基于MC9S12DP256的燃料電池電動(dòng)汽車整車控制器硬件研制

　　整車控制器在功能完善的基礎(chǔ)上，可靠性是其質(zhì)量好壞的主要技術(shù)指標(biāo)。在燃料電池電動(dòng)汽車整車控制器的工作環(huán)境中，電機(jī)、變頻器和鎳氫蓄電池組傳輸?shù)哪妇€電流變化較大(特別是當(dāng)變頻器進(jìn)行高頻調(diào)制時(shí))，產(chǎn)生的空間電磁干擾很強(qiáng);另外，其工作空間的溫度變化范圍廣、振動(dòng)強(qiáng)度大。以上種種不利因素對(duì)整車控制器可能造成的干擾后果主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：

　　(1)數(shù)據(jù)采集誤差加大。

　　(2)控制狀態(tài)失靈。

　　(3)數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化。

　　(4)程序運(yùn)行失常。

　　為保證整車控制器運(yùn)行正常，此次的可靠性設(shè)計(jì)采用了元器件級(jí)可靠性設(shè)計(jì)和系統(tǒng)級(jí)可靠性設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，具體表現(xiàn)在：芯片的溫度范圍控制、部件的冗余設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)等。

　　3.1 芯片的溫度范圍

　　在整車控制器的設(shè)計(jì)中，絕大多數(shù)芯片溫度范圍是汽車級(jí)(-40℃～+125℃)，其他極少數(shù)芯片因?yàn)閮r(jià)格原因選擇工業(yè)級(jí)(-40℃～+85℃)。

　　3.2 冗余設(shè)計(jì)

　　冗余設(shè)計(jì)是指通過(guò)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上增加冗余資源來(lái)減小故障造成的影響，或?qū)⒐收细綦x并校正錯(cuò)誤，使得系統(tǒng)即使發(fā)生了故障或差錯(cuò)，其功能仍不受影響的技術(shù)[4]。本冗余設(shè)計(jì)采用增加功能電路的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，整體冗余量達(dá)50%以上，如表1所示。

　　3.3 電磁兼容性設(shè)計(jì)

　　由于整車控制器應(yīng)用環(huán)境比較惡劣，干擾嚴(yán)重，存在多種噪聲和耦合方式，所以電磁兼容性設(shè)計(jì)在所有可靠性設(shè)計(jì)中占有很重要的地位。設(shè)計(jì)中采取了濾波技術(shù)、去耦電路、屏蔽技術(shù)、隔離技術(shù)和接地技術(shù)等抗干擾技術(shù)[5][6]，具體如下：

　　(1)選用集成度高的元器件。可以降低電路板元器件的數(shù)目，使電路板布局簡(jiǎn)單，減少焊盤和連線，因而可以大大減少受干擾的概率，增加電路板的抗干擾能力。

　　(2)加粗電源線和地線，數(shù)據(jù)線、地址線及控制線盡量短，以減少對(duì)地電容。

　　(3)數(shù)字電路和模擬電路分區(qū)布置，并加入濾波和去耦電路。

　　(4)采用四層電路板的設(shè)計(jì)。相對(duì)于兩層板而言，有獨(dú)立的地平面和電源平面，并且信號(hào)線和地線間距可以很緊密，因此能有效減小共模阻抗和感性耦合。

　　(5)采用敷銅技術(shù)。既減小回路面積(因而減小了輻射)，又可以減小導(dǎo)線之間的串?dāng)_。

　　3.4 可靠性測(cè)試

　　吉林大學(xué)汽車動(dòng)態(tài)模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)所開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的整車控制器做了初步的可靠性測(cè)試。測(cè)試過(guò)程如下：

　　(1)高低溫測(cè)試：在低溫-25℃、高溫125℃中分別保持6個(gè)小時(shí)。

　　(2)振動(dòng)測(cè)試：掃描頻率范圍17～200Hz，最大振幅0.78mm，在60～200Hz時(shí)加速度50，一次掃描時(shí)間15min。

　　(3)電磁兼容性測(cè)試：利用實(shí)車簡(jiǎn)單模擬各種汽車電磁干擾工況，做初步測(cè)試。

　　在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，整車控制器工作正常，未出現(xiàn)復(fù)位現(xiàn)象，各功能模塊發(fā)送、接收數(shù)據(jù)正常。在振動(dòng)測(cè)試時(shí)，元器件無(wú)脫落及損壞現(xiàn)象。

　　4 整車臺(tái)架試驗(yàn)

　　在進(jìn)行了可靠性測(cè)試之后,將整車控制器與燃料電池及其控制器、電機(jī)及其控制器、鎳氫蓄電池組及其控制器等部件連接在一起，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成試驗(yàn)臺(tái)架。在臺(tái)架上做了以下的試驗(yàn)：

　　(1)通信聯(lián)調(diào)試驗(yàn)：控制系統(tǒng)CAN通訊試驗(yàn);數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)采集。

　　(2)整車控制器控制邏輯試驗(yàn)：按照與實(shí)際車輛相同的駕駛模式，重點(diǎn)進(jìn)行加速模式、啟車模式、充電模式、再生制動(dòng)模式、動(dòng)力蓄電池充電模式、巡航行駛模式的控制邏輯單模式調(diào)試。

　　(3)整車控制器控制報(bào)警試驗(yàn)。

　　(4)整車控制器控制模式切換試驗(yàn)：重點(diǎn)考核各種控制模式間的切換。