9.1-整车控制器硬件设计规范
电动的汽车整车控制器设计要求规范2018-10-15
目录1 整车控制器控制功能和原理 (1)2 纯电动客车总成分布式网络架构 (1)3 整车控制器开发流程 (3)3.1 整车及控制策略仿真 (4)3.2 整车软硬件开发 (5)3.2.1 整车控制器的硬件开发 (6)3.2.2 整车控制器的软件开发 (10)3.3 整车控制器的硬件在环测试 (12)3.4 整车控制器标定 (15)3.4.1 整车控制器的标定系统 (15)1整车控制器控制功能和原理纯电动客车是由多个子系统构成的系统，主要包括储能、驱动等动力系统，以及其它附件如空调等。
各子系统几乎都通过自己的控制单元（ECU）来完成各自功能和目标。
为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标，一方面必须具有智能化的人车交互接口，另一方面，各系统还必须彼此协作，优化匹配。
因此，纯电动必须需要一个整车控制器来管理系统中的各个部件。
纯电动车辆以整车控制器为主节点的、基于高速CAN总线的分布式动力系统控制网络，通过该网络，整车控制器可以对纯电动车辆动力链的各个环节进行管理、协调和监控，提高整车能量利用效率，确保车辆安全性和可靠性。
整车控制器的功能如下：1)车辆驾驶：采集司机的驾驶需求，管理车辆动力。
2)网络管理：监控通信网络，信息调度，信息汇总，网关。
3)仪表的辅助驱动。
4)故障诊断处理：诊断传感器、执行器和系统其他部件故障并进行相应的故障处理，实时显示故障。
5)在线配置和维护：通过车载标准CAN端口，进行控制参数修改，匹配标定，功能配置，监控，基于标准接口的调试能力等。
6)能量管理：通过对纯电动客车载耗能系统（如空调、电动泵等）的协调和管理，以获得最佳的能量利用率。
7)功率分配：通过综合车辆信息、电池的SOC、温度、电压、电流和电机的温度等信息计算电机功率分配，进行有效的能量管理，以保证车辆能量效率达到最优。
8)坡道驻车辅助控制9)坡道起步时防溜车控制2纯电动客车动力总成分布式网络架构纯电动客车是由多个子系统构成的复杂系统。
纯电动汽车整车控制器设计规范
常工作直接影响系统的安全性， 因此整车控制器的设计基于高要求、 高可靠的基 础进行设计。整车控制器的软硬件的整体需求为：
适用于 12V 的纯电动客车需求，电压的工作范围为 6~18V； 工作的温度范围 -40 ~ 105℃； 软件和硬件架构标准化和模块化； 基于实时多任务调度的软件结构； 电源反接保护； 电源的浪涌，过压保护； ESD 保护 (防静电 )； 功率器件过压，过流，过温保护； 输入和输出管脚对地，对电源短接和开路保护及诊断； 所有的传感器都具有故障时的默认状态。 符合 GB/T 2423.1《电工电子产品基本环境试验规程试验 A ：低温试验方法》 的规定。 符合 GT/T 2423.2《电工电子产品基本环境试验规程 试验 B：高温试验方 法》的规定。 符合 GB/T 2423.10《电工电子产品环境试验 第二部分：试验发放 试验 Fc 和导则：振动（正弦） 》的规定。 符合 GB/T 4942.2《低压电器外壳防护等级》的要求。 符合 GB/T 17619《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》 的规定。
及控制系统的初步测试，减少现场联调测试周期和费用。
3.1 整车及控制策略仿真
采用仿真为主， 硬件在环测试和实车标定为辅的方式相结合来研究整车的控 制策略，首先利用 Cruise 建立纯电动客车的整车模型。在 matlab/simulink 下建 立整车的控制策略模式，利用 Cruise 和 matlab/simulink 相互耦合就可以在不同 的工况下计算并评价车辆的经济性能、 动力性能及控制的平顺性等， 从而可以评 价控制策略的优劣和车辆的性能。如图 4 所示。
度等信息计算电机功率分配，进行有效的能量管理，以保证车辆能量效率达 到最优。 8) 坡道驻车辅助控制 9) 坡道起步时防溜车控制
电动汽车整车控制器设计规范--
电池管理系统执行电池系统的管理，对电池的电气参数和热参数测量，完成电量计算和安全管理以及均衡管理。
综合维护终端主要应用于车辆调试和标定过程中显示整车各个系统的状态，并完成匹配标定工作，同时通过综合维护平台可以远程监控车辆的数据和位置。
纯电动客车动力总成CAN总线通讯系统的拓扑网络模型如图1所示。采用CAN2.0B的扩展格式，通信速率采用250K。其中CAN总线上的节点主要包括：整车控制器、电机控制器、发电机控制、动力电池组管理系统、维护终端等。
