整车控制系统开发及测试方案介绍 (1)

软件看门狗通过主MCU编程直接实现； 硬件看门狗采用maxim公司的MAX705MJA。 R215为0欧姆电阻便于调试； 看门狗喂狗时间为1.6s;
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 –通信电路设计
CAN收发电路
MCU自带三路CAN控制器，收发器采用NXP公司的CAN收发器芯片 TJA1040T。
16bit
硬件看门狗电路 外扩RAM芯片 RTC定时唤醒模块
5v_AN 5v_CORE 5v_SWITCH
5v_AN1 5v_AN2
传感器及车辆采集部件 （如油门踏板、真空压
力传感器等）
注：
表示电源线路
表示信号线路
5V PWM Driver 12V PWM Driver
LS Driver
HS Driver Dither HS
VCU功能架构到硬件原理架构
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 – 硬件性能参数需求
主CPU 工作温度 供电电压 极限电压
主要参数要求：
符合汽车级要求，建议采用Freescale32位汽车级芯片体系
-40 ~ 105℃
看门狗
软硬件双看门狗
9~36V
安全模块
16位安全控制器
60V，1min
LIN接口
) 测试
硬件在环测试设备
图片
用途
模拟被控对象的各种工况，包括 工况模拟复杂的故障模式，快速 复现故障模式，将部分测试过程 从传统试验台架中分离，实现多 个控制器的集成测试
整车控制器 14 （VCU）硬件 EOL下线检测
检测设备
用于整车下线时对VCU各个功能 进行检测，保证每辆车中VCU的 功能是完善的可靠的
高于VDD12V时，保护高边芯片L9733不受损坏。
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 –DAC电路及看门狗设计
DA输出 采用TI公司双通道12位DAC芯片DAC7563， 2路,12位， 输出电压范围0~5V
看门狗
使用SPI接口，DA转换速度40M/24=1.66M； 通过SPI指令可以指定参考内部还是外部电压； 使用运用构成电压跟随器，提高驱动能力和输出隔离 MCU使用独享SPI口控制；
故障存储器
安全控制器
硬件看门狗
20
3路CAN通信
210
1路LIN通信
8
16路数字输入
3
25.2
4路PWM输入
5.2
6路模拟输入
18
12路大电流低边输出
12
8路高边驱动
8.5
15
8路12V继电器驱动
8.5
15
2路DA输出
1.8
6路PWM输出
16
6路传 感器 5V供 电输 出（ 假设 每路 50mA）
300
IO电源(非常电) 电路设计
6路5V电源输出开关电路
VIGN和Vcharge共同为外设提供12V 、5V工作电源； 5V供电电流可以达到1.5A。 VDD5V_ON为安全控制器输出信号，控制MCU进入
或退出休眠模式
采用VDD12伏输入， MCU通过6GPIO使能S1142D50H提供6路可控5V传感器电源；最 大输出200mA。
符合ISO11898，支持CAN2.0协议； 根据控制器所在位置，终端电阻可选焊； F1为共模扼流圈滤波器，EMI滤波用； TVS管进行电压嵌位，防止外部浪涌 电容进行滤波，抑制外部干扰信号
CAN 支持JTAG和CAN Bootloader
>2Mbyte
PWM输入 大电流低边驱动 可配置继电器驱动
高边输出
模拟输入
传感器供电 PWM输出
>2MBit
DA输出
4路 8路，最大通过电流4A
8路 8路，最大输出电流≥1A
6路12位AD，输入电压范围0~12V
6路5V对外输出 6路
2路，0~5V
硬件设计实现
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 –数字电路设计
可以软件或硬件单独配置单个通道为高电平有效或者低电平有效
硬件配置的数字输入电路设计
软件配置电路设计（共4路）
R4H1为高电平有效输入端，经隔离电路输入32位MCU， R4L1为低电平有效输入端，经隔离电路输入32位MCU， 两者统一到MCU均为低电平响应。
安全控制器监控范围: 监控主系统的一路CAN； AD2路； 数字输入>=4路； 能够对部分关键输出进行控制 8路4A低边，高低可配8路，同 时保留与主芯片通信功能。
