基于SPC5644A+S912ZVC的新能源電動車整車控制器的硬件設計

王發群，郭增泉，劉芹

（1.鄭州日產汽車有限公司，河南 鄭州 450046；2.珠海高新區同力機械有限公司，廣東 珠海 519055）

基于SPC5644A+S912ZVC的新能源電動車整車控制器的硬件設計

王發群1，郭增泉2，劉芹1

（1.鄭州日產汽車有限公司，河南 鄭州 450046；2.珠海高新區同力機械有限公司，廣東 珠海 519055）

針對當前新能源汽車整車控制器靜態電流要求低、主控單片機輸入輸出端口和外部地隔離增加抗干擾性的要求，采用SPC5644A和S912ZVC兩個單片機，設計了一款新能源電動車整車控制器。詳細闡述了其工作原理、硬件組成及各功能模塊電路設計。該控制器對主控單片機的地和外部地進行了隔離，增加抗干擾性，提高了可靠性，運行穩定，具有靜態功耗低等特點。

單片機；整車控制器；靜態電流；硬件設計

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-32-03

引言

空氣質量的好壞影響到人們的生活，燃油車的尾氣是造成空氣質量變差的原因之一。新能源電動車無尾氣，以零污染和零排放受到人們的青睞；設計和推廣新能源電動車是減少汽車尾氣對空氣的污染重要手段。整車控制器是電動汽車的核心部件，是體現整車企業自主知識產權的核心技術，一般情況下整車企業都會自己設計整車控制器；整車控制器設計水平直接關系到整車的動力性、經濟性、可靠性和安全性。為了滿足新開發的電動車的上市需求設計了一款整車控制器。

1、功能需求

整車控制器作為新能源電動車的核心控制部件負責協調各個零部件的工作，對電動車的正常行駛，再生能量回收，故障診斷與處理，車輛的狀態與監視等功能起著關鍵的作用。

整車控制器在電動車行駛過程中執行多項任務，具體功能包括：

（1）通過鑰匙ON信號對整車控制器進行喚醒，使整車控制器進入工作狀態。

（2）通過油門踏板、制動踏板接收、處理駕駛員的駕駛操作指令，并向電機控制器等各個部件控制器發送控制指令，使車輛按駕駛期員望行駛。

（3）與DC/DC、電池管理系統等進行可靠通訊，通過CAN總線進行狀態的采集輸入及控制指令的輸出。

（4）接收、處理各個零部件信息，結合電池管理系統提供當前的能源狀況信息。

（5）系統故障的判斷和存儲，動態檢測系統信息，記錄出現的故障,并通過儀表及顯示系統進行告警顯示。

（6）對整車具有保護功能，視故障的類別對整車進行分級保護。

（7）協調管理車上的空調、暖風等其他電器設備。

根據整車控制器的功能，其接線框圖如圖1所示：

圖1 整車控制器接線框圖

2、硬件構架

整車控制器由單片機模塊、電源模塊、輸入模塊、輸出模塊和通訊模塊5個模塊構成。

1）單片機模塊：整車控制器采用雙單片機方案， 32位單片機采用SPC5644A， 16位單片機采用S912ZVC,整車控制器板上外設中的輸入模塊和輸出模塊均連接在S912ZVC單片機上，SPC5644A單片機只負責整車控制器控制策略的運行，并且SPC5644A單片機的電源采用隔離地的DCDC進行供電，兩個單片機之間通過隔離的CAN總線進行數據交換，單片機S912ZVC作為可編程的模擬、數字端口使用；

2）電源模塊：對單片機模塊、輸入模塊、輸出模塊和通訊模塊提供合適的電源；

3）輸入模塊：對輸入的模擬量進行調理，滿足單片機S912ZVC的AD電壓轉換范圍要求；通過三極管進行數字信號隔離，對輸入的數字信號進行電平轉換，滿足單片機S912ZVC的I/O電壓范圍要求；

