目南省＾车Ｉ程学§＊＊５科研学术研讨奇论ｉ集
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则、整ｆ控制器的各项具体功能，进行丁如ｒ图图２所示的硬件设计
结构规划、ＭＣＵ的选型ｕ及各个功能电路的设计。
２１整车控制器的硬件设计
现代瑞纳报价ＶＣＵ为整车控制器的核心，扭责数据的采集和址理、逻辑运算以
及控制的实现等，ＶＣＵ的选职足整个硬件设计过程巾最重要的任务．
根据整车控制器的功能和要求＋在整车拄制器的设计开发过程巾采取
模块化的设汁思想。往我们的纯电动车整车控制器设计过氍中，我们
初步采用ｒＭｉＩｎｘ－｜ｈｉｐ公司的８位单片机ＰＩＣｌ８Ｆ４５８０，基于５ｖ供电芯
Ｈ，此芯片在运算能，Ｊ、存储空间数字量模拟量输＾输出以厦ＣＡＮ
通讯等方面均有ｒ乘表现，输＾ＪＦ关量采用光耦隔离，输ｍ采州欧姆
龙３Ａ触点继电器。ＣＡＮ络阿绪通信采崩光电隔离横块。该芯片特性
符台本项目要求，且价格适中采蛐方便７Ｆ发手段丰富，基奉参数如
表Ｉ。
整Ｉ。控制器的硬件结构如图２所币。
２２《件接口的模块化设计
ＶＣＵ待处理的信号较多、电路结构较复杂，但电路功能相对独口
可以划卦为不同的单元．从而蛮现电路的模块化没ｆＩ，电路的愤按化
设“－Ｉｒ以降低设计雌虚、缩短研发周期，¨时有利ｊ优化ＰＣＢ巾局、
提庙系统抗千扰能力，也便于轼什的模块他设计。在功能分析的基础
ｌＩ将ＶＣＵ硬件电路划分为“下模块。
（Ｉ）电徘电路将９—３６Ｖ（一般为１２Ｖ）蓄电池电源转换为撕ｖ，为
ＭＣＵ和各电路模块提供Ｊ作电源。
（２）ＭＣＵ配置模块ＭＣＵ正常工作的基牟维护电路，包括时钟配
赏、启动配置、复位世ＳＲＡＭ扩展等电路。
（３）ＳＣＩ串行通信模块符合ＲＳＡ８５通信标准，提供软什调试、数姑
标定的涵信接口。
（４）ＣＡＮ通信模块符合ＣＡＮ２ＯＢ通信坍议，提供ＶＣＵ与各ＥＣＵ
问的ＥＡＮ通信接口以及用于ＧＣＰ标定乐筑。
（５）模拟位采集（＾Ｉ模块１接收来自符传感器或ＥＣＵ的模拟量信
号，井进行耐理。
（６）ＰＷｆｆ脉冲捕捉｛ＰＩ模块憾收束自传感器的转速信号，并进行
调理。
（７）输＾输出开关最信号隔离与驱动模块八路输＾、八路输出从
执｛Ｔ器接收及向执行器输出具有定驱动能力的开关量信号。
根据各个模块的功能设计整车控制系统的电气原理囝如图３所
功能模块详细晚明
（Ｉ）电谭电路设计（见罔４）
ＶＣＵ的上作电压为＋ＳＶ．而其输人电源为车载＋１２Ｖ菁电池，电源管理模块要具有电雎转换功能；州时，输入电源是噪声的重要来源，电源管理模块要能隔离｝：扰保持电压稳定。电谭管理模块电路包括＋１２Ｖ到＋５Ｖ电慷转换电蹄．电路采用了智能集成电路芯片＋１２Ｖ到＋５Ｖ电压转换通过卟降堆转换器米寅现，选抒合适的电阻值就可在输出端ｖｓｗ得到理想的输出电压。电路中＋１２Ｖ像管起厦接保护作用．稳摊管起稳压作用可防止输人电压过高，钽电痞“ｆ有效地滤除电源噪声。输Ａ也糖经过也韶２艘模按后得到，稳定而可靠的滞求屯压。
（２）开戈越Ｉ／０接口电路设计（见固５）
根据系统任务璺求，接人８路开关肆喻＾信号；信号为低电半有效；采用光耦隔离输＾即可以保证系统安全卫可宴现电平转换．输＿凡信号限幅为单路］５Ｖｄｃ／５０ｍＡ。引出５路开盖量输出信号；采用千接点彤式的堆电器驱动输出；最大输出能力为１＾。
（３）模拟量接ＬＩ电路设计（见围６】
目３ｘ｝＆■Ｒ％自气原Ⅲ∞’罚连喃睁。。。二。寸。置
