英恒EV/HEV電機(jī)控制器套件用于新能源汽車(chē)前期開(kāi)發(fā)

EMK(E-motor Kit)是英恒科技(中國(guó))有限公司研發(fā)的EV/HEV電機(jī)控制器套件，主要用于新能源汽車(chē)(HEV/EV)牽引電機(jī)控制器前期開(kāi)發(fā)評(píng)估使用。電機(jī)控制器作為HEV/EV的核心部件，直接影響到整車(chē)系統(tǒng)的質(zhì)量。然而電機(jī)控制器的開(kāi)發(fā)周期是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，EMK不僅可以給整車(chē)廠、企業(yè)、高校等目標(biāo)用戶(hù)帶來(lái)項(xiàng)目研發(fā)的便捷，同時(shí)可以縮短客戶(hù)的研發(fā)時(shí)間和研發(fā)成本，并且為快速市場(chǎng)化占有先機(jī)。

EMK硬件上主要使用英飛凌汽車(chē)級(jí)32位微控制器TC1782芯片(基于TriCore處理器架構(gòu))和英飛凌汽車(chē)級(jí)IGBT功率驅(qū)動(dòng)模塊和功率驅(qū)動(dòng)芯片;軟件上主要參考AUTOSAR分層軟件架構(gòu)和使用ETAS軟件工具鏈進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

EMK控制器通過(guò)檢測(cè) PMSM 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器反饋信號(hào)獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息，通過(guò)電流傳感器獲取電機(jī)三相電流，通過(guò)PWM 輸出控制電機(jī)運(yùn)行。控制器通過(guò)CAN 接口接收外部控制信號(hào)，并反饋當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息，此外控制器還配有獨(dú)立的CAN接口用于診斷、標(biāo)定等功能。 控制器可根據(jù)外部控制指令實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行控制，并可根據(jù)控制需要切換轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩兩種閉環(huán)控制模式; 具備過(guò)壓、過(guò)流等故障檢測(cè)與處理功能。

外部接口包含信號(hào)接口、動(dòng)力接口和水冷接口。其中信號(hào)接口采用TE的35pin汽車(chē)級(jí)接插件，包含電機(jī)控制所需要的電源、CANBUS通訊、電機(jī)旋變、電機(jī)溫度、水溫等信號(hào);母線和三相動(dòng)力接口采用專(zhuān)用的Amphenol快速接頭，無(wú)需工具即可實(shí)現(xiàn)連接操作，防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP65;控制器底部配有優(yōu)化的水冷設(shè)計(jì)，配有通用的連接接頭，實(shí)現(xiàn)即插即用。

箱體內(nèi)部包含控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、母排、DC-link電容等。其中控制單元主芯片采用英飛凌的32-bit Tricore汽車(chē)級(jí)單片機(jī)，可匹配不同類(lèi)型的旋變， 另外還可通過(guò)ETK S4.2C在線高速測(cè)量組件對(duì)相關(guān)重要參數(shù)信號(hào)進(jìn)行高速測(cè)量及配合XCP標(biāo)定;功率模塊采用英飛凌的汽車(chē)級(jí)HybridPack1 IGBT模塊，驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)過(guò)多次、多方的設(shè)計(jì)改進(jìn)和驗(yàn)證，已實(shí)現(xiàn)母線電壓430V、電流變化率3500A/us的工況下內(nèi)部短路的有效保護(hù)，并通過(guò)雙脈沖測(cè)試得到了驗(yàn)證;臺(tái)架測(cè)試中電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)了8000轉(zhuǎn)、功率達(dá)到了40KW;母排經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了寄生電感產(chǎn)生的關(guān)斷尖峰電壓。有效的避免了IGBT的過(guò)壓失效;EMK控制器已通過(guò)了相關(guān)的汽車(chē)產(chǎn)品的電氣可靠性、EMC、振動(dòng)、高低溫等測(cè)試。

EMK控制器軟件在軟件架構(gòu)上主要有兩部分組成：基礎(chǔ)軟件層和算法應(yīng)用層，如圖1所示：

圖1 軟件架構(gòu)

