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1、 纯电动汽车整车控制器硬件电路开发与设计 长城汽车股份有限公司河北省汽车工程技术研究中心河北保定071000摘要：纯电动汽车整车控制器作为纯电动汽车控制系统的核心部件，直接影响着整车的动力性、经济性和可靠性。关键词：纯电动汽车；整车控制器硬件；电路开发；设计引言：纯电动汽车是由多个子系统构成的一个复杂系统，各子系统几乎都通过其控制单元（ECU）来完成各自功能和目标。为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标，各系统还必须彼此协作，优化匹配。因此，必须要有一个整车控制器来管理协调电动汽车中的各个部件。整车控制器通过采集驾驶员的操作信息与汽车状态，进行分析与运算，通过CAN总线对网络信息进行
2、管理和调度，并针对车型的不同配置，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络管理等。1纯电动汽车电控系统组成及工作原理1.1电控系统组成纯电动汽车电控系统主要由整车控制器（VCU）、驱动电机及其控制器、动力电池及BMS、电转向助力及其控制器、电空压机及其控制器、DC/DC、操控面板等组成。1.2工作原理纯电动汽车以动力电池作为全车的动力源，为各个高压用电设备提供动力。其中：电空压机为整车提供气源；转向助力泵为整车提供转向助力；DC/DC将动力电池的高压电转化为低压电，提供给车载低压设备使用；整车控制器负责采集和处理信号，控制驱动电机工作，实现整车正常行驶与制动。2整
3、车控制器的功能模块组成及工作原理2.1工作原理整车控制器（VCU）作为纯电动汽车的核心部件，通过读取和处理驾驶员的驾驶操作指令，与电机驱动系统、电池管理系统（BMS）及其它控制单元进行交互，使车辆按驾驶期望行驶。另外，还可动态监测系统故障，根据故障的紧急程度作出相应的保护，例如紧急情况下可切断高压系统以保证车辆行驶安全等。2.2功能模块组成整车控制器主要由微控制器模块、电源模块、开关量输入和输出模块、模拟量输入和输出模块、频率量的输入和输出模块、CAN总线模块、存储模块等组成。2.2.1微控制器模块微控制器（MCU）是整车控制器的核心，它负责信号的采集和处理、逻辑运算以及控制的实现等。本文选用
4、的是DSP芯片TMS320F28335，该芯片在性价比、功耗、运算能力、存储空间、CAN通讯方面等均有很好的表现，完全可以满足整车控制器的需要。微控制器模块主要包括：电源电路、时钟电路、复位电路、存储电路，JTAG接口电路等。1）电源电路：选用的是TPS767D301-Q1，该芯片是专业的汽车级芯片，其输入电压为2.710V，一路输出固定电压3.3V，另一路输出可调电压，每路最大输出电流为1A3。本文通过降压电路将24V转换为5V，再通过TPS767D301-Q1将5V转为DSP芯片所需的3.3V和1.9V。2）时钟电路：TMS320F28335时钟频率为150MHz，由外部时钟信号通过DSP
5、内部的PLL倍频得到。3）复位电路：为方便调试，增加了复位按钮，当按下复位按钮后，会产生一个低电平脉冲输入到DSP的复位引脚中。4）JTAG接口电路：TMS320F28335通过JTAG接口与仿真器连接，实现DSP的在线编程和调试。2.2.2信号处理模块信号处理模块是整车控制器对外的模拟量与数字量接口，是对于整车进行控制的基础，没有正确与可靠的信号输入，再复杂和有效的控制策略也不可能得到良好的控制结果，同时所有的输入信号都有可能会引入各种的故障和干扰，为了保护控制单元，模拟量和数字量接口还必须具有故障保护和诊断功能。因此本次模拟量和数字量接口的设计指标是：1）对地、对电源短接保护；2）开路、对
6、地、对电源短接诊断；3）所有的传感器都具有故障时的默认状态；4）ESD保护；5）低通滤波。为了使控制系统简单且可靠，整车控制器采用RC对模拟量和数字量进行滤波。当电压超过设定值时，通过二极管进行嵌位，从而保护TC1782不受损害。CAN总线（2.0A/B）以其极高的可靠性和稳定性在汽车上得到广泛应用。本设计中使用的TC1782带有3个CAN通讯模块且使用方便，故只需添加必要的外围收发接口电路就能完成相应设计。由于单片机采用3.3V系统，所以用TLE6250GV33作为CAN总线的收发接口，采用完善的共模及差模滤波电路设计，并利用D200进行ESD保护。整车控制器中有一路CAN通讯采取隔离设计，
7、通过光耦实现并依靠DC/DC电源供电。2.2.3功率驱动模块功率驱动主要是继电器的驱动，本设计中整车控制器需要18路的驱动输出，均采用低端控制形式。本设计使用芯片TLE8110实现低端驱动功能。TLE8110具有10路输入管脚的直接控制及与SPI组合的并行控制的功能，利用TC1782上的通用IO，能轻松实现整车的电磁阀和继电器的控制功能。当有故障时，芯片会自动检测相应的故障，并保持在故障寄存器中，再利用TC1782上的SPI总线能读取每个通道的故障内容，有利于整个控制系统的故障诊断，利用其reset管脚和SPI指令也能清除故障内容和禁止所有通道的输出芯片TLE7244具有4路输入管脚的直接控制
8、及与SPI组合的并行控制的功能，在本设计中被用来实现PWM驱动功能。利用TC1782上的通用IO和SPI通信，能实现整车的PWM输出和继电器的控制功能。当有故障时，芯片会自动检测相应的故障，并保持在故障寄存器中，再利用TC1782上的SPI总线能读取每个通道的故障内容，有利于整个控制系统的故障诊断，利用其reset管脚和SPI指令也能清除故障内容和禁止所有通道的输出。2.2.4开关量输出模块开关量输出模块主要用于继电器驱动。本设计低边驱动芯片具有钳位、防短路和防过载功能和故障反馈功能；高边驱动芯片具有短路、过载、过压、过流等保护和故障诊断反馈功能。2.2.5频率量输出模块DSP的增强型脉宽调整
9、器（ePWM），通过低边控制开关TLE6220GP，实现PWM输出。在低边开关TLE6220GP中，DSP输出的PWM信号输出到TLE6220GP的IN1IN4通道，通过OUT1OUT4输出外围电路所需的PWM信号。2.2.6电平转换模块由于DSP芯片的IO口电压为3.3V，而很多的外部接口电路的输入电压为5V，因此需要电平转换电路来实现两个不同电压之间的转换。本文选择的是TI公司的SN74LVC8T245-Q1；该芯片是一款汽车级芯片，具有8路电平转换通道，驱动能力强，并且可根据DIR引脚和OE引脚来设置信号的传输方向。结语：开发的电动汽车整车控制器不但符合电动汽车的每种功能要求，并且具备优质的安全性与可靠性。提高了整车的性能与能量的利用效率，具有广阔的使用空间。参考文献：1童志刚.电动汽车整车控制器设计与应用J.客车技术与研究，2013（3）：1.2马宇坤，郭艳萍，翟世欢，等.纯电动汽车整车控制器硬件设计J.汽车工程师，2014（12）：30-33.3邱静，汤峰.纯电动客车整车控制器设计及测试J.合肥学院学报：自然科学版，2015（2）：54-57. -全文完-