4）輸出模塊：輸出模塊需要驅動繼電器或指示燈，包括低邊驅動和高邊驅動，低邊驅動采用專用低邊驅動模塊BTS3410G，高邊驅動采用專用驅動高邊模塊BTS716G；

5）通訊模塊：整車控制器與其他設備的連接端口，包括3路隔離CAN總線。

整車控制器硬件框圖如圖2所示：

圖2 整車控制器硬件框圖

3、主要功能模塊電路設計

1）電源模塊

電動車上的干擾源較多，尤其是IGBT的工作會造成整車電壓的劇烈波動，使整車電壓帶有大量的干擾成分，低質量的電源可能會影響整車控制器輸出錯誤的控制信號，因此電源設計的好壞它直接關系到整車控制器能否正常工作。該整車控制器采用12V車載蓄電池供電，經P溝道MOS管和電感后供給S912ZVC單片機，電源輸入端口采用P溝道MOS管取代傳統的電源防反接二極管，MOS管上的壓降遠遠低于二極管的壓降，降低了整車控制器的功耗；S912ZVC單片機通過控制高邊開關對其他整車控制器上的元器件進行上下電。整車控制器的電源部分電路框圖如下圖3所示：

圖3 整車控制器電源框圖

2）通訊模塊

CAN總線(2．0A／B)以其極高的可靠性和穩定性在汽車上得到廣泛應用。本設計中使用的SPC5644A帶有3個CAN通訊模塊且使用方便，故只需添加必要的外圍收發接口電路就能完成相應設計。整車控制器中三路CAN通訊采取隔離設計，通過磁耦實現。為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，TJAl050T與CAN總線的接口部分添加了共模電感和ESD管進行安全保護。整車控制器的CAN通訊電路原理圖，如圖4所示。

圖4 整車控制器CAN通訊電路原理圖

3）輸入模塊

整車控制器的輸入信號包括開關信號、模擬信號，其中開關信號包括高邊輸入有效和低邊輸入有效兩種類型。沒有正確與可靠的輸入信號，再有效的控制策略也不可能得到良好的控制結果；為了保護單片機不被干擾信號的損壞，模擬量和數字量接口必須具有故障保護功能。整車控制器采用RC電路對數字輸入量進行濾波。其應用電路原理圖，如圖5所示。

圖5 整車控制器高邊輸入和低邊輸入電路原理圖

整車控制器中的模擬輸入信號主要來自于油門踏板、溫度傳感器等外圍傳感器的模擬電壓信號，電壓范圍在0～5 V之間。這類信號濾波后，為增加驅動能力，一般用電壓跟隨器送到單片機的AD口進行A／D轉換。具體電路結構如圖6所示。

圖6 整車控制器模擬輸入電路原理圖

4）輸出模塊

輸出模塊主要實現整車的指示燈和繼電器的控制功能。本設計中采用的是2通道低邊智能開關芯片BTS3410G和4通道高邊智能開關芯片BTS716G，具有過溫、過壓和短路故障等保護功能。

4、結束語

通過分析新能源電動車整車控制器的功能需求，設計了整車控制器，經實車驗證滿足功能要求、具有良好的動力性、經濟性、安全性和可靠性，所設計的整車控制器達到了預期目標，并進行了量產裝車。

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New energy electric vehicle controller based on SPC5644A + S912ZVC hardware design

Wang Faqun1, Guo Zengquan2, Liu Qin1
( 1.Zhengzhou nissan motor co., LTD., Henan Zhengzhou 450046; 2.The zhuhai high-tech zone with power machinery co., LTD., Guangdong Zhuhai 519055 )

In view of the current new energy vehicle controller low static current requirements, the master microcontroller isolated input and output port and external increase anti-interference requirements, using SPC5644A and S912ZVC two microcomputer, designed a new energy electric vehicle controller. The working principle, hardware composition and circuit design of each functional module are described in detail. The main MCU of the controller and external land isolation, increase the anti-jamming, improved reliability, stable running, has the low static power consumption characteristics.

MCU; The vehicle controller; The static current; Hardware design

U462.1

A

1671-7988 (2017)05-32-03

王發群，男，碩士，工程師，就職于鄭州日產汽車有限公司，主要從事新能源汽車整車控制器、電機控制器的研發工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.011