[发明专利]一种燃料电池城市客车的数据支持系统

说明书

技术领域

一种燃料电池城市客车的数据支持系统，涉及数据记录与分析领域，尤其适用于大量数据的采集与分析，属于燃料电池汽车技术领域。

背景技术

目前，对于燃料电池尤其是车用大功率燃料电池的特性，正处在研究探索阶段，仍需要通过大量的实验数据来分析燃料电池的特性。虽然燃料电池台架试验可以得到燃料电池的运行数据，但是车上的环境和实验室的环境有很大的差异，燃料电池在恶劣的车用环境中表现出来的特性是实验室所无法观察到的。此外，实验室无法模拟实车运行的瞬态复杂工况，以及实车运行时遇到的一些特殊情况。

在燃料电池城市客车的试运行过程中，由于各种原因会出现故障。记录故障发生时的数据对于分析故障原因、找到解决方案是很有意义的。综上所述，对于燃料电池控制系统来说，建立相关的数据记录系统是十分必要的。

传统的车用数据记录系统一般用于记录交通事故发生前一段时间(如15分钟内)汽车的一些运行参数，其作用类似于飞机上的“黑匣子”。这种数据记录系统记录数据的目的是进行事故分析。因此，记录的变量仅为关系到汽车行驶安全的几个关键参数；相应的，其记录时间范围也仅限于事故发生前一段时间，记录数据会覆盖已记录内容。针对于燃料电池客车，其数据支持系统的意义在于分析燃料电池在不同条件下的表现以及整车的运行状况，需要记录的数据为所有运行数据，并且涉及的时间跨度很长(一个月以上)，记录数据不能覆盖已记录内容。因此，传统的车用数据记录系统很难满足该要求。

在处理器的选择方面，传统的车用数据记录系统分为两种方案：直接在控制单元的处理器上进行数据记录功能的开发，或者使用额外的处理器。但是，对于燃料电池客车数据支持系统来说，以上两种方案都存在着一定的缺陷。对于前一种方案，由于燃料电池控制器的任务较多，并且各任务对实时性的要求较高，加入数据支持系统后会占用控制器CPU的资源，从而影响主控制任务的实时性。然而，燃料电池客车数据支持系统需要记录的数据量较大，如采用单独处理器，则需要采用外部总线、双口RAM、模拟量采集等方式来获取存储数据，设计较为复杂，会大幅增加成本。

燃料电池控制器的数字核心采用freescale公司的MPC5xx系列单片机，该系列单片机为了适应复杂的发动机喷油控制，设计了独特的TPU模块。TPU是Timer Processor Unit的缩写，即时间处理单元，设计最初的目的是为了进行柴油机喷油器控制等简单的工作，是一个嵌入单片机内部的小型微处理器。在该模块的结构中，包括独立的运算单元、程序空间、内存区域、定时器、中断系统、端口等，可独立于CPU完成一些简单的任务。

TPU模块的程序由微码编写，微码经过编译器编译后，集成在主程序工程文件中并由下载线烧写到单片机的flash里。单片机复位完成后，在初始化任务中将TPU程序下载到TPU模块的程序内存，即DPTRAM中。在此后的正常运行过程中，CPU总线同DPTRAM断开，TPU模块通过TPU内部总线从DPTRAM中取指令，并在TPU模块内部的运算单元中执行，TPU拥有独立的RAM区和寄存器进行临时变量的存放。因此，在正常运行过程中，TPU和CPU是相互独立的处理器，TPU的运行不占用CPU资源，从而不会影响主控制任务的实时性。在数字核心的正常运行过程中，TPU与CPU之间通过Host Interface进行连接，CPU可以通过修改HSR寄存器的值来触发TPU运行，TPU可以通过产生CPU中断的方式来与CPU进行交互。此外，CPU和TPU可以通过一段公共的内存单元(Parameter RAM)交换数据。

经过十几年的发展，TPU模块在功能上有了很大的提高，所能执行的任务也从原有的喷油扩展到发动机控制的各个方面。目前应用于燃料电池控制器的MPC5xx单片机拥有两个功能强大的TPU3模块——TPUA和TPUB。两个模块共用8K的程序存储空间，每个TPU模块拥有16路输入/输出通道，以及256字节的Parameter RAM、2个定时器，并可触发16路中断，能够独立完成较为复杂的任务。