CN102079307B

CN102079307B - 通用轻度混合动力车用整车控制器总成装置

Info

Publication number: CN102079307B
Application number: CN2011100026525A
Authority: CN
Inventors: 张友焕; 尹颖
Original assignee: BEIJING AUTO NEW ENERGY AUTO Co Ltd
Current assignee: Kunming Branch Of Baic Yunnan Ruili Automobile Co ltd
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: CN102079307A

Abstract

通用轻度混合动力车用整车控制器总成装置及控制方法，属于轻度混合动力车技术领域。通过CAN总线通讯模块与其它控制单元进行数据交换，通过接插件线束和各个模拟信号、数字信号和脉冲信号采集电路处理的信号，获取整车状态信息，判断车辆工作状态和驾驶员驾驶意识，同时给各个执行器的控制单元发送控制命令，实现了系统各部件之间的通讯和信息共享，实现车辆各部件之间的协同工作和控制步骤；控制板包括双输出电源模块与稳压模块、具备两个CAN收发器和一个K线收发器的总线通讯模块、7通道低边驱动模块、6路模拟信号采集电路、5路数字信号采集电路、2路脉冲信号采集电路、主控单片机及其外围电路包括复位电路、调试接口与电路。

Description

通用轻度混合动力车用整车控制器总成装置

技术领域

本发明涉及一种通用轻度混合动力车用整车控制器总成装置及控制方法，属于轻度混合动力车技术领域。

背景技术

在轻度混合动力车型的功能样车设计研发过程中，与发动机电控系统(EMS)供应商的合作至关重要，包括部分软件的修改、新功能的实现、标定的修改和优化等等。这需要比较长的周期来进行技术协商和商务磋商，同时会需要一大笔费用来完成整个修改方案。其实在功能样车设计过程中，由于目标定位在方案设计和功能实现验证，可以暂时不迫切的完成电控系统的改造工作，同样能实现功能样车的设计。本发明提供了实现这种方案的一种通用轻度混合动力样车用整车控制器总成硬件结构的设计方案和描述。

随着石油价格的日益高涨和汽车尾气排放对环境的影响加剧，电动汽车在全世界范围内进入了高速发展的时期。纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等电动汽车正在发挥各自的优势，得到规模性推广应用。

由于技术相对成熟，节能和环保效果明显，混合动力汽车得到快速发展，并在各国优惠政策的鼓励下，逐步进入商业化推广应用阶段。2008年美国混合动力汽车销量31.4万辆。

在混合动力技术的发展上，表现出明显的模块化和平台化趋势，轿车混合动力系统的模块化愈加明显，逐步推进汽车动力的电气化。从只具备自动启停、怠速关机功能的“微混合”、以并联式混合动力发动机为主体的“中混合”和以混联式为特征的“强混合”，随着电功率的比例逐步提高，混合程度不断提高，最终过渡到可充电式的串联式“全混合”方式。

在各类混合动力车型之中，尽管轻度混合动力汽车在降低油耗和改善排放方面的能力有限，但由于其对现有内燃机汽车的改造成本最低，效果明显，适合推向市场。皮带驱动的起动/发电机一体化BSG是在ISG(Integrated Started Generator)微混合动力汽车技术的基础上用皮带驱动技术，拥有其独特的工作特性与优点。BSG技术采用皮带驱动起动/发电机一体化电机(BSG电机)，对现有汽车动力总成结构改动量小，改善了汽车燃油经济性、排放等各方面的指标。

目前在研发的各种轻度混合动力车型中，整车控制器总成的方案很多。有的公司将该总成与BSG电机控制器集成在一起，这种方式虽然减少了一个控制器总成，但是需要电机控制器的供应商的大力配合，实现起来周期长、难度大、总体费用高，不太适合在产品开发前期进行功能样车开发。

