基于V流程的电动汽车VCU的开发和测试

电动汽车整车控制系统

电力驱动车辆是以电力作为能源、由电动机驱动的机动车辆。在外形上, 电动车与传统的汽车并无显著差异, 它们的主要区别在于动力和驱动系统。如图1 所示, 电动车的基本结构系统[2 ]可分为3 个子系统, 即电力驱动子系统(如图2 所示)、主能源子系统和辅助控制子系统。其中, 电力驱动子系统由电控系统、电机、机械传动系统和驱动车轮等部分组成; 主能源子系统由主电源和能量管理系统构成, 能量管理系统是实现能源监控、能量再生、协调控制等功能的关键部件; 而辅助控制子系统主要是为电动车提供控制电源, 具有辅助电源的控制、动力转向、充电控制及空气调节等功能。

整车控制系统由整车控制器、通信系统、零部件控制器以及驾驶员操纵系统构成，其主要功能是根据驾驶员的操作和当前的整车和零部件工作状况，在保证安全和动力性的前提下，选择尽可能优化的工作模式和能量分配比例，以达到最佳的燃料经济性和排放标准。

（1）整车控制系统及功能分析

1）控制对象：电动汽车驱动系统包括几种不同的能量好饿储能元件（燃料电池，内燃机或其他热机，动力电池和/或超级电容），在实际工作过程中包括了化学能、电能和机械能之间的转化。

电动汽车动力系统能流图如下：

能量流

信息流

3）整车控制系统对车辆性能的影响主要有三个方面：

①动力性和经济性

②安全性

③驾驶舒适性及整车的协调控制

电动汽车整车控制系统如下：

（2）整车控制器

1）整车控制器功能：整车控制器是控制系统的核心，承担了数据交换、安全管理和能量分配的任务。根据重要程度和实现次序，其功能划分如下。

①数据交互管理层

②安全故障管理层

③驾驶员意图层

④能量流管理层

2）整车控制器硬件：

ControlBase_VT for AT/AMT/DCT/HEV/EV

模块图

环境试验

电性能试验

订购信息

3）整车控制器的开发

现在的ECU开发多采用V模式开发流程。V模型开发流程如下：

第一步，功能定义和离线仿真

第二步，快速控制器原型和硬件开发

第三步，目标代码生成

第四步，硬件在环仿真

第五步，调试和标定

控制器开发采用国际流行的V流程开发模式，V流程开发模式示意图如下：

控制器开发V流程

V流程包含五个基本步骤：

(1)图形化建模和离线仿真：

在这个阶段，我们将控制器的开发需求转换为SIMULINK模型算法设计，将控制器的算法和被控对象的算法共同在MATLAB/SIMULINK环境下搭建。并利用其离线仿真功能对模型进行离线调试，初步验证控制器的功能逻辑。

(2)快速控制原型：

在这个阶段，我们采用快速控制原型仿真机来验证上一阶段的算法模型。将控制器部分模型生成代码，下载到仿真机。形成原型控制器的功能，可以将仿真机与真实或模拟执行机构进行连接和测试。此阶段能利用计算机辅助试验测试管理工具软件进行各种测试，以检验（Validation）控制

方案对实际对象的控制效果，并在线优化控制参数。

快速控制原型示意图

(3)产品级代码生成：

在快速控制原型阶段，我们将控制器的算法进行了测试及验证。这时可以利用代码生成工具RTW-EC来进行针对特定控制器芯片的代码生成。将控制器算法模型直接生成C代码，集成驱动代码及其他基础软件代码后可以直接下载到真实控制器。这一阶段实现了代码的自动生成，免去了手动代码编写带来的错误，同时也极大的提高了工作效率，缩短了开发周期。

(4)电机控制器硬件在回路测试：

将自动生成的代码下载到控制器里，这时就有了真实的控制器。向产品级转化时，还需要做一系列的测试。在这个阶段，利用HIL（Hardware in Loop）测试系统搭建各种测试环境，对控制器进行一系列的功能测试及自动化测试等。这一阶段除了要用到仿真机外，重要的是需要较为准确的测试环境模型。如电动车整车模型、电机模型等。此阶段最重要的就是能够实现自动化测试及极限环境测试，且一个HIL平台可以满足多项测试需求，相对于实物测试，节省了成本。

HIL示意图

(5)电机台架测试以及系统联调：

在上一阶段的测试完成后，我们可以认为MCU功能上基本达到了要求。在这一阶段，我们将控制器放入真实的应用环境里来实际测试控制器是否满足要求。这时经常需要将模型里的各种参数按照实际控制器芯片特性进行标定，以满足实际应用需求。