摘 ?要：CMM作為混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力指揮管理中心，實(shí)時(shí)根據(jù)各路發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)傳感器的輸入數(shù)據(jù)、控制信號(hào)以及CAN、LIN等通信，通過(guò)計(jì)算和邏輯推理向繼電器、節(jié)氣門(mén)、點(diǎn)火線(xiàn)圈、噴油器、動(dòng)力電機(jī)、高壓油泵等各執(zhí)行器發(fā)送控制指令，并通過(guò)CAN、LIN形式將有關(guān)信號(hào)發(fā)送給對(duì)應(yīng)處理器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(chē)控制器的可靠性。

關(guān)鍵字：混合動(dòng)力;能量控制器;硬件

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ?文章編號(hào)：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(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力指揮管理中心，實(shí)時(shí)根據(jù)各路發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)傳感器的輸入數(shù)據(jù)、控制信號(hào)以及CAN、LIN等通信，通過(guò)計(jì)算和邏輯推理向繼電器、節(jié)氣門(mén)、點(diǎn)火線(xiàn)圈、噴油器、動(dòng)力電機(jī)、高壓油泵等各執(zhí)行器發(fā)送控制指令，并通過(guò)CAN、LIN形式將有關(guān)信號(hào)發(fā)送給對(duì)應(yīng)處理器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制。具體功能包括：

（1）動(dòng)力控制功能

接收整車(chē)控制器發(fā)來(lái)的指令，并向繼電器、節(jié)氣門(mén)、噴油器、動(dòng)力電機(jī)、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(chē)控制器意圖，使車(chē)輛按駕駛員期望控制發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)工作。

（2）通訊功能

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

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能

接收處理各個(gè)零部件信息、結(jié)合實(shí)時(shí)車(chē)況和發(fā)動(dòng)機(jī)工況、電機(jī)工況，提供當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)狀況信息。

（4）故障診斷及存儲(chǔ)功能

對(duì)動(dòng)力控制系統(tǒng)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，動(dòng)態(tài)檢測(cè)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(chǔ)模塊、模擬信號(hào)輸入模塊、頻率/開(kāi)關(guān)信號(hào)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(diǎn)火信號(hào)輸出模塊、噴油器信號(hào)輸出模塊、高壓油泵控制信號(hào)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集處理、邏輯運(yùn)算及控制實(shí)現(xiàn)等。綜合考慮開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)成本、采購(gòu)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(chē)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(hào)轉(zhuǎn)成5V電壓，如圖2所示。電源濾波采用兩級(jí)EMC濾波電路，同時(shí)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(dǎo)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(duì)的安全性，硬件設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足ISO26262安全級(jí)別要求，采用博士公司的BOSCH專(zhuān)業(yè)芯片48128作為安全監(jiān)控芯片。48128通過(guò)CAN總線(xiàn)、LIN總線(xiàn)與外部進(jìn)行信號(hào)傳遞。其主要功能是監(jiān)測(cè)CAN總線(xiàn)、LIN總線(xiàn)傳來(lái)的傳感器數(shù)據(jù)是否正常，以確保汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。L9959T、TC298TP、SC900、SMP168、48128、40278通用SCK信號(hào)達(dá)成同步，如圖3所示。

5 ? CAN模塊

CMM共有3路CAN：CAN總線(xiàn)1-I/S、CAN總線(xiàn)2-混合、CAN總線(xiàn)3-LAS。其中CAN總線(xiàn)2-混合、CAN總線(xiàn)3-LAS 用于和主芯片TC298TP通訊，CAN總線(xiàn)1-I/S用于和BOSCH專(zhuān)用電源管理芯片48128通訊。CAN通信接口的實(shí)現(xiàn)主要依靠芯片TJA1042，利用N溝道邏輯電平增強(qiáng)模式場(chǎng)效應(yīng)晶體管BSS138和BSS84構(gòu)建輔助電路，保證CAN數(shù)據(jù)通訊時(shí)的可靠性。可以降低射頻干擾、抗瞬時(shí)干擾能力和乘用車(chē)環(huán)境下的母線(xiàn)保護(hù)能力。CAN總線(xiàn)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(diǎn)。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(hù)高速和容錯(cuò)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(dá)1Mbps的系統(tǒng)。

6 ? ?LIN模塊

CMM共有1路LIN，用于和BOSCH專(zhuān)用電源管理芯片48128通訊，如圖5所示。NUP2105用于保持總線(xiàn)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(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該芯片具有過(guò)流、過(guò)熱、短路、斷路等故障診斷功能，主微控制器可通過(guò)SPI總線(xiàn)讀取故障信息。TLE7183F實(shí)時(shí)接收TC298TP 通過(guò)P00.11、P00.12、P33.0發(fā)出的三相控制指令，經(jīng)過(guò)功率放大后輸出給驅(qū)動(dòng)電機(jī)三相線(xiàn)圈，通過(guò)占空比的改變可以調(diào)控電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，還可通過(guò)MOSFET與H橋電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

8 ? ?電子節(jié)氣門(mén)控制模塊

電子節(jié)氣門(mén)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(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該芯片具有過(guò)流、過(guò)熱、短路、斷路等故障診斷功能，主微控制器可通過(guò)SPI總線(xiàn)讀取故障信息，如圖7：

9 ? ?噴油驅(qū)動(dòng)模塊

噴油驅(qū)動(dòng)模塊使用飛思卡爾芯片SC900714作為主控芯片。SC900714實(shí)時(shí)接收主芯片TC298TP發(fā)出的數(shù)字控制指令，經(jīng)過(guò)功率放大后驅(qū)動(dòng)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(chǎng)效應(yīng)電源轉(zhuǎn)換器BUK9640（U9）提升驅(qū)動(dòng)能力。R103和D14構(gòu)成電流檢測(cè)電路，檢測(cè)高壓燃油泵工作電流。U19、U20、U26、U27、U28為高邊驅(qū)動(dòng)芯片，經(jīng)過(guò)多級(jí)放大驅(qū)動(dòng)噴油器及高壓泵。如圖8所示。

10 ? ?繼電器及閥門(mén)控制模塊

繼電器及閥門(mén)控制使用BOSCH專(zhuān)業(yè)芯片40211作為主控芯片。40211實(shí)時(shí)接受主芯片發(fā)出的控制指令，經(jīng)過(guò)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(fēng)扇1命令繼電器、風(fēng)扇2命令繼電器、燃油艙電閥、曲柄抑制STT、進(jìn)氣凸輪軸閥、電動(dòng)自卸閥、上游氧傳感器加熱絲、下游氧傳感器加熱絲、廢氣門(mén)氣動(dòng)閥、渦輪冷卻泵等動(dòng)作，并檢測(cè)油箱泄漏診斷傳感器、空氣流量傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器信號(hào)。

11 ? ?結(jié)語(yǔ)

合動(dòng)力汽車(chē)能量控制器不僅滿(mǎn)足混合動(dòng)力汽車(chē)各項(xiàng)功能要求（實(shí)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(chē)性能。

參考文獻(xiàn)：

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專(zhuān)家推薦語(yǔ)

龍永生

東風(fēng)汽車(chē)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心

動(dòng)力總成技術(shù)總工程師 ?研究員級(jí)高級(jí)工程師

本文針對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)能量控制硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，重點(diǎn)針對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力指揮管理中心CMM，在確保實(shí)現(xiàn)動(dòng)力控制功能、通訊功能、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能、故障診斷及存儲(chǔ)功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制;并對(duì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及的各模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行分析說(shuō)明。

文章對(duì)汽車(chē)企業(yè)在開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力車(chē)型具有一定的參考價(jià)值。