第六章 电动汽车整车控制器课件
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和 CAN 通讯发生某种故障时采取应急处 ?理的需求。开关量输出基本上都采用 OC 门
电路，具备线控功能，并且都设置了自 ?拉高电路，以实现硬件电路的自诊断。拉高电
压可以是 12V 电源电压，也可以是标 ?准的 5V 拉高电压。拉高过程都具有很好的抗
干扰度，满足常规的 EMC 测试。
11
6.4 主要模块电路
减速、驻车、停车、倒车） ? 控制； ? 6. 最高车速限制； ? 7. 对 EMS、DMCM、DCDC、BPCM 发出控制指令
；
4
6.1 电动汽车整车控制器
? 8. 发动机启动模式控制； ? 9. 指令控制 ADM； ? 10. 接收 BPCM 的有关动力蓄电池组状态信号（电流、电压、
温度等）； ? 11. 接收 DMCM 的有关电机、逆变器总成的运行参数和状态信
第六章 电动汽车整车控制器
1.整车控制系统硬件设计 2.整车控制系统软件设计
陈曦
1
6.1电动汽车整车控制器硬件
?采用了分层控制的方法来对驾驶员的意图 和各个动力系统零部件进行信号采集和控 制，如图 3-1 所示。其中整车控制器是整 车控制的核心，负责协调各个控制器来驱 动整车，并且具有如下的系统硬件（含独 立运行的底层驱动程序）基本功能：
? [3]电源模块 ? 电源电路是车载控制器设计中比较困难的设计之一
，也是影响能否通过电磁兼 ? 容测试的关键部件。为使混合动力 HCU 具有较好
的适应性、通用性，我们采用了 ? 两级电源控制，第一级采用开关电源模块，以保证
电源的供电电压在 8～32VDC 的 ? 范围内都有一致的输出电压，从而使第二级低压差
6
6.3整车控制器单片机系统
? 为了实现 CAN 总线通讯和为 HCU 系统留足够的富裕扩展能力，在 原有工作基
? 础上，重新对目前在汽车电子产品上的 ECU 进行了评估。 ? 目前，世界汽车电子产品用的主流单片机有 Motorola 系列、
siemens 系列、Philips ? 系列，其中美国产品大多采用了 Motorola 系列单片机。 ? 飞思卡尔? 半导体(Freescale? Semiconductor，原摩托罗拉半导体
? 其中，油门信号、刹车制动信号等都是非常重要的信号，硬件 设计中同时采集它们
? 的二路互补信号，并由底层处理程序来确认其可靠性 来自百度文库21] 。 ? 脉冲信号主要是检测整车车速和发动机转速。
10
6.4 主要模块电路
?[2] 控制输出电路 ?在 HCU 中 CAN 总线承担了主要数据和命令
的交换任务，控制输出电路中设计 ?若干开关量输出信号，来满足整车上下电
2
6.1 电动汽车整车控制器
系统需求分析图
3
6.1 电动汽车整车控制器
? 1. 整车各控制器（ HCU整车控制单元、BPCM电池控 制器、DMCM电机控制器、 EMS发动机管理系统）的 唤醒；
? 2. 上电初始化：HCU 自检，HCU 初始化，仪表灯， 高压接通；
? 3. 驾驶员指令与传感器信号处理； ? 4. 停车维护充电控制； ? 5. 驱动力控制、车辆运行工况（起步、加速、巡航、
部)是全球领 ? 先的半导体供应商，主要为汽车、网络、无线通信、工业控制和消费
电子市场设计 ? 制造嵌入式半导体。飞思卡尔是众多市场领域中的领导者，2004 市
场主导地位：第 ? 一大汽车半导体制造商（Gartner），第一大通信处理器制造商（
Gartner），第二大通 ? 用微控制器制造商（Gartner）。
? 硬件开发过程中需首先考虑的事项有： ? 1) 开发系统支持的编程语言； ? 2) 开发系统使用的开发平台； ? 3) 开发系统的功能； ? 4) 友好的集成开发环境； ? 5) 确定控制单元输入/输出管脚的数量和性质； ? 6) 选择各种芯片和元器件，应特别慎重地选择控制单元的 CPU 芯片。 ? 硬件系统的搭建，包括以下内容： ? A. 辅助电路设计 ? B. I/O 电路的设计、调试和标定 ? C. 通讯电路的设计和调试 ? D. CPU 电控单元的设计和调试 ? E. 底层汇编程序的编制和调试
电源能够有一个非常稳定的输出 ? 电压[2]。这样既保证了控制器的工作稳定性和抗干
扰性，又能在低功耗的前提下， ? 具有很宽的电压输入
12
6.4 主要模块电路
? [4] 上下电和安全保护模块[21] ? HCU还承担着整车低压电源的控制，如果钥匙不在起动或关闭状态并且低压
