基于DSP的混合动力公交车整车控制器系统设计.doc

引言具有高精度、高速度、高可靠性的混合动力电动汽车整车控制器(HCU,hybridelectricvehiclecontrol unit)是实现HEV整车控制的基础[1]。微控制器(MCU,micro-controllerunit)作为电控单元(ECU)的核心,其功能日趋复杂化,嵌入式、高精度的高速MCU已成为汽车动力系统的发展趋势[2]。TMS320LF2407A是TI公司生产的一种定点DSP芯片,由于其灵活性高、精度高、可靠性和可重复性好、电磁干扰影响小等特点,我们在串联式混合动力公交车的整车控制器的设计上采用了这款处理芯片[3][4]。2 串联式HEV及其控制系统 串联式驱动系统的示意图如图1,发动机带动发电机发电,其电能通过电动机控制器直接输送到电动机来驱动汽车。发动机功率是以汽车某一速度下稳定运行工况所需的功率选定的,当汽车运行工况变化,电动机所需的驱动功率与发动机输出功率不一致时,由控制器控制发电机向电池充电(吸收多余的电能),或使电池向电动机放电(协助发电机供电),电池充电和放电电流的大小由控制器根据电动机驱动功率的变化情况进行控制。3  DSP介绍及芯片的选择DSP(DigitalSignalProcessing),称为数字信号处理技术,是将一种具有特殊结构的微处理器应用于各种信号处理上,并通过各种信号处理算法,满足系统的控制要求的技术。TI公司生产的TMS320LF2407A是一种定点DSP芯片,它采用增强的C2xx内核结构,代码与24x系列的芯片兼容。其主要的特点有:(1) 采用高性能静态CMOS技术,,减小了控制器的功耗;(2) 30MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33ns,从而提高了控制器的实时控制能力;(3) CPU是时钟频率可达40MHz;(4) 有三种通信接口,通信方式非常灵活;(5) 丰富的片上资源等等。由于TMS320LF2407A的性能优异,我们就在整车控制器的设计上采用了这款处理芯片。 DSP控制器硬件基本系统构成动力总成控制器的硬件实现是各个部分模块的结合,通过电路的组合可以将DSP主芯片和其他功能原件有机的组合起来,图2显示了各模块之间的拓扑关系以及各自实现的功能。以下将DCU的主要模块进行介绍: 电源模块电动车控制系统的电源来源于车辆提供的24V直流电,但系统对电源的需求还包括各种外设、传感器、以及DSP本身需要的数字电源盒模拟电源,其中包括+5V,+±15V。为了满足上述要求,我们采用了三个DC/DC模块将输入的+24V电源转换,而为了简化系统设计,传感器所需的电源也是从控制器输出的。其原理模块图如图3所示: 复位和时钟模块微处理器的复位一般包括三种情况,上电复位、信号复位和系统运行监视复位。为了保证DSP系统的正常工作,我们采用IMP811为电压监视的复位电路。该芯片可以保证,当系统上电,,从而保证系统可靠的复位使系统启动时不至于跑飞;当系统电压不稳定,,重新复位DSP以保证程序的稳定;需要手动复位时可直接按压RESET按钮。控制系统的时钟决定了DSP的你工作速度,由于高频信号会产生大量的射频干扰,通过使用适当频率的