图７模拟■接口电ｒ｛ｈ．＿－ｌ｛昏也ｌ：ｂ。≯咱』丘芦—ｉ一瑚智划：：耸幽纠ｊ叫∞－卜ｕＬＥ］马岩日—咄一ｋｂ—｛一Ｉ』鲫路设计通讯中断车速翻■中断定时中断整底葛导岫主耋兰篱耋制车层驱拄动制嚣控软删件曩洧息接收与发送曩－４信息处理Ｋ数据处理
河南省汽车工程学会第六届科研学术研讨会论文集
２路模拟星加速踏板信号及母线电压信号以电压跟随器形
式接人。信号形式为５Ｖ／２０ｍＡ；
（４）ＣＡＮ总线及ＲＳ４８５通信电路设计（见图７）。
ＥＶ各控制系统之Ｉ＇ＲＪ依靠ＣＡＮ总线通信，ＶＣＵ是其中一个非
常重要的节点单元。由于ＶＣＵ片内集成ｒ两个ＣＡＮ２．ＯＢ总线控
制器模块（ＴｏｕＣＡＮ），所以ＶＣＵ的ＣＡＮ通信模块不需要添加片外
ＣＡＮ控制器，电路设计较为简单。ＣＡＮ通信接Ｌ］采用ＣＴＭｌ０４０作一为ＣＡＮ收发器，该芯片适合汽车中的高速应用，可以对总线提供不同的发送能力和对ＣＡＮ控制器提供不同的接收能力，它符合ＣＡＮ２．０标准完令与“ＩＳＯｌ１８９８”标准兼容。ＣＴＭｌ０４０可以承受汽车环境中可能产生的高瞬变电压，具有总线保护瞬变、对电池和地的短路保护、热保护等功能，抗电磁干扰能力强．是专为汽车电子环境设计的芯片。（５）脉冲测量电路没计采用２路脉冲捕捉电路。２．３整车控制器的软件设计
根据｝控制器的功能要求将丰控制器的软件开发模块化，形10万以下国产车
成如图４所示的软件流程结构框架。将主控制器控制软件分为底
层驱动和控制与处理两个层次。
（１）底层驱动
底层驱动足实现控制的核心，它足整车控制器与外部数据交
换的基础。在进入主程序之前汀先要对使用的端口进行初始化，
其目的是根据实酎：需要合理配置端ｕ的类型、设置相应的巾断向
量、设置ＣＡＮ模块ｆＪ二作方式、滤波方式、接受屏蔽寄存器、接受
代码寄存器、波特率参数、中断允许寄存器等）等需要进入主程序
的准备工作。
（２）控制与处理
控制与处理模块是在主程序巾进行常规处理层面上展开的，
这部分流程是在整车控制器上电后，首先需进行初始化，然后就
是判断钥匙开关，来决定车辆当前所处的状态，处理来自ＣＡＮ网
络其它子系统的信息并处理，将处理结果放入相应的消息对象中
由中断服务程序发布。
３整车控制器可靠性测试参考文献
【１】王幸之．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，２００１．
ｆ２Ｉ李海泉，李刚．系统可靠性分析与设计．北京：科学出版社，２００３．
【３】孙莺祥，曾志斌．电动汽车的基本知识．实用汽车技术．２００６年第２期，卜８．
光阳劲丽110【４ｌ张鑫．单片机原理及应用．北京：电子工业出版社，２００５．
【５】张劲博．纯电动客车整车控制器研究．吉林大学硕士学位论文．２００８．
作者简介
陈素梅，（１９８５一），女，河南淮滨人，２００８年６月毕业于武汉理工大学，郑州日产汽车有限公司工程师，现从事电动车研发。
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瀑风讣延气掣
HNSAE09060纯电动车整车控制器设计
作者：陈素梅， 胡杰强， 徐战林
作者单位：郑州日产汽车有限公司 450016
1.期刊论文吴友宇.谢长君.张成才.杨菊芳燃料电池电动车整车控制器研究-武汉理工大学学报2004,26(5)
介绍了燃料电池电动车整车控制系统的组成，分析了整车控制器的作用，详细讨论了踏板及档位处理方法.提出了基于模糊逻辑控制理论的驾驶控制策略和能量流管理策略，并设计了一个基于DSP的带光纤接口的整车控制器硬件系统.装车试验表明控制器软硬件设计合理，取得了满意的控制效果.