电 ? 源超过8V，则接通低压电源，整车所有控制器上电。 ? 车辆运行过程中通过ADM实时监控高压电路的电气状态、通断状态及高压电
息； ? 12. 硬件故障自诊断与处理； ? 13. 硬件失效控制； ? 14. 开机和停机过程控制、干扰和复位处理； ? 15. 将有关信息送至仪表板； ? 16. CAN 通讯方式； ? 17. 监测和标定； ? 18. 与故障诊断仪的通信；
5
6.2 整车控制器硬件开发技术要点
? 了实现上述整车控制器 HCU 的功能，必须依赖系统硬件的设计。因此 ，HCU
? 容余度比较大，不论是 12V/24V 电源直接拉高的信号，还是 标准的 5V 拉高的信号，
? 都能直接识别，并且都具有很好的抗干扰能力，基本满足车用 的 EMC 测试要求。
? 同样模拟输入信号也必须经二阶有源低通滤波器等调理电路处 理，0-16V 之间
? 的输入信号均能自动转换为 0-5V 的 AD 信号，并且能充分地 利用 A/D 的量程特性。
路 ? 的接通过程，在发现异常状况后能立即通过状态线输出相应的动作。 ? 点火开关断电后，底层程序应能继续执行，以便停车充电或保存数据、系统
设 ? 置和故障代码等有用信息。只有满足适当的条件时，才能通过软件
使 POW_CTRL1 ? 切断所有的低压供电电源。 ? 硬件上外加一个主电源继电器控制电路。充电唤醒、点火开关、
7
实例：Freescale16 位单片机 MC9S12DP512原理图
8
6.4 主要模块电路
?[1输]入信号处理 ?输入信号可分为两种类型：数字信号（包
括开关信号和脉冲信号）和模拟信号 ?CPU 的输入输出图
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6.4 主要模块电路
? 所有开关输入信号都必须经调理电路处理，以保证 CPU 的安 全。调理电路的
电路，具备线控功能，并且都设置了自 ?拉高电路，以实现硬件电路的自诊断。拉高电
压可以是 12V 电源电压，也可以是标 ?准的 5V 拉高电压。拉高过程都具有很好的抗
干扰度，满足常规的 EMC 测试。
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6.4 主要模块电路
减速、驻车、停车、倒车） ? 控制； ? 6. 最高车速限制； ? 7. 对 EMS、DMCM、DCDC、BPCM 发出控制指令
；
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6.1 电动汽车整车控制器
? 8. 发动机启动模式控制； ? 9. 指令控制 ADM； ? 10. 接收 BPCM 的有关动力蓄电池组状态信号（电流、电压、
温度等）； ? 11. 接收 DMCM 的有关电机、逆变器总成的运行参数和状态信
第六章 电动汽车整车控制器
1.整车控制系统硬件设计 2.整车控制系统软件设计
陈曦
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6.1电动汽车整车控制器硬件
?采用了分层控制的方法来对驾驶员的意图 和各个动力系统零部件进行信号采集和控 制，如图 3-1 所示。其中整车控制器是整 车控制的核心，负责协调各个控制器来驱 动整车，并且具有如下的系统硬件（含独 立运行的底层驱动程序）基本功能：
? [3]电源模块 ? 电源电路是车载控制器设计中比较困难的设计之一
，也是影响能否通过电磁兼 ? 容测试的关键部件。为使混合动力 HCU 具有较好
的适应性、通用性，我们采用了 ? 两级电源控制，第一级采用开关电源模块，以保证
电源的供电电压在 8～32VDC 的 ? 范围内都有一致的输出电压，从而使第二级低压差
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6.3整车控制器单片机系统
? 为了实现 CAN 总线通讯和为 HCU 系统留足够的富裕扩展能力，在 原有工作基
? 础上，重新对目前在汽车电子产品上的 ECU 进行了评估。 ? 目前，世界汽车电子产品用的主流单片机有 Motorola 系列、
siemens 系列、Philips ? 系列，其中美国产品大多采用了 Motorola 系列单片机。 ? 飞思卡尔? 半导体(Freescale? Semiconductor，原摩托罗拉半导体
? 其中，油门信号、刹车制动信号等都是非常重要的信号，硬件 设计中同时采集它们
? 的二路互补信号，并由底层处理程序来确认其可靠性 来自百度文库21] 。 ? 脉冲信号主要是检测整车车速和发动机转速。