整车控制器通过采集司机驾驶信号，通过CAN总线对网络信息进行管理，调度，分析和运算，针对所配置的不同车型，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络管理等功能。
3整车控制器开发流程
现代的开发流程是采用计算机辅助工具来进行的，可以支持从需求定义直到最终产品的全过程。图2表达了这一流程的简化模式—V模式。自顶向下，开发逐渐细化最终形成开发的ECU原型。从下向上，通过测试形成与最初设想一致的产品。提供支持这一流程的工具一直是研究部门与工业厂商的重要课题。德国科技部门联合汽车制造商、开发商、工具提供者、与研究部门共同制定新的开发流程。经过对国外汽车著名开发商如: Audi, AVL, BMW, Bosch, Ricardo Engineering, Siemens, Ford等的了解，他们普遍采用现代的设计开发流程：离线功能仿真—快速控制原型—自动代码生成—硬件在回路仿真—参数标定所构成的“V模式”。新的开发流程符合国际汽车行业标准(ASAM/ASAP)。
电动汽车整车控制器设计规范--
—————————————————————————————Байду номын сангаас——作者：
整车控制器硬件设计规范
XXXXXXXXXX有限公司整车控制器硬件设计规范编制:校对:审核:批准:2017-04-10发布 2017-04-30实施XXXXXXXXXX有限公司发布整车控制器硬件设计规范1 范围本标准规定了新能源汽车用整车控制器硬件设计所需的基本原则和要求，对新能源汽车用整车控制器硬件设计起指导作用。
本设计规范适用于各种硬件形式的新能源汽车整车控制器的硬件设计。
2 规范性引用文件下列文件中条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
QC/T413汽车电气设备基本技术条件GB19596电动汽车术语GB193 各类电工产品包装的通用技术要求3 整车控制器硬件设计3.1 基本设计原则3.1.1 必须保证整车控制器在工作条件下的可靠性。
3.1.2 应充分考虑整车控制器硬件的经济性、密闭性、抗震性等。
3.2 整车控制器布置要求3.2.1为了降低整车控制器的振动，布置时要布置在远离强振源的位置。
3.2.2为了减少对整车控制器的干扰，布置时要布置在远离强干扰的位置。
3.2.3整车控制器布置时，要布置在易装配、易调试及易维护的位置。
3.3 整车控制器硬件要求3.3.1机壳不但要求美观，而且要能够提供良好的接地，要具有良好的防水防潮防尘性能，同时要能够屏蔽机壳外部的电磁辐射和电磁干扰。
3.3.2 在机壳内部保证ECU能够固定，并在ECU和机壳内部的上下表面有一定的空间，防止ECU在收到外力（如线束插拔）时，ECU的焊点和机壳接触短路。
3.3.3 接插件应该采用防水防潮的汽车电子专用接插件。
3.3.4 控制器壳体硬件应牢固，应能承受在正常使用条件下可能遇到的机械、电气、热应力以及潮湿的影响。
3.3.5 壳体表面应平整，无凹凸现象，涂料颜色应均匀一致，整洁美观，不得有起泡、裂缝和流挂现象。
整车控制器设计规范
4-整车控制器标定系统
基于CCP的整车控制器标定协议框图
整车控制器的标定框图如下所示，CCP的标定工具从符合ASAP2标准的A2L文件中读取ECU内部变量的描述，再根据CCP协议的规定发送命令，从而获取或标定整车控制器的变量。
4.2-CCP主从模式的通信配置示意图
监控及标定界面通过整车控制器站地址的配置实时地建立监控及标定界面和整车控制器之间的逻辑连接。该连接在其他ECU的地址被选中或当前连接通过指令被明确断开之前一直有效。
4.3-电动汽车整车控制器的标定流程
4.3-电动汽车整车控制器的标定流程
驱动工况试验 驱动工况的标定主要参考每个控制策略的参数，比如电机驱动模式的策略参数的MAP; 故障与预警情况下控制策略参数标定 电池的最大充电电压和最低放电电压MAP； 电机控制器直流侧的最高和最低电压MAP； 电池单体的最高和最低电压值MAP； 电池的最高和最低温度限制MAP； 电机和电机控制器的最高温度限制MAP； 电池不同SOC下的最大充放电功率的限制MAP；
2
1-整车控制器控制功能和原理
整车控制器的存在必要性：
整车控制器功能
纯电动车辆以整车控制器为主节点的、基于高速CAN总线的分布式动力系统控制网络，通过该网络，整车控制器可以对纯电动车辆动力链的各个环节进行管理、协调和监控，提高整车能量利用效率，确保车辆安全性和可靠性。
1
驾驶员的驾驶意图识别：驱动车辆行驶；