2.会议论文陈素梅.孟甲凡.朱可HNSAE09059电动车整车控制系统研究2009
用MC9S12DP256单片机作为整车控制器主控芯片设计整车控制系统，MC9S12DP256具有多路CAN总线的优越性，很好地实现了控制数据的高精度实时传送和校验，满足了电动汽车多输入、输出部件之间高速通讯的需求，同时大大提高了工作可靠性和进一步扩展的能力，电机转矩变化迅速，可以满
足整车转矩的瞬时要求，同时验证了该控制器的可靠性和通用性。
3.学位论文李乐四轮独立驱动电动车控制系统的设计2010
伴随着全球越来越严重的能源短缺和环境污染问题，电动汽车技术的发展
受到了日益关注。四轮独立驱动电动汽车代表了一种新颖的电动汽车发展方向，
由于其理想的控制特性和良好的应用前景，受到学术和工程界的普遍关注，已
经成为研究热点。
本文顺应当前研究热点，分析了四轮独立驱动电动车的国内外研究现状，
对四轮独立驱动电动车控制系统进行了理论与实际研究。设计了一套结构完整沈阳绕城高速
的四轮独立驱动电动车控制系统方案，在相关研究领域具有一定的现实意义。
本文首先构建了四轮独立驱动电动车控制系统总体方案，描述并阐明了其
结构组成；合理选取各种车身传感器，对车身电气设备进行了布局；通过与传
统燃油汽车的控制系统比较，讨论了四轮独立驱动电动车整车控制策略，确定
了以车体速度为最佳整车控制方案；讨论了四轮独立驱动电动车在进行匀速直
线、加减速、转向这三种基本运行方式时应采取的实现策略。
然后，本文就所构建的四轮独立驱动电动车控制系统的三个组成部分：轮
毂电机驱动控制器、整车控制器、CAN通信网络，展开具体分析研究。在完成
轮毂电机选型的基础上，对轮毂式无刷直流电机的工作原理、数学模型以及控
制方案进行了深入研究，进而设计了基于单片机PIC18F4480的轮毂电机驱动控
制器的硬件和软件系统，实现了对轮毂电机的外环速度环、内环电流环双闭环
调速控制，并重点阐述了电子换相和速度/电流PID调节程序；设计了基于DSP
芯片TMS320F2812的整车控制器，详细介绍了整车控制器的硬件组成，使整车
控制器在满足系统功能的基础上，不仅方便调试和仿真，而且具有很好的扩展
性；对CAN通信网络的拓扑结构、通信协议进行了深入分析，选择CAN2.0B
作为总线通信协议，选择了标准数据帧格式，对消息优先级进行了排定，给出
了标识符与消息优先级的对应关系，在此基础上设计了各节点的CAN通信消息
收发软件流程。
关键词：电动汽车，四轮独立驱动，轮毂式无刷直流电机，CAN总线，TMS320F2812处理器
4.期刊论文王兴媛.齐铂金.汪殿龙.杜青.WANG Xing-yuan.QI Bo-jin.WANG Dian-long.DU Qing燃料电池车用大
功率DC/DC控制系统的研究-电力电子技术2008,42(4)
燃料电池发动机是燃料电池汽车的主要动力源，具有节能与环保的优点，但同时也存在输出特性软，动态响应时间慢，以及变工况适应性差的不足
.DC/DC变换器可以弥补燃料电池发动机的上述缺点，实现对整车能量流动的控制，是燃料电池电动车(Fuel Cell Electric Vehicles，简称FCEV)的关键零部件之一.研制的90kW DC/DC变换器采用了输入输
出复合切换控制方法，能够根据整车控制器的要求，满足在各种工况下的稳压、稳流输出，同时还具有响应快，转换效率高的特点.该变换器已装载于国内多台FCEV中，零故障累计运行6万多公里.