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 –主芯片选型
硬件设计实现 二、VCU硬件设计实现 – 主芯片定型
• 根据系统需求和上表资源，采用MPC5644A作为MCU，可以与同系列芯片 MPC5642A通用封装，芯片性能可以根据需求进行增减。其内部框图如下
2
VCU硬件开发
硬件设计实现 二、VCU硬件设计实现 – 硬件开发流程
需求分析及相 关项定义
硬件需求分析 及定义
硬件物料选型 及方案设计
硬件选型及 方案设计
Altium设计原 理图和PCB
硬件模块设 计实现
整车集成测 试
硬件整车集成 测试
硬件测试与 试验
台架测试及DVP 试验
硬件模块测 试
模块调试及 验证
大电流高边输出
采用ST公司的8路高低可配驱动L9733 单路电流可达1A
该芯片通过SPI口控制每一路的高低电平； 负载出现故障时通过FLTB脚通知MCU，MCU通过SPI
读出故障信息； MOS管用于增大驱动能力，满足负载电流要求； MOS管增加续流二极管进行保护。
具有过流、短路、开路检测功能 通过SPI进行控制和检测 续流二极管采用1N4001，于电压嵌位，当输入电压
Driver
共性硬件模块平台化， 实现硬件平台的资源 整合及规范管理
VCU硬件开发
吉麦新能源整车控制系统开发平台
高稳定、低成本、通用性强的平台化VCU软硬件
开发能力介绍 一、VCU开发能力介绍介绍 – 开发流程
需求分析 动力系统方 案设计
产品开发
样件实现
整车集成测 试及标定
MeCa
动力三电台架 联合集成测试
新能源整车控制系统 开发能力介绍
1 VCU开发概述 2 VCU硬件开发 3 VCU软件设计 4 CAN网络通信 5 VCU集成与测试 6 VCU标定
1
VCU开发概述
开发能力介绍 一、整车控制器开发能力介绍 – 研发团队
整车控制器研发团队
项目管理
硬件开发
软件开发
硬
硬
件
件
设
测
计
试
底 层 软 件 开 发
将C代码编译成可执行文件
用于可执行程序的在线下载，数 据标定、测量及保存
开发能力介绍 一、VCU开发能力介绍 – 工具清单2
序号
内容
工具名称
5
测量与标定
INCA测量标定工 具
6
实验室可调电 源
可调电源
7 示波器
高性能便携示波器
8 硬件设计工具 Altium Designer
图片
用途
1.ECU内部数据采集和监控 2.ECU实时数据标定 3.数据储存与分析
可调电源，功率1.2Kw，电压范 围0-80V，电流范围0-60A用于实 验室12V或24V低压蓄电池电压模 拟
做信号测量，数据的对比分析
用于硬件原理图设计、电路仿真、 PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布 线、信号完整性分析等
开发能力介绍 一、VCU开发能力介绍 – 工具清单3
序号
内容
工具名称
9
C测A试N网络仿真、CANoe
# 故障存储器（EEPROM/Flash） # 选择容量 >=4MByte
# 如果按每条记录100字节， 每天3条故障记录，故障数据保 存十年，那么需要存储空间为： 100*3*365*10 = 1095000 Byte > 1MByte。
# 满足系统要求的串行存储器 很少，仅限SPANSION公司的 S25FL032P0XMFV011（汽车级）
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 –硬件电源电路设计2
常电电源电路设计
B12V为电池供电12伏输入，提供12V和 5V不间断电源；5V最大输出200mA。
本电源给安全模块供常电，并且提供主 MCU的Standby电源，为低功耗供电。
工作最大功耗统计（单位：mA）
电路
VDD12
VDD5V
MCU
364.2
MeCa
整车控制器 功能测试
MeCa
开发能力介绍 一、VCU开发能力介绍 – 工具清单1
序号
内容
工具名称
1
应用层策略开 发工具
Matlab/Simuink
2
自动代码生成 工具
StateFlow
3 编译器
Codewarrior
4
整车控制器在 线下载及调试 工具
VCU上位机刷写及 调试工具
图片
用途
搭建应用层控制算法 将应用层策略模型生成C代码，调 用编译器将C代码编译成可执行文 件并生成数据库文件
……………... ……………... ……………... ……………...