发明内容

鉴于上述问题，相对现有的其它整车控制器总成的硬件设计方案，本发明的方案实现简单，需要的开发周期较短，费用也比较低。同时基于设计方案的不确定性和可能存在的缺陷以及功能样车开发所需要的快速周期，本发明具备很好的通用性和实用性。它结构比较简单，同时考虑兼容性设计了很多冗余和预留的接口，方便不同车型应用时的调整和兼容，同时也方便后期的升级，比较灵活多变，非常适合进行样车设计开发和功能验证用。

本发明的目的在于提供一种通用轻度混合动力车用整车控制器总成装置及控制方法。

一种通用轻度混合动力车用整车控制方法，包括以下步骤：主控单片机通过获取CAN总线上共享的数据，通过CAN总线通讯模块与其它控制单元进行数据交换，通过接插件线束和各个模拟信号、数字信号和脉冲信号采集电路处理的信号，获取整车状态信息，判断车辆工作状态和驾驶员驾驶意识，同时给各个执行器的控制单元发送控制命令，实现了系统各部件之间的通讯和信息共享，实现车辆各部件之间的协同工作和控制步骤；

第一，当驾驶员想起动车辆时，通过采集的整车状态信息，依据整车控制策略判断，控制BSG电机输出大扭矩快速拖动发动机，在短时间内将发动机拖到目标转速；

第二、控制BSG电机实现取代原车发电机的功能，根据不同的电机转速、蓄电池电量、整车负载用电状态，调节BSG电机的励磁量，发出足够电量，满足整车电气用电需求和保证12V蓄电池的电量比较充足，以备下一次的起动发动机。

一种通用轻度混合动力车用整车控制器总成装置，包括一外壳盒体、接插件以及盒体内的一个控制板，控制板包括双输出电源模块与稳压模块、具备两个CAN收发器和一个K线收发器的总线通讯模块、7通道低边驱动模块、6路模拟信号采集电路、5路数字信号采集电路、2路脉冲信号采集电路、主控单片机及其外围电路包括复位电路、调试接口与电路。

模拟信号采集电路、数字信号采集电路和脉冲信号采集电路连接防水接插件；主控单片机连接模拟信号采集电路、数字信号采集电路、稳压电路、电源电路、A/D采样基准电压电路、低边驱动电路、调试接口与电路、时钟电路、复位电路和总线通讯模块；模拟信号采集电路连接稳压电路；电源电路连接蓄电池；总线通讯模块连接通讯模块；调试接口与电路连接调试用PC计算机。

本发明的通用性和优势主要体现在：

第一、具备CAN功能和K线通讯功能的总线通讯模块，可以适用各种车型，包括较低档的采用K线通讯诊断系统的车辆和较高档的采用CAN诊断的诊断系统，只要在软件上稍作改动即可实现，而硬件则不需要作任何改动；

第二、因为本总成硬件、软件单独设计，并未像很多其它公司的应用方案一样，集成在其它模块的控制器中，这样它的开发比较独立，这在样车开发阶段，极大的保证了项目的顺利实施，减少了项目的复杂性和失败的可能；

第三、本总成在设计时，考虑兼容性设计了很多冗余和预留的接口，方便不同车型应用时的调整和兼容，同时也方便后期的升级，比较灵活多变，非常适合进行样车设计开发和功能验证用；

第四、综合考虑，采用本总成能极大的减小开发难度，减小费用，同时可以作为一个平台来用，可以扩展到其它产品的应用中，从长远来看也是很有益的。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1是表示作为本发明实施例的控制系统硬件总体结构示意图。