5.学位论文陈振辉基于CCP协议标定混合动力车整车控制器2007丰田camery
作为一种最接近实用化的新能源汽车，混合动力车既具备传统燃油车的长处又汲取了电动车的优势，在有效提高经济性和降低排放方面有很好的发展前景。整车控制器(VCU)用于实现能量管理和动力系统控制，是混合动力车的控制中枢。VCU中的控制参数是实现混合动力车性能的关键因素之一，必须进行相应的优化和标定工作。
标定是VCU开发过程中的一个重要环节，而标定系统的选用关系到标定质量、标定时间和标定成本。基于CCP协议的标定方式能够实现便捷、可靠和高效的在线标定。论文在简要介绍CCP协议和标定系统组成的基础上，着重讨论了VCU的标定驱动程序、驱动程序接口、VCU存储器的在线编程等开发方法。成功实现了对VCU在线动态标定功能。
为了应对复杂的工况，控制策略采用了四种工作模式：起动模式、怠速模式、驱动模式和制动模式。控制结构清晰且实现了对混合动力系统的有效控制。将开发出的CCP标定系统应用到VCU的标定试验中，在混合动力车各工作模式下对VCU的控制参数进行了调整和优化，有效实现了控制策略的预期目标。最后通过整车性能试验验证了开发的样车在动力性上均达到或者超过了设计指标要求。NEDC行
驶循环的当量油耗降低了15％左右，表明了样车在改善燃油经济性上取得了一定的成效。
6.学位论文申其壮基于MC9S12DP512的四驱混合动力汽车整车控制器开发2008
能源短缺和环境污染是世界汽车工业发展面临的两大挑战，因此开展新型动力系统的研究已经刻不容缓。混合动力汽车较传统车而言，兼具内燃机车的特点又吸收了电动车的优势，在有效提高经济性和降低排放方面有很宽广的应用前景。目前混合动力汽车在日本、欧美的发展相当普遍，在国内的发展也异常迅速。由于混合动力汽车需要发动机、电机和电池等部件的协同工作，这些部件将会在一定的控制策略下经常性地切换工作模式，因此对整车控制系统硬件和软件的开发提出了更加苛刻的要求。整车控制器是混合动力汽车的核心控制部件，它可以根据加速踏板位置、档位、制动踏板力等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输出功率、电动机和发电机转矩等参数，从而来协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶，此外可通过行车充电和制动能量回收等实现较高的能量效率，因此整车控制器的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其它性能。“强华一号”项目，是对四轮转向(4WS)和四轮驱动(4WD)混合动力汽车研发的首次尝试。本文结合研究所最近几年在混合动力汽车领域重大科研项目中取得的科研成果和技术经验，依靠中科院深圳先进技术研究院、香港中文大学、上海华普汽车有限公司强大的科研实力和系统技术支持，进行了大胆的开发创新：
⑴分析混合动力汽车的几种驱动结构和形式，并对典型的混合动力驱动类型进行了介绍；通过总功率设计、分析对全新的四驱整车结构进行了论证、计算和ADVISOR 系统仿真；
⑵实现了研究所控制器主控制芯片由MC68376 到MC9S12DP512 成功过渡。
⑶提出了一种基于分层决策思想的模式划分、能量管理和力矩分配策略；整车控制器根据驾驶操作和车辆状态，依次进行驾驶模式划分、能量管理决策和力矩分配策略控制，结构清晰，易于实现；为了评估控制策略及进行关键参数的优化，应用CodeWarriorV4.5 集成开发环境进行了在线仿真。
⑷为了节约开发的前期成本，应用美国NI公司Labview8.2 进行了简单的硬件在环测试，对整车各个部件，包括发动机、电机、电池、整车等进行了建模，包括控制器间500Kps的高速CAN 通讯开发，并对整车控制器控制策略进行了建模，借助这个控制策略研究和性能分析的仿真平台对该策略进行了初步评估。
索纳塔名驭⑸台架试验和实际运行过程表明：车辆在起动、运行、怠速及停车过程中过渡平顺性良好；“强华一号”轿车在驾驶性和动力性上基本达到了预期的目标，与原车性能比较，热效率提高了7％，废气排放减少16％，该策略在电池荷电状态(SOC)平衡控制前提下，可改善整车当量油耗5.8％～8.5％。目前此整车控制器已成功应用于香港中文大学科研用车“强华一号”混合动力轿车上，取得了良好的应用效果。整车控制器的通用性设计，必将使其获取更加宽广的应用空间。
7.期刊论文张亚明.何洪文.张晓伟.ZHANG Ya-ming.HE Hong-wen.ZHANG Xiao-wei混合动力汽车整车控制器开发
-中北大学学报（自然科学版）2009,30(6)
以某ISG(起动机/发电机一体化)型混合动力汽车为对象，对车辆转矩需求、发动机工作区优化和整车控制策略进行了分析，并开发了基于
MC9S12DP256的整车控制器硬软件系统.进行了实车实验，实现了发动机启动、纯发动机驱动、混合驱动、驻车充电等多种工作模式，证明了该整车控制器和控制策略的有效性和可靠性.
