混合动力汽车车整车控制器系统设计与应用

了无牵挂 2021-02-25 15:39:00

摘要:整车控制器是混合动力汽车的核心部件,负责车辆各个控制单元的信息交互、网络管理,控制车辆安全行驶。英飞凌主控芯片TC265配合安全监控芯片ATIC139,提高了整车控制器的可靠性。


引言


混合动力汽车包含两种动力源:发动机和电动机。相比传统汽车和电动汽车,整车控制的工作更多、难度更高,需要针对汽车的实时工况对两种动力源进行动态分配。整车控制器VCU(Vehicle Control Unit)正是实现整车控制决策的核心电子控制单元,VCU根据驾驶员的操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运行所需要的发动机、电机输出转矩等参数,从而协调各个动力部件的运动,保障汽车的正常行驶。此外,VCU还可以与智能化的车身系统一起控制车上的用电设备,以保证驾驶的及时性和安全性。VCU具有整车系统故障诊断保护与存储功能。因此,VCU的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其他性能。


1系统架构


系统硬件架构图如图1所示。VCU包含3个主要芯片:英飞凌公司的TC265、博士公司的ATIC139、ATIC232。其中主控制芯片TC265接收CAN、FlexRay总线信息、模拟输入、各类PWM输入;经运算分析后的输出指令经ATIC232进行功率放大,控制气热泵、冷水阀等执行器动作。ATIC139是系统安全芯片,同时具备监控和电源管理功能,当主芯片出现故障或长时间信息堵塞时,重启主芯片,同时用于处理唤醒输入及电源输入信号,并向主控芯片及传感器提供5V、3.3V、1.3V三种等级的电压。TC265、ATIC139、ATIC232三者之间通过SPI、IO等方式完成信息传递。

混合动力汽车车整车控制器系统设计与应用

2电源模块


ATIC139电源模块电路原理图如图2所示。L1和C1、L2和C2、L3和C31组成多级滤波器滤掉蓄电池的电压波动。ATIC139通过DSO2信号对76409D进行状态控制。同时,ATIC139的45、45脚使能给点火开关供电。备件模拟信号输入1、备件模拟信号输入3的供电电压(备件模拟信号输入2和备件模拟信号输入3的供电电压共用)用作芯片ATIC139的ADC参考电压的同时,经RP1限流后被TC265实时监测。ATIC139经过内部转换,将输入的电压信号VBATIn转换成VDDP3(1.3V)、VCC2(3.3V)、VCC(5V)、TRACK1(5V)、TRACK2(5V)(TRACK1、TRACK2给传感器供电)、VCC6(6V)多种等级电压。

混合动力汽车车整车控制器系统设计与应用

3安全监控模块


整车控制器必须具备绝对的安全性,硬件设计必须满足ISO26262安全级别要求,采用博世公司的ATIC139作为安全监控芯片。TIC139安全监控部分电路如图3所示。WAKEUP_SIGNAL_INPUT为外接唤醒信号,接入电路后,一路经过快速二极管BAS16W滤波后作为反馈信号接入ATIC139偏差比较器,另一路经过滤波后接入TC265。POSST信號作为TC265的复位信号。139PWLWD连接TC265“watchdog”进行“喂狗”操作。ATIC139实时监测主芯片TC265电压监测管脚,如发现其不正常时,激发复位信号。139ADJ3为TC265向ATIC139发出的传感器电压反馈信号,二者之间通过139NC1、139NC2、139NC3实现通信。


4驱动放大模块

混合动力汽车车整车控制器系统设计与应用

TC265与ATIC232通信部分电路原理图如图4所示。主芯片TC265向ATIC232发出输出控制信号,经ATIC232实现功率驱动。72、88、94、95、126、130脚是TC265和ATIC232之间通信信号。其中,72脚输出ATIC232时钟信号,88脚为ATIC232片选信号输入,126脚接TC265数据输出信号,130脚接主TC265数据输入信号。


5输入输出模块


5.1 GPIO模块


以输入1处理电路为例,R36为上拉电阻,R31、C79和C97构成π型滤波器,可以降低元件耦合到电源端的噪声,也可减少其他元件受此元件噪声的影响。电阻本身就具有一定的降压作用,但当其和电容配合后,由于靠近信号源一侧的截止频率对截止频率没有影响,所以使电压的AC分量更多地落在负载两端,从而实现滤波功能。截止频率


5.2 AD模块


整车控制器模拟输入电路原理图如图6所示。A/D转换器是用来通过电路将模拟量转化为数字量。SPARE_ANALOG_INPUT_2经过由电阻R53和R124组成的分压电路,转换为单片机能正常识别的电压信号。为了排除电压波动的干扰,并保护电路,采用π型RC低通滤波器过滤波动信号,吸收瞬间高能量冲击,保护电路。其中C74、R43、C6组成π型RC低通滤波器,电阻本身就具有一定的降压作用,但当其和电容配合后,由于靠近信号源一侧的截止频率对截止频率没有影响,所以使电压的AC分量更多地落在负载两端,从而实现滤波功能。SPARE_ANALOG_INPUT_1和SPARE_ ANALOG_INPUT_3的处理电路类似。POWER_ TEST、VCC_TEST分别为SYS_POWER、VCC5电压检测信号。


6实际应用情况


开发的车整车控制器满足混合动力汽车各项功能要求,实车测试验验证了且具备良好的安全性和可靠性,达到了设计要求,提高了整车性能。


参考文献:


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来源:《汽车科技》樊继东

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