基于MC9S12DP256的燃料电池电动汽车整车控制器设计方案

连，而是通过高速光耦HCPL-0630后，与TJA1040相连。这样，当总线上有多个CAN节点时，可实现各CAN节点间的电气隔离。TJA1040与CAN总线的接口部分也采取了一定的安全和抗干扰措施：
　　（1）TJA1040的CANH和CANL引脚各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护TJA1040免受过流的冲击。
　　（2）CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容，可以滤除总线上的高频干扰，并且有一定的防电磁辐射能力。
　　（3）在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管，当CAN总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。

2.3.3数模输入输出模块

在燃料电池电动汽车运行过程中，整车控制器经常要发出一些车辆的启动/停止、镍氢蓄电池组的闭合/断开等信号，即数字量的输出。为保证信号稳定可靠，整车控制器置有四路数字量输出，并且都大于50mA。设计时采用了继电器方式的开关量输出，该方式是目前最常用的一种输出方式。所采用的继电器芯片是Infineon公司的BTS824R，其特点如下［3］：
　　（1）宽电压范围输入，兼容CMOS和TTL电平。
　　（2）加强型电磁兼容设计。
　　（3）自带短路保护，过载保护，ESD保护。
　　（4）自带过温切断保护。

整车控制器在发出开和关信号的同时，也在接收相应的数字信号。在主芯片MC9S12DP256和外面信号之间采用高速光耦HCPL-0630连接的方式实现电平转换以及信号隔离。

燃料电池电动汽车整车控制器VCU（VehicleControlUnit）是整个汽车的核心控制部件，它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。因此VCU的优劣直接影响着整车性能。

燃料电池电动汽车整车控制器的研制是“十五”期间国家电动汽车重大专项的关键单元技术之一。这些关键单元技术的基础研究，对于抢占新一代电动汽车制高点、促进我国汽车工业实现跨越式发展具有重要意义。

1燃料电池电动汽车结构

燃料电池电动汽车结构框图如图1所示，它由整车控制器、燃料电池及其控制器、镍氢蓄电池组及其控制器、驱动系统、车轮等部件组成，各部件通过CAN（ControllerAreaNetwork）总线组成一个分布式控制系统。燃料电池电动汽车采用主辅双动力源形式：燃料电池作为主动力源，提供汽车行驶的主要动力；镍氢蓄电池组是辅助动力源，在汽车行驶中起到“削峰填谷”的作用。
　　

2整车控制器硬件功能电路设计

2.1整车控制器功能需求分析

整车控制器相当于汽车的大脑，它在汽车行驶过程中执行多项任务，具体功能包括：（1）接收、处理驾驶员的驾驶操作指令，并向各个部件控制器发送控制指令，使车辆按驾驶期望行驶。（2）与电机、DC/DC、镍氢蓄电池组等进行可靠通讯，通过CAN总线（以及关键信息的模拟量）进行状态的采集输入及控制指令量的输出。（3）接收处理各个零部件信息，结合能源管理单元提供当前的能源状况信息。（4）系统故障的判断和存储，动态检测系统信息，记录出现的故障。（5）对整车具有保护功能，视故障的类别对整车进行分级保护，紧急情况下可以关掉发电机及切断母线高压系统。（6）协调管理车上其他电器设备。

针对整车控制器的各项具体功能，进行了如图2所示的硬件设计整体规划、MCU的选型以及各个功能电路的设计。

2.2MCU的选择

MCU是整车控制器的核心，它负责数据的采集和处理、逻辑运算以及控制的实现等，MCU的选取是整个硬件设计过程中最重要的任务。Motorola公司的HCS12系列16位单片机　　MC9S12DP256，在运算能力、存储空间、数字量模拟量输入输出以及CAN通讯等方面均有上乘表现，并具有较高的性价比，使其非常适合用于一些中高档汽车电子控制系统。

这款单片机具有预算能力强、存储空间大、接口资源丰富等诸多特点［1］：
　　（1）采用STAR12CPU，核心运算能力可以达到50MHz，总线速度可以达到25MHz，采用优化的指令集，使指令的运算速度得到很大提高。
　　（2）片内集成了256KBFLASH，12KBRAM和4KBE2PROM，完全可以满足程序对存储空间的要求。
　　（3）诸多对外接口，包括五路兼容CAN2.0A/B协议的CAN接口、两路异步串行通讯接口、三路同步串行通讯接口、十六路10位A/D接口、一路I2C总线接口、49个独立数字I/O口（其中20个具有外部中断及唤醒功能）、8通道输入捕捉/输出比较等。

2.3VCU硬件电路设计

整车控制器是一个多输入、多输出、数模电路共存的复杂系统，其各个功能电路相对独立。因此，按照模块化思想设计了硬件系统的各个模块，主要包括：最小应用系统模块，电源模块