基于DSP的混合動(dòng)力車(chē)輛綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李喬 李浩鳴 劉菁 黃俊

天津市松正電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)股份有限公司 300308

基于DSP的混合動(dòng)力車(chē)輛綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李喬 李浩鳴 劉菁 黃俊

天津市松正電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)股份有限公司 300308

在現(xiàn)在的汽車(chē)技術(shù)的研究中，混合動(dòng)力車(chē)輛的使用數(shù)量顯著增加。在汽車(chē)電子領(lǐng)域中，使用總線(xiàn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的分布式控制方法逐漸成為了一種新的趨勢(shì)。在控制系統(tǒng)中采用DSP的綜合控制系統(tǒng)能夠有效控制混合動(dòng)力車(chē)輛在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的能量，同時(shí)做到進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的調(diào)控。在對(duì)原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)DSP中的片外存儲(chǔ)單元進(jìn)行擴(kuò)展，能夠進(jìn)行控制網(wǎng)絡(luò)和總線(xiàn)之間的通訊，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后得出，采用DSP混合動(dòng)力車(chē)輛綜合控制系統(tǒng)能夠?qū)?chē)輛中的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，同時(shí)保證硬件系統(tǒng)的工作性能穩(wěn)定，軟件系統(tǒng)能夠進(jìn)行移植使用，通過(guò)總線(xiàn)就能夠?qū)?chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

DSP；混合動(dòng)力車(chē)輛；綜合控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 混合動(dòng)力車(chē)輛綜合控制系統(tǒng)

隨著世界中的能源使用問(wèn)題的日益嚴(yán)峻和全球環(huán)境問(wèn)題的日益突出，迫切需要加大對(duì)于排放量較小、燃油率較低的車(chē)輛的綜合性研究。在世界各國(guó)中，加大了對(duì)于其進(jìn)行廣發(fā)的關(guān)注。在混合動(dòng)力車(chē)輛中使用的新技術(shù)彌補(bǔ)了在原始的車(chē)輛電池和動(dòng)力能源的不足，產(chǎn)生了新型車(chē)輛使用能源的研究新技術(shù)。隨著我國(guó)對(duì)于新技術(shù)能源使用的大力研究，使用在混合動(dòng)力車(chē)輛中的新技術(shù)呈現(xiàn)出了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)。在混合動(dòng)力車(chē)輛中，其系統(tǒng)構(gòu)成較復(fù)雜，自動(dòng)化和電子化的使用程度較高，在混合動(dòng)力車(chē)輛的使用中主要采用車(chē)輛綜合控制系統(tǒng)，該控制技術(shù)中主要以DPS處理器為基礎(chǔ)。在車(chē)輛的控制系統(tǒng)中，分布有各個(gè)子系統(tǒng)，在各個(gè)子系統(tǒng)中含有ECU，在各個(gè)子系統(tǒng)之間采用線(xiàn)束進(jìn)行通訊連接，使用這種方法具效率較低，在進(jìn)行布置的過(guò)程中難度也較大。而分布式控制網(wǎng)絡(luò)的使用不僅能夠產(chǎn)生較高的傳遞效率，在不知的過(guò)程中方法也較簡(jiǎn)單，在現(xiàn)在的新型車(chē)輛中普遍采用這種方法。

在混合動(dòng)力的車(chē)輛中采用串聯(lián)式的連接方式時(shí)，并沒(méi)有將發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)級(jí)進(jìn)行連接，在產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)功率時(shí)主要是依靠電能。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造并不復(fù)雜，但是卻能夠產(chǎn)生較高的電機(jī)功率，在大型的混合動(dòng)力車(chē)輛中使用較多，例如一些大型的客車(chē)和貨車(chē)。混合動(dòng)力車(chē)輛中，發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組和產(chǎn)生動(dòng)力的電池組組合能夠產(chǎn)生多能源動(dòng)力，電機(jī)則以雙側(cè)獨(dú)立的形式構(gòu)成了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

在進(jìn)行多種能源動(dòng)力的管理過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)對(duì)于雙側(cè)電機(jī)的有效控制，就需要采用綜合控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的整體控制。

2 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和構(gòu)成原理

在混合動(dòng)力車(chē)輛的綜合控制系統(tǒng)中，主要是由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)綜合構(gòu)成，在硬件系統(tǒng)中以DSP和系統(tǒng)的外圍電路為中心，能夠?yàn)轳{駛?cè)藛T提供傳感信號(hào)的收集和車(chē)輛整體控制的有利條件。在綜合控制系統(tǒng)中的硬件組成結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1

2.1 外圍電路的構(gòu)成方式

在車(chē)輛的綜合控制系統(tǒng)中，將DSP作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，使用T公司生產(chǎn)的TMS460HF3602芯片。該控制系統(tǒng)的時(shí)鐘周期為28ns，其進(jìn)行運(yùn)算的最高速度達(dá)到45MIPS，其能夠適應(yīng)的溫度范圍在-50℃～110℃，在這種條件下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的及時(shí)控制，同時(shí)也能夠保證其在特殊的條件下進(jìn)行使用。在該設(shè)備中使用的TMS460HF3602能夠進(jìn)行多方的資源外設(shè)。其內(nèi)部的芯片為18個(gè)12位的A/D轉(zhuǎn)換器和36個(gè)18位的I/O接口。除此之外，還包括一個(gè)3路18位的定時(shí)器，為電機(jī)提供控制的條件。DSP通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)車(chē)輛的踏板中產(chǎn)生的加速的信號(hào)和轉(zhuǎn)向信息進(jìn)行及時(shí)的收集，使用I/O接口對(duì)車(chē)輛行駛過(guò)程中的檔位信息和靜音行駛的要求進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于車(chē)輛的控制。在駕駛員對(duì)車(chē)輛進(jìn)行操作的過(guò)程中，通過(guò)綜合控制系統(tǒng)能夠?qū)?chē)輛的行駛進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。