GB/T 4942.2《低压电器外壳防护等级》的要求；
GB/T 17619《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》的规定
GB/T 2423.1《电工电子产品基本环境试验规程试验A：低温试验方法》的规定；
需要参考的标准
电控单元（ECU)的复杂程度快速增加，控制算法与功能不断增强，对整车而言还集成了各种总线通讯功能、在线故障诊断(OBD)等功能，所以传统的检测方法面对复杂的测试需求开始显得力不从心；
硬件设计规范
硬件设计规范
说明
为保证产品设计质量和生产适应性，保证产品设计时部品选择合理并符合通用化和标准化的要求，在总结产品设计与试生产经验的基础上，由研发部提出产品设计工作中设计师需进行检查的项目，经整理编制了《硬件设计规范》。
产品设计师应根据所开发产品的具体情况，适时地对产品的设计进行必要的检查。
对不合格项目应及时进行设计改进和修正，以确保产品设计符合该规范的要求。
《硬件设计规范》是产品设计评审时产品设计师必须提供的资料之一。
本规范由研发部提出。
本规范不包含AC-DC电源部分。
一、硬件设计原则：
1.所有的设计依据来自于元器件SPEC，必须详细阅读各个元件的规格书并深入理解;
2.原理图与PCB图对应;
3.原理图与BOM对应，在有不同搭配的地方列表注明差异;
4.关键器件注明供应商，试产结束之后如果替代必须提供规格书，小批量试产验证才能大批量导入;
5.使用标准封装库;
6.元器件选型及设计标准化;
7.线路设计和PCB Layout时要充分考虑EMC和安规要求，确保生产时100%过EMC.
所有的新项目在第一次送样测试时必须附带此表，且作为设计结果存档。
所有测试项目中，可记录数值的需记录测量值，不可记录数值的在“合格/不合格”注明。
“√”表示合格，“X”表示不合格
二、电源设计规范
三、CPU电路设计检查
四、音、视频输入输出电路检查表
USB电压供电，电源预留500MA--------？
五、高频部分检查表
六、整机电路设计伺服部分
七、数字处理电路检查表
八、功放电路检查
更具体的测试项目参照电性能测试表格九、部品适应性检查表。
整车控制器硬件设计实现
硬件设计
3）BDM复位电路
硬件设计
BDM复位电路有两个功能： 1）手动复位，R122和C114组成上电复位电路，按下图中 S101键，系统即可复位重新启动； 2）BDM功能，BDM(Backgroud Dubug Mode,后台调试模式)， 是一种调试技术，也叫BDM调试器，它的基本基本原理是在MCU片 内嵌入一个智能化的通信模块，通过单线通信协议与外界通信，该 智能化通信模块名称为BDM模块。利用BDM模块可完成以下三项功 能：1-可以对片内Flash进行擦除和写入操作，完成应用程序的下载； 2-实现应用程序的的动态调试和静态调试；3-配置和修复MCU内部 资源。
硬件设计
4）AD采集电路
硬件设计
模拟信号ADCx(x=0~3,表示有4路AD采集电路)输入，到连接到 MCU的PAD0x(x=0~3)。 它们之间使用HCNR201线性光耦结合运算放大器LM124，能 有效地把外部信号传送到内部MCU的AD管脚, 并消除外部的电磁干 扰。 其中PESD5V0SIBA器件是属于瞬态电压抑制器(TVS)的电磁保 护器件。
硬件设计
7）CAN总线接口电路
硬件设计
图中ADuM1201和TJA1050芯片的组合搭建，是典型的CAN总 线接口电路。也是整车控制器能否正常工作的关键电路。 图中EM201是共模电感用于防止电磁干扰信号，ESD201是 CAN总线的ESD(electro-static discharge， 静电释放)保护二极管， R201是CAN总线的终端电阻，防止总线上的信号反射。 ADuM1201是ADI公司采用其iCouple磁耦隔离技术的双通道隔 离的电平转换器，采用高速的CMOS工艺和芯片级的变压器技术， 在性能、功耗等方面有很高的优势 TJA1050是CAN总线协议控制器和物理总线之间的接口
整车控制器硬件设计规范
目录
• 整车控制器概述 • 硬件设计规范 • 控制器接口设计 • 硬件可靠性设计 • 设计验证与测试 • 参考文档与标准
01
整车控制器概述
整车控制器的定义与功能
定义
整车控制器是汽车电子控制系统中的核心部件，负责对车辆各系统进行集中控 制和协调管理。
功能
整车控制器主要负责接收传感器信号、处理数据、发出控制指令，以实现车辆 的各项控制功能，如发动机控制、变速器控制、底盘控制、车身控制等。
整车控制器的重要性
提高车辆性能
