燃料電池城市客車數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)設(shè)計

在常規(guī)的發(fā)動機(jī)控制中，TPU常用于柴油機(jī)的噴油控制等工作。然而，在燃料電池控制體系中，控制器基于CAN網(wǎng)絡(luò)控制，TPU模塊在實(shí)際控制中使用不多。在本文中，使用燃料電池控制器中空閑的TPU模塊作為數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)的運(yùn)算單元，并不影響主控制任務(wù)的實(shí)時性能。同時，該方案不需要增加單獨(dú)的控制器單元，簡化了硬件設(shè)計，節(jié)約了成本。因此，該方案可以很好地彌補(bǔ)兩種常用車用數(shù)據(jù)記錄方案的缺陷。設(shè)計控制部分的框圖如圖3所示，采用數(shù)字核心MPC5xx系列的TPUA控制數(shù)據(jù)存儲模塊，TPUB控制時間日歷模塊。

2 硬件設(shè)計

燃料電池數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)的硬件部分包括時間日歷模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊兩部分。前者的作用是為記錄的數(shù)據(jù)提供時間參考，后者的作用是存儲數(shù)據(jù)。

2.1 時間日歷模塊

為了在燃料電池發(fā)動機(jī)電控單元斷電后保持?jǐn)?shù)據(jù)記錄系統(tǒng)時間參考的準(zhǔn)確性，采用了獨(dú)立的時鐘芯片DS12CR887來獲取當(dāng)前時間。該芯片集成了時鐘振蕩器和內(nèi)置電池，無需外部供電和驅(qū)動電路，同TPU的接口為并口。

時鐘芯片DS12CR887擁有128 B的內(nèi)存單元，包括年、月、日、星期、小時、分、秒寄存器以及三個控制寄存器，還有114 B的通用內(nèi)存。由于內(nèi)置電池的作用，無論ECU上電與否，時鐘芯片都在運(yùn)行之中；任何時刻，ECU都可以通過并口讀取時鐘芯片內(nèi)存得到當(dāng)前的絕對時間。該芯片對于少于31天的月份可自行調(diào)整，還可進(jìn)行閏年補(bǔ)償。該時鐘芯片精度較高，在25℃的環(huán)境下，每月的誤差不超過1min。

2.2 數(shù)據(jù)存儲模塊

燃料電池數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)量大，記錄時間跨度長，對存儲器的容量要求很高。同時，為了便于嵌入燃料電池電控單元，應(yīng)盡量減少存儲器的體積。除此之外，成本問題也是需要考慮的因素。在比較了U盤、SD卡和EEPROM三種存儲器后，選擇了容量體積比最大且價格低廉的SD卡作為本數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)的存儲設(shè)備。

本文采用Kingston公司2 GB的Micro-SD卡作為存儲器，Micro-SD卡的體積很小，可以很方便地通過卡座安裝在電路板上，便于拆卸。按照一天工作8小時計算，2 GB的容量可以存儲140天的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對于實(shí)際記錄來說，該性能可以完全滿足要求。在設(shè)計中，使用數(shù)字核心MPC5xx的TPUA模塊對Micro-SD卡進(jìn)行操作，兩者之間利用串行SPI協(xié)議進(jìn)行通信。由于Micro-SD卡的供電系統(tǒng)和信號系統(tǒng)都是3.3 V標(biāo)準(zhǔn)，而ECU的數(shù)字核心為5 V標(biāo)準(zhǔn)，因此在通信接口之間采用電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，并且增加獨(dú)立的電源模塊。該部分的硬件原理如圖4所示。

3 軟件設(shè)計

3.1 時間日歷系統(tǒng)軟件設(shè)計