一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，包括电源电路，为控制系统电路、CAN通信电路、模拟电压采集电路提供所需的电能；CAN通信电路，实现电机、电池、DCDC及DCAC信号的采集和控制；PWM输出电路，将控制系统电路的3.3V PWM信号转换为24V脉冲信号输出；高边驱动电路，通过在负载前，实现驱动控制；模拟电压采集电路，实现模拟电压信号的采集；低边驱动电路，通过在负载后，实现驱动控制；数字信号输入电路，实现高低电平信号的采集；脉冲采集电路，实现脉冲信号的采集。本发明专利技术解决了16位主芯片主频低，资源少，无法满足功能安全要求的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统
本专利技术属于电动汽车
，更具体的说是涉及一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统。
技术介绍
电动汽车整车控制器VCU(VehicleControlUnit)是电动汽车整车控制系统的核心部件，是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件。VCU作为纯电动汽车控制系统最核心的部件，其承担了数据交换、安全管理、驾驶员意图解释、能量流管理的任务。国内整车控制企业大都是基于16位单片机开发的整车控制器，随着无人驾驶和功能安全的应用，对整车控制器的功能能和性能都提出了较高要求，开发基于功能安全设计的32位单片机的整车控制器成为行业迫切需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，解决了16位主芯片主频低，资源少，无法满足功能安全要求的问题，零部件少，性能强，具有价格低，可靠性高的特点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，包括：控制系统电路、电源电路、CAN通信电路、PWM输出电路、高边驱动电路、模拟电压采集电路、低边驱动电路、脉冲采集电路及数字信号输入电路；其中，所述电源电路，用于为控制系统电路、CAN通信电路、模拟电压采集电路提供所需的电能；所述CAN通信电路，实现电机、电池、DCDC及DCAC信号的采集和控制；所述PWM输出电路，将控制系统电路的3.3VPWM信号转换为24V脉冲信号输出；所述高边驱动电路，通过在负载前，实现驱动控制；所述模拟电压采集电路，实现模拟电压信号的采集；所述低边驱动电路，通过在负载后，实现驱动控制；所述数字信号输入电路，实现高低电平信号的采集；所述脉冲采集电路，实现脉冲信号的采集。优选的，所述控制系统电路包括单片机U44、复位电路、晶振电路及程序烧写电路，所述复位电路、所述晶振电路及程序烧写电路均与所述单片机U44相连。优选的，所述电源电路主要分为两路，其中一路将外部供电电压24V经过保险F1和防反接二极管D22，再经过二极管D23和电容C153，电容C154滤波后作为高边驱动电路和低边驱动电路的输入电压，称为功率电；另一路将外部供电电压从24V转换为12V、5V、3.3V供给整车控制器系统使用，称为控制电。优选的，所述CAN通信电路包括芯片U1，芯片U1的5号管脚接3.3V供电，5号管脚还连接电容C39作为耦合电容进行滤波，3号管脚接5V供电，5号管脚还连接电容C34进行滤波，单片机U44的113号管脚与芯片U1的4号管脚相连，单片机U44的115号管脚与芯片U1的1号管脚相连，芯片U1的5号管脚与6号管脚分别连接在终端电阻R50的两端，同时CAN-H1和CAN-L1之间连接有共模电感L2和静电保护芯片D6，共模电感L2与终端电阻R50相连。优选的，PWM输出电路包括光耦U18A和光耦U18B，单片机U44的128号管脚与光耦U18A的2号管脚相连，光耦U18A的1号管脚通过电阻R19与电压3.3V相连；光耦U18A的16号管脚输出PWM_0；单片机U44的129号管脚与光耦U18B的4号管脚相连，光耦U18B的3号管脚通过电阻R30与电压3.3V相连；光耦U18B的14号管脚输出PWM_1。优选的，高边驱动电路包括高边驱动电路一和高边驱动电路二，高边驱动电路一采用高边驱动芯片U2，共两路高边输出，单片机U44的15号管脚与芯片U47的4号管脚相连，D02经电平转换为D0_2由芯片U47的16号管脚输出；单片机U44的121号管脚与缓冲器U48的2号管脚相连，D04经电平转换为D0_4由缓冲器U48的18号管脚输出；DO_2通过限流电阻R26接入高边驱动芯片U2的6号管脚，DO_4通过限流电阻R3接入高边驱动芯片U2的2号管脚；高边驱动芯片U2的输出端OUT4设置防反接二极管D3和续流二极管D2，高边驱动芯片U2的输出端OUT2设置防反接二极管D4和续流二极管D5；高边驱动电路二包括缓冲器芯片U45、达林顿反相器U36和板载的11个12V微型继电器，缓冲器芯片U45输出控制电5V，达林顿反相器U36输出12V，缓冲器芯片U45连接至微型继电器的线圈控制端，微型继电器的另一端接12V。优选的，模拟电压采集电路包括集成运放芯片U10A和集成运放芯片U10B，外部模拟电压信号AD8通过RC滤波电路与集成运放芯片U10A的3号管脚相连，集成运放芯片U10A的1号管脚与单片机U44的54号管脚相连；外部模拟电压信号AD9通过RC滤波电路与集成运放芯片U10B的5号管脚相连，集成运放芯片U10B的7号管脚与单片机U44的60号管脚相连。优选的，低边驱动电路包括缓冲芯片U46和低边驱动芯片U20，单片机U44的输出端D018接入到缓冲芯片U46的11号管脚，转换为DO_18，经限流电阻R154与低边驱动芯片U20的2号管脚相连，低边驱动芯片U20的输出端OUT18连接续流二极管D18；单片机U44的输出端D019接入到缓冲芯片U46的8号管脚，转换为DO_19，经限流电阻R158与低边驱动芯片U20的4号管脚相连，低边驱动芯片U20的输出端OUT19连接续流二极管D19。优选的，脉冲采集电路包括三极管Q2，外部脉冲信号SPDIN1通过一个，电阻R85和C56滤波降流后进入三极管Q2的基级，当外部脉冲信号SPDIN1为高电平时，三极管Q2导通，SPD1_IN信号为低电平，单片机U44读取到的SPD1_IN信号即为低电平；当外部脉冲信号SPDIN1为低电平时，三极管Q2不导通，SPD1_IN信号为高电平，单片机U44读取到的SPD1_IN信号即为高电平。优选的，数字信号输入电路包括光耦芯片U21A，当需要读取高电平时，外部高电平通过接近开关SP5流经继电器JP9，光耦芯片U21A的二极管的1号管脚，再流经继电器JP10，经过限流电阻R204导入到功率地，同时光耦芯片U21A的三极管端导通，单片机U44的输入端DI19从高电平转换为低电平。当需要读取低电平时，VIN24经过限流电阻R197，再通过继电器JP9，进入光耦芯片U21A的二极管的2号管脚，再流经继电器JP10，再接到外部低电平的接近开关SP5，同时光耦芯片U21A的三极管端导通，单片机U44的输入端DI19从高电平转换为低电平。本专利技术的有益效果在于：本专利技术解决了16位主芯片主频低，资源少，无法满足功能安全要求的问题，零部件少，性能强，具有价格低，可靠性高的特点。本专利技术解决了3.3V低功耗供电系统和传统5V供电系统的兼容问题，解决了CAN通信电路和高边驱动电路、低边驱动电路的电压匹配问题，最大程度继承了16位整车控制器的控制电路。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，其特征在于，包括：控制系统电路、电源电路、CAN通信电路、PWM输出电路、高边驱动电路、模拟电压采集电路、低边驱动电路、脉冲采集电路及数字信号输入电路；其中，/n所述电源电路，用于为控制系统电路、CAN通信电路、模拟电压采集电路提供所需的电能；/n所述CAN通信电路，实现电机、电池、DCDC及DCAC信号的采集和控制；/n所述PWM输出电路，将控制系统电路的3.3V PWM信号转换为24V脉冲信号输出；/n所述高边驱动电路，通过在负载前，实现驱动控制；/n所述模拟电压采集电路，实现模拟电压信号的采集；/n所述低边驱动电路，通过在负载后，实现驱动控制；/n所述数字信号输入电路，实现高低电平信号的采集；/n所述脉冲采集电路，实现脉冲信号的采集。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，其特征在于，包括：控制系统电路、电源电路、CAN通信电路、PWM输出电路、高边驱动电路、模拟电压采集电路、低边驱动电路、脉冲采集电路及数字信号输入电路；其中，
所述电源电路，用于为控制系统电路、CAN通信电路、模拟电压采集电路提供所需的电能；
所述CAN通信电路，实现电机、电池、DCDC及DCAC信号的采集和控制；
所述PWM输出电路，将控制系统电路的3.3VPWM信号转换为24V脉冲信号输出；
所述高边驱动电路，通过在负载前，实现驱动控制；
所述模拟电压采集电路，实现模拟电压信号的采集；
所述低边驱动电路，通过在负载后，实现驱动控制；
所述数字信号输入电路，实现高低电平信号的采集；
所述脉冲采集电路，实现脉冲信号的采集。


