汽车控制器硬件系统分析方法
0 2024-03-26

文章介绍了汽车控制器的硬件学习方式,其详尽程度对于非软硬件开发人员来说基本够用。


当你看到下面一个控制器实物,至少知道有点感觉,会认识其中的一些电子器件,他们用来做什么。


1. 输入相关


控制器要实现产品功能,需要一些输入,即通过传感器和通讯总线获取。


对于外部传感器,需要给传感器提供供电,接地和信号线,通过接插件引脚与传感器连接。然后,对于传感器输入的原始信号,在硬件电路层面,需要进行处理,包括滤波,保护,转换和抗电磁干扰等措施。最后,经硬件电路处理好的传感器信号输入到微控制器。这里,电源管理模块根据不同器件的供电要求提供相应的电压。



对于通讯,以CAN通讯为例,需要通过接插件接入CAN_H, CAN_L两根总线。然后,对于两根总线的原始信号做硬件电路层面的处理,包括保护和抗电磁干扰等措施。再输入到CAN收发器将两根总线的差分电压转换成逻辑电平,输入给微控制器里的CAN控制器。同样地,电源管理模块根据不同器件的供电要求提供相应的电压。






2. 输出相关


当控制器获得相应的输入,基于产品自身功能和特性,通过软件算法和逻辑来获得控制指令,这些指令最终会通过驱动器件以电流或电压形式作用到执行器件。



比如执行器为BLDC电机,微控制器输出控制信号给Gate驱动器,Gate驱动器转换后输出六路电压信号给逆变器,再由逆变器输出三路电压U/V/W经接插件输出给BLDC电机。


比如执行器为电磁阀,若采用高边驱动和底边驱动方案,一方面微控制器输出控制器信号给高边驱动,高边驱动经接插件输入调控后的电压/电流给电磁阀;另一方面微控制器输出控制开关信号给低边驱动,低边驱动以决定电磁阀是否通路或短路。同样地,电源管理模块根据不同器件的供电要求提供相应的电压。


3 其他


以上这两块内容输入和输出相关的电子器件和电路,再加上微控制器,这三块就是汽车控制器的核心部分,当然硬件电路设计还有其他因素要考虑,比如电磁干扰,电路检测,甚至其他一些客户的额外需求。因此,汽车控制器还需要通过硬件电路或电子器件实现一些其他的功能。


3.1 检测功能


汽车控制器上会额外设计一些硬件电路,将电信号(电压/电流)输入给微控制器,从而微控制器可以通过该电信号判断是否电路存在异常,比如下图所示的传感器1,通过硬件处理电路输入给微控制器的信号无法判断所有的硬件故障,这时就需要增加额外的电路,以保证所有的硬件故障能被覆盖,故将这部分额外的电路成为诊断电路,检测硬件电路的状态。



3.2 存储功能


汽车控制器经常可能会碰到微控制器存储空间不够问题,一方面可能会通过升级微控制器来解决,另一方面,当微控制器已经足够强大的情况下,仍不能满足存储需求,这时就需要增加额外的存储空间,常见于OTA功能所导致的存储空间急剧增加。



3.3 抗电磁干扰功能


由于电路板集成度和信号频率随着电子技术的发展越来越高,不可避免的要带来电磁干扰,所以在汽车控制器硬件设计需要抗电磁干扰,使电路板的电磁干扰控制在一定的范围内,达到设计要求和标准,提高电路的整体性能。一方面需要考虑电子器件在PCB上如何布局等因素,另一方面可能需要增加一些电子元器件等措施。



3.4 测试功能


在PCB需要能够对电路直接进行检测,因此设计时需要布置一些触点,方便用欧万用表等测试设备直接进行测试。



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