摘要：整车控制器是电动汽车运行的核心单元，基于此，本文探讨了电动汽车整车控制器快速原型开发。
关键词：电动汽车；整车控制器；测试
整车控制器(VCU)是电动汽车运行的核心单元，具有整车驱动控制、能量管理、整车安全和信息处理等功能，能保证及实现汽车的安全、高效、准确运行。因此，对整车控制器的研究具有重要意义。
一、整车控制器选型设计
整车控制器的选型，首先要考虑其稳定性、处理速度和片上资源，尽量满足整车控制器的控制需求，这样能减少外围器件的使用，使硬件结构尽可能的简化和紧凑：其次要考虑整车控制器的后续开发，即要预留MCU的一部分资源，以应对后续对控制器的改进和升级：另外要考虑到所选MCU的使用范围和使用率，要选择在汽车上常用的芯片，供应商批量生产并且被广泛使用或有很大可能即将大规模使用的微控制器；最后要考虑成本和经济性等方面因素。由于本文设计的电动汽车整车控制器不对电机进行直接控制，因此，在整车控制器的选择上非常灵活。综合汽车常用MCU的类型，并考虑到本文设计的控制器在后续研究的丌发及补充和成本等因素，最终选择16位双核微控制器MC9S12XDP512。
本文选择的112引脚MC9S12XDP512单片机拥有丰富的片上资源。
1、MC9S12XDP512单片机拥有32KB的RAM，512KB的Flash，4KB的EEPROM。
2、MC9S12XDP512通讯接口资源也非常丰富，拥有6路SCI接口、3路SPI接口、2路IIC接口和5路CAN接口，丰富的通讯接口为单片机与板上元器件的通讯、整车控制器与上位机的通讯、整车控制器与电机控制器的通讯及整车控制器与其他电动汽车上的控制单元间的通讯提供了很大的方便。
3、MC9S12XDP512的脉宽调制模块(PWM)有8个能独立操作的8位PWM通道，并可将相邻的两个通道级联，从而形成4个可独立操作的16位PWM通道，该模块能产生任意频率和占空比的脉冲。
4、MC9S12XI)P512的模数转换模块(ATD)拥有16路最高10位精度的A/D通道．能满足电动汽车对A/D方面的需求，无需外接模数转换芯片。
5、MC9S12XDP512的增强型捕捉定时器模块(ECT)拥有8路16位通道，可根据需要选择进行输入捕捉或输出比较。
二、整车控制器
1、硬件。依据图2中的控制方案要求，整车控制器必须具备较为丰富的输入输出接口，且至少具有一路CAN通信电路，以满足控制要求。为此本文的整车控制器采用XDP512芯片作为CPU,并设计相应的输入输出电路来完成各种功能。整车控制器的硬件系统在设计制作完毕后，需进行电磁兼容及高低温、振动测试，以保证整车控制器适应电动汽车的车载工作环境。
图2
2、通信协议。整车CAN通信协议遵循CAN2.0B标准，为整车控制器、电池管理系统、电机控制器的CAN数据帧制定了相应的ID和报文内容。通信周期为500kbpS,内容格式采用MO-TOROLA格式。各控制器发送的报文时序经严格的网络测试，总线上无信息收发冲突。
3、软件。整车控制器软件底层驱动部分基于CodeWarrior软件开发，而整车控制策略则基于Matlab/Sinuilink软件环境开发。控制策略开发完毕后，采用自动代码生成技术生成适合于S12系列芯片运行的C代码，并自行编写了接口函数，使控制策略生成的C代码与底层驱动部分实现无缝链接，从而完成整个控制软件的设计。
三、原型车基本参数与关键部件选型
1、原型车基本参数与性能。
本文研究的某款电动汽车，其部分基本参数与性能指标见表1。
表1
由以上参数可知：
