混合动力和电动汽车控制系统开发课件.ppt

1、2022-8-14混合动力和电动汽车控制系统开发混合动力和电动汽车控混合动力和电动汽车控制系统开发制系统开发混合动力和电动汽车控制系统开发简介系统概述新技术要求和市场需求用于EV/HEV的控制系统开发开发EV/HEV 系统的工具链控制复杂度 AUTOSAR概念开发未来ECU（电子控制单元）的工具控制功能原型开发用于检测ECU网络和实时性要求高的控制功能的硬件在环系统ECU 标定成功案例:赋予宝马 X5 混合动力车活力综述及前景展望议程 混合动力和电动汽车控制系统开发Development of Control Systems for Hybrid and Electric Vehicles l

2、 H.Goller l 1st China Virtual Powertrain Conference,Beijing l October 27-28,2010 ETAS GmbH 2010.All rights reserved.The names and designations used in this document are trademarks or brands belonging to their respective owners.3简介系统概述新技术要求和市场需求用于EV/HEV的控制系统开发开发EV/HEV 系统的工具链控制复杂度 AUTOSAR概念开发未来ECU（电子控

3、制单元）的工具控制功能原型开发用于检测ECU网络和实时性要求高的控制功能的硬件在环系统ECU 标定成功案例:赋予宝马 X5 混合动力车活力综述及前景展望议程 混合动力和电动汽车控制系统开发电机电机/发电机发电机蓄电池蓄电池功率电子元件功率电子元件混合动力混合动力 CANE-motorECU蓄电池管理蓄电池管理电动和混合动力驱动电子控制开发电动和混合动力驱动电子控制开发系统概述变速箱变速箱内燃机内燃机变速箱变速箱ECU驱动扭矩驱动扭矩制动制动制动制动ECUPowertrain CANChassis CANGate-way 中央混合动力中央混合动力 控制控制 实施驱动策略 协调机械和电子驱动及制动

4、混合混合动力动力ECU发动机发动机ECU 电机控制电机控制 控制和监控功率电子元件(逆变器)高动态(采样时间50 s-100 s)高安全要求电机电机ECU混合动力和电动汽车控制系统开发电机电机/发电机发电机蓄电池蓄电池功率电子元件功率电子元件混合动力混合动力 CAN电机电机ECU蓄电池管理蓄电池管理电动和混合动力驱动电子控制开发电动和混合动力驱动电子控制开发系统概述变速箱变速箱内燃机内燃机发动机发动机ECUTrans-missionECU驱动扭矩驱动扭矩制动制动制动制动ECU传动系传动系 CAN底盘底盘CANGate-way混合混合动力动力ECU 蓄电池控制蓄电池控制 监测 SOC 电池平衡

5、电源管理混合动力和电动汽车控制系统开发客户客户(成本/效益,性能、扭矩、舒适度、安全性)法规和环境法规和环境(排放、能耗和安全性)制造成本制造成本可靠性可靠性上市时间上市时间市场市场(人口结构、需求、车型、燃料种类)不同版本不同版本 可用性可用性可维护性可维护性开发、生产和运营需求：开发、生产和运营需求：以下是车辆设计要求主要影响要素以下是车辆设计要求主要影响要素：系统系统软件软件生命周期生命周期竞争促进车辆多样性竞争促进车辆多样性应用应用(PV,LCV,HCV,)细分细分(小型、中型、豪华型)车辆类型车辆类型(PV,SUV,轿卡,客货车,)型号型号(小轿车、旅行车、活动顶篷汽车、AT自动档、

6、MT手动档,CVT、柴油车、汽油车、混合动力车)新技术要求和市场需求系统及其不同版本更具多样性系统及其不同版本更具多样性混合动力和电动汽车控制系统开发ISO 26262:电子系统功能安全性规范ISO 26262 取代公路车辆通用标准IEC 61508ISO 26262 要求对电子系统开发所采用的软件工具进行资质认证依照该规范，不可能有独立于使用实例且“符合ISO26262”的通用工具ETAS支持软件开发工具的流程相关资质认证悬架悬架转向转向制动制动距离距离车道偏离车道偏离障碍障碍驾驶员辅助系统驾驶员辅助系统车辆动态车辆动态栅极栅极(插电插电)电机电机/发电机发电机蓄电池蓄电池功率功率电子元件电