基礎(chǔ)軟件層參考AUTOSAR軟件架構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要包括：

驅(qū)動(dòng)層：主要為T(mén)C1782主控芯片驅(qū)動(dòng)程序，包括ADC,PWM等芯片模塊的驅(qū)動(dòng)。

 抽象層：主要為復(fù)雜驅(qū)動(dòng)，控制AD2S12xx旋變驅(qū)動(dòng)和ABZ光電編碼傳感器驅(qū)動(dòng)。

服務(wù)層：主要含基于ETAS RTA-OSEK的操作系統(tǒng)、WDT看門(mén)狗控制，NVM存儲(chǔ)器讀寫(xiě)服務(wù)，和COM信號(hào)轉(zhuǎn)換、DCM診斷通訊、XCP on CAN/ETK的通訊服務(wù)。

算法應(yīng)用層主要基于ETAS ASCET進(jìn)行開(kāi)發(fā)、仿真和代碼生成，主要包含:

 建模和仿真：通過(guò)ETAS的ASCET-MD工具，進(jìn)行FOC算法建模和算法仿真。

自動(dòng)代碼生成：通過(guò)ETAS的ASCET-SE工具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)軟件代碼的生成。

軟件特點(diǎn)：

1：實(shí)時(shí)OSEK操作系統(tǒng)：新能源汽車(chē)控制策略是一個(gè)典型的多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)。為了提高軟件可靠性，同時(shí)在任務(wù)調(diào)度方面達(dá)到條理清晰且劃分明確，EMK控制器采用了汽車(chē)電子專(zhuān)用OSEK實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTA-OSEK，在滿足電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性需求的同時(shí)，也保證了電機(jī)任務(wù)調(diào)度的質(zhì)量。RTA-OSEK配置界面如圖2所示：

圖2：RTA-OSEK配置界面

2：XCP標(biāo)定和測(cè)量：電機(jī)控制器的開(kāi)發(fā)調(diào)試與電機(jī)本體參數(shù)(比如電機(jī)電感與永磁體磁鏈)、硬件參數(shù)(比如電流傳感器)、機(jī)械電參數(shù)(比如旋變零點(diǎn))、MTPA與弱磁參數(shù)以及電流環(huán)PI參數(shù)等眾多參數(shù)有關(guān)。為了調(diào)試的便捷，EMK控制器軟件采用XCP On CAN/ETK的標(biāo)定技術(shù)，基于INCA 7.x實(shí)現(xiàn)了測(cè)量和標(biāo)定的功能，使得用戶(hù)能夠在PC界面上，對(duì)多達(dá)近千個(gè)電機(jī)控制參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，使之能適應(yīng)大多數(shù)PMSM電機(jī)。同時(shí)通過(guò)XCP測(cè)量技術(shù)，能夠在電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)即獲取控制軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)變量的數(shù)值，便于用戶(hù)調(diào)試?；贗NCA的XCP標(biāo)定與測(cè)量工具界面如圖3所示：

圖3 基于INCA的XCP標(biāo)定與測(cè)量界面

3：ASCET建模、仿真和自動(dòng)代碼生成：EMK控制器應(yīng)用層算法涵蓋變PWM載波頻率、電流環(huán)解耦、各種不同負(fù)載下的參數(shù)辨識(shí)、死區(qū)補(bǔ)償、自適應(yīng)性的弱磁控制算法、故障辨識(shí)和處理等內(nèi)容，其開(kāi)發(fā)均是基于ETAS的ECU軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)ASCET。ASCET是一個(gè)規(guī)范的汽車(chē)用ECU軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，包含ASCET-MD(建模與仿真)、ASCET-RP(快速原型)與ASCET-SE-ECU(代碼生成)三個(gè)部分。ASCET產(chǎn)品系列可實(shí)現(xiàn)基于模型的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，并根據(jù)這些模型自動(dòng)生成代碼。從使用框圖和狀態(tài)機(jī)進(jìn)行應(yīng)用軟件產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)到MCU目標(biāo)的代碼自動(dòng)生成，ASCET產(chǎn)品專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)用于滿足汽車(chē)行業(yè)對(duì)于嵌入式軟件實(shí)時(shí)性、效率和安全性等方面的特殊要求，ASCET開(kāi)發(fā)的軟件已被廣泛用于近7000萬(wàn)個(gè)電子控制單元中，相比較Matlab/Simulink來(lái)說(shuō)更具針對(duì)性和高效安全。圖4為基于ASCET開(kāi)發(fā)的FOC電機(jī)控制算法仿真界面。

圖4 FOC電機(jī)控制ASCET仿真