整车控制器能够根据车辆运行状态和驾驶员意图，对各系 统进行精确控制，从而提高车辆的动力性、经济性、安全 性等性能。
提升智能化水平
随着智能化技术的发展，整车控制器逐渐成为实现汽车智 能化控制的关键部件，能够提升车辆的智能化水平，为驾 驶员提供更加便捷、安全的驾驶体验。
促进汽车产业升级
故障检测机制
设计硬件故障检测电路，实时监测关键电路和元器件 的工作状态。
故障隔离与降级
在检测到故障时，能够迅速隔离故障区域，并采取降 级措施，确保整车安全。
故障恢复策略
根据故障类型，采取相应的恢复策略，如重启控制器、 替换故障元器件等。
05
设计验证与测试
硬件在环仿真测试
测试目的
通过模拟实际车辆运行环境，对整车控制器硬件进行仿真测试，验证其功能和性能是否 符合设计要求。
设计优化与改进
优化目的
根据仿真测试和实车测试的结果，对整车控制器硬件设计进行优化 和改进，提高其性能和可靠性。
优化方法
分析测试数据，找出设计中的不足和缺陷，提出针对性的优化方案。
优化内容
优化传感器信号处理算法、改进执行器控制策略、加强故障诊断与 处理能力等。
电动的汽车整车控制器设计要求规范2018-10-15
目录1 整车控制器控制功能和原理 (1)2 纯电动客车总成分布式网络架构 (1)3 整车控制器开发流程 (3)3.1 整车及控制策略仿真 (4)3.2 整车软硬件开发 (5)3.2.1 整车控制器的硬件开发 (6)3.2.2 整车控制器的软件开发 (10)3.3 整车控制器的硬件在环测试 (12)3.4 整车控制器标定 (15)3.4.1 整车控制器的标定系统 (15)1整车控制器控制功能和原理纯电动客车是由多个子系统构成的系统，主要包括储能、驱动等动力系统，以及其它附件如空调等。
各子系统几乎都通过自己的控制单元（ECU）来完成各自功能和目标。
为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标，一方面必须具有智能化的人车交互接口，另一方面，各系统还必须彼此协作，优化匹配。
因此，纯电动必须需要一个整车控制器来管理系统中的各个部件。
纯电动车辆以整车控制器为主节点的、基于高速CAN总线的分布式动力系统控制网络，通过该网络，整车控制器可以对纯电动车辆动力链的各个环节进行管理、协调和监控，提高整车能量利用效率，确保车辆安全性和可靠性。
整车控制器的功能如下：1)车辆驾驶：采集司机的驾驶需求，管理车辆动力。
2)网络管理：监控通信网络，信息调度，信息汇总，网关。
3)仪表的辅助驱动。
4)故障诊断处理：诊断传感器、执行器和系统其他部件故障并进行相应的故障处理，实时显示故障。
5)在线配置和维护：通过车载标准CAN端口，进行控制参数修改，匹配标定，功能配置，监控，基于标准接口的调试能力等。
6)能量管理：通过对纯电动客车载耗能系统（如空调、电动泵等）的协调和管理，以获得最佳的能量利用率。
7)功率分配：通过综合车辆信息、电池的SOC、温度、电压、电流和电机的温度等信息计算电机功率分配，进行有效的能量管理，以保证车辆能量效率达到最优。
8)坡道驻车辅助控制9)坡道起步时防溜车控制2纯电动客车动力总成分布式网络架构纯电动客车是由多个子系统构成的复杂系统。
汽车控制器详细设计标准
汽车控制器详细设计标准
汽车控制器的详细设计标准包括以下几个方面：
1. 总体架构设计：汽车控制器的总体架构应该包括硬件和软件两个层面。
硬件层面包括控制器的物理结构和连接方式，以及各个控制器之间的通信方式。
软件层面包括控制器的功能模块划分和任务分配。
2. 控制算法设计：汽车控制器应该能够实现对车辆各个功能的控制。
例如，对车辆的驾驶行为、发动机的工作状态、刹车系统的操作等进行控制。
对于每个功能，应该设计相应的控制算法，并且对算法进行验证和优化。
3. 接口设计：汽车控制器需要与车辆的各个传感器和执行器进行连接和通信。
因此，应该设计相应的接口，包括电气接口和通信协议。
接口的设计应该符合相关的标准，并且能够满足高可靠性和实时性的要求。
4. 安全性设计：汽车控制器的设计应该考虑到车辆的安全性。
对于关键功能，应该设计相应的容错和故障处理机制，以确保控制系统的可靠性和稳定性。
此外，还应该考虑到网络安全的问题，防止控制器被非法访问或攻击。
5. 测试和验证：对于汽车控制器的设计，应该进行充分的测试和验证。
可以使用仿真工具进行部分功能的测试，以确保控制器的功能正确性和稳定性。
此外，还应该进行实际车辆上的测试，验证控制器在实际工作环境中的性能。
总之，汽车控制器的详细设计标准涵盖了总体架构设计、控制算法设计、接口设计、安全性设计和测试验证等方面。