在綜合控制系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器是對(duì)CPU的外設(shè)，在進(jìn)行混合動(dòng)力車(chē)輛的控制時(shí)，過(guò)程較復(fù)雜，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)較多，DSP內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不能夠滿(mǎn)足使用要求，因此就需要對(duì)其進(jìn)行外圍擴(kuò)充，并將其作為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，同時(shí)將ROM進(jìn)行擴(kuò)充，作為程序的存儲(chǔ)器。RAM能夠?yàn)镈SP的運(yùn)行和進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換提供一定的空間，同時(shí)也可以提供產(chǎn)生的程序代碼和相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表，供系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)候作為參考使用。DSP在使用中有著自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立編址的要求，在硬件系統(tǒng)中利用信號(hào)連接線(xiàn)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的驅(qū)動(dòng)，在軟件中能夠利用受到的指令進(jìn)行址的確定，在此運(yùn)行過(guò)程中其整體的運(yùn)算速度并不會(huì)受到干擾。

2.2 CAN總線(xiàn)中的通訊模塊設(shè)計(jì)

在綜合控制系統(tǒng)中，使用CAN將車(chē)輛中的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，從而對(duì)車(chē)輛的整體進(jìn)行有效的控制，其主要的工作步驟為：1）DSP系統(tǒng)從電機(jī)控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)組進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。2）在駕駛?cè)藛T發(fā)出指令后，DSP對(duì)其繼續(xù)擰接受和處理，確認(rèn)從子系統(tǒng)中發(fā)出的指令。3）利用總線(xiàn)將數(shù)據(jù)傳送到車(chē)輛的各個(gè)系統(tǒng)中。

TMS460HF3602芯片由兩個(gè)不同的控制器模塊組成，能夠完成總線(xiàn)通訊和兼容通訊協(xié)議的任務(wù)。在CAN控制器中包括信息發(fā)送郵箱、信息接收郵箱和自由配置郵箱，光耦將控制器和信息收發(fā)器進(jìn)行連接，之后再和總線(xiàn)、分布式控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

在分布式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，綜合控制系統(tǒng)起著核心操作的作用，綜合控制系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)在總線(xiàn)中的優(yōu)先使用，在進(jìn)行CAN總線(xiàn)的使用時(shí)，如果收到多條系統(tǒng)同時(shí)使用信息，綜合控制系統(tǒng)能夠優(yōu)先獲得使用權(quán)，從而保證綜合控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用的實(shí)時(shí)性。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在綜合控制系統(tǒng)中中使用的軟件是在CC Studio使用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息的編譯、調(diào)試，在進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程中主要使用DSP的專(zhuān)用仿真器。將仿真器和集成編譯環(huán)境進(jìn)行共同使用，能夠進(jìn)行在線(xiàn)編程，從而保證編程的準(zhǔn)確性，縮短了編程的時(shí)間，有效的減少了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期。其通訊模塊初始化流程的設(shè)計(jì)如圖2所示：

圖2

3.1 主控制程序

在軟件系統(tǒng)中的主控制程序中的結(jié)構(gòu)為中斷查詢(xún)，中斷查詢(xún)中的子程序負(fù)責(zé)對(duì)于各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，在綜合控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，軟件系統(tǒng)要分別進(jìn)行時(shí)鐘-看門(mén)狗-端口-系統(tǒng)中斷等步驟，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化設(shè)置，之后，系統(tǒng)對(duì)主程序中的等待過(guò)程進(jìn)行中斷，在中斷實(shí)行后對(duì)系統(tǒng)作出響應(yīng)。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的能量管理過(guò)程中，需要對(duì)自服務(wù)程序進(jìn)行中斷。

在軟件系統(tǒng)中的主控制程序分為兩個(gè)級(jí)別，并進(jìn)行和CAN的中斷和定時(shí)器的中斷。進(jìn)行的CAN的中斷主要對(duì)車(chē)輛中的子系統(tǒng)和傳感器中產(chǎn)生的信息進(jìn)行收集，定時(shí)器的中斷主要是對(duì)車(chē)輛的控制進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，在CAN的中斷和定時(shí)器的中斷中，定時(shí)器的中斷具有較高的優(yōu)先級(jí)別。

3.2 通訊模塊

總線(xiàn)中的通訊模塊主要進(jìn)行系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送系統(tǒng)的控制命令?？偩€(xiàn)中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)主要是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收實(shí)現(xiàn)的，在信息接收郵箱中出現(xiàn)新的數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一次中斷，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和處理。在總線(xiàn)中的指令以定時(shí)器觸發(fā)的形式進(jìn)行發(fā)送，系統(tǒng)中將發(fā)送的時(shí)間間隔設(shè)置為30ms,系統(tǒng)在進(jìn)行子程序的中斷過(guò)程中會(huì)將收到的指令發(fā)送到控制的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。

[1]王華平，苗長(zhǎng)云,陳弘等．基于CAN總線(xiàn)的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006(12).

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[5]謝勇,張俊智,盧青春,朱海濤.基于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)的駕駛員縱向操縱特性對(duì)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)性能影響的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2004(40).

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.14.075