基于MC9S12DP256的燃料電池電動(dòng)汽車整車控制器硬件研制

　　燃料電池電動(dòng)汽車整車控制器VCU(Vehicle Control Unit)是整個(gè)汽車的核心控制部件，它采集加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)及其他部件信號(hào)，并做出相應(yīng)判斷后，控制下層的各部件控制器的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)汽車正常行駛。因此VCU的優(yōu)劣直接影響著整車性能。

　　燃料電池電動(dòng)汽車整車控制器的研制是“十五”期間國家電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)的關(guān)鍵單元技術(shù)之一。這些關(guān)鍵單元技術(shù)的基礎(chǔ)研究，對(duì)于搶占新一代電動(dòng)汽車制高點(diǎn)、促進(jìn)我國汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展具有重要意義。

　　1 燃料電池電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)

　　燃料電池電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它由整車控制器、燃料電池及其控制器、鎳氫蓄電池組及其控制器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、車輪等部件組成，各部件通過CAN(Controller Area Network)總線組成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)。燃料電池電動(dòng)汽車采用主輔雙動(dòng)力源形式：燃料電池作為主動(dòng)力源，提供汽車行駛的主要?jiǎng)恿?鎳氫蓄電池組是輔助動(dòng)力源，在汽車行駛中起到“削峰填谷”的作用。

　　2 整車控制器硬件功能電路設(shè)計(jì)

　　2.1 整車控制器功能需求分析

　　整車控制器相當(dāng)于汽車的大腦，它在汽車行駛過程中執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，具體功能包括：(1)接收、處理駕駛員的駕駛操作指令，并向各個(gè)部件控制器發(fā)送控制指令，使車輛按駕駛期望行駛。(2)與電機(jī)、DC/DC、鎳氫蓄電池組等進(jìn)行可靠通訊，通過CAN總線(以及關(guān)鍵信息的模擬量)進(jìn)行狀態(tài)的采集輸入及控制指令量的輸出。(3)接收處理各個(gè)零部件信息，結(jié)合能源管理單元提供當(dāng)前的能源狀況信息。(4)系統(tǒng)故障的判斷和存儲(chǔ)，動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)信息，記錄出現(xiàn)的故障。(5)對(duì)整車具有保護(hù)功能，視故障的類別對(duì)整車進(jìn)行分級(jí)保護(hù)，緊急情況下可以關(guān)掉發(fā)電機(jī)及切斷母線高壓系統(tǒng)。(6)協(xié)調(diào)管理車上其他電器設(shè)備。

　　針對(duì)整車控制器的各項(xiàng)具體功能，進(jìn)行了如圖2所示的硬件設(shè)計(jì)整體規(guī)劃、MCU的選型以及各個(gè)功能電路的設(shè)計(jì)。

　　2.2 MCU的選擇

　　MCU是整車控制器的核心，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理、邏輯運(yùn)算以及控制的實(shí)現(xiàn)等，MCU的選取是整個(gè)硬件設(shè)計(jì)過程中最重要的任務(wù)。Motorola公司的HCS12系列16位單片機(jī)　　MC9S12DP256，在運(yùn)算能力、存儲(chǔ)空間、數(shù)字量模擬量輸入輸出以及CAN通訊等方面均有上乘表現(xiàn)，并具有較高的性價(jià)比，使其非常適合用于一些中高檔汽車電子控制系統(tǒng)。

　　這款單片機(jī)具有預(yù)算能力強(qiáng)、存儲(chǔ)空間大、接口資源豐富等諸多特點(diǎn)[1]：

　　(1)采用STAR12CPU，核心運(yùn)算能力可以達(dá)到50MHz，總線速度可以達(dá)到25MHz，采用優(yōu)化的指令集，使指令的運(yùn)算速度得到很大提高。

　　(2)片內(nèi)集成了256KB FLASH，12KB RAM和4KB E2PROM，完全可以滿足程序?qū)Υ鎯?chǔ)空間的要求。

　　(3)諸多對(duì)外接口，包括五路兼容CAN2.0A/B協(xié)議的CAN接口、兩路異步串行通訊接口、三路同步串行通訊接口、十六路10位A/D接口、一路I2C總線接口、49個(gè)獨(dú)立數(shù)字I/O口(其中20個(gè)具有外部中斷及喚醒功能)、8通道輸入捕捉/輸出比較等。