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燃料電池城市客車數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2009-05-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

在“863”國家重大專項(xiàng)項(xiàng)目中,發(fā)動機(jī)占有舉足輕重的地位。隨著對控制研究的逐漸深入,新的控制策略需要了解在車用惡劣環(huán)境下的性能變化,以及同其他部件之間的配合情況。因此,專用的以記錄并分析其運(yùn)行對于分析燃料電池發(fā)動機(jī)在車用工況下的特性有著十分重要的意義。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/173740.htm

傳統(tǒng)的車用記錄一般用于記錄交通事故發(fā)生前一段時間(如15min內(nèi))汽車的一些運(yùn)行參數(shù),其作用類似于飛機(jī)上的“黑匣子”。傳統(tǒng)車用數(shù)據(jù)記錄記錄的數(shù)據(jù)僅為影響到汽車行駛安全的關(guān)鍵參數(shù),如剎車信號、安全氣囊等,其存儲數(shù)據(jù)的時間跨度不長,并且隨著車輛的運(yùn)行,新的數(shù)據(jù)會覆蓋前次記錄的數(shù)據(jù)。而燃料電池數(shù)據(jù)系統(tǒng)的目的為分析燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)以及燃料電池在車用條件下的性能,需要記錄整車所有的運(yùn)行參數(shù)。同時,為了保證記錄數(shù)據(jù)在時間上的完整性,在記錄數(shù)據(jù)被導(dǎo)入數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行處理和保存之前,已記錄數(shù)據(jù)不會被覆蓋。本文所述的數(shù)據(jù)系統(tǒng),利用燃料電池控制器的模塊作為控制單元,可在既不影響主控制任務(wù)實(shí)時性又不增加額外控制器的前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和時間的獲取。

本文所述的系統(tǒng),不僅適用于燃料電池發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng),還具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,稍加改動即可應(yīng)用于多種控制器。

1 系統(tǒng)處理器選型

常規(guī)的車用數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)有兩種方案:直接在控制單元的處理器上進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄功能的開發(fā),或者使用額外的處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄功能的開發(fā)。前者的優(yōu)點(diǎn)是可以直接利用控制程序中的變量作為存儲數(shù)據(jù),無需進(jìn)行額外的變量傳遞和采集,但是處理器在執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲任務(wù)時會占用正常工作資源,降低控制單元的實(shí)時性能;后者在運(yùn)行過程中雖然不占用主控制器資源,但是需要通過外部總線、雙口RAM、模擬量采集等方式來獲取存儲數(shù)據(jù),較為復(fù)雜,并且增加成本??傊?,兩種常用的方案各有利弊。

在燃料電池控制系統(tǒng)中,燃料電池發(fā)動機(jī)控制任務(wù)較多,加入系統(tǒng)后,無疑會增加控制器CPU的負(fù)擔(dān),降低控制的實(shí)時性與可靠性。另一方面,燃料電池數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)需要記錄的數(shù)據(jù)較多,如采用單獨(dú)的處理器,則需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換工作,會顯著增加成本。本文針對所述兩種方案的弊端,設(shè)計了一種新的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)方案――使用燃料電池發(fā)動機(jī)電控單元處理器中的模塊作為數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)的運(yùn)算單元。

燃料電池控制器數(shù)字核心為Freescale公司的MPC5xx系列,相對于其他大部分車用處理器,該系列擁有獨(dú)特的模塊。TPU(Timer Processor Unit),即時間處理單元。在該模塊的結(jié)構(gòu)中,包括獨(dú)立的運(yùn)算單元、程序空間、內(nèi)存區(qū)域、中斷系統(tǒng)、端口,可以認(rèn)為TPU是一個嵌入在MPC5xx內(nèi)部的小型微處理器。

同常規(guī)的程序不同,TPU模塊的程序由微碼編寫,經(jīng)過編譯器編譯后,集成在主程序工程文件中并由下載線燒寫到單片機(jī)的Flash中。單片機(jī)復(fù)位完成后,在初始化任務(wù)中將TPU程序下載到TPU模塊的程序內(nèi)存,即DPTRAM中(如圖1左所示)。在此后的正常運(yùn)行過程中,CPU總線同DPTRAM斷開(如圖1右所示),TPU模塊通過TPU內(nèi)部總線從DPTRAM中取指令,并在TPU模塊內(nèi)部的運(yùn)算單元中執(zhí)行,TPU擁有獨(dú)立的RAM區(qū)和寄存器進(jìn)行臨時變量的存放。因此,在正常運(yùn)行過程中,TPU和CPU是相互獨(dú)立的處理器,TPU的運(yùn)行不占用CPU資源,從而不會影響主控制任務(wù)的實(shí)時性。

在程序的正常運(yùn)行過程中,TPU與CPU之間通過Host Interface(如圖2所示)進(jìn)行連接,CPU可以通過修改HSR寄存器的值來觸發(fā)TPU運(yùn)行,TPU可以通過產(chǎn)生CPU中斷的方式與CPU交互。此外,CPU和TPU可以通過一段公共的內(nèi)存單元(Parameter RAM)交換數(shù)據(jù)。MPC5xx系列單片機(jī)擁有兩個獨(dú)立的TPU模塊――TPUA和TPUB,共有8 KB的程序存儲空間。每個TPU模塊擁有16路輸入/輸出通道,以及256 B的Parameter RAM、2個定時器,并可觸發(fā)16路中斷,能夠獨(dú)立完成較為復(fù)雜的任務(wù)。


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