某混合动力汽车能量控制器硬件设计

摘  要：CMM作为混合动力汽车的动力指挥管理中心，实时根据各路发动机相关传感器的输入数据、控制信号以及CAN、LIN等通信，通过计算和逻辑推理向继电器、节气门、点火线圈、喷油器、动力电机、高压油泵等各执行器发送控制指令，并通过CAN、LIN形式将有关信号发送给对应处理器，从而实现对发动机的控制。英飞凌主控芯片TC298配合安全监控芯片BOSCH48128，提高了整车控制器的可靠性。

关键字：混合动力;能量控制器;硬件

中图分类号：TP274        文献标识码： A        文章编号：1005-2550（2022）01-0002-06

Hardware Design of Energy Controller Unit for Hybrid

Electric Vehicle

Fan Ji-dong

（ Hubei Uninversity of Automotive Technology Automotive Department， Shiyan 442002， China ）

Abstract： As the power command and management center of hybrid electric vehicle， CMM sends control commands to relay， throttle， ignition coil， fuel injector， power motor， high-pressure oil pump and other actuators through calculation and logical reasoning according to the input data and control signals of relevant sensors of various engines， as well as can and Lin communication in real time， and sends relevant signals to the controller through can and Lin Corresponding to the processor， so as to realize the control of the engine. Infineon main control chip tc298 and safety monitoring chip BOSCH48128 improve the reliability of vehicle controller.

Key Words： Hybrid Electric;  Energy Controller;  Hardware

引    言

CMM作為混合动力汽车的动力指挥管理中心，实时根据各路发动机相关传感器的输入数据、控制信号以及CAN、LIN等通信，通过计算和逻辑推理向继电器、节气门、点火线圈、喷油器、动力电机、高压油泵等各执行器发送控制指令，并通过CAN、LIN形式将有关信号发送给对应处理器，从而实现对发动机的控制。具体功能包括：

（1）动力控制功能

接收整车控制器发来的指令，并向继电器、节气门、喷油器、动力电机、高压油泵等各执行器发送控制指令，正确、可靠地执行整车控制器意图，使车辆按驾驶员期望控制发动机及电机工作。

（2）通讯功能

与整车控制器进行可靠通讯，通过CAN、LIN等总线进行数据、控制指令的输入及反馈信息的输出。

（3）发动机状态监测功能

接收处理各个零部件信息、结合实时车况和发动机工况、电机工况，提供当前的发动机系统状况信息。

（4）故障诊断及存储功能

对动力控制系统故障进行实时判断，动态检测系统信息，并记录历史故障。

1    系统架构

系统硬件架构图如图1所示。主要包括：微控制器系统存储模块、模拟信号输入模块、频率/开关信号输入处理模块、功率输出模块、H桥控制输出模块、VVT控制输出模块、点火信号输出模块、喷油器信号输出模块、高压油泵控制信号输出模块、电源管理模块、LIN通讯接口模块、CAN通讯接口模块、监控模块等。

2    微控制器

微控制器单元（Micro Control Unit，MCU）是CMM控制器的核心，它负责数据的采集处理、逻辑运算及控制实现等。综合考虑开发经验、技术成本、采购成本等因素，本系统采用英飞凌（Infineon）公司的TC298微控制器。

3    电源模块

车载12V电源为CMM的工作提供电压，首先由电源芯片BSP452将12V信号转成5V电压，如图2所示。电源滤波采用两级EMC滤波电路，同时抑制共模及差模干扰，二极管D23的作用是防止电流回流，D12是高压瞬态二极管，起到防止瞬态高压流入ECU而导致硬件板烧毁等情况的作用，电感L20与电容C318、C345主要起到滤波作用。

4    安全监控模块

CMM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，采用博士公司的BOSCH专业芯片48128作为安全监控芯片。48128通过CAN总线、LIN总线与外部进行信号传递。其主要功能是监测CAN总线、LIN总线传来的传感器数据是否正常，以确保汽车发动机的安全运行。L9959T、TC298TP、SC900、SMP168、48128、40278通用SCK信号达成同步，如图3所示。

