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汽车电子控制器开发装置主控制器模块的研究

发表时间：2020/11/24 来源：《基层建设》2020年第22期作者：张金广

[导读] 摘要：传统的汽车电子控制器在运用中存在开发周期长、可靠性低、成本高等缺点。

        天津所托瑞安汽车科技有限公司天津市 300000
        摘要：传统的汽车电子控制器在运用中存在开发周期长、可靠性低、成本高等缺点。随着电子控制器的不断研发国内汽车电子市场已经进入了一个快速发展时期，汽车电子水平已经成为汽车现代化水平的主要标志，因此本文提出了一种具有软硬件协同开发模式的汽车电子控制器快速开发系统。
        关键词：电子控制器；汽车维修；主控制器
        引言
        近年来，随着国内消费者对电动汽车的认可度不断提升，电动汽车市场不断扩容，各整车企业纷纷加大电动汽车的研发投入。整车控制器作为电动汽车的核心控制部件之一，是电动汽车的控制中枢，其功能包括根据驾驶员操作对电动汽车进行有效控制，同时保证电动汽车的动力经济性、平顺性和安全性，所以整车企业都期望掌握整车控制器的核心技术。本文以某纯电动汽车为研究对象，分析其整车控制需求，设计满足控制要求的整车控制器软件
        1汽车电子控制器快速开发系统的整体设计方案

        图1   汽车电子控制器开发装置结构图
        汽车电子控制器快速开发系统当中的“快速”指的就是可以减少系统的研发周期，能够与现实的汽车技术发展相匹配，并且具有一定的稳定性。该系统实现了软件和硬件的协同开发，在硬件设计上采取模块化、程序逻辑设计上体现了直观化、模型库功能较为强大、可以自动生成部分代码，这就为电子控制系统的研发提供了便利，从而实现减少投入、降低周期、加强稳定的功能。该系统是以C++语言环境为基础，通过电脑和PCI总线来连接硬件系统并控制各个功能模块；软件系统则基于PC机的操作系统自动生成，通过功能模块控制程序的图形编辑和代码自动生成。
        1.1控制器模块设计
        控制器选用AT89C51单片机，具有低功耗掉电模式，与工业标准的MCS⁃51指令集兼容的特点。快闪存储器与8位CPU组合是以单个芯片的方式。芯片数据存储器分配内容：AT89C51单片机内有256个数据存储器单元，低区为128B，高区为128B，属于特殊功能寄存器区。在低区时，地址为4组工作寄存器区；在高区时，地址为2组工作寄存器区。各单元具体分配内容：20H地址单元是用于存放各种程序运行标志，包括油门踏板启动标志和中断程序执行标志；30H地址单元是用于存放程序数据，程序数据包括汽车速度数据和油门踏板数据；60H地址单元是作为堆栈使用。电磁阀控制是通过开关量信号输出控制的，在电路中扩展8255芯片，该芯片是由Intel公司生产的I/O接口芯片，共有3个8位的并行I/O接口。程序存储器选用EPROM产品，该产品具有在线擦除、改写的特点，不需要专用电源，但不能直接用单片机系统的5V电源。故利用选通AT89C51单片机信号，将AT89C51单片机存储容量设置为32KB。当PSEN引脚电平有效即可以读取AT89C51的指令码，AT89C51接口电路。
        1.2硬件在环系统设计
        2.1MCU目前车用的MCU控制系统在电驱动开发测试过程中需要详细确定测试流程和保护机制，将测试等级划分为不同的级别，包括信号级、功率级和机械级等。作为整个系统内部的核心部分，MCU控制系统包括逆变器和控制板两个部分，车载动力部分将电池输入给逆变器，逆变器通过发出的PWM波将直流电转换为交流电，满足车用电机的使用需求。MCU通过传感器接收到目前状态下的指令后，也会通过CAN总线展开信息交互。例如新能源汽车在行驶过程中出现突然加速或是减速时，整车控制器的CAN信号会被传输至MCU，满足加减速要求。具体而言新能源汽车对于驱动系统的要求比较高，尤其是车用的电机驱动系统在功率密度、使用周期和稳定性方面都具有较高的限制性因素。MCU的组成部分围绕软件算法与硬件电路展开，硬件电路中的中央控制器模块和功率变换器模块可以直接发挥系统功能；而软件部分则涉及到矢量算法、状态控制和诊断模块的有关内容，控制软件算法的应用也会在架构设计方面进行优化。车用电机的内部控制系统本质上是一套闭环控制系统，通过CAN信号接收整车控制发出的目标参数信息，再将这些信息结果反馈给运算单元然后反复地对电机进行闭环控制，实现精准驱动的功能。新能源汽车在进行制动、发电时MCU也会吸收能量并将电能存储至动力电池当中。
        1.3系统软件平台
        软件是实现功能的重要组成部分，想要达到预期效果就必须要装置高配置PC机和功能齐全的软件包。软件包分为数据管理和图形编辑两个部分，数据管理主要管理的就是参数、对象模型、功能模块、逻辑符号和逻辑算法；图形编辑则包含源代码产生器、代码编译器和加工器。系统软件平台是保证功能齐全系统稳定的核心。
        1.4控制软件架构
        整车控制器软件采用基于模型的开发方式，在MATLAB/Simulink中建立整车控制策略模型，进行相应的仿真测试后，通过MATLAB/EmbeddedCoder自动生成代码，与基础软件集成编译下载到整车控制器中，经过硬件在环测试、实车道路标定和整车试验等一系列测试验证，最终完成整车控制器软件开发。整车控制器软件分为应用层和基础软件层，软件架构。应用层是整个控制器软件的核心层，包含高压上下电、驱动控制、故障诊断等整车控制策略，采用MATLAB/Simulink开发；基础软件层包括：CCP服务、UDS服务、BOOTLOADER和网络管理等模块以及硬件驱动模块。
        2主控制器板卡驱动程序的开发
        2.1DC/DC控制
        在驱动模式或慢充模式下，确认高压系统完成上电后，整车控制器使能DC/DC。高压系统下电时，关闭DC/DC。整车控制器通过采集蓄电池电压识别DC/DC故障，当整车控制器使能DC/DC后，如蓄电池电压连续一段时间内小于某定值，则判定DC/DC出现故障。
        2.1驱动程序简介
        系统进行到这一步就是需要解决软件和硬件的结合问题，驱动就是软件和硬件的润滑剂，是操作系统的接口，解决了这一问题基本上就完成系统的初步研发。驱动程序一般包括设备的最初状态、端口衔接、存储管理、DAM传输和中断管理，设备驱动可以加载核心模块。一个良好的设备驱动需要完成以下工作，硬件和软件的初始工作（即启动工作），能够创建和删除数据，能够完成对设备的访问和检测，可以与其他驱动协调，处理电源和添加删除热拔插设备。
        2.2散热控制
        电动汽车动力系统的散热由电子水泵和高低速风扇实现。高压系统上电后，整车控制器将首先控制电子水泵工作在低转速状态，然后根据驱动电机、电机控制器、DC/DC和OBC的温度情况，依次采取提高电子水泵工作转速、打开低速风扇、打开高速风扇的措施对动力系统进行散热。高低速风扇采用滞环控制，防止风扇频繁启停。
        结束语
        新能源汽车本身能满足节能环保的要求，电驱动系统也可以实现电机转矩和转速驱动功能。而硬件功能和硬件测试本身是最为关键的环节，对于提升行车质量保障人员方面效果显著。新能源汽车硬件系统的设计与开发能够满足MCU硬件测试要求，在今后的生产和应用环节也具有良好的前景。
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