EMK(E-motor Kit)是英恒科技(中國)有限公司研發(fā)的EV/HEV電機控制器套件，主要用于新能源汽車(HEV/EV)牽引電機控制器前期開發(fā)評估使用。電機控制器作為HEV/EV的核心部件，直接影響到整車系統(tǒng)的質(zhì)量。然而電機控制器的開發(fā)周期是一個漫長的過程，EMK不僅可以給整車廠、企業(yè)、高校等目標用戶帶來項目研發(fā)的便捷，同時可以縮短客戶的研發(fā)時間和研發(fā)成本，并且為快速市場化占有先機。

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

EMK控制器通過檢測 PMSM 電機的旋轉(zhuǎn)變壓器反饋信號獲取電機轉(zhuǎn)子位置信息，通過電流傳感器獲取電機三相電流，通過PWM 輸出控制電機運行?？刂破魍ㄟ^CAN 接口接收外部控制信號，并反饋當前運行狀態(tài)信息，此外控制器還配有獨立的CAN接口用于診斷、標定等功能。 控制器可根據(jù)外部控制指令實現(xiàn)電機的四象限運行控制，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; 具備過壓、過流等故障檢測與處理功能。

外部接口包含信號接口、動力接口和水冷接口。其中信號接口采用TE的35pin汽車級接插件，包含電機控制所需要的電源、CANBUS通訊、電機旋變、電機溫度、水溫等信號;母線和三相動力接口采用專用的Amphenol快速接頭，無需工具即可實現(xiàn)連接操作，防護等級可達到IP65;控制器底部配有優(yōu)化的水冷設(shè)計，配有通用的連接接頭，實現(xiàn)即插即用。

箱體內(nèi)部包含控制單元、功率驅(qū)動單元、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汽車級單片機，可匹配不同類型的旋變， 另外還可通過ETK S4.2C在線高速測量組件對相關(guān)重要參數(shù)信號進行高速測量及配合XCP標定;功率模塊采用英飛凌的汽車級HybridPack1 IGBT模塊，驅(qū)動電路經(jīng)過多次、多方的設(shè)計改進和驗證，已實現(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，并通過雙脈沖測試得到了驗證;臺架測試中電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)了8000轉(zhuǎn)、功率達到了40KW;母排經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，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的過壓失效;EMK控制器已通過了相關(guān)的汽車產(chǎn)品的電氣可靠性、EMC、振動、高低溫等測試。

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)進行開發(fā)，主要包括：

驅(qū)動層：主要為TC1782主控芯片驅(qū)動程序，包括ADC,PWM等芯片模塊的驅(qū)動。

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

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

算法應用層主要基于ETAS ASCET進行開發(fā)、仿真和代碼生成，主要包含:

 建模和仿真：通過ETAS的ASCET-MD工具，進行FOC算法建模和算法仿真。

自動代碼生成：通過ETAS的ASCET-SE工具，實現(xiàn)自動軟件代碼的生成。

軟件特點：

1：實時OSEK操作系統(tǒng)：新能源汽車控制策略是一個典型的多任務(wù)實時系統(tǒng)。為了提高軟件可靠性，同時在任務(wù)調(diào)度方面達到條理清晰且劃分明確，EMK控制器采用了汽車電子專用OSEK實時操作系統(tǒng)RTA-OSEK，在滿足電機控制系統(tǒng)實時性需求的同時，也保證了電機任務(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標定和測量：電機控制器的開發(fā)調(diào)試與電機本體參數(shù)(比如電機電感與永磁體磁鏈)、硬件參數(shù)(比如電流傳感器)、機械電參數(shù)(比如旋變零點)、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的標定技術(shù)，基于INCA 7.x實現(xiàn)了測量和標定的功能，使得用戶能夠在PC界面上，對多達近千個電機控制參數(shù)進行標定，使之能適應大多數(shù)PMSM電機。同時通過XCP測量技術(shù)，能夠在電機運行的同時即獲取控制軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)變量的數(shù)值，便于用戶調(diào)試?；贗NCA的XCP標定與測量工具界面如圖3所示：

圖3 基于INCA的XCP標定與測量界面

3：ASCET建模、仿真和自動代碼生成：EMK控制器應用層算法涵蓋變PWM載波頻率、電流環(huán)解耦、各種不同負載下的參數(shù)辨識、死區(qū)補償、自適應性的弱磁控制算法、故障辨識和處理等內(nèi)容，其開發(fā)均是基于ETAS的ECU軟件開發(fā)平臺ASCET。ASCET是一個規(guī)范的汽車用ECU軟件開發(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)三個部分。ASCET產(chǎn)品系列可實現(xiàn)基于模型的應用軟件開發(fā)，并根據(jù)這些模型自動生成代碼。從使用框圖和狀態(tài)機進行應用軟件產(chǎn)品的初始設(shè)計到MCU目標的代碼自動生成，ASCET產(chǎn)品專門開發(fā)用于滿足汽車行業(yè)對于嵌入式軟件實時性、效率和安全性等方面的特殊要求，ASCET開發(fā)的軟件已被廣泛用于近7000萬個電子控制單元中，相比較Matlab/Simulink來說更具針對性和高效安全。圖4為基于ASCET開發(fā)的FOC電機控制算法仿真界面。

圖4 FOC電機控制ASCET仿真