燃料電池城市客車(chē)數據支持系統設計

在常規的發(fā)動(dòng)機控制中，TPU常用于柴油機的噴油控制等工作。然而，在燃料電池控制體系中，控制器基于CAN網(wǎng)絡(luò )控制，TPU模塊在實(shí)際控制中使用不多。在本文中，使用燃料電池控制器中空閑的TPU模塊作為數據支持系統的運算單元，并不影響主控制任務(wù)的實(shí)時(shí)性能。同時(shí)，該方案不需要增加單獨的控制器單元，簡(jiǎn)化了硬件設計，節約了成本。因此，該方案可以很好地彌補兩種常用車(chē)用數據記錄方案的缺陷。設計控制部分的框圖如圖3所示，采用數字核心MPC5xx系列的TPUA控制數據存儲模塊，TPUB控制時(shí)間日歷模塊。

2 硬件設計

燃料電池數據支持系統的硬件部分包括時(shí)間日歷模塊和數據存儲模塊兩部分。前者的作用是為記錄的數據提供時(shí)間參考，后者的作用是存儲數據。

2.1 時(shí)間日歷模塊

為了在燃料電池發(fā)動(dòng)機電控單元斷電后保持數據記錄系統時(shí)間參考的準確性，采用了獨立的時(shí)鐘芯片DS12CR887來(lái)獲取當前時(shí)間。該芯片集成了時(shí)鐘振蕩器和內置電池，無(wú)需外部供電和驅動(dòng)電路，同TPU的接口為并口。

時(shí)鐘芯片DS12CR887擁有128 B的內存單元，包括年、月、日、星期、小時(shí)、分、秒寄存器以及三個(gè)控制寄存器，還有114 B的通用內存。由于內置電池的作用，無(wú)論ECU上電與否，時(shí)鐘芯片都在運行之中；任何時(shí)刻，ECU都可以通過(guò)并口讀取時(shí)鐘芯片內存得到當前的絕對時(shí)間。該芯片對于少于31天的月份可自行調整，還可進(jìn)行閏年補償。該時(shí)鐘芯片精度較高，在25℃的環(huán)境下，每月的誤差不超過(guò)1min。

2.2 數據存儲模塊

燃料電池數據支持系統記錄的數據量大，記錄時(shí)間跨度長(cháng)，對存儲器的容量要求很高。同時(shí)，為了便于嵌入燃料電池電控單元，應盡量減少存儲器的體積。除此之外，成本問(wèn)題也是需要考慮的因素。在比較了U盤(pán)、SD卡和EEPROM三種存儲器后，選擇了容量體積比最大且價(jià)格低廉的SD卡作為本數據支持系統的存儲設備。

本文采用Kingston公司2 GB的Micro-SD卡作為存儲器，Micro-SD卡的體積很小，可以很方便地通過(guò)卡座安裝在電路板上，便于拆卸。按照一天工作8小時(shí)計算，2 GB的容量可以存儲140天的運行數據，對于實(shí)際記錄來(lái)說(shuō)，該性能可以完全滿(mǎn)足要求。在設計中，使用數字核心MPC5xx的TPUA模塊對Micro-SD卡進(jìn)行操作，兩者之間利用串行SPI協(xié)議進(jìn)行通信。由于Micro-SD卡的供電系統和信號系統都是3.3 V標準，而ECU的數字核心為5 V標準，因此在通信接口之間采用電平轉換芯片進(jìn)行信號轉換，并且增加獨立的電源模塊。該部分的硬件原理如圖4所示。

3 軟件設計

3.1 時(shí)間日歷系統軟件設計