燃料电池轿车水冷却监控系统的实现

图2 电源管理

4. 软件描述

软件编程主要实现两大功能：水冷却监控功能和在线参数标定及在线编程功能。

4.1水冷却监控功能

水冷却监控功能主要包括以下功能模块：AD 信号采集模块；控制算法模块；PWM 信号输出模块；CAN 通讯模块。

AD 信号采集模块

该模块主要进行AD 定时采样，定时器使用MC68HC908GZ16 的基本时钟模块，考虑到温度和压力不会突变，因此采样步长取为1 秒。

控制算法模块

该模块含有两个子模块：状态机模块和算法实现模块。

状态机模块主要是根据当前的CAN 总线消息以及各传感器执行器的状态来决定当前系统所处于的状态。其状态图如图3 所示。首先进入控制器上电状态，在该状态下进行初始化程序；然后等待水泵变频器的高压上电信号，当检测到该信号后，状态跃迁进就绪状态；在就绪状态下，如果高压电断开，则返回控制器上电状态；在就绪状态下如果收到整车控制器的Enable 信号，则进入工作状态；在工作状态下如果收到整车控制器的Disable 信号，则退出工作状态进入就绪状态。工作状态下又分为正常和故障两个状态：首先进入正常状态，在该状态下调用算法实现模块；当检测到故障时，则进入故障状态，在该状态下，进行故障处理。本系统故障主要有以下几种：温度传感器短路、温度传感器断路、压力传感器断路、水路阻塞、水路泄漏、电机驱动故障、水泵变频器故障。由于以上各种故障故障等级相对较低，因此当故障消失后系统状态仍然返回正常状态。

图3 系统状态图

算法实现模块是根据当前时刻的温度压力值，按照一定的控制方法对冷却风扇和水泵转速进行控制，以使冷却水温度保持在正常温度范围内。根据实际情况，本系统温度控制并不需要很精确，因此控制方案采用分级控制，即把温度分成若干等级，在不同等级下冷却风扇和水泵转速各不相同，以此来保证冷却水温度在正常温度范围内，同时保证较低的能源消耗。

PWM 信号输出模块

该模块使用两路定时器，一路输出给电机驱动MC33186，一路输出给水泵变频器滤波电路。两路PWM 均采用带缓冲的PWM 输出，考虑到电机噪声，PWM频率选用10K。其占空比由算法实现模块的输出控制量来决定。

CAN 通讯模块

该模块实现CAN 底层驱动，接受CAN 总线消息，其中包括来自整车控制器的命令消息以及来自PC 机标定工具（MCD）的CCP 消息；并且发送给整车控制器系统状态消息，以及给PC 机标定工具（MCD）的CCP 回复消息。

4.2 在线参数标定及在线编程功能

在线参数标定及在线编程是基于CCP 协议实现的，其主要有两大模块：微控制器侧的CCP 驱动模块和PC 机侧的标定工具。

CCP 协议介绍

CCP(CAN Calibration Protocol)是为了满足车载电子系统匹配标定要求的新一代开放通用标定协议。

CCP 基于CAN 总线，采用主从式通讯。一个主机与多个从机相连。主机是测量标定设备（MCD）；从机是车载控制器。主机通过向从机发送命令来启动CAN 上的数据传输。CCP 支持两种变量测量模式：即命令控制方式（Polling）和数据采集方式（DAQ）。其中Polling 模式是通过与从机交互实现功能的。主机和从机的逻辑连接初始化以后，主机与从机之间的数据通讯都是由主机命令进行控制。所有来自主机的命令都必须要得到所选从机命令返回消息的应答（含有命令返回代码或者错误代码）。在这种模式下，主机每隔一定时间向从机发一帧命令消息，该消息中含有主机所要测量变量的存储地址及数据长度；从机收到主机传来的命令消息后，把对应存储地址以及数据长度的数据值通过命令返回消息上传给主机。这种模式实现简单，但总线利用率不高。在DAQ 模式下，首先由主机命令遵循应答机制来配置对象描述表（Object Descriptor Table：ODT）。每一条主机配置命令必须要得到从机的应答。而在配置过程结束后，从机就能根据主机的配置信息确定所要上传主机的数据以及相应上传周期，自行独立上传数据，无须再由主机命令控制。这种方式实现起来较为复杂，但总线利用率较高。

CCP 协议的实现只依赖两个CAN 消息帧（见图4）：命令接收消息（Command Receive Object：CRO）和数据传送消息（Data Transmission Object：DTO）