基于MC9S12DP256的燃料電池電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器硬件研制

　　燃料電池電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器VCU(Vehicle Control Unit)是整個(gè)汽車(chē)的核心控制部件，它采集加速踏板信號、制動(dòng)踏板信號及其他部件信號，并做出相應判斷后，控制下層的各部件控制器的動(dòng)作，驅動(dòng)汽車(chē)正常行駛。因此VCU的優(yōu)劣直接影響著(zhù)整車(chē)性能。

　　燃料電池電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制器的研制是“十五”期間國家電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項的關(guān)鍵單元技術(shù)之一。這些關(guān)鍵單元技術(shù)的基礎研究，對于搶占新一代電動(dòng)汽車(chē)制高點(diǎn)、促進(jìn)我國汽車(chē)工業(yè)實(shí)現跨越式發(fā)展具有重要意義。

　　1 燃料電池電動(dòng)汽車(chē)結構

　　燃料電池電動(dòng)汽車(chē)結構框圖如圖1所示，它由整車(chē)控制器、燃料電池及其控制器、鎳氫蓄電池組及其控制器、驅動(dòng)系統、車(chē)輪等部件組成，各部件通過(guò)CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)組成一個(gè)分布式控制系統。燃料電池電動(dòng)汽車(chē)采用主輔雙動(dòng)力源形式：燃料電池作為主動(dòng)力源，提供汽車(chē)行駛的主要動(dòng)力;鎳氫蓄電池組是輔助動(dòng)力源，在汽車(chē)行駛中起到“削峰填谷”的作用。

　　2 整車(chē)控制器硬件功能電路設計

　　2.1 整車(chē)控制器功能需求分析

　　整車(chē)控制器相當于汽車(chē)的大腦，它在汽車(chē)行駛過(guò)程中執行多項任務(wù)，具體功能包括：(1)接收、處理駕駛員的駕駛操作指令，并向各個(gè)部件控制器發(fā)送控制指令，使車(chē)輛按駕駛期望行駛。(2)與電機、DC/DC、鎳氫蓄電池組等進(jìn)行可靠通訊，通過(guò)CAN總線(xiàn)(以及關(guān)鍵信息的模擬量)進(jìn)行狀態(tài)的采集輸入及控制指令量的輸出。(3)接收處理各個(gè)零部件信息，結合能源管理單元提供當前的能源狀況信息。(4)系統故障的判斷和存儲，動(dòng)態(tài)檢測系統信息，記錄出現的故障。(5)對整車(chē)具有保護功能，視故障的類(lèi)別對整車(chē)進(jìn)行分級保護，緊急情況下可以關(guān)掉發(fā)電機及切斷母線(xiàn)高壓系統。(6)協(xié)調管理車(chē)上其他電器設備。

　　針對整車(chē)控制器的各項具體功能，進(jìn)行了如圖2所示的硬件設計整體規劃、MCU的選型以及各個(gè)功能電路的設計。

　　2.2 MCU的選擇

　　MCU是整車(chē)控制器的核心，它負責數據的采集和處理、邏輯運算以及控制的實(shí)現等，MCU的選取是整個(gè)硬件設計過(guò)程中最重要的任務(wù)。Motorola公司的HCS12系列16位單片機　　MC9S12DP256，在運算能力、存儲空間、數字量模擬量輸入輸出以及CAN通訊等方面均有上乘表現，并具有較高的性?xún)r(jià)比，使其非常適合用于一些中高檔汽車(chē)電子控制系統。

　　這款單片機具有預算能力強、存儲空間大、接口資源豐富等諸多特點(diǎn)[1]：

　　(1)采用STAR12CPU，核心運算能力可以達到50MHz，總線(xiàn)速度可以達到25MHz，采用優(yōu)化的指令集，使指令的運算速度得到很大提高。

　　(2)片內集成了256KB FLASH，12KB RAM和4KB E2PROM，完全可以滿(mǎn)足程序對存儲空間的要求。

　　(3)諸多對外接口，包括五路兼容CAN2.0A/B協(xié)議的CAN接口、兩路異步串行通訊接口、三路同步串行通訊接口、十六路10位A/D接口、一路I2C總線(xiàn)接口、49個(gè)獨立數字I/O口(其中20個(gè)具有外部中斷及喚醒功能)、8通道輸入捕捉/輸出比較等。