这些标准的制定和遵循，可以保证汽车控制器的可靠性、稳定性和安全性，最终实现对车辆各个功能的有效控制。
电动汽车整车控制器设计规范--
整车控制器通过采集司机驾驶信号，通过CAN总线对网络信息进行管理，调度，分析和运算，针对所配置的不同车型，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈控制和网络管理等功能。
3)仪表的辅助驱动。
4)故障诊断处理：诊断传感器、执行器和系统其他部件故障并进行相应的故障处理，实时显示故障。
5)在线配置和维护：通过车载标准CAN端口，进行控制参数修改，匹配标定，功能配置，监控，基于标准接口的调试能力等。
6)能量管理：通过对纯电动客车载耗能系统（如空调、电动泵等）的协调和管理，以获得最佳的能量利用率。
1）微处理器模块
在整车控制器设计中，单片机模块是整个整车控制器的关键部分，算法和控制策略运行的载体，也直接关系到整个控制策略的实时性，能很好满足纯电动客车对控制策略的实时运行。
微控制器模块是能使微控制器能正常、可靠工作的基本电路，主要包括：时钟、启动配置、复位电路等。
2）电源模块
电源模块是整个ECU中的核心模块，它的直接关系到整个ECU的正常工作情况。而电源模块的使用环境非常恶劣，电池电压变化范围较大，还存在浪涌对电源模块的冲击。为了保证系统的可靠性，电源模块的设计指标是：
工作电压：DC6V～DC18V
两路传感器供电（电流限制、短路保护、过温保护）
反压保护：20V
延时掉电控制
上电复位控制
电源监控
电源模块还应该提供5V电源给油门踏板等传感器供电。这样的设计还能保证当外部传感器电源短路时控制控制系统还能正常工作，保证系统的安全可靠。
整车控制器设计规范
整车控制器的测试采用了基于dSPACE的硬件在环测试。
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首先通过Matlab/Simulink建立除整车控制器外的其他电动汽 车实时仿真模型，建立的模式可以通过RTW接口下载到dSPACE中
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2-电动汽车动力总成分布式基本网络架构
基于CAN总线的分布式控制网络，是实现各个子系统实现协 同控制的理想途径；采用CAN总线网络还可以大大减少个设备间的 连接线束，并提高系统监控水平；
采用拓扑网络结构，其主要的优点是：电缆短，容易布线； 总线结构简单，又是无源元件，可靠性高；易于扩充，增加 新节点只需在总线的某点将其接入
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7）ESD保护(防静电)； 8）功率器件过压，过流，过温保护； 9）输入和输出管脚对地，对电源短接和开路保护及诊断； 10）所有的传感器都具有故障时的默 GB/T 2423.1《电工电子产品基本环境试验规程试验A：低温试验 方法》的规定；
➢ GT/T 2423.2《电工电子产品基本环境试验规程 试验B：高温试 验方法》的规定；
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电动汽车动力总成分布式基本网络架构
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电动汽车动力总成分布式基本网络架构
整车控制器通过采集驾驶员的驾驶意图，通过CAN总线对网 络信息进行管理，调度，分析和运算，针对所配置的不同车型，进 行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量优化控制、制动回馈 控制和网络管理等功能。
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3-标准的整车控制器开发流程—V模式
➢GB/T 2423.10《电工电子产品环境试验 第二部分：试验发放 试验 Fc和导则：振动（正弦）》的规定；
➢GB/T 4942.2《低压电器外壳防护等级》的要求；
整车控制器硬件设计规范
XXXXXXXXXX有限公司整车控制器硬件设计规范编制:校对:审核:批准:2017-04-10发布 2017-04-30实施XXXXXXXXXX有限公司发布整车控制器硬件设计规范1 范围本标准规定了新能源汽车用整车控制器硬件设计所需的基本原则和要求，对新能源汽车用整车控制器硬件设计起指导作用。
本设计规范适用于各种硬件形式的新能源汽车整车控制器的硬件设计。
2 规范性引用文件下列文件中条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