图2是表示作为本发明实施例的模拟信号采集电路结构示意图；

图3是表示作为本发明实施例的数字信号采集电路结构示意图；

图4是表示作为本发明实施例的脉冲信号采集电路结构示意图；

图5是表示作为本发明实施例的稳压电路结构示意图；

图6是表示作为本发明实施例的电源电路之一结构示意图；

图7是表示作为本发明实施例的低边驱动电路结构示意图；

图8是表示作为本发明实施例的调试接口与电路结构示意图；

图9是表示作为本发明实施例的时钟电路结构示意图；

图10是表示作为本发明实施例的A/D采样基准电压电路的电路复位电路结构示意图；

图11是表示作为本发明实施例的总线通讯模块结构之一示意图；

图12是表示作为本发明实施例的总线通讯模块结构之二示意图；

图13是表示作为本发明实施例的复位电路结构示意图。

总成控制板1；防水接插件2；主控单片机3；模拟信号采集电路4；数字信号采集电路5；脉冲信号采集电路6；稳压电路7；电源电路8；低边驱动电路9；调试接口与电路10；时钟电路11；复位电路12；总线通讯模块13；调试用PC计算机14；其它执行单元的控制器的通讯模块15；A/D采样基准电压电路16；蓄电池17；执行器18。

具体实施方式

参照图1至图13对本发明的实施例进行说明。

实施例：

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本发明的一种通用轻度混合动力车用整车控制方法，包括以下步骤：通用型整车控制器总成定位为整车最高的指挥协调中心，主要功能是采集整车状态，判断驾驶员意识，依据整车控制策略，通过CAN总线协议实现：

本总成通过CAN总线通讯模块与其它控制单元进行数据交换，同时给各个执行器的控制单元发送控制命令，实现了系统各部件之间的通讯和信息共享，在本总成的控制下可以实现车辆各部件之间的协同工作和控制，保证整车具有良好的动力性、经济性和排放性能；总线通讯模块增加了扼流圈和瞬态电压抑制TVS二极管，从而增加了通讯模块的稳定性，后期考虑增加AVAGO公司的光电隔离光耦芯片，再次提高通讯的可靠性；CAN总线通讯模块中的CAN收发器主要用于完成总线差分电平到CAN总线的转换，这些工作主要在收发器的硬件中自动完成，在软件应用层算法中不需要具体的编程实现。

K线通讯模块，主要采用了一颗基于KWP2000协议的专用通讯芯片。

本总线通讯模块的功能主要是集中体现在应用层软件上，同时本控制器总成的通用性也体现在该模块的具体软件应用上。

本发明提供一种通用轻度混合动力样车用整车控制器总成的硬件结构，该总成包括一外壳盒体、接插件以及盒体内的一个控制板，控制板包括双输出电源模块与稳压模块、具备两个CAN收发器和一个K线收发器的总线通讯模块、7通道低边驱动模块、6路模拟信号采集电路、5路数字信号采集电路、2路脉冲信号采集电路、主控单片机及其外围电路包括复位电路、调试接口与电路。

主控单片机通过获取CAN总线上共享的数据，通过接插件线束和各个模拟信号、数字信号和脉冲信号采集电路处理的信号，获取整车状态信息，判断车辆工作状态和驾驶员驾驶意识，协调和管理BSG系统的各个执行模块的工作；所述主控单片机外围电路包括A/D采样参考电压稳压电路、复位电路、调试接口与电路等，能确保单片机内部各个模块的稳定工作，同时在出现故障时能够及时复位主控单片机。调试接口与电路主要用来连接软件调试工具到PC机，时刷写程序和调试的连接通道；

控制板的双输出电源模块与稳压模块中，双输出主要是正5V和正2.5V的电压输出，本设计中采用了Infineon公司的Tle7469芯片来实现，这是颗匹配本控制板主控单片机的专用芯片，以该芯片为核心，通过外围电路匹配，输出双电压，电路中所有的正5V和正2.5V的电压均由该模块供应；稳压模块输出12V电压，主要用来给一些信号采集电路提供一个稳定的上拉电压或者给其它需要提供精准12V电压的模块，从而提高信号采集的精度，这点非常重要。

控制板的低边驱动模块，主要用来驱动一些小电流的执行器或者连接到仪表板上点亮一些仪表灯来指示状态。比如驱动一个小继电器来控制大电流的继电器，控制仪表板上的充电指示灯、BSG故障指示灯等的状态。该模块实际的输出接口有预留，可以方便以后新增加功能的扩充。