7、子元件例例2 驾驶员辅助系统和车辆动态控制系统驾驶员辅助系统和车辆动态控制系统例例1 电力驱动电力驱动安全性要求高的系统安全性要求高的系统电子系统的功能安全性电子系统的功能安全性/ISO 26262混合动力和电动汽车控制系统开发简介系统概述新技术要求和市场需求用于EV/HEV的控制系统开发开发EV/HEV 系统的工具链控制复杂度 AUTOSAR概念开发未来ECU（电子控制单元）的工具控制功能原型开发用于检测ECU网络和实时性要求高的控制功能的硬件在环系统ECU 标定成功案例:赋予宝马 X5 混合动力车活力综述及前景展望议程 混合动力和电动汽车控制系统开发混合动力汽车控制系统的开发混合动力汽车控

8、制系统的开发用于用于混合动力控制开发的工具链混合动力控制开发的工具链9ECU 网络网络休眠总线仿休眠总线仿真真功能模型和环境仿功能模型和环境仿真真PC台式电脑混合动力台式电脑混合动力控制的功能模型控制的功能模型原型混合动力控制验证原型混合动力控制验证混合动力控制原型混合动力控制原型ECU 网络网络功能在环功能在环ECU 网络网络车上的混合动力控制的标定和车上的混合动力控制的标定和验证验证混合动力控制通过实时混合动力控制通过实时PC进行硬件在环试验进行硬件在环试验混合动力控制混合动力控制功能模型自动生成代码写入功能模型自动生成代码写入ECU软件软件接口模块接口模块ES59x测量模块测量模块ES4

9、xx混合动力控制标定混合动力控制标定F11011111000001111000ABCDE基本软件基本软件控制控制 原型原型 ECU网络内复杂 控制算法的验证 要求要求 紧凑且功能强大，适于车载应用 高性能CAN/FlexRay集成 ECU兼容性实时环境 测试系统测试系统 各个复杂度水平的验证各个复杂度水平的验证 要求要求 延时短,周期快 通过总线接口集成 高性能ECU 扩展总线仿真 选项:充分使用 特定ECU功能，以执行白盒 测试 标定环境标定环境 同时标定混合动力控制和周边系统 改进开发流程内的标定任务，在台式电脑或硬件在环系统上实现基于模型的标定功能 要求要求 同步快速使用多个控制器 实验

10、室和车辆标定的智能优化算法混合动力和电动汽车控制系统开发控制复杂度 概念 AUTOSAR 虚虚拟拟功能功能总线总线(VFB)是一个新的抽象层 支持网络中ECU的软件组件的抽象开发已及灵活分配总线总线功能范围 AUTOSAR 减少系统之间的相互依赖性并降低复杂度 易于重复使用软件 展现全新的车辆功能和系统的先进平台展现全新的车辆功能和系统的先进平台混合动力和电动汽车控制系统开发简介系统概述新技术要求和市场需求用于EV/HEV的控制系统开发开发EV/HEV 系统的工具链控制复杂程度 AUTOSAR概念开发未来ECU（电子控制单元）的工具控制功能原型开发用于检测ECU网络和实时性要求高的控制功能的硬

11、件在环系统ECU 标定成功案例:赋予宝马 X5 混合动力车活力综述及前景展望议程 混合动力和电动汽车控制系统开发开发未来ECU的工具控制功能对特定芯片的原型设计 问题问题 用与产品相近的硬件开发原型，而无需SW开发 解决方法解决方法 用基本软件和集成界面进行与产品相近的ECU原型设计 用MBD工具实现所开发功能的完美整合 性能性能 FlexECU,EHOOKS,INTECRIO OSEK 实时环境 用于ECU的I/O驱动程序 支持多种MBD 工具 集成编译器 标定工具界面ECUECU 插口插口物理信号物理信号Target system带有基本软件和带有基本软件和 SW原型的原型的ECU原型原型

12、实时实时ECU功能的模拟功能的模拟ECU功能建模功能建模ECU功能配置和运行标定功能配置和运行标定控制、配置和数控制、配置和数据分析据分析Application可选可选:额外额外 I/O 和处理功能User interface混合动力和电动汽车控制系统开发开发未来ECU的工具基于PC的控制功能快速原型开发 问题问题 在ECU外进行车辆动态控制的全套应用软件模拟 解决方法解决方法 在笔记本或带有高性能多核处理器的强固型PC而非专有硬件上进行ECU应用软件的车载验证 性能性能 软件“ASCET-RTS”OSEK 实时环境 多核处理器支持 通过高速数据传输器实现应用SW 和ECU 的同步工作ECUE

