本實(shí)用新型涉及電動(dòng)汽車整車控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電動(dòng)汽車CAN總線整車控制器。

背景技術(shù)：

在能源短缺和環(huán)境污染的壓力下，新能源汽車越來越受到人們的重視。電動(dòng)車以其低排放、低能耗、低噪聲優(yōu)點(diǎn)成為21世紀(jì)初汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)汽車，電動(dòng)汽車上控制模塊較多，各模塊需要實(shí)時(shí)共享車輛的公共數(shù)據(jù)，以達(dá)到整車的最優(yōu)控制；由于各個(gè)模塊相互作用又相互獨(dú)立，存在著相互的干擾，傳統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì)策略已不再適用于當(dāng)今電動(dòng)汽車電氣控制網(wǎng)絡(luò)的需要。

CAN總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，采用多主方式，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)都可自主向其他接點(diǎn)發(fā)送信息。由于CAN總線具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性等顯著優(yōu)點(diǎn)，它成為電動(dòng)汽車電氣控制網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

本實(shí)用新型提供了一種電動(dòng)汽車CAN總線整車控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車各電控子系統(tǒng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控、協(xié)調(diào)、控制以及相關(guān)信號(hào)處理。其主要功能包括車輛運(yùn)行控制、能量管理、車輛運(yùn)行狀態(tài)顯示、整車網(wǎng)絡(luò)管理、故障診斷和處理，以提高整車能量利用效率，確保安全性和可靠性。

技術(shù)方案

本實(shí)用新型所述的電動(dòng)汽車CAN總線整車控制器是基于單片機(jī)的嵌入式控制系統(tǒng)，所述整車控制器包括微處理器模塊以及電源模塊， CAN總線整車控制器設(shè)有脈沖量接口模塊、模擬量接口模塊、數(shù)字量接口模塊、PWM脈寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、CAN總線模塊以及最小系統(tǒng)；微處理器的通信接口分別與脈沖量接口模塊、模擬量接口模塊、數(shù)字量接口模塊、電源模塊、PWM脈寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、CAN總線模塊以及最小系統(tǒng)相連。電源模塊為整車控制器及外圍傳感器提供隔離電源，并對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行監(jiān)控，保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

一種電動(dòng)汽車CAN總線整車控制器，包括微處理器和電源模塊，其特征在于：所述微處理器的通信接口分別與脈沖量接口模塊、模擬量接口模塊、數(shù)字量接口模塊、電源模塊、PWM脈寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、CAN總線模塊以及最小系統(tǒng)相連。

所述最小系統(tǒng)包括電源電路，時(shí)鐘電路和復(fù)位電路；電源電路負(fù)責(zé)給處理器、外圍電路芯片以及傳感器提供電源；微處理器通過振蕩器引腳提供外接晶振的時(shí)鐘接口，來驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生電路；復(fù)位電路在檢測(cè)到微處理器外部故障或內(nèi)部系統(tǒng)故障時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

所述脈沖量接口模塊接收來自的電動(dòng)汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)并將其處理成處理器能夠識(shí)別的脈沖信號(hào)，另一端連接微處理器數(shù)據(jù)輸入端口。

所述模擬量接口模塊用于模擬輸入量的濾波和調(diào)理，其一端分別與變速器油溫傳感器和離合器位置傳感器相連，另一端連接微處理器A/D轉(zhuǎn)換接口。

所述數(shù)字量接口模塊用于數(shù)字輸入量調(diào)理，其一端分別與制動(dòng)踏板傳感器和PRND操縱桿位置傳感器相連，另一端連接微處理器數(shù)據(jù)輸入端口。

所述PWM脈寬調(diào)制模塊通過光耦合器連接離合電機(jī)、選檔電機(jī)和換擋電機(jī)，PWM信號(hào)通過調(diào)速端口對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。

所述功率驅(qū)動(dòng)模塊采用耐高壓、大電流達(dá)林頓陣列構(gòu)成5個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)水泵繼電器、預(yù)充電控制繼電器、真空泵繼電器、和風(fēng)扇繼電器。

所述CAN總線模塊通過控制器SJA1000連接電機(jī)控制器、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和蓄電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送通信任務(wù)。

電源模塊為整車控制器及外圍傳感器提供隔離電源，并對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行監(jiān)控。

優(yōu)點(diǎn)及效果

本實(shí)用新型是一種電動(dòng)汽車CAN總線整車控制器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