8.学位论文徐建伟嵌入式系统在电动汽车中的应用研究2008
随着全球环境和能源问题的日益严重，对于无污染新能源电动汽车的开发显得格外令人瞩目。由于传统的燃油汽车存在的种种弊端，无污染、零排放、效率高的电动汽车被誉为二十一世纪改变人类生活的十大高科技之首。燃料电池汽车整车控制器是燃料电池汽车的控制核心，直接影响到汽车的安全和运行性能。整车控制技术也随着电子技术、智能控制技术的发展而发展。而近年来嵌入式系统的普及为我们提供了新的解决思路，以往无操作系统的控制系统已经不能满足控制系统的高可靠性、高实时性的要求。采用高性能的微处理器英飞凌XC164CS，并引入嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，对整车控制技术的发展具有重要的现实意义。
本文对整车控制器的技术现状和技术发展趋势进行了分析，并提出了基于嵌入式系统的智能整车控制器的解决方案。对嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的内核结构进行了研究，深入研究了μC/OS-Ⅱ的任务管理、内存管理、中断管理以及任务间的同步和通信管理。并对其在微处理器上移植进行了研究，在英飞凌XC164CS微控制器中引入了嵌入式操作系统。对整车控制硬件系统进行了研究和设计，在此基础上进行驱动控制和能量管理软件开发。
结合燃料电池电动汽车整车控制，本文对整车控制操纵控制策略、能量配比控制策略进行了研究，引入模糊控制思想，成功开发了适合于燃料电池电动车的整车控制系统。基于嵌入式操作系统内核μC/OS-Ⅱ，使得软件系统的开发模块化，可靠性得到了提高，同时软件可移植性好。方案中所采用的技术比较成熟，切实可行。
9.学位论文杨华SH750混合动力轿车整车控制策略研究2007
本文首先分析了混合动力电动汽车的结构类型，对各种驱动类型的特点和使用条件做出总结，阐明了并联式结构适合SH750混合动力轿车的原因。接着讲述并联式混合动力电动汽车的主要控制方法。通过对比，建立以静态和动态逻辑门限值相结合为基础的整车控制系统。
针对SH750属于弱混合动力电动车的特点，本文提出了基于分层决策的思想。整车控制系统依据驾驶员操作和车辆状态，依次进行模式划分，能量管理和力矩分配控制。通过提高发动机运行效率，取消
发动机怠速和实现再生制动能回收等方法，达到减少油耗，降低排放，改善整车性能的目的。
在转毂与道路实验中，通过对动力整车系统启动、怠速、发动机驱动、电机充电、并联驱动、制动能回收等模式进行试验，对整车控制器功能及控制策略进行了测试和优化。实验结果也验证了整车控制策略的有效性。经过NEDC驾驶循环下测试，SH750油耗为7.8L/km，电池SOC上升9％，与原车相比节油15％以上。体现了整车控制策略改善燃油经济性的良好效果。
10.会议论文王佳.蔡志标.杨建中基于CAN总线纯电动汽车整车控制器设计2007
整车控制器很好地解决了纯电动汽车线束复杂，故障诊断困难的问题。本文实现了纯电动汽车整车控制器的四个基本功能；汽车驱动控制、再生制动能量回馈控制、CAN总线网关、整车故障诊断功能。另外，本文详细介绍了整车控制器的系统结构，硬件设计及软件开发。本文为整车控制器开发打下了良好的基础。
本文链接：d.g.wanfangdata/Conference_7249325.aspx
授权使用：北京理工大学(北京理工大学)，授权号：64c5ab31-5b6b-4351-9833-9e4801482901
下载时间：2010年12月10日
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