不断加深的世界能源危机以及严峻的环境问题促使世界各国把新能源汽车作为未来汽车工业发展的主流方向［1-2］。

未来10年内，按照国家新能源汽车的相关政策和国际上技术发展的趋势，混合动力汽车和纯电动汽车将作为一种比较成熟的交通工具得到规模化的应用［3］。

中国科技部也将“混合动力汽车产业化技术攻关”列为国家高技术发展计划（863计划）重点发展项目之一。

VCU是混合动力汽车的核心控制部件，高性能、高可靠性及成本低廉是其硬件设计需要考虑的三个重要方面。

目前国内整车控制器多是针对相应车辆进行的专门设计，不同种类车辆使用的控制器硬件不能完全通用［4-6］。

对VCU硬件进行通用性设计可以降低硬件设计、试验及维护成本。

本文期望通过综合考虑多种HEV的控制需求，设计出符合通用性要求的VCU平台，届时仅更改其内部软件和外部接线方式即可使其匹配至诸如ISG（起动机/发电机一体化）、串联式、并联式等类型的混合动力汽车上，实现整车控制功能。

本文仅以某款并联混合动力公交车作为研究对象，对VCU的通用性设计和开发展开研究。

1并联混合动力汽车控制系统分析如图1所示，该并联式混合动力公交车的动力来源为发动机和电动机，二者通过连接后桥的耦合器实现动力合成。

VCU控制发动机、电机控制器和超级电容控制器，实现车辆各种工作模式。

VCU是混合动力汽车的核心控制单元，它采集加速踏板、制动踏板、离合踏板及其他部件信号并做出相应判断后，控制下层的各部件和控制器的动作，doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2012.03.018尉进，赵韩，江昊（合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009）摘要：基于飞思卡尔公司的双核微控制器9S12XDT512开发了一款通用的混合动力汽车（HEV）整车控制器（Vehicle Control Unit-VCU），设计时考虑硬件的通用性，使之能够适用于多种混合动力汽车的整车控制。

为验证VCU功能，本文以某款并联混合动力公交车为控制对象，在基于dSPACE的硬件在环仿真系统上进行了一系列仿真试验。

试验结果表明：VCU能够准确地控制整车实现混合动力工作状态，进而验证了VCU硬件的有效性。

关键词：混合动力汽车；整车控制器；9S12XDT512；双核微控制器；dSPACE；硬件在环仿真中图分类号：U462文献标志码：A文章编号：1005-2550（2012）03-0070-06Development and Testing of Vehicle Control Unit for Hybrid Electrical VehicleWEI Jin，ZHAO Han，JIANG Hao（School of Mechanical and Vehicle Engineering，Hefei University of Technology，Hefei230009，China）Abstract：A general-purpose Vehicle Control Unit（VCU）was developed using a Freescale's microcontroller （9S12XDT512）with dual cores.In the development of VCU，generality of hardware was considered to make sure it could be applied to many kinds of Hybrid Electrical Vehicle（HEV）control.To verify the function of VCU，this article took a hybrid electrical bus as the controlled subject and then organized a series of simulation testing using a hardware in-the-loop simulation system based on dSPACE.The testing indicated that VCU could accurately control the vehicle to achieve hybrid working state，verifying the validity of the hardware of VCU.Key words:Hybrid Electrical Vehicle（HEV）；Vehicle Control Unit（VCU）；9S12XDT512；microcontroller with dual cores；dSPACE；hardware in-the-loop simulation混合动力汽车整车控制器开发与试验收稿日期：2012-02-03基金项目：国家“863”节能与新能源汽车重大资助项目（2008AA11A139）70··驱动汽车正常行驶。

作为整车的指挥管理中心，VCU 对汽车的正常行驶、制动能量回收、网络管理、故障诊断与处理、车辆的状态与监视等功能起着关键的作用。

图1整车各部分联系示意图2整车控制器设计2.1整车控制器硬件设计2.1.1硬件基本技术要求（1）VCU 能够采集数字和模拟信号，能够对输入信号做出正确处理，并输出相应控制信号。

（2）易调试、可扩展，具有可重复擦写的存储器，便于存储系统参数。

（3）电压工作范围宽（12V ～36V ），温度工作范围确定为-40℃～85℃；要求VCU 能适应车辆运行中遇到的诸如震动、噪音、潮湿、冲击等。

（4）具有良好的电磁兼容性，满足国家对相关行业电气设备的电磁兼容标准。

在本文研究的混合动力汽车中，其电机控制器和电机均会产生强烈的电磁干扰，所以VCU 要有较强的电磁抗干扰能力［7］。

（5）VCU 发生严重故障时能够保证车辆具有最基本的行驶能力，这点对于城市公交车特别重要，因此VCU 要在硬件上实现严重故障后的车辆“跛行回家”功能。

2.1.2整车控制器元件选型为实现可靠性要求，元件选用汽车级产品。

（1）微控制器选用：按照所处理信号数量及存储要求，微控制器选用飞思卡尔公司的汽车级ECU 芯片9S12XDT512MAA 。

（2）外围芯片选用：模数转换芯片选用AD5623，实时时钟芯片选用DS1390，逻辑门芯片选择NXP 公司的产品，隔离电路根据信号传输速度和种类不同，分别选用了普通光耦、高速光耦和线性光耦，运放采用MAXIM 汽车级产品，DCDC 采用了金升阳宽电压输入产品。

