基于DSP的混合动力车辆综合控制系统的设计

李乔 李浩鸣 刘菁 黄俊

天津市松正电动汽车技术股份有限公司 300308

基于DSP的混合动力车辆综合控制系统的设计

李乔 李浩鸣 刘菁 黄俊

天津市松正电动汽车技术股份有限公司 300308

在现在的汽车技术的研究中，混合动力车辆的使用数量显著增加。在汽车电子领域中，使用总线技术和网络的分布式控制方法逐渐成为了一种新的趋势。在控制系统中采用DSP的综合控制系统能够有效控制混合动力车辆在运行时产生的能量，同时做到进行运动状态的调控。在对原有的系统结构进行研究，实现了针对DSP中的片外存储单元进行扩展，能够进行控制网络和总线之间的通讯，在进行实验后得出，采用DSP混合动力车辆综合控制系统能够对车辆中的驱动进行实时的控制，同时保证硬件系统的工作性能稳定，软件系统能够进行移植使用，通过总线就能够对车辆进行实时控制。

DSP；混合动力车辆；综合控制系统；设计

1 混合动力车辆综合控制系统

随着世界中的能源使用问题的日益严峻和全球环境问题的日益突出，迫切需要加大对于排放量较小、燃油率较低的车辆的综合性研究。在世界各国中，加大了对于其进行广发的关注。在混合动力车辆中使用的新技术弥补了在原始的车辆电池和动力能源的不足，产生了新型车辆使用能源的研究新技术。随着我国对于新技术能源使用的大力研究，使用在混合动力车辆中的新技术呈现出了产业化的发展趋势。在混合动力车辆中，其系统构成较复杂，自动化和电子化的使用程度较高，在混合动力车辆的使用中主要采用车辆综合控制系统，该控制技术中主要以DPS处理器为基础。在车辆的控制系统中，分布有各个子系统，在各个子系统中含有ECU，在各个子系统之间采用线束进行通讯连接，使用这种方法具效率较低，在进行布置的过程中难度也较大。而分布式控制网络的使用不仅能够产生较高的传递效率，在不知的过程中方法也较简单，在现在的新型车辆中普遍采用这种方法。

在混合动力的车辆中采用串联式的连接方式时，并没有将发动机和驱动级进行连接，在产生驱动功率时主要是依靠电能。动力传动系统的构造并不复杂，但是却能够产生较高的电机功率，在大型的混合动力车辆中使用较多，例如一些大型的客车和货车。混合动力车辆中，发动机、发电机组和产生动力的电池组组合能够产生多能源动力，电机则以双侧独立的形式构成了驱动系统。

在进行多种能源动力的管理过程中，要实现对于双侧电机的有效控制，就需要采用综合控制系统，从而实现对车辆的整体控制。

2 控制系统的硬件结构和构成原理

在混合动力车辆的综合控制系统中，主要是由软件系统和硬件系统综合构成，在硬件系统中以DSP和系统的外围电路为中心，能够为驾驶人员提供传感信号的收集和车辆整体控制的有利条件。在综合控制系统中的硬件组成结构如下图所示：

图1

2.1 外围电路的构成方式

在车辆的综合控制系统中，将DSP作为整个系统的核心，使用T公司生产的TMS460HF3602芯片。该控制系统的时钟周期为28ns，其进行运算的最高速度达到45MIPS，其能够适应的温度范围在-50℃～110℃，在这种条件下可以实现对车辆的及时控制，同时也能够保证其在特殊的条件下进行使用。在该设备中使用的TMS460HF3602能够进行多方的资源外设。其内部的芯片为18个12位的A/D转换器和36个18位的I/O接口。除此之外，还包括一个3路18位的定时器，为电机提供控制的条件。DSP通过A/D转换器对车辆的踏板中产生的加速的信号和转向信息进行及时的收集，使用I/O接口对车辆行驶过程中的档位信息和静音行驶的要求进行准确识别，从而实现对于车辆的控制。在驾驶员对车辆进行操作的过程中，通过综合控制系统能够对车辆的行驶进行准确调节。

在综合控制系统中，存储器是对CPU的外设，在进行混合动力车辆的控制时，过程较复杂，产生的数据较多，DSP内部的数据处理系统不能够满足使用要求，因此就需要对其进行外围扩充，并将其作为数据的存储器，同时将ROM进行扩充，作为程序的存储器。RAM能够为DSP的运行和进行的数据交换提供一定的空间，同时也可以提供产生的程序代码和相对应的数据表，供系统在进行数据存储的时候作为参考使用。DSP在使用中有着自身独特的结构，因此能够实现独立编址的要求，在硬件系统中利用信号连接线实现存储器的驱动，在软件中能够利用受到的指令进行址的确定，在此运行过程中其整体的运算速度并不会受到干扰。

2.2 CAN总线中的通讯模块设计

在综合控制系统中，使用CAN将车辆中的网络控制系统进行连接，从而对车辆的整体进行有效的控制，其主要的工作步骤为：1）DSP系统从电机控制器和发动机控制机组进行数据接收。2）在驾驶人员发出指令后，DSP对其继续拧接受和处理，确认从子系统中发出的指令。3）利用总线将数据传送到车辆的各个系统中。

TMS460HF3602芯片由两个不同的控制器模块组成，能够完成总线通讯和兼容通讯协议的任务。在CAN控制器中包括信息发送邮箱、信息接收邮箱和自由配置邮箱，光耦将控制器和信息收发器进行连接，之后再和总线、分布式控制网络进行连接。

在分布式控制网络系统中，综合控制系统起着核心操作的作用，综合控制系统中的节点能够实现在总线中的优先使用，在进行CAN总线的使用时，如果收到多条系统同时使用信息，综合控制系统能够优先获得使用权，从而保证综合控制系统和驱动系统使用的实时性。

3 系统软件设计

在综合控制系统中中使用的软件是在CC Studio使用的基础上实现信息的编译、调试，在进行调试的过程中主要使用DSP的专用仿真器。将仿真器和集成编译环境进行共同使用，能够进行在线编程，从而保证编程的准确性，缩短了编程的时间，有效的减少了系统的开发周期。其通讯模块初始化流程的设计如图2所示：

图2

3.1 主控制程序

在软件系统中的主控制程序中的结构为中断查询，中断查询中的子程序负责对于各个系统进行控制，在综合控制系统的运行过程中，软件系统要分别进行时钟-看门狗-端口-系统中断等步骤，实现系统的初始化设置，之后，系统对主程序中的等待过程进行中断，在中断实行后对系统作出响应。在进行发动机的能量管理过程中，需要对自服务程序进行中断。

在软件系统中的主控制程序分为两个级别，并进行和CAN的中断和定时器的中断。进行的CAN的中断主要对车辆中的子系统和传感器中产生的信息进行收集，定时器的中断主要是对车辆的控制进行实时调节，在CAN的中断和定时器的中断中，定时器的中断具有较高的优先级别。

3.2 通讯模块

总线中的通讯模块主要进行系统中数据的采集和发送系统的控制命令。总线中的数据统计主要是通过对数据的实时接收实现的，在信息接收邮箱中出现新的数据时，就会产生一次中断，同时进行数据的收集和处理。在总线中的指令以定时器触发的形式进行发送，系统中将发送的时间间隔设置为30ms,系统在进行子程序的中断过程中会将收到的指令发送到控制的各个网络中。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2013.14.075