13、CU 插口插口物理信号物理信号Target system带有基本软件开发带有基本软件开发ECU原型原型实时实时ECU功能模拟功能模拟ECU 功能建模、功能建模、ECU功能配置和操作标定功能配置和操作标定逻辑信号逻辑信号(“全旁通全旁通/旁通旁通”)通过高速数据传输通过高速数据传输器器多核处理器笔记本中多核处理器笔记本中的一核专门用于执行模的一核专门用于执行模拟拟A核核B核核应用应用全套应用软件全套应用软件可选可选:适于车载应用的独立的PC上执行模拟用户界面用户界面混合动力和电动汽车控制系统开发传动系和底盘EngineTransmissionBrakeCAN/Flexray混合动力控制Hybri

14、dE-MotorBatteryCAN/Flexray多核实时多核实时PC模型模型仿真仿真用户用户PCECU 测试用HiL 从单个ECU到整车网络的测试要求 问题问题 具有高度相互依赖性的混合动力控制系统要求灵活设立测试系统，从配备扩展总线仿真的单个ECU模拟到整套ECU网络测试 解决方法解决方法 开放和可扩展架构 与汽车I/O规格相对应的实时I/O硬件 扩展总线仿真能力 使用PCIe 总线实现快速通讯 实时模型仿真的多核支持 性能性能 ECU得到优化集成，以满足ECU测试的特定要求实时实时PC模型仿真模型仿真用户用户PCHybrid增加测试ECU的数量混合动力和电动汽车控制系统开发混合动力控制

15、系统的测试在信号层上进行高动态电机的硬件在环测试控制逻辑控制逻辑逆变器逆变器电流/电压信号角位&速度信号扭矩速度定位电机电机高压蓄电池高压蓄电池车辆车辆驱动驱动&环境环境车辆信号:扭矩要求、回收要求等CAN/FlexRay/etc.HILS电力电子模拟(逆变器)测试实际控制器面板用于信号层硬件在环测试逆变器控制器被拆开PWM控制信号根据实时控制协议运行模型(例如Simulink)电压电流混合动力和电动汽车控制系统开发BMS中央控制器CSC=电池监控电路电池数量、电池组和电压等可能有所不同(仅作为示例)CSC-2CSC-3CSC-n内环内环U_电池电池CSC-1(H)EV ECU-网络(CAN,

16、FlexRay,)其他其他 I/O-CHs电池热管理安全回路BMS充电机等LABCARHIL 系统系统电池模拟器控制根据客户需求确定:1x,2x,Nx(例如：20 x 用于120 电池)电池电池-模型模型一般来自蓄电池制造商一般来自蓄电池制造商(具有很高的特定性!)例如：CAN/Ethernet/PCIe蓄电池控制模型车辆模型车辆模型(环境)SOC(充电状态)和蓄电池系统层的更多功能混合动力控制系统的测试 电池功率级的BMS 测试电池功率级的测试电池功率级的测试(BMS-HW/SW 开发开发 蓄电池模块制造商蓄电池模块制造商)例如：CAN/I2C/SPI 其他U_BattI_BattU_电池T

17、_电池I_电池混合动力和电动汽车控制系统开发不同车型不同车型ECU标定 经典流程车辆上参数的手工标定按功能确定的程序ECU 参数调整车辆或试验台上系统反应的测量记录测量数据的评估手工或基于工具的优化“按步”操作ECU项目项目规划规划/评估评估测量测量n 迭代迭代手工手工1 优化功能优化功能1 10111 1 100000 1 11 1000标定标定不同车型不同车型数据集数据集混合动力和电动汽车控制系统开发ECU 标定环境和效率潜力PC试验台试验台车辆车辆 标定工作标定工作 基于物理模型的参数优化 不同版本ECU的虚拟原型 自动化 快速读取ECU 可用性 图形用户界面 用户指导 半自动化5%25