1)在60km/h匀速行驶，整车的续驶里程能达到180km，在目前，技术水平比较领先；采用复合电源系统后，整车的续驶里程会有所增加，特别是复杂的行驶工况。
2)加速时间仅为6～7s，原型车动力电池与电机在峰值功率输出方面匹配较好；但由于原型车动力电池允许最高电流为200A，因此，在加上超级电容的复合电源，在整车加速性能上提升不明显。
3)最高车速100km/h，该款车以中小城市代步工具为设计目标，其车速完全可满足设计要求；在配备复合电源系统后，最高车速会有一定的增加，车辆的动力性能有所提升，可直接的反应复合电源系统的优越性。
要准确测试复合电源系统对原型车性能的改善，全面了电动汽车动力系统的参数匹配至关重要，但表1的基本参数中与原型车动力系统相关的参数不够全面，因此，需要针对整车基本参数，对电动汽车动力系统进行部件选型与参数匹配。
2、关键部件选型
1)驱动电机。作为电动汽车的动力源，其性能和基本参数关系到整车的效率。因此，现主要分析目前市场较为成熟的驱动电机，以确定电动汽车是否可沿用原型车的驱动电机。
2)复合电源。锂离子电池为比较成熟的动力电池，而原型车选用的电源为磷酸铁锂电池，因此，在该款动力电池可满足样车性能要求时，同样可沿用原型车的磷酸铁锂电池为电动汽车复合电源的主能量源。超级电容器按电解液分类，主要有机溶液超级电容和水基溶液电容。有机溶液超级电容器的单体电压高，瞬间可达到2.7V，比能量较高；水基溶液超级电容虽内阻小，但其单体电压较低，一般为O.8～1.6V。
四、整车控制器测试
1、测试方案。对整车控制器的控制策略进行测试，以此作为鉴定整车控制器功能是否完整及可靠的依据。通过对软件的测试，可验证整车控制器的基本功能、稳定性等，结合实验室已有的设备，可确定其测试方案为：1)模拟整车各种工况，产生整车控制器所需的各种信号；2)在线实时监控与标定各种仿真参数，模拟驾驶员各种不同的操作，试验环境及驾驶工况；3)实现整车的各种电气故障，模拟复杂的故障模式；3)实现测试自动化，满足电控单元测试的实时性要求；4)实现多个电控单元的集成测试及网络测试。
整车控制器的具体检测步骤可分为离线测试与实车测试：
1)离线测试主要针对低压控制系统的测试。通过离线测试前，需将各监控设备进行有序连接，关键部件包括电机控制器、电机、整车控制器、动力电池组、电池管理系统、仪表盘、制动踏板、加速踏板及换挡机构、低压电源等。连接好后，通过换挡手柄调整系统当前的档位状态，踩下加速踏板，观察电机的旋转方向，并观察加速踏板的踩下深度与电机旋转速度的对应关系，通过监控界面观察电机的旋转速度与加速踏板踩下深度间的对应关系。
2)实车测试，实车测试即通过装车后的路试考察整车控制系统是否可靠运行，主要考察项有驾驶员意图识别、能量管理、故障诊断及自恢复功能等。
2、离线测试
1)HIL台架测试工具。硬件在回路仿真是一种可行的测试手段，通过HIL(Hardware in theloop)能在虚拟车辆中对整车控制器软件功能进行大量测试，离线仿真测试可代替一部分试车试验，而无需真实的汽车。这种测试系统性强，非常安全，即使测试中超过极限条件，也不会造成任何损坏，而且不论何时，只要需要就能复现整车控制器的故障。
硬件在回路仿真可显著提高产品的质量。在回路仿真可发现绝大部分ECU错误，而且几乎所有的错误都能在标定前发现。
参考文献：
[1]窦国伟.纯电动汽车整车驱动控制策略开发实践[J].上海汽车，2015(05).
[2]王思哲.纯电动汽车整车控制策略及其开发流程[J].机电产品开发与创新，2016(02).
[3]黄思源.电动汽车整车控制器快速原型开发[J].汽车工程，2016(11).