摘 要

本文使用了Altium Designer软件对纯电动汽车整车控制器的硬件电路进行了设计。硬件部分主要分为三大部分来设计：①最小硬件系统；②输入输出信号调理电路；③通讯电路。其中为了提高整车控制器硬件的可靠性，使用了双MCU设计，当副MCU检测主MCU工作出现异常时，副MCU及时对汽车进行控制，以保证汽车依然能够安全地行驶。设计中同时使用了信号调理电路的部分硬件冗余大大提高了整车控制器硬件的可靠性。在设计的过程中也使用到了NI公司的Multisim软件对部分电路进行了仿真，对电路参数进行调试，以便于后续开发过程中电路板的制作和测试。本文对纯电动汽车双MCU的整车控制器硬件设计有着一定的参考意义。

关键词：整车控制器；纯电动汽车；双MCU；硬件设计

Abstract

This paper uses the Altium Designer to design the hardware circuit of the vehicle control unit for electric vehicle. The hardware part is mainly divided into three parts: ①smallest system; ②input and output signal conditioning circuit; ③communication circuit. In order to improve the reliability of the vehicle control unit, this VCU uses dual MCUs, when the deputy MCU detects that the main MCU work abnormalities, the deputy MCU control the car in time to ensure that the car run safely. The design also uses part of the signal conditioning circuit hardware redundancy, which greatly improves the reliability of the vehicle control unit. In this design also used to the NI company's Multisim software on some of the circuit simulation, in order to facilitate the subsequent development of the circuit board production and testing. This paper has some reference significance for the hardware design of dual MCU vehicle control unit.

Key Words：vehicle control unit；electric vehicle；dual MCU；hardware design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 主要研究内容 3

1.4 本章小结 3

第2章 硬件系统框架 4

2.1 整车控制器的需求分析 4

2.2 整车控制器的系统框架 4

2.3 本章小结 6

第3章 最小硬件系统设计 7

3.1 MCU芯片介绍 7

3.2 电源电路设计 7

3.2.1 MCU电源电路设计 7

3.2.2 5V稳压电路设计 9

3.2.3 电压采集电路设计 9

3.3 复位电路设计 10

3.4 时钟电路设计 10

3.5 BDM及J-Link接口设计 11

3.6 本章小结 13

第4章 输入输出信号调理电路设计 14

4.1 输入信号调理电路设计 14

4.1.1 开关量信号输入调理电路 14

4.1.2 模拟量信号输入调理电路设计 16

4.1.3 脉冲信号输入调理电路 19

4.2 输出信号调理电路 21

4.2.1 功率驱动电路设计 21

4.2.2 PWM输出信号调理电路 22

4.3 本章小结 23

第5章 通讯电路设计 24

5.1 CAN总线电路设计 24

5.1.1 CAN总线简介 24

5.1.2 电路设计 24

5.2 LIN总线电路设计 25

5.2.1 LIN总线介绍 25

5.2.2 电路设计 25

5.3 EEROM电路设计 26

5.3.1 电路设计 26

5.4 本章小结 26

第6章 总结 27

参考文献 28

致 谢 29

绪论

课题背景与意义

近年来随着大量使用化石燃料带来的日益严重的环境问题，电动汽车受到了国内外学者、企业的关注。李克强总理在多次讲话中提到，这两年传统汽车的产销量比较低，但是新能源汽车的产销量却大大增加，这正说明了新能源汽车目前发展十分迅速^[1-2]。纯电动汽车中的核心部件是电动机、动力电池、电控系统，而电控系统中最为核心的部件就是整车控制器（vehicle control unit）。整车控制器内部运行的是一个实时的操作系统，通过不断采集来自各个传感器的信号和其他控制器发送的信息，判断汽车当前的运行状态，然后根据其内部的控制策略对汽车进行控制，以达到安全、便捷的驾驶。

图1 .1 某电动汽车动力系统图

如图1.1所示，图中整车控制器主要负责采集来自各个传感器的信号，同时与电池管理系统（BMS）、电机控制器（MCU）等控制器进行数据通讯，最终达到合理控制汽车运行状态的目的。因此，整车控制器在整个电动汽车的控制系统中扮演着十分重要的角色。整车控制器主要分为硬件和软件两部分来设计，硬件电路为软件的正常运行提供了平台，因此拥有稳定可靠的硬件电路对一个整车控制器说尤为重要。

国内外研究现状

国外研究现状

国外研究电动汽车的历史要远远早于国内，在二十世纪初就已经出现了电动汽车，不过由于当时的技术限制，电动汽车的性能远远低于装备了普通发动机的汽车，并且它的价格也十分的昂贵。在二十一世纪的初期，随着越来越严重的环境问题，电动车的数量出现了爆炸式的增长。1999年通用公司的电动车EV1，使用镍氢电池，在充满电的状态下最远可以行驶260km。2009年日本三菱公司生产的i-MiEV在日本发售，其使用了锂电池，续航里程160km。到2016年的时候，各大公司推出的电动车琳琅满目。国外电动车的整车控制器一般是协助多个电机控制器来完成汽车整车的控制，其发展已经相当成熟。