本总成的盒体与接插件都采用了防水设计，满足防水等级IP56。

本总成硬件结构配合软件应用层控制策略和算法，实现BSG起停系统控制功能，主要包括：快速起动发动机(无需发动机喷油，直接拖动发动机转速至标定的怠速转速以上500RPM-800RPM)。系统控制分两种模式运行：起动工况时电机电动模式运行提供发动机起动扭矩，发电工况时电机发电模式运行发电给传统12V蓄电池充电。配合发动机电控系统可以实现：第一、可以在车辆短暂停车时，自动断油停止发动机的工作，从而消除怠速工况以消除怠速时燃油消耗及降低排放；第二、当起动时，控制BSG电机提供大扭矩快速(200ms内)将发动机转速拖动到500-800RPM，有效缩短起动喷油加浓时的瞬态工况从而减少起动时的油耗和排放，实现节能减排。

本总成硬件的具体电路结构连接图如图1所示：

防水接插件2连接模拟信号采集电路4、数字信号采集电路5和脉冲信号采集电路6；主控单片机3连接模拟信号采集电路4、数字信号采集电路5、稳压电路7、电源电路8、A/D采样基准电压电路16、低边驱动电路9、调试接口与电路10、时钟电路11、复位电路12和总线通讯模块13；模拟信号采集电路4连接稳压电路7；电源电路8连接蓄电池17；总线通讯模块13连接通讯模块15；调试接口与电路10连接调试用PC计算机14。

防水接插件2、主控单片机3、模拟信号采集电路4、数字信号采集电路5、脉冲信号采集电路6、稳压电路7、电源电路8、低边驱动电路9、调试接口与电路10、时钟电路11、复位电路12、总线通讯模块13、A/D采样基准电压电路16和执行器18安装在总成控制板1上。

如图2所示，模拟信号采集电路结构示意图，电阻R31的一端连接电阻R32和电阻R51的一端；电阻R32和电阻R51的另一端连接电容C25的一端；电容C25的另一端接地；

如图3所示，电阻R44的一端连接电容C32和电阻R39和电阻R39”的一端，电阻R44的另一端连接电容C33，电容C32和电容C33的另一端接地；电阻R39的另一端连接VBB端；电阻R39”的另一端接地。

如图4所示，电阻R50的一端连接电阻R49和二极管D2，电阻R50的另一端连接电容C41，电容C41另一端连接电容C40并接地；电阻R49的另一端连接VBB端；电容C40另一端连接二极管D2另一端。

如图5所示，集成电路块LM3488的端口1连接电容Csn，端口2连接电容Cc，电容Cc另一端连接电阻Rc，端口3连接电阻Rf2和电阻Rf1，端口5和端口4接地；端口6连接功率场效应管IRF7807，功率场效应管IRF7807的一端连接电感L1和电容Cs，功率场效应管IRF7807的一端连接电阻Rsn和端口1，电感L1另一端连接端口8和电阻Rcc和电容Cbypass，电阻Rcc另一端连接电容Cin，端口7连接电阻Rfa，电容Cs另一端连接电感L2和肖特基二极管D，肖特基二极管D另一端连接电容Cout和电阻Rf1，电阻Rf1另一端连接端口3。

如图6所示，集成电路块TLE469的端口I1连接端口I2和电阻R1、电容C1、电容C2和二极管D3，电容C1和电容C2并联并接地；端口/INH连接电阻R1另一端，端口DT连接电阻R4，端口R0连接电阻R6，端口Q2连接并联的电容C3和电容C4，端口Q1连接并联的电容C5和电容C6。

如图7所示，集成电路块U4的端口OUT1连接电阻12，端口OUT2连接电阻13，端口OUT3连接电阻14。

如图8所示，集成电路块P2端口P3.4连接电阻R15，端口P3.2连接电阻R16，端口/TRST连接电阻R17，端口P3.1连接电阻R18，端口P3.7连接电阻R19。