電動(dòng)汽車采用CAN總線整車控制器，以微處理器為核心，在外圍分別搭建多個(gè)控制模塊，將電動(dòng)車上用到的諸多電控子系統(tǒng)的不同通信方式整合到一起，減輕總線負(fù)載，實(shí)現(xiàn)更適用的汽車整車總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效節(jié)省了實(shí)時(shí)性要求較低的控制器及相關(guān)零件的成本支出。CAN總線控制器具有高效率的管理網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)電控子系統(tǒng)之間的相互通信及相互配合，實(shí)現(xiàn)各種總線設(shè)備間的信息共享和設(shè)備互聯(lián)，保證各部件工作的正常順序，并可通過總線判斷各電控子系統(tǒng)故障進(jìn)行統(tǒng)一處理。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型電動(dòng)汽車CAN總線整車控制器的原理框圖。

圖2為本實(shí)用新型微處理器最小系統(tǒng)及外部擴(kuò)展（外部?jī)?chǔ)存擴(kuò)展電路及DSP最小系統(tǒng)）部分電路原理圖。

圖3為本實(shí)用新型電源電路原理圖。

圖4為本實(shí)用新型CAN總線通信模塊原理圖。

圖5為本實(shí)用新型RS485總線接口電路原理圖。

圖6為本實(shí)用新型RS232總線接口電路原理圖。

圖7為本實(shí)用新型功率驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖。

圖8為本實(shí)用新型選、換檔(離合器)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖。

圖9為本實(shí)用新型脈沖量接口模塊電路原理圖。

圖10為本實(shí)用新型模擬量接口模塊電路原理圖。

圖11為本實(shí)用新型數(shù)字量接口模塊電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明：

本實(shí)用新型一種電動(dòng)汽車CAN總線整車控制器，如圖1中所示，包括微處理器，其特征在于：所述微處理器的通信接口分別與脈沖量接口模塊、模擬量接口模塊、數(shù)字量接口模塊、PWM脈寬調(diào)制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、CAN總線模塊以及最小系統(tǒng)相連。

所述最小系統(tǒng)包括電源電路，時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。電源電路負(fù)責(zé)給處理器、外圍電路芯片以及傳感器提供電源；微處理器通過振蕩器引腳提供外接晶振的時(shí)鐘接口，來驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生電路；復(fù)位電路在檢測(cè)到微處理器外部故障或內(nèi)部系統(tǒng)故障時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

所述脈沖量接口模塊接收來自的電動(dòng)汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)并將其處理成處理器能夠識(shí)別的脈沖信號(hào)，另一端相接微處理器數(shù)據(jù)輸入端口。

所述模擬量接口模塊用于模擬輸入量的濾波和調(diào)理，其一端分別與變速器油溫傳感器和離合器位置傳感器相連，另一端連接微處理器A/D轉(zhuǎn)換接口。

所述數(shù)字量接口模塊用于數(shù)字輸入量調(diào)理，其一端分別與制動(dòng)踏板傳感器和PRND操縱桿位置傳感器相連，另一端連接微處理器數(shù)據(jù)輸入端口。

所述PWM脈寬調(diào)制模塊通過光耦合器連接離合電機(jī)、選檔電機(jī)和換擋電機(jī)，PWM信號(hào)通過調(diào)速端口對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。

所述功率驅(qū)動(dòng)模塊采用耐高壓、大電流達(dá)林頓陣列構(gòu)成5個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)水泵繼電器、預(yù)充電控制繼電器、真空泵繼電器、和風(fēng)扇繼電器。

所述CAN總線模塊通過控制器SJA1000連接電機(jī)控制器、助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和蓄電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送通信任務(wù)。

所述電源模塊為整車控制器及外圍傳感器提供隔離電源，并對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行監(jiān)控，保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

所述電源模塊用來保證給單片機(jī)提供穩(wěn)定的電源，采用電源轉(zhuǎn)換芯片LM2576將車載蓄電池電源的12V或24V電壓轉(zhuǎn)換為可以適用于單片機(jī)的5V電壓。由于LM2576有兩種可調(diào)的輸出電壓，本實(shí)用新型選擇固定輸出電壓5V的電源轉(zhuǎn)換芯片LM2576-5.0V。純電動(dòng)汽車直流電源12V或24V正極接BATTERY+，負(fù)極接GND，電源經(jīng)過保險(xiǎn)絲F1和整流二極管D2與電源芯片相連。二極管D2單向?qū)?，防止電源反接而損壞硬件。F1為3A的保險(xiǎn)絲，對(duì)電路起保護(hù)作用。Z1為穩(wěn)壓二極管，L1為100uH電感，C1，C6是鋁電解電容，Z1，L1，C1，C6是電源芯片LM2576-5.0V的外圍電路的組成部分。D1是電源指示燈，顯示對(duì)電源電路的工作狀態(tài)。當(dāng)電源電路不能正常工作時(shí)，先查看電源指示燈，如果指示燈不亮，那說明是車載電源及接線可能存在問題；如果指示燈亮，應(yīng)該首先檢查保險(xiǎn)絲是否熔斷。電容C2，C3，C4，C5，C6以及二極管Z2在電路中起到穩(wěn)壓濾波的功能。電源芯片將電壓轉(zhuǎn)換為5V，由VCC輸出，給芯片MC9S12XDP512提供電源。