（3）分立器件选用：传输信号用固定电阻选用KOA 的RA73H2A 系列产品，微调电阻选用村田PV37WY 系列产品，功率电阻采用国产碳膜电阻；贴片电容采用风华高科X7R 型电容，大容量极性电容采用松下TK 系列铝电解电容，小容量的电容采用风华高科CA45型钽电容；滤波电感选用TDK 的屏蔽电感。

2.1.3硬件电路设计图2描述了VCU 硬件电路总体结构。

VCU 多输入、多输出、数模混合共存的复杂系统，其各个功能电路相对独立，因此可以按照模块化思想设计硬件系统的各个模块，主要包括：电源模块、核心控制模块、信号隔离模块。

（1）核心控制模块：图2中“核心板”部分。

负责数据的处理、逻辑运算以及控制功能的实现。

MCU 芯片9S12XDT512MAA 运行速度快（最高总线速度可达40MHz ），拥有大容量内存（512KB 的Flash 、20KB 的RAM ）可以满足VCU 运行状态记录等要求，丰富的外设（SCI 、SPI 、CAN 、PWM 、ADC 等），可以省去相关芯片。

该MCU 还新增了XGATE 协处理器成为双核MCU ，后者可以单独处理繁重的通信和中断处理任务，使主核心从通信中解放出来以专门处理各种复杂的控制算法，程序运行效率得到了极大的提升。

核心控制模块还布置了实时时钟（RTC ）、模数转换（DA ）和有源滤波电路。

图2VCU 硬件部分联系示意图点火、挡位、模式等信号加速、刹车、离合踏板信号模拟信号输入隔离模块VCU电子油门DA SPIA/D PLLS12XGATE5V 基准车载电源仪表等电源板电源滤波SCICANI/OCAN 收发隔离模块RS232隔离模块RTC 核心板低通滤波有源晶振数字信号输入隔离模块数字信号输出隔离模块指示灯、空调、风扇等开关CAN 网络发动机管理系统超级电容控制器电机控制器仪表等MCU模拟信号输出隔离模块发动机及ECU离合器五挡变速箱耦合器车轮后桥车轮电机机械联接电气联接油门控制信号CAN1电机控制器超级电容超级电容控制器驾驶室加速、制动、离合踏板，挡位信号仪表CAN2整车控制器VCU点火信号71··Bat 24V 1L102C106L103OV435VRB2405LD-15W612U101Vm +Vo TRIM GND CTRLC105+++C103C102C104L101C101Cpu D+5VR103+图3电源模块电路部分原理图（2）电源模块：由于VCU 的核心控制模块与车身需要隔离，因此电源模块要能够为核心控制模块提供与车身隔离的电源。

电源模块要提供的电源有供给核心板的隔离+5V 、±12V 和接口板需要的非隔离+5V 、±12V 。

其中的±12V 电源均用于给运放和电压基准供电。

隔离电源由DCDC 隔离模块产生，非隔离电源由LM2576产生。

电源模块单独设计成一块电路板，靠插接件联接到VCU 的接口板上。

图3显示了部分电源模块电路。

（3）信号隔离模块：该模块的作用是对VCU 的各种信号进行调理与隔离，提高VCU 整体的抗干扰能力。

来自电子踏板的信号和VCU 输出至电子油门的信号等模拟信号使用线性光耦HCNR201隔离；来自车身上的开关量信号及VCU 输出至指示灯等低速数字信号使用低速光耦PC817隔离；来自转速传感器的信号以及VCU 的PWM 输出等高速数字信号使用高速光耦隔离。

隔离芯片前后需要的隔离电源由电源板产生。

图4分别是低速数字信号隔离输入电路、低速数字信号隔离输出及驱动电路、模拟信号输入隔离电路。

2.1.4电磁兼容与抗干扰设计国标GB/T4765—1995《电磁兼容术语》对“电磁兼容”的定义是：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能接受的电磁骚扰的能力。

”从电磁兼容的角度出发，除了设备能按设计要求完成其功能外，还有两点要求：Cpu D +5VPC81712147VDD GNDBAT_24V_3Cpu D +5VMB +12V 823A _+4MB -12V11234876523_+A 841Cpu A +12V Cpu_A_-12VCpu_AGNDHCNR201LEDc NC LEDaNCPD1c PD2c PD1a PD2a 图4信号隔离模块电路部分原理图72··（1）系统本身抗电磁干扰能力要强，不易受到外界环境的干扰。