QC/T413汽车电气设备基本技术条件GB19596电动汽车术语GB193 各类电工产品包装的通用技术要求3 整车控制器硬件设计3.1 基本设计原则3.1.1 必须保证整车控制器在工作条件下的可靠性。
3.1.2 应充分考虑整车控制器硬件的经济性、密闭性、抗震性等。
3.2 整车控制器布置要求3.2.1为了降低整车控制器的振动，布置时要布置在远离强振源的位置。
3.2.2为了减少对整车控制器的干扰，布置时要布置在远离强干扰的位置。
3.2.3整车控制器布置时，要布置在易装配、易调试及易维护的位置。
3.3 整车控制器硬件要求3.3.1机壳不但要求美观，而且要能够提供良好的接地，要具有良好的防水防潮防尘性能，同时要能够屏蔽机壳外部的电磁辐射和电磁干扰。
3.3.2 在机壳内部保证ECU能够固定，并在ECU和机壳内部的上下表面有一定的空间，防止ECU在收到外力（如线束插拔）时，ECU的焊点和机壳接触短路。
3.3.3 接插件应该采用防水防潮的汽车电子专用接插件。
3.3.4 控制器壳体硬件应牢固，应能承受在正常使用条件下可能遇到的机械、电气、热应力以及潮湿的影响。
3.3.5 壳体表面应平整，无凹凸现象，涂料颜色应均匀一致，整洁美观，不得有起泡、裂缝和流挂现象。
整车控制器硬件功能电路设计
整车控制器硬件功能电路设计1 整车控制器功能需求分析整车控制器相当于汽车的大脑，它在汽车行驶过程中执行多项任务，具体功能包括：(1)接收、处理驾驶员的驾驶操作指令，并向各个部件控制器发送控制指令，使车辆按驾驶期望行驶。
(2)与电机、DC/DC、镍氢蓄电池组等进行可靠通讯，通过CAN总线（以及关键信息的模拟量）进行状态的采集输入及控制指令量的输出。
(3)接收处理各个零部件信息，结合能源管理单元提供当前的能源状况信息。
(4)系统故障的判断和存储，动态检测系统信息，记录出现的故障。
(5)对整车具有保护功能，视故障的类别对整车进行分级保护，紧急情况下可以关掉发电机及切断母线高压系统。
(6)协调管理车上其他电器设备。
针对整车控制器的各项具体功能，进行了如图2所示的硬件设计整体规划、MCU的选型以及各个功能电路的设计。
2.2 MCU的选择MCU是整车控制器的核心，它负责数据的采集和处理、逻辑运算以及控制的实现等，MCU的选取是整个硬件设计过程中最重要的任务。
Motorola公司的HCS12系列16位单片机MC9S12DP256，在运算能力、存储空间、数字量模拟量输入输出以及CAN通讯等方面均有上乘表现，并具有较高的性价比，使其非常适合用于一些中高档汽车电子控制系统。
这款单片机具有预算能力强、存储空间大、接口资源丰富等诸多特点[1]：(1)采用STAR12CPU，核心运算能力可以达到50MHz，总线速度可以达到25MHz，采用优化的指令集，使指令的运算速度得到很大提高。
(2)片内集成了256KB FLASH，12KB RAM和4KB E2PROM，完全可以满足程序对存储空间的要求。
(3)诸多对外接口，包括五路兼容CAN2.0A/B协议的CAN接口、两路异步串行通讯接口、三路同步串行通讯接口、十六路10位A/D接口、一路I2C总线接口、49个独立数字I/O口(其中20个具有外部中断及唤醒功能)、8通道输入捕捉/输出比较等。
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7-电磁兼容性设计规范
考虑方面 1）PCB的布局方面
晶振尽可能靠近处理器。 模拟电路与数字电路占不同的区域。 高频放在 PCB 板的边缘，并逐层排。 用地填充空着的区域。
2）布线
电源线与回线尽可能靠近，好的方法各走一面。 为模拟电路提供一条零伏回线，信号线与回程线数目之比小于 5：1。 针对长平行走线的串扰，增加其间距或在走线之间加一根零伏线。 其他
2-电路环境防护设计
3）电磁环境 电磁环境指控制器在工作过程中，所受到的电磁干扰。 3.1）密封 将控制器密封处理，使其防护等级规定的防护等级。 3.2） 三防处理 在结构设计和电路设计时，应采取必要的抵御生物、化学环 境影响的防护措施，其中主要是防腐蚀、防潮湿、防霉菌(三防处 理) 处理基本方法：设计合理、设备密封、电路板使用“三防漆”
5-降额设计规范
基本要点：
电阻器和电位器的降额主要是功率降额； 电容器的降额主要是电压和功耗的降额，工作频率也要降额； 数字集成电路主要是对其负载降额，对其应用频率也要降额； 线性与混合集成电路的降额主要是工作电流或工作电压的降额； 晶体管的降额主要是工作电流、工作电压、频率和功耗的降额； 继电器的降额是触点电流的降额； 线圈、扼流圈、电感器、变压器等磁性器件主要是工作电流的降额，其工作电压也要 降额； 等等