本實(shí)用新型工作原理如下：

圖2為本實(shí)用新型微處理器最小系統(tǒng)及外部擴(kuò)展部分電路原理圖。最小系統(tǒng)包括電源電路，時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。

時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到微處理器運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性。圖3時(shí)鐘電路中C52，C53是晶振的濾波電容，R59是晶振電阻，Y1為16MHz晶振。

復(fù)位電路在檢測(cè)到MCU相應(yīng)各種外部故障或內(nèi)部系統(tǒng)故障時(shí)，為使微處理器及系統(tǒng)各部件以確定的初始狀態(tài)開始工作，控制系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)都需要進(jìn)行復(fù)位設(shè)置。S2為復(fù)位按鍵，用于手動(dòng)復(fù)位。

圖3為電源電路圖。電源電路采用電源轉(zhuǎn)換芯片LM2576將車載蓄電池電源的12V或24V電壓轉(zhuǎn)換為可以適用于單片機(jī)的5V電壓。因此，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的電源電路可兼容12V和24V的電源輸入；由于LM2576有兩種可調(diào)的輸出電壓，本實(shí)用新型選擇固定輸出電壓5V的電源轉(zhuǎn)換芯片LM2576-5.0V。

圖4為本實(shí)用新型CAN總線通信模塊原理圖。CAN總線通信模塊主電路采用高速CAN總線收發(fā)器TJA1050來完成整車控制器的CAN通訊接口電路。同時(shí)，CAN通訊接口電路中采用光電隔離來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_性。微處理器的CAN接口的發(fā)送、接收端分別通過光電隔離器件與TJA1050收發(fā)器的TXD，RXD連接。

圖5為本實(shí)用新型RS485總線接口電路原理圖。RS485總線主電路采用MAX485ESA和光電隔離構(gòu)成主電路。微處理器MC9S12XDP512串口的RXD, TXD通過光電隔離電路連接MAX485ESA芯片的RO，DI引腳，控制信號(hào)R/D經(jīng)光電隔離電路去控制MAX485ESA芯片的DE和RE引腳。整車控制器通過RS485總線向4個(gè)輪毅電機(jī)控制器發(fā)送控制指令，控制電機(jī)動(dòng)作，并通過控制繼電器的開合來控制輪毅電機(jī)的上電和斷電，實(shí)現(xiàn)整車控制器與輪毅電機(jī)控制器之間的通訊。

所述圖6為本實(shí)用新型RS232總線接口電路原理圖。RS232總線主電路采用MAX232E芯片完成TTL與EIA的雙向電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)整車控制器與上位機(jī)之間的通訊。電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232ESE外接兩路RS232接口，9—12引腳與單片機(jī)的SCI接口引腳連接，DB9只使用三個(gè)引腳，2，3和5分別表示TXD， RXD和GND。

圖7為本實(shí)用新型功率驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖。功率驅(qū)動(dòng)模塊電路采用耐高壓、大電流達(dá)林頓晶體管ULN2003A構(gòu)成的繼電器驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)水泵繼電器、預(yù)充電控制繼電器、真空泵繼電器、風(fēng)扇繼電器。

圖8為本實(shí)用新型選、換檔(離合器)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖。選、換檔(離合器)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)PWM輸出信號(hào)進(jìn)行放大。L298N內(nèi)部集成2個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)器，可以同時(shí)控制2個(gè)直流電機(jī)。PWM信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過調(diào)速端口對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，IN1，IN2控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。

圖9為本實(shí)用新型脈沖量接口模塊電路原理圖。脈沖量接口模塊電路采用74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，把接收的隨轉(zhuǎn)速變化的正弦信號(hào)（車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和變速器輸入軸轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)換為處理器能夠識(shí)別的脈沖電平信號(hào)。

圖10為本實(shí)用新型模擬量接口模塊電路原理圖。模擬量接口模塊電路采用過壓保護(hù)、分壓電路、RC低通濾波、二極管鉗位、LM358信號(hào)跟隨器(隔離、緩沖的作用)以及接地電源，從而使處理電路輸出信號(hào)可靠、穩(wěn)定。

圖11為本實(shí)用新型數(shù)字量接口模塊電路原理圖。數(shù)字量接口模塊電路采用RC低通濾波、二極管鉗位和光藕信號(hào)隔離電路(抑制電磁干擾) 將踏板位置傳感器發(fā)出的方波脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，最終將可靠、低干擾的信號(hào)送入IO口處理。