如图9所示，晶振器X1一端连接电阻R20和电容C11，晶振器X1另一端连接电容C12。

如图10所示，电阻R24与电容C14并联，其一端连接5伏电压，另一端连接端口VaREF。

如图11所示，集成电路块U2端口TXD连接电阻R7，端口VCC连接电容C7，端口Rs连接电阻R8，端口CANH连接电容C8和电阻R9，端口CANL连接电容C9和电阻R10，电阻R10和电阻R9的另一端连接电容C10和端口Vref。

如图12所示，集成电路块U3端口VBB连接电阻R11，端口ISO连接电阻R11的另一端，端口CEN和端口VDD连接电容C42，电容C43连接端口VBB。

如图13所示，电阻R21连接电容C13和信号线/RSTIN。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

术语解释：

①BSG：Belt Driven Starter Generator的缩写，指皮带驱动起停系统，是一项轻度混合动力技术。这种混合动力系统通常加装了皮带驱动起动电机(也就是常说的Belt alternator Starter Generator，简称BSG系统)。该电机为发电起动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的起动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。

②ISG：Integrated Starter and Generator的缩写，是直接集成在汽车发动机主轴上的起动发电一体机，就是直接以某种瞬态功率较大的电机替代传统的起动电机，在起步阶段短时替代发动机驱动汽车，并同时起到起动发动机的作用，减少发动机的怠速损耗和污染，正常行使时，发动机驱动车辆，该电机断开或者起到发电机的作用，刹车时，该电机还可以起到再生发电，回收制动能量的节能效果。

Claims

1.一种通用轻度混合动力车用整车控制器总成装置，其特征是：包括一外壳盒体、接插件以及盒体内的一个控制板，控制板包括双输出电源模块与稳压模块、具备两个CAN收发器和一个K线收发器的总线通讯模块、7通道低边驱动模块、6路模拟信号采集电路、5路数字信号采集电路、2路脉冲信号采集电路、主控单片机及其外围电路，其中外围电路包括复位电路、调试接口与电路；模拟信号采集电路、数字信号采集电路和脉冲信号采集电路连接防水接插件；主控单片机连接模拟信号采集电路、数字信号采集电路、稳压电路、电源电路、A/D采样基准电压电路、低边驱动电路、调试接口与电路、时钟电路、复位电路和总线通讯模块；模拟信号采集电路连接稳压电路；电源电路连接蓄电池；调试接口与电路连接调试用PC机；

主控单片机通过获取CAN总线上共享的数据，通过接插件线束和各个模拟信号、数字信号和脉冲信号采集电路处理的信号，获取整车状态信息，判断车辆工作状态和驾驶员驾驶意识，协调和管理BSG系统的各个执行模块的工作；所述主控单片机外围电路能确保单片机内部各个模块的稳定工作，同时在出现故障时能够及时复位主控单片机，调试接口与电路主要用来连接软件调试工具到PC机，是刷写程序和调试的连接通道；

控制板的双输出电源模块与稳压模块中，双输出主要是正5V和正2.5V的电压输出，采用了Infineon公司的Tle7469芯片来实现，以该芯片为核心，通过外围电路匹配，输出双电压，电路中所有的正5V和正2.5V的电压均由该模块供应；稳压模块输出12V电压，主要用来给一些信号采集电路提供一个稳定的上拉电压或者给其它需要提供精准12V电压的模块，从而提高信号采集的精度。

2.根据权利要求1所述的一种通用轻度混合动力车用整车控制器总成装置，其特征是：防水接插件、主控单片机、模拟信号采集电路、数字信号采集电路、脉冲信号采集电路、稳压电路、电源电路、低边驱动电路、调试接口与电路、时钟电路、复位电路、总线通讯模块、A/D采样基准电压电路和执行器安装在总成控制板上。

3.根据权利要求1所述的一种通用轻度混合动力车用整车控制器总成装置，其特征是：控制板的低边驱动模块，用来驱动一些小电流的执行器或者连接到仪表板上点亮一些仪表灯来指示状态。