混聯(lián)混合動(dòng)力車輛整車控制器設(shè)計(jì)

徐雷鳴

摘要：目前中國正面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)，每年有大量的石油、煤炭、天然氣等動(dòng)力能源需要從外國進(jìn)口，給國內(nèi)的能源安全造成嚴(yán)重威脅。汽車的耗油每年占據(jù)我國能源消費(fèi)的很大大部分，因此，加大對混合動(dòng)力車輛的研究改變汽車嚴(yán)重依賴化石能源，將從根源上解決國內(nèi)的能源危機(jī)就顯得至關(guān)重要，并且混合動(dòng)力車輛的研究也會(huì)讓利于汽車消費(fèi)者，對解決目前中國日益嚴(yán)重的環(huán)境問題也顯得非常重要。本文主要介紹混聯(lián)混合動(dòng)力汽車車輛整車控制器的HCU、整車控制器軟件、以及檢測軟件的設(shè)計(jì)，旨在設(shè)計(jì)出更加科學(xué)更加智能的混聯(lián)混合動(dòng)力汽車。

關(guān)鍵詞：能源危機(jī);混聯(lián)混合動(dòng)力汽車;HCU;軟件

引言

中國雖然是能源大國，但是人均能源很低。目前，中國正面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)，每年有大量的石油、煤炭、天然氣等動(dòng)力能源需要從外國進(jìn)口，嚴(yán)重的依靠外國能源進(jìn)口經(jīng)常會(huì)受到國際政治風(fēng)云變幻的影響，給國內(nèi)的能源安全造成威脅。汽車的耗油每年占據(jù)我國能源消費(fèi)的大部分，因此，加大對混合動(dòng)力車輛的研究改變汽車嚴(yán)重依賴化石能源將從根源上解決國內(nèi)的能源危機(jī)就顯得至關(guān)重要。并且混合動(dòng)力車輛的研究也會(huì)讓利于汽車消費(fèi)者，對解決目前中國日益嚴(yán)重的環(huán)境問題也顯得非常重要。

1.混合動(dòng)力汽車

混合動(dòng)力汽車主要分為三種類型。串聯(lián)類型、并聯(lián)類型和混聯(lián)類型。混聯(lián)混合動(dòng)力汽車使用的是電控系統(tǒng)對整車進(jìn)行控制和監(jiān)測。現(xiàn)實(shí)中，為了提高混聯(lián)的效率采用的是CAN技術(shù)來實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車復(fù)雜系統(tǒng)的互聯(lián)。混聯(lián)混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)中當(dāng)中最重要的硬件叫HCU，就好比電腦的CPU，HCU主要控制的是混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力能源配比，例如電力和汽油的混合動(dòng)力汽車，需要輸出的功率是10000w，那么HCU需要做的工作就是進(jìn)行科學(xué)配比，安排電力提供多大的功率，汽油提供多大的功率讓整個(gè)車消耗的能源或者說花費(fèi)的成本最低。因此在此意義上說，如何設(shè)計(jì)出更加科學(xué)更加智能的HCU硬件系統(tǒng)對于混聯(lián)混合動(dòng)力汽車就顯得尤為關(guān)鍵。

2.混合動(dòng)力汽車的HCU設(shè)計(jì)

HCU硬件設(shè)計(jì)是由多個(gè)模塊組成的，這些模塊相互寫作才能使得HCU硬件順利工作。目前HCU硬件設(shè)計(jì)主要分為八大模塊。

2.1駕駛員開關(guān)信號(hào)處理模塊

該模塊最主要的功能就是將駕駛員的開關(guān)和P/R/N/D按鈕轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的I/O信號(hào)，以便MCU識(shí)別。

2.2A/D信號(hào)處理模塊

A/D信號(hào)處理模塊主要是將駕駛員的一些操作（加速、離合、剎車）等基本物理操作轉(zhuǎn)換成對應(yīng)I/O信號(hào)，以便MCU識(shí)別。但是這個(gè)模塊不同之處在于，傳感器采用的是電流信號(hào)輸出，而MCU只能識(shí)別電壓信號(hào)，實(shí)際操作中是讓電流信號(hào)通過特定的電阻，變成對應(yīng)設(shè)定的電壓信號(hào)。

2.3PCB設(shè)計(jì)

PCB設(shè)計(jì)的初衷主要是為了增加HCU硬件的抗干擾能力，其基本的原理是將低速的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和高速的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行有效的區(qū)分開，以達(dá)到不同電路之間的相互影響。