4-PCB可制造性设计规范
1）PCB布线规则 2）加工工艺 3）工艺边：PCB 板上至少要有一对边留有足够的传送带位置空间， 即工艺边
限于篇幅，更多学习请参考其他硬件设计资料
5-降额设计规范
降额设计就是使元器件或产品工作时承受的工作应力适当低 于元器件或产品规定的额定值，从而达到降低基 本失效率（故障 率），提高使用可靠性的目的。 但过度的降额并无益处，会使元器件的特性发生或导致元器 件的数量不必要的增加或无法找到适合的元器件，反而对产品的正 常工作和可靠性不利。
3-硬件原理设计规范
3） 元器件合理使用 合理使用一方面是指设计阶段,根据应用条件，选择合适的器 件及其工作点;另一方面是指研制阶段对器件进 行筛选，使用可靠 的器件 3.1）CPU 的选型原则
性价比高； 容易开发：体现在硬件调试工具种类多，参考设计多，软件资源丰富，成功案例多； 可扩展性好； 专用的汽车级 CPU;
以上标准均不注明颁布年份，可以参考最新的相关标准
1-硬件设计规范概述
4）硬件设计基本原则 经济性： 新系统的设计应在满足用户需求的前提下尽可能考虑经济性。 系统性： 系统设计应在整体性观点的指导下，使用系统工程的方法设 计和建立系统。 模块化结构： 对系统进行模块划分，增大模块的独立性，减少模块之 间的耦合。 精简性： 数据处理步骤要以精简为原则，以便减少系统的出错率。
3-硬件原理设计规范
型号互换：器件互换性有利于减少 MTTR 指标。互换时 主要考虑参数的匹配,如额定工作电压、电流、功 率、工作频率范 围等。同样功能的分离电路要低的多。
MTTR:指系统从发生故障到维修结束之间的时间段的平均值
3-硬件原理设计规范
3.3） 固定电阻和电位器 按照其制造材料分类，如合金型(线绕、合金箔)、薄膜型(碳 膜、金属膜)和合成型(合成实 芯、合成薄膜、玻璃釉) 在使用固定电阻和电位器时,应考虑下列事项：
阻值稳定性 工作频率 功率负荷 噪声：在设计微弱信号前置放大器时,电阻的噪声系数是一个值得重视的指标。
3-硬件原理设计规范
4）电容器的选用 电容器根据其介质材料的不同可分为无机介质、有机介质和 电解介质三类。 电容选用可从如下几个方面选择
频率范围 容量稳定性 噪声性能 电压负荷 承受功率
2-电路环境防护设计
控制器在工作、运输和储存过程中，受到各种环境因素的影响， 可能导致性能降低、失效甚至损坏，因此必须采取防护措施。 环境防护主要包括气候环境、机械环境、电磁环境、生物化学 环境等。
2-电路环境防护设计
1）气候环境 气候环境指温度、湿度、气压、风力、砂尘、雨雪、日辐射 等各种自然气候因素。在气候因素中，以温度(高温、低温和循环 变化)对电控系统的影响为严重。 为了保证电子元件、器件或整机在允许的温度范围内 工作， 应采取各种有效的热控制措施。
6-可维护性设计规范
要求产品具有可维修和移维修的特性。要点如下：
在设计时，应该大限度的使产品结构简单、可互换性强、安全性好、识 别标志明显等； 在设计时，要求产品人/机结合好，对环境适应能力强； 对关键部件及关键状态要设置测试点并予以标明，以便维护维修时测试； 功能插件采用规范的尺寸和安装结构形式，结构上应防止插反或插混等 错误的操作； 壳内部安排应考虑维修和安装的方便； 系统说明书中应附有常见故障的现象、原因和对策的说明，以便用户在 力所能及的范围内自行护 ； 对易损元器件应提供备件。
7-电磁兼容性设计规范
本设计规范只简单介绍 EMC 的主要原则与结论，为硬件设计 过程中做参考。 电磁干扰的三要素是干扰源、干扰传输途径、干扰接收器。 EMC 就围绕这些问题进行研究。基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤 波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径。广义的电磁兼容控 制技术包括抑制干扰源的发射 和提高干扰接收器的敏感度，但已 延伸到其他领域。
8-安全性设计规范
基本安全要求
防止人身触电；（电击危险） 防人身受过高温度的危害； 防人身受机械不稳定性和运动部件的危害；（机械危险） 防止起火； 防爆炸； 防止辐射； 防化学危险
8-安全性设计规范
安全术语 绝缘分类
基本绝缘 对危险带电零部件所加的提供防触电基本保护的绝缘。 附加绝缘 基本绝缘以外所使用的独立绝缘，以便在基本绝缘一旦失效时提供防触 电保护。 双重绝缘 同时具有基本绝缘和附加绝缘的绝缘。 加强绝缘 对危险带电零部件所加的单一绝缘，其防触电等级相当于双重绝缘
