUP2105用于保持總線電壓，R247、R251、R256 均為上拉電阻，Q19為穩(wěn)壓二極管，C1為濾波電容。

7 ? ?VVT模塊

VVT模塊采用TLE7183F作為主控芯片。該芯片內(nèi)部為一經(jīng)典的H橋電機驅(qū)動電路，該芯片具有過流、過熱、短路、斷路等故障診斷功能，主微控制器可通過SPI總線讀取故障信息。TLE7183F實時接收TC298TP 通過P00.11、P00.12、P33.0發(fā)出的三相控制指令，經(jīng)過功率放大后輸出給驅(qū)動電機三相線圈，通過占空比的改變可以調(diào)控電機的轉(zhuǎn)動速率，還可通過MOSFET與H橋電路實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。

8 ? ?電子節(jié)氣門控制模塊

電子節(jié)氣門控制使用L9959T作為主控芯片。該芯片內(nèi)部為一經(jīng)典的H橋電機驅(qū)動電路，該芯片具有過流、過熱、短路、斷路等故障診斷功能，主微控制器可通過SPI總線讀取故障信息，如圖7：

9 ? ?噴油驅(qū)動模塊

噴油驅(qū)動模塊使用飛思卡爾芯片SC900714作為主控芯片。SC900714實時接收主芯片TC298TP發(fā)出的數(shù)字控制指令，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動高壓燃油泵控制閥、汽油直噴器工作。變壓器U31用于電壓隔離，并利用N通道場效應電源轉(zhuǎn)換器BUK9640（U9）提升驅(qū)動能力。R103和D14構(gòu)成電流檢測電路，檢測高壓燃油泵工作電流。U19、U20、U26、U27、U28為高邊驅(qū)動芯片，經(jīng)過多級放大驅(qū)動噴油器及高壓泵。如圖8所示。

10 ? ?繼電器及閥門控制模塊

繼電器及閥門控制使用BOSCH專業(yè)芯片40211作為主控芯片。40211實時接受主芯片發(fā)出的控制指令，經(jīng)過功率放大后控制DMTL加熱器、燃油泵調(diào)速閥、Valvetronic繼電器、功率繼電器、風扇1命令繼電器、風扇2命令繼電器、燃油艙電閥、曲柄抑制STT、進氣凸輪軸閥、電動自卸閥、上游氧傳感器加熱絲、下游氧傳感器加熱絲、廢氣門氣動閥、渦輪冷卻泵等動作，并檢測油箱泄漏診斷傳感器、空氣流量傳感器、進氣溫度傳感器信號。

11 ? ?結(jié)語

合動力汽車能量控制器不僅滿足混合動力汽車各項功能要求（實物圖如圖10所示），而且具備良好的安全性和可靠性，提高了整車性能。

參考文獻：

[1]樊繼東.某混合動力汽車整車控制器硬件設計[J].汽車科技，2021（01）：14-18.

[2]馬永飛，馬甘霖，楊世博.基于LPC54606單片機的智能車控制系統(tǒng)設計[J].機電技術(shù)，2020（06）：37-39+72.

[3]陳志鵬，孫興，楊俊偉.插電混合動力汽車整車控制器熱管理控制分析[J].汽車電器，2020（12）：32-36.

[4]蔣誠. 車用燃料電池熱管理系統(tǒng)設計開發(fā)與性能驗證[D].吉林大學，2020.

[5]陳志鵬，楊俊偉，祁克光.混合動力電動汽車整車熱管理控制器硬件需求分析[J].汽車電器，2020（05）：13-14+18.

專家推薦語

龍永生

東風汽車集團有限公司技術(shù)中心

動力總成技術(shù)總工程師 ?研究員級高級工程師

本文針對混合動力汽車能量控制硬件設計進行研究，重點針對混合動力汽車的動力指揮管理中心CMM，在確保實現(xiàn)動力控制功能、通訊功能、發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)測功能、故障診斷及存儲功能的基礎上，實現(xiàn)對發(fā)動機的控制;并對硬件系統(tǒng)設計中涉及的各模塊設計進行分析說明。

文章對汽車企業(yè)在開發(fā)混合動力車型具有一定的參考價值。