5   CAN模块

CMM共有3路CAN：CAN总线1-I/S、CAN总线2-混合、CAN总线3-LAS。其中CAN总线2-混合、CAN总线3-LAS 用于和主芯片TC298TP通讯，CAN总线1-I/S用于和BOSCH专用电源管理芯片48128通讯。CAN通信接口的实现主要依靠芯片TJA1042，利用N沟道逻辑电平增强模式场效应晶体管BSS138和BSS84构建辅助电路，保证CAN数据通讯时的可靠性。可以降低射频干扰、抗瞬时干扰能力和乘用车环境下的母线保护能力。CAN总线接口使用了ACT45B共模滤波器，其具有温度范围广（–40～ +150°C），可适用于绝大部分工况，具备便于安装的特点。为保证CAN通讯接口的使用安全，选用了双向瞬态电压抑制器NUP2105。NUP2105用以保护高速和容错CAN网中的收发器免受EMI和ESD的影响。其小电容非常适合用于数据传输高达1Mbps的系统。

6    LIN模块

CMM共有1路LIN，用于和BOSCH专用电源管理芯片48128通讯，如图5所示。NUP2105用于保持总线电压，R247、R251、R256 均为上拉电阻，Q19为稳压二极管，C1为滤波电容。

7    VVT模块

VVT模块采用TLE7183F作为主控芯片。该芯片内部为一经典的H桥电机驱动电路，该芯片具有过流、过热、短路、断路等故障诊断功能，主微控制器可通过SPI总线读取故障信息。TLE7183F实时接收TC298TP 通过P00.11、P00.12、P33.0发出的三相控制指令，经过功率放大后输出给驱动电机三相线圈，通过占空比的改变可以调控电机的转动速率，还可通过MOSFET与H桥电路实现电机的正反转。

8    电子节气门控制模块

电子节气门控制使用L9959T作为主控芯片。该芯片内部为一经典的H桥电机驱动电路，该芯片具有过流、过热、短路、断路等故障诊断功能，主微控制器可通过SPI总线读取故障信息，如图7：

9    噴油驱动模块

喷油驱动模块使用飞思卡尔芯片SC900714作为主控芯片。SC900714实时接收主芯片TC298TP发出的数字控制指令，经过功率放大后驱动高压燃油泵控制阀、汽油直喷器工作。变压器U31用于电压隔离，并利用N通道场效应电源转换器BUK9640（U9）提升驱动能力。R103和D14构成电流检测电路，检测高压燃油泵工作电流。U19、U20、U26、U27、U28为高边驱动芯片，经过多级放大驱动喷油器及高压泵。如图8所示。

10    继电器及阀门控制模块

继电器及阀门控制使用BOSCH专业芯片40211作为主控芯片。40211实时接受主芯片发出的控制指令，经过功率放大后控制DMTL加热器、燃油泵调速阀、Valvetronic继电器、功率继电器、风扇1命令继电器、风扇2命令继电器、燃油舱电阀、曲柄抑制STT、进气凸轮轴阀、电动自卸阀、上游氧传感器加热丝、下游氧传感器加热丝、废气门气动阀、涡轮冷却泵等动作，并检测油箱泄漏诊断传感器、空气流量传感器、进气温度传感器信号。

11    结语

合动力汽车能量控制器不仅满足混合动力汽车各项功能要求（实物图如图10所示），而且具备良好的安全性和可靠性，提高了整车性能。

参考文献：

[1]樊继东.某混合动力汽车整车控制器硬件设计[J].汽车科技，2021（01）：14-18.

[2]马永飞，马甘霖，杨世博.基于LPC54606单片机的智能车控制系统设计[J].机电技术，2020（06）：37-39+72.

[3]陈志鹏，孙兴，杨俊伟.插电混合动力汽车整车控制器热管理控制分析[J].汽车电器，2020（12）：32-36.

[4]蒋诚. 车用燃料电池热管理系统设计开发与性能验证[D].吉林大学，2020.

[5]陈志鹏，杨俊伟，祁克光.混合动力电动汽车整车热管理控制器硬件需求分析[J].汽车电器，2020（05）：13-14+18.

专家推荐语

龙永生

东风汽车集团有限公司技术中心

动力总成技术总工程师  研究员级高级工程师

本文针对混合动力汽车能量控制硬件设计进行研究，重点针对混合动力汽车的动力指挥管理中心CMM，在确保实现动力控制功能、通讯功能、发动机状态监测功能、故障诊断及存储功能的基础上，实现对发动机的控制;并对硬件系统设计中涉及的各模块设计进行分析说明。

文章对汽车企业在开发混合动力车型具有一定的参考价值。