3-硬件原理设计规范
2.4）数字电路有限考虑 尽可能用数字电路代替模拟电路，数字电路稳定性好、抗干 扰能力强、可标准化设计、易于器件集成制造。 还要尽可能多地采用集成芯片且集成度越高越好， 集成芯片 密封性好、机械性能好、焊点少,其失效率比同样功能的分离电路 要低得多。 2.5）变被动为主动，提高系统可靠性 在设计方案时,对易遭受不可靠因素干扰的薄弱环节应主动地 采取可靠性保障措施，以免在问题发生时被动地应付。 抗干扰技术和容错设计是变被动为主动的两个重要手段
3-硬件原理设计规范
5）集成电路IC的选择原则
普遍性 ：所选元器件要被广泛并验证过，尽量少用冷偏芯片； 高性价比 ：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格较好 的元器件，减少成本； 采购方便 ：尽量选择容易买到，供货周期短的元器件； 持续发展 ：尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件； 可替代 ：尽量选择 pin to pin 兼容种类比较多的元器件； 向上兼容 ：尽量选择以前老产品用过的元器件； 资源节约 ：尽量用上元器件的全部功能和管脚； 尽可能压缩系统器件的品种、规格，提高元器件的复用率; 优先选用功能强、可靠性高的大规标或航标有关规范 如 <<GJBZ 27-1992 电子设备可靠性热设计手册>> <<QJ 1474-1988 电 子设备热设计规范>>设计规范。
3-硬件原理设计规范
2.2） 避免片面追求高性能指标和过多的功能 在一定阶段内和力所能及的技术条件下，应注意协调高指标 与可靠性的关系。如果给系统定下过高的指标，势必使系统复杂化, 一方面使用过多的元器件,直接降 低了系统的可靠性；另一方面增 加了设计中的不合理、不可靠隐患的机会。 2.3）合理划分软硬件功能 在方案设计时,能够方便地用软件完成的功能一定要坚决地贯 彻“以软代硬”的原则。但软件担负的任务过多,既增加开发的难 度又不易保证软件的可靠性与实时性。所以需要合理地划分软硬件 功能。“以软代硬”至少要在 CPU 时间资源允许、保证系统实时性 的前提下进行
3-硬件原理设计规范
6）其他原则
数字电源和模拟电源分割； 数字地和模拟地分割，单点接地，数字地可以直接接机壳地; 阅读所有芯片的设计参考手册，看输入管脚是否需要做外部处理，如果需要， 一定要做相应处理，否则可能引起芯片内部振荡，导致芯片不能正常工作； 在不增加硬件设计难度的情况下尽量保证软件开发方便，或者以小的硬件设 计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计; 必须考虑产品散热问题;
3-硬件原理设计规范
3.2） 分离半导体器件 在电路设计时,对分离器件主要从电应力、工作频率、型号互 换等方面考虑 电压应力：半导体器件均有其耐压的极限值。 电流应力：：器件所承受的大电流。电流大导致温度高 功率频率：由于 PN 结的电容效应,半导体器件有其工作频率 的限制，一般多考虑上限频率的影响，工作 频率超过该极限则器 件的性能将下降甚至失效。另外也不亦用高频器件代替低频器件, 那样噪声系数将增大。
7-电磁兼容性设计规范
3）屏蔽
高频射频屏蔽的关键是反射，吸收是低频磁场屏蔽的关键机理。
4）接地
好的接地方式：树形接地。 信号电路屏蔽罩的接地。 对电缆屏蔽层处理 其他
5）滤波
选择 EMI 信号滤波器滤除导线上工作不需要的高频干扰成份，解决 高频电磁辐射与接收干扰 尽可能对芯片的电源去耦
2-电路环境防护设计
2）机械环境 机械环境指控制器在工作或运输过程中受到各种机械力（如 振动、冲击、离心力和运动机构的摩擦力等）的作用。 其中危害较大的是振动和冲击。控制器是长期工作在振动很 强的环境中，当控制器在某种激振频率下发生共振时，若振动加速 度值超过控制器本身的极限时，控制器就可能会遭到破坏；此外， 长期受到振动或冲击也可 能产生疲劳损坏。 因此，必须采取各种防振（隔振）或缓冲措施。
整车控制器硬件设计规范
1-硬件设计规范概述
1) 总则 为了使控制器设计的经济政策，做到控制器功能可靠、质量 稳定、技术先进、经济合理和安装维护方便等，制定本规范。 控制器的硬件设计和开发除应执行本规范外，尚应符合现行 的国家有关标准、规范和企业标准等的规定。 2）范围 本规范从电路气候防护环节设计规范、PCB设计规范、降额 设计规范等几个方面规定了电动汽车用控制器在设计过程中应该遵 循的一些基本规范和基本原则。