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数字量采集模块 PWM采集模块 模拟量采集模块
CAN1 CAN2 CAN3 KLINE/LIN
Main Controller 32bit float
SPI Mornitoring Unit
输入部分增加二极管进行保护 三极管完成电平转换
整个电路由两二选一电路和高低输入隔离电路组成； 二选一电路用ADG1436YRUZ 芯片，是汽车专用芯片； 输入部分增加二极管进行保护 高低边输入与硬件配输入电路一样。
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 –驱动电路设计
大电流低边驱动
采用安森美的6通道低边MOS驱动芯片NCV7513，最大通过 电流4A
5
总计
344 691.4
0
休眠电路最大功耗统计（单位：mA）
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 –硬件PWM电路设计
PWM输入电路说明
采用主控芯片eMIOS的OPWMB功能
为了提高输入的驱动能力，本电路和 低边输入电路完全一样；
R504用于限流 二极管D501用于续流，防止三极管击穿 三极管用于电平转换，将MCU与外设信号隔离 电容用于滤波，该电容值的选择与PWM频率有关
10 二维图纸设计 AUTOCAD
图片
用途 用于CAN网络和ECU开时的测试 和分析的工具，支持从需求分析 到系统实现的整个系统的开发过 程。
用于设计结构件的2维图纸
11
三维结构设计 软件
CATIA
12
静态应力分析 及热分析软件
ANSYS
用于3维模型的设计 主要用于静态应力及热分析
开发能力介绍 一、VCU开发能力介绍 – 工具清单4
应 用 层 软 件 开 发
单 元 及 测 试
被 控 对 象 模 型 开 发
HIL MIL
测试与标定
整
车
标
测 试
定 及 测
试
开发能力介绍 一、VCU开发能力介绍介绍 – 核心技术
基于物理模型仿真， 计算车辆性能， 控制策略方案规划， ……
创建了电动化控制平 台功能库，实现： • 功能模块化 • 运算模块化
VCU仿真
VCU策略开发
分层与模块化的设计 标准化软件平台， 实现整车控制系统 BSW软件的横向移 植和集成
VCU软件开发
蓄电池12v供电
Ignition使能 慢充上电使能 快充上电使能
12V_POWER_SUPPLY
12v_OUT
5V_POWER_SUPPLY
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硬件设计实现 二、VCU硬件设计实现 –整车功能设计分解和规范、任务书制定
整车功能定义 及
系统架构分解
输出 整车控制系统 设计任务书和
相关规范
硬件设计实现 二、VCU硬件设计实现 – 硬件原理架构
VCU功能搭建主要围绕整车行驶相关功能。包括加速踏板位置、 档位、制动踏板力等驾驶员的操作意图、电池的荷电状态、电 机输出转矩及转速等信息，与MCU/BMS通过CAN网络实现通 信，实现整车的行驶控制。
1路
电源接口
具备常电接口可低功耗休眠
数字输入
16路，高低电平有效可单路配置
休眠唤醒 电流消耗 CPU频率 SRAM内存
CAN接口
程序下载 Flash存储器 故障存储器
CAN、指定IO 运行<250mA，休眠 ≤1mA >80MHz\120MHz\150MHz
≥100kbyte 3通道，满足ISO11898，高速
二、VCU硬件设计实现 –硬件控制器及存储器选型
MCU选型需求
存储器选型
安全控制器选型
# Flash存储器：>=1.5Mbyte # 看门狗：软硬件双看门狗 # CAN接口：>=3通道，满足 ISO11898，高速CAN # LIN接口1路 # 程序下载：支持JTAG和CAN Bootloader # 要求采用同系列芯片通用封 装，芯片性能可以根据需求进行 增减
硬件设计实现 二、VCU硬件设计实现 –电路设计和仿真
通用化平台化电路模块及PCB设计
硬件设计实现 二、VCU硬件设计实现 –电路设计和仿真
电路仿真分析和优化
硬件设计实现
二、VCU硬件设计实现 –硬件电源电路设计1
• 设计要求： • 供电电压：7~36V • 极限电压：60V，1min • 电源接口：具备常电接口可低功耗休眠 • 休眠唤醒：CAN、指定IO • 电流消耗：<500mA（12V空载），休眠 <3mA • 传感器供电：≥6路5V对外输出