基于MC9S12DP256的燃料电池电动汽车整车控制器硬件研制

　　燃料电池电动汽车整车控制器VCU(Vehicle Control Unit)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(Controller Area Network)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。

　　2.2 MCU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256KB FLASH，12KB RAM和4KB E2PROM，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。