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6.4 主要模块电路
?[2] 控制输出电路 ?在 HCU 中 CAN 总线承担了主要数据和命令
的交换任务，控制输出电路中设计 ?若干开关量输出信号，来满足整车上下电
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6.1 电动汽车整车控制器
系统需求分析图
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6.1 电动汽车整车控制器
? 1. 整车各控制器（ HCU整车控制单元、BPCM电池控 制器、DMCM电机控制器、 EMS发动机管理系统）的 唤醒；
? 2. 上电初始化：HCU 自检，HCU 初始化，仪表灯， 高压接通；
? 3. 驾驶员指令与传感器信号处理； ? 4. 停车维护充电控制； ? 5. 驱动力控制、车辆运行工况（起步、加速、巡航、
部)是全球领 ? 先的半导体供应商，主要为汽车、网络、无线通信、工业控制和消费
电子市场设计 ? 制造嵌入式半导体。飞思卡尔是众多市场领域中的领导者，2004 市
场主导地位：第 ? 一大汽车半导体制造商（Gartner），第一大通信处理器制造商（
Gartner），第二大通 ? 用微控制器制造商（Gartner）。
? 硬件开发过程中需首先考虑的事项有： ? 1) 开发系统支持的编程语言； ? 2) 开发系统使用的开发平台； ? 3) 开发系统的功能； ? 4) 友好的集成开发环境； ? 5) 确定控制单元输入/输出管脚的数量和性质； ? 6) 选择各种芯片和元器件，应特别慎重地选择控制单元的 CPU 芯片。 ? 硬件系统的搭建，包括以下内容： ? A. 辅助电路设计 ? B. I/O 电路的设计、调试和标定 ? C. 通讯电路的设计和调试 ? D. CPU 电控单元的设计和调试 ? E. 底层汇编程序的编制和调试
电源能够有一个非常稳定的输出 ? 电压[2]。这样既保证了控制器的工作稳定性和抗干
扰性，又能在低功耗的前提下， ? 具有很宽的电压输入
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6.4 主要模块电路
? [4] 上下电和安全保护模块[21] ? HCU还承担着整车低压电源的控制，如果钥匙不在起动或关闭状态并且低压
电 ? 源超过8V，则接通低压电源，整车所有控制器上电。 ? 车辆运行过程中通过ADM实时监控高压电路的电气状态、通断状态及高压电
息； ? 12. 硬件故障自诊断与处理； ? 13. 硬件失效控制； ? 14. 开机和停机过程控制、干扰和复位处理； ? 15. 将有关信息送至仪表板； ? 16. CAN 通讯方式； ? 17. 监测和标定； ? 18. 与故障诊断仪的通信；
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6.2 整车控制器硬件开发技术要点
? 了实现上述整车控制器 HCU 的功能，必须依赖系统硬件的设计。因此 ，HCU
? 容余度比较大，不论是 12V/24V 电源直接拉高的信号，还是 标准的 5V 拉高的信号，
? 都能直接识别，并且都具有很好的抗干扰能力，基本满足车用 的 EMC 测试要求。
? 同样模拟输入信号也必须经二阶有源低通滤波器等调理电路处 理，0-16V 之间
? 的输入信号均能自动转换为 0-5V 的 AD 信号，并且能充分地 利用 A/D 的量程特性。
路 ? 的接通过程，在发现异常状况后能立即通过状态线输出相应的动作。 ? 点火开关断电后，底层程序应能继续执行，以便停车充电或保存数据、系统
设 ? 置和故障代码等有用信息。只有满足适当的条件时，才能通过软件
使 POW_CTRL1 ? 切断所有的低压供电电源。 ? 硬件上外加一个主电源继电器控制电路。充电唤醒、点火开关、
7
实例：Freescale16 位单片机 MC9S12DP512原理图
8
6.4 主要模块电路
?[1输]入信号处理 ?输入信号可分为两种类型：数字信号（包
括开关信号和脉冲信号）和模拟信号 ?CPU 的输入输出图
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6.4 主要模块电路
? 所有开关输入信号都必须经调理电路处理，以保证 CPU 的安 全。调理电路的