以RCP 平臺為支撐的電動汽車整車控制器軟件開發研究

文/黃浩

本文以電動汽車為研究對象，基于RCP（快速控制原型）平臺，在原整車控制器硬件基礎上，運用ECoCoder（全自動代碼生成工具）自動生成整車控制器軟件開發平臺；最后借助MeCa 軟件對整車控制器進行實時標定和代碼刷新，進而完成整個開發工作。

當前，國內各主流主機生產商在整車控制器開發方面均獲得長足進步。但仍有部分主機生產商在電動汽車整車控制器開發過程中，沿用傳統燃油車的控制器開發技術和思路，如總成拼接的逆向開發模式等。進而使得開發出的整車控制器軟件技術落后于市場需求，整車控制器的性能無法滿足新能源汽車的運行要求。

一、RCP 平臺及ECoCoder軟件概述

1.RCP 平臺

RCP 對應的是快速控制原型技術。作為一種新型仿真工作流程，其支持最終產品在開發完成前，基于設計理念、數學和物理學模型，以一臺通用設備為載體，進行控制算法驗證，并通過實體實驗完成性能測試。RCP平臺的最大優勢在于，其能夠大幅縮短控制策略的開發周期，并且支持開發者執行快速迭代實驗，以識別和解決潛在問題。[1]在實際開發過程中，RCP 平臺多采用V 型開發模式，即以圖形化建模的方式建立軟件工程，進而支持應用類和基礎類軟件模型代碼的有效生成，并最終實現統一平臺下的軟件開發和產品生產。

2.ECoCoder

ECoCoder以Simulink軟件（一種模塊圖環境，常用于多域仿真或基于模型的設計）為依托，在友好用戶界面的支持下，可以快速為開發者提供基礎軟件模型和ECU（電子控制單元）控制算法模型的選配支持信息，并在此基礎上快速生成產品代碼。利用ECoCoder生成代碼，不僅效率高，而且生成的代碼普遍具有較高的可靠性和適用性，能同時滿足快速原型控制器和產品開發需求，并在汽車電控系統開發工作中發揮關鍵作用。

二、Simulink 模型庫

ECoCoder 主要涉及兩個源自Simulink 的核心模型庫，分別是芯片級模型庫和控制器級模型庫，二者的詳細信息如表1、表2 所示。

三、整車控制器軟件開發

（一）整車控制器和網絡拓撲架構

某電動汽車品牌基于RCP平臺，按通信需求開發整車控制器軟件，其控制器架構主要包括電源電路、輸入輸出模塊和CAN 通信模塊等（見圖1）。[2]其中，電源為24V車載蓄電池；輸入模塊涉及啟動、變擋、加速及制動等信號模塊；輸出模塊主要由DCDC 轉換器、電機控制器、電池管理系統(BMS)以及三合一控制器等構成；CAN 總線則是整車控制器與電機、電源、變速箱等各分部控制器進行信號傳遞、反饋的通信路徑。上述設備共同構成了整車網絡拓撲結構。

表1 芯片級模型庫詳細信息

表2 控制器級模型庫詳細信息

（二）模擬輸入

依托ECoCoder 模塊庫的資源供給，技術人員可以及時、準確地對進入微控制器采集相關信號，進而實現數據信息的擬態輸入。例如，技術人員可以基于EoUCoder 提供的ADCInput 模塊高效獲取模擬輸入信息[ADCInput：8（unit16）]，進而構建模塊與控制算法之間的模型關系，并在此基礎上獲取基于ADC 模塊的特定通道輸入值。

（三）控制電磁閥

在完成模擬輸入工作后，技術人員需要繼續借助ECoCoder 所提供的模塊資源，實現對已連接到微控制器的液壓執行機構的控制管理。[3]例如，技術人員可基于ECoCoder 中的PWMOut 模塊來控制電磁閥。同樣地，技術人員也可以在控制算法模型與模塊輸入保持連接的狀態下，利用控制算法模型對接入微控制器eMIOS 模塊（增強型輸入輸出模塊）通道的電磁閥的占空比和周期進行有效控制。

（四）控制恒流閥

恒流閥是一種專用的流量調節閥，其核心裝置有流量調節裝置和自力式壓差控制裝置，二者是確保系統流量保持恒定的關鍵。本項目開發設計的電動汽車整車控制器軟件接口模塊具備智能觸發功能，較好地滿足了品牌方對震顫控制的要求。同時，該系統還支持技術人員實時調整PWM 頻率、震顫電流幅值、震顫頻率以及周期等參數。

（五）CAN 報文接收

CAN 報文以CAN 總線為載體，按照CAN 協議實現傳輸。CAN 報文每幀通常包含7 個部分，分為標準類和擴展類兩種格式，二者的主要區別在于標識符（ID）長度差異。本設計中，技術人員利用ECoCoder提供的CANReceive 模塊來收發CAN 報文。其中，接收報文的ID 為“0x0002”，數據長度為8 位。

（六）ECUCoder 工具運行條件

ECoCoder 的運行環境對電腦的軟、硬件有著一定要求。在硬件方面，無論是臺式電腦還是筆記本電腦，都必須配置雙核以上的CPU，內存空間不低于1024M，硬盤空間至少為1000M。在軟件方面，系統應在 Windows7 及以上，或者為Vista 操作系統（64 位版本）、32 位MATLAB 版本；編譯器版本不得低于Code-Warrior2.10。

四、標定及測量軟件

MeCa 功能強大，是保障ECU標定及測量質量的重要工具，其可以實時觀測、采集并顯示ECU的數據參數變化；通過對RAM（隨機存取存儲器）、Flash 數據進行實時訪問、在線標定及修改調整，實現對ECU 代碼的快速刷寫和實時更新；將測量出的數據輸送至上位機以CSV 等數據格式進行保存。本設計中，MeCa 是基于CAN 總線的CCP 標定協議，與汽車級專業CAN 通信接口硬件相匹配，并且支持A2L 標準文件導入。在此基礎上，技術人員借助CAN 適配器建立了MeCa 與ECU 的通信路徑，并依托CCP 標定協議及與之相對應的A2L 文件，測量標定ECU 的內部變量，最終操控傳感器執行數據采集和執行器運作等指令。[4]

五、結語

電動汽車的動力傳輸和驅動方式有別于傳統汽車，因此，其整車控制器的開發設計需要與現代工藝技術和設計理念相融合。本文基于RCP 平臺開發的RapidECU 控制器快速原型軟件平臺，能夠實時測量標定汽車ECU 并進行代碼刷新，可用于新能源汽車整車控制器的開發和使用。