2.4MCU外圍配置電路模塊

MCU外圍配置電路模塊主要功能就是保證MCU的正常運(yùn)行，主要由系統(tǒng)復(fù)位電路、晶振電路等組成。

2.5CAN通信電路處理模塊

在一般的HCU硬件設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)HCU同子部件ECU進(jìn)行總線通信，所以實(shí)際中采用的是CAN通信通道的冗余設(shè)計(jì)避免差分電壓總線信號(hào)波動(dòng)對HCU硬件的影響，增加CAN通信電路采樣精度。

2.6SCI串口通信模塊

SCI串口通信模塊主要是為了把MCU信號(hào)變成符合RS232的通信信號(hào)，讓PC系統(tǒng)進(jìn)行正常識(shí)別。

2.7電源管理模塊

汽車的車載電壓一般是25V，而MCU的工作電壓是5V，所以電源管理模塊最主要的工作就是吧車載電壓轉(zhuǎn)換成MCU的工作電壓，以便MCU正常工作。

2.8電磁閥驅(qū)動(dòng)電路模塊

電磁閥驅(qū)動(dòng)電路模塊最主要的功能是為了及時(shí)的處理HCU硬件的故障，保障HCU硬件系統(tǒng)隨時(shí)順利運(yùn)行。

2.9輸入車速脈沖信號(hào)處理模塊

輸入車速脈沖信號(hào)處理模塊主要是處理來自輪速霍爾傳感器的信號(hào)，將該信號(hào)傳送給MCU的ECT接口。

3.整車控制器軟件設(shè)計(jì)

整車控制器軟件系統(tǒng)可以提供在線編程、調(diào)試等功能，大大的提升編程的效率。其編程的主程序采用的是前后臺(tái)程序。

3.1前臺(tái)程序

前臺(tái)程序操作之前都需要首先對所有的硬件設(shè)備進(jìn)行初始化操作，然后前臺(tái)程序才會(huì)進(jìn)入到控制狀態(tài)，按照設(shè)想設(shè)定的程序一步一步執(zhí)行操作。

3.2后臺(tái)程序

后臺(tái)程序的主要功能是將模擬信號(hào)的中斷模擬信號(hào)定時(shí)中斷啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換模塊，等待AD轉(zhuǎn)換完成之后再采用中斷操作繼續(xù)觸發(fā)AD數(shù)據(jù)處理將其子函數(shù)中斷。

3.3中斷優(yōu)先級(jí)處理

程序的運(yùn)行過程中在某一步操作的時(shí)候往往會(huì)出現(xiàn)多個(gè)中斷操作，系統(tǒng)需要知道下一步操作哪一個(gè)終中斷操作就要引入中斷優(yōu)先級(jí)的概念。中斷優(yōu)先級(jí)提前有編寫程序的人員設(shè)定好，確定哪些中斷操作優(yōu)先操作，哪些次之，這樣以來才會(huì)是眾多的中斷操作安全有序進(jìn)行。

4.監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

出了設(shè)計(jì)出科學(xué)的HCU硬件和整車控制器軟件，還需要在混合動(dòng)力汽車運(yùn)行的過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)分監(jiān)控，保障混合動(dòng)力汽車的硬件和軟件都能夠正常運(yùn)行。同時(shí)及時(shí)的監(jiān)測到問題之后，監(jiān)控軟件還需要簡單的對錯(cuò)誤進(jìn)行修正，保證硬件和軟件順利運(yùn)行。

監(jiān)控的軟件設(shè)計(jì)和一般的軟件設(shè)計(jì)沒有什么不同，通常是利用VB語言編寫的，需要軟件達(dá)到什么樣的效果就編寫什么樣的程序，視情況而定。不過最主要監(jiān)控軟件要實(shí)現(xiàn)的功能就是檢測HCU的各個(gè)模塊的運(yùn)行情況。

5.總結(jié)

通過上文的分析，基本了解了混聯(lián)混合動(dòng)力汽車車輛整車控制器的HCU、整車控制器軟件、以及檢測軟件的設(shè)計(jì)。通過對這些的充分了解，旨在設(shè)計(jì)出更科學(xué)的更加智能的硬件和軟件從而提升混聯(lián)混合動(dòng)力汽車的性能，使其更加的節(jié)省能源，這樣以來不單單是對汽車的消費(fèi)者有利，對解決我國的能源危機(jī)還有日趨嚴(yán)重的環(huán)境問題都顯得非常重要。

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