18、%70%如今如今如今15%45%40%201520152015环境环境 在各个环境中优化标定效率的参数在各个环境中优化标定效率的参数+示例混合动力和电动汽车控制系统开发100 msASAP3ECU 标定示例:试验台上的快速读取 ECU (如今)问题问题 运行点的动态设置和试验台上测量数据的快速采集:无延时、无UUT危险。解决方案解决方案 智能界面模块向试验台实时传输物理形式的测量数据和参数 特性特性 速度 100 x ASAP3/ASAM MCD-3 界面1 ms ETK/XETK-界面界面 试验台试验台EtherCAT,iLinkRT,负载控制负载控制 INCA-MCE嵌入的测量和标定嵌入的

19、测量和标定INCA参数参数测量测量t混合动力和电动汽车控制系统开发简介系统概述新技术要求和市场需求用于EV/HEV的控制系统开发开发EV/HEV 系统的工具链控制复杂程度 AUTOSAR概念开发未来ECU（电子控制单元）的工具控制功能原型开发用于检测ECU网络和实时性要求高的控制功能的硬件在环系统ECU 标定成功案例:赋予宝马 X5 混合动力车活力综述及前景展望议程 混合动力和电动汽车控制系统开发赋予赋予BMW X5混合动力车活力混合动力车活力ETAS 工具链支持新混合动力功能的开发混合动力和电动汽车控制系统开发赋予赋予BMW X5混合动力车活力混合动力车活力从传统车辆到插电式系列混合动力车

20、在位于德国兰茨胡特的应用科技大学实施项目 基本车辆:宝马 X5 SUV(E70)移除整个原车的动力及驱动系统 在每个轴上集成一个电机 装入锂离子电池 装入用于蓄电池充电的发电机 装入作为增程发动机的柴油发动机混合动力和电动汽车控制系统开发赋予赋予BMW X5混合动力车活力混合动力车活力集成混合动力车部件和工具电机和发动机锂离子电池用作增程发动机的柴油发动机工具设置混合动力和电动汽车控制系统开发赋予赋予BMW X5混合动力车活力混合动力车活力系统建模和验证使用ASCET开发所有驱动功能。采用诸如方框图、有限状态机和条件表等不同的建模方法基于基本驱动功能，已开发更高级别的驱动功能:巡航控制坡道驻车

21、系统和陡坡缓降控制系统 牵引力控制 测试阶段严格依照汽车软件工程设计原则进行。采用下述方法:使用ASCET进行离线模拟使用INTECRIO 和ES910进行快速原型开发开发仅用时18个月!在下一步，所有开发的功能将获取AUTOSAR接口混合动力和电动汽车控制系统开发简介系统概述新技术要求和市场需求用于EV/HEV的控制系统开发开发EV/HEV 系统的工具链控制复杂度 AUTOSAR概念开发未来ECU（电子控制单元）的工具控制功能原型开发用于检测ECU网络和实时性要求高的控制功能的硬件在环系统ECU 标定成功案例:赋予宝马 X5 混合动力车活力综述及前景展望议程 混合动力和电动汽车控制系统开发前

22、景展望中央 ECU 架构“混合动力车”和“电动车”概念要求对整个架构进行严密检查，确保能源得以优化利用用结合智能传感器和执行器的强大中央ECU替代大量复杂的ECU网络成为趋势多核处理器因其更高的性能和更低的能耗将受青睐多核处理器ECU软件的运用对下列项目具有很高的要求操作系统运行时环境用于多核ECU架构的新软件模块 IOC(OS间应用通信)适应AUTOSAR 版本4的操作系统ETAS已有原型实现混合动力和电动汽车控制系统开发总结 内燃机的优化和汽车电气化为电子元件和软件开发带来新的挑战内燃机的优化和汽车电气化为电子元件和软件开发带来新的挑战新功能、复杂度增加、更多版本以及增强安全性新电力驱动控制和蓄电池管理新混合动力控制和能量管理的中央控制单元适于适于EV和和HEV的软件开发工具，但工具还需要适应项目的特定需要；的软件开发工具，但工具还需要适应项目的特定需要；设计/原型开发/代码生成/ECU测试/标定/验证增加的复杂度要求引入新方法并改变开发工艺增加的复杂度要求引入新方法并改变开发工艺改进车辆标定 试验台 硬件在环 虚拟环境新系统的开发、测试、标定、验证通过功能强大、可扩展、开放性开发新系统的开发、测试、标定、验证通过功能强大、可扩展、开放性开发工具获得最优支持工具获得最优支持 基于PC的开发工具应用受益于PC技术的快速发展2022-8-14混合动力和电动汽车控制系统开发