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EMK（E-motor Kit）是英恒科技（中國）有限公司研發(fā)的EV/HEV電機(jī)控制器套件，主要用于新能源汽車(HEV/EV)牽引電機(jī)控制器前期開發(fā)評估使用。電機(jī)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(jī)控制器的開發(fā)周期是一個(gè)漫長的過程，EMK不僅可以給整車廠、企業(yè)、高校等目標(biāo)用戶帶來項(xiàng)目研發(fā)的便捷，同時(shí)可以縮短客戶的研發(fā)時(shí)間和研發(fā)成本，并且為快速市場化占有先機(jī)。 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(dòng)模塊和功率驅(qū)動(dòng)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(jìn)行開發(fā)。 EMK控制器通過檢測PMSM電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器反饋信號獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息，通過電流傳感器獲取電機(jī)三相電流，通過PWM輸出控制電機(jī)運(yùn)行。控制器通過CAN接口接收外部控制信號，并反饋當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息，此外控制器還配有獨(dú)立的CAN接口用于診斷、標(biāo)定等功能。 控制器可根據(jù)外部控制指令實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)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(dòng)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(jī)控制所需要的電源、CANBUS通訊、電機(jī)旋變、電機(jī)溫度、水溫等信號；母線和三相動(dòng)力接口采用專用的Amphenol快速接頭，無需工具即可實(shí)現(xiàn)連接操作，防護(hù)等級可達(dá)到IP65；控制器底部配有優(yōu)化的水冷設(shè)計(jì)，配有通用的連接接頭，實(shí)現(xiàn)即插即用。 箱體內(nèi)部包含控制單元、功率驅(qū)動(dòng)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(jī)，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(jìn)行高速測量及配合XCP標(biāo)定；功率模塊采用英飛凌的汽車級HybridPack1 IGBT模塊，驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)過多次、多方的設(shè)計(jì)改進(jìn)和驗(yàn)證，已實(shí)現(xiàn)母線電壓430V、電流變化率3500A/μs的工況下內(nèi)部短路的有效保護(hù)，并通過雙脈沖測試得到了驗(yàn)證；臺架測試中電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)了8000轉(zhuǎn)、功率達(dá)到了40KW；母排經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(dòng)、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(yīng)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(jìn)行開發(fā)，主要包括： ●驅(qū)動(dòng)層：主要為TC1782主控芯片驅(qū)動(dòng)程序，包括ADC,PWM等芯片模塊的驅(qū)動(dòng)。 ●抽象層：主要為復(fù)雜驅(qū)動(dòng)，控制AD2S12xx旋變驅(qū)動(dòng)和ABZ光電編碼傳感器驅(qū)動(dòng)。 ●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(yīng)用層主要基于ETAS ASCET進(jìn)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(jìn)行FOC算法建模和算法仿真。 ●自動(dòng)代碼生成：通過ETAS的ASCET-SE工具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)軟件代碼的生成。 軟件特點(diǎn)： 1：實(shí)時(shí)OSEK操作系統(tǒng)：新能源汽車控制策略是一個(gè)典型的多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)。為了提高軟件可靠性，同時(shí)在任務(wù)調(diào)度方面達(dá)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTA-OSEK，在滿足電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性需求的同時(shí)，也保證了電機(jī)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(biāo)定和測量：電機(jī)控制器的開發(fā)調(diào)試與電機(jī)本體參數(shù)（比如電機(jī)電感與永磁體磁鏈）、硬件參數(shù)（比如電流傳感器）、機(jī)械電參數(shù)（比如旋變零點(diǎn)）、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(biāo)定技術(shù)，基于INCA 7.x實(shí)現(xiàn)了測量和標(biāo)定的功能，使得用戶能夠在PC界面上，對多達(dá)近千個(gè)電機(jī)控制參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，使之能適應(yīng)大多數(shù)PMSM電機(jī)。同時(shí)通過XCP測量技術(shù)，能夠在電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)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。基于INCA的XCP標(biāo)定與測量工具界面如圖3所示：
圖3：基于INCA的XCP標(biāo)定與測量界面 3：ASCET建模、仿真和自動(dòng)代碼生成：EMK 控制器應(yīng)用層算法涵蓋變PWM載波頻率、電流環(huán)解耦、各種不同負(fù)載下的參數(shù)辨識、死區(qū)補(bǔ)償、自適應(yīng)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(gè)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(gè)部分。ASCET產(chǎn)品系列可實(shí)現(xiàn)基于模型的應(yīng)用軟件開發(fā)，并根據(jù)這些模型自動(dòng)生成代碼。從使用框圖和狀態(tài)機(jī)進(jìn)行應(yīng)用軟件產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)到MCU目標(biāo)的代碼自動(dòng)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(shí)時(shí)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(gè)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(jī)控制算法仿真界面。
圖4：FOC電機(jī)控制ASCET仿真 |