2.根据权利要求1所述的一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，其特征在于，所述控制系统电路包括单片机U44、复位电路、晶振电路及程序烧写电路，所述复位电路、所述晶振电路及程序烧写电路均与所述单片机U44相连。


3.根据权利要求1所述的一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，其特征在于，所述电源电路主要分为两路，其中一路将外部供电电压24V经过保险F1和防反接二极管D22，再经过二极管D23和电容C153，电容C154滤波后作为高边驱动电路和低边驱动电路的输入电压，称为功率电；
另一路将外部供电电压从24V转换为12V、5V、3.3V供给整车控制器系统使用，称为控制电。


4.根据权利要求1所述的一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，其特征在于，所述CAN通信电路包括芯片U1，芯片U1的5号管脚接3.3V供电，5号管脚还连接电容C39作为耦合电容进行滤波，3号管脚接5V供电，5号管脚还连接电容C34进行滤波，单片机U44的113号管脚与芯片U1的4号管脚相连，单片机U44的115号管脚与芯片U1的1号管脚相连，芯片U1的5号管脚与6号管脚分别连接在终端电阻R50的两端，同时CAN-H1和CAN-L1之间连接有共模电感L2和静电保护芯片D6，共模电感L2与终端电阻R50相连。


5.根据权利要求1所述的一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，其特征在于，PWM输出电路包括光耦U18A和光耦U18B，单片机U44的128号管脚与光耦U18A的2号管脚相连，光耦U18A的1号管脚通过电阻R19与电压3.3V相连；光耦U18A的16号管脚输出PWM_0；单片机U44的129号管脚与光耦U18B的4号管脚相连，光耦U18B的3号管脚通过电阻R30与电压3.3V相连；光耦U18B的14号管脚输出PWM_1。


6.根据权利要求1所述的一种基于功能安全设计的32位整车控制器系统，其特征在于，高边驱动电路包括高边驱动电路一和高边驱动电路二，高边驱动电路一采用高边驱动芯片U2，共两路高边输出，单片机U44的15号管脚与芯片U47的4号管脚相连，D02经电平转换为D0_2由芯片U47的16号管脚输出；单片机U44的121号...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶永强，
申请(专利权)人：云南航天神州汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53