EVH1000
【電機控制技術帖】
電機控制軟件開發
電動車千人會
從事電機軟件開發已經半年多了，從剛開始一無所知到現在的小有成就，現在想把實踐經驗進行總結，分享給各位奮戰在電機控制路上，或者想轉型為電機控制的工友們學習借鑒。
看了知乎上大部分關于電機控制或者電機軟件的帖子，要么關注于FOC/SVPWM，要么關注于Autosar，但是這倆個東西其實已經是非常成熟的東西，而且在實踐中能體現的核心價值并不多，真正的產品開發還是面向應用和適配，下面我將從實際軟件開發的角度給出一個比較系統角度，分析一下實際產品應用過程中電機控制軟件開發技術。
首先明確電機控制，主要是三條主線，一是扭矩流，二是能量流，三是熱量流。而這三條橫向的主線，都要包括信號輸入，功能處理和信號輸出三個縱向的節點。
因此，我們建立的第一個宏觀的電機控制架構模型，就是三縱三橫，縱向的三個節點，橫向的三個流向。
站在整車的角度，電機控制系統不是一個很復雜的東西，只需要執行命令就可以了，我們也清楚，電機控制的核心就是發波，也就是把一個扭矩命令根據占空比調制算法生成三相交流波。但是其實在電機控制供應商的角度，這里邊有很多工作要做，這也是整車廠和電機供應商的沖突點所在。
1、信號的輸入和輸出
（縱向節點一、三）
信號的輸入、輸出是應用開發最基本的工作，如果不做這項工作，MCU軟件無法和VCU或者BMS進行通訊，因而也無法得到狀態切換、扭矩、冷卻溫度等關鍵信號，故也電機也不會工作。
這一項工作開發的核心，其實就是CAN矩陣的實現，如果不懂CAN矩陣，就去百度一下再讀下去。每個整車廠的CAN矩陣都不一樣，不知道未來會不會標準化，這樣可以減少大量的重復工作。但是當下每個主機廠、甚至單一主機廠的不同項目都是不一樣的，不過對于MCU而言，核心的輸入就是扭矩請求、模式請求、冷卻液溫度、冷卻水泵開度、車速、輪速、BMS主負繼電器等；而核心的輸出包括實際扭矩、實際模式、故障等級、IGBT溫度、定子溫度、母線電壓等。
1.1
?應用層信號處理
應用層對這些信號要進行處理，從底層拿到解析好的信號后，比如底層解析出來是100Nm，你需要把這個扭矩值傳到rte上，內部的功能模塊會使用這個扭矩值，不過很多人可能會問是不是就是轉發一下，可以這么理解吧，不過你也要轉發一下信號的質量，包括底層會解析出來這個值是有效還是無效，對于內部功能模塊而言，一旦信號無效，它們就會走一種安全模式。對于輸出而言，反之亦然。
1.2?
底層信號處理
這里其實就是我們經常提高的COM堆棧，往上介紹這些東西原理的資料很多，但是其實在真正應用的過程中那些東西都不太會用到，不過我們要掌握主線就是，對于信號輸入，底層軟件會從CAN收發器的寄存器中，獲取每一幀信號，然后經過分解，一方面去校驗CRC、Rolling Counter，另一方面去把這一幀的每個信號識別出來，傳送給應用層進行信號使用，對于信號輸出，反之亦然。
具體在開發過程中也很流水作業，根據CAN矩陣生成dbc文件，直接導入Autosar工具，就會生成響應的代碼。
2、核心功能處理（縱向節點二）
2.1
上下電狀態管理（能量流）
這也被稱為是中央狀態機，是VCU控制電機的核心接口元件。這里要提到是逆變器有個電容，要工作，必須先進行電容預充，從而給母線提供穩定的電壓，而電機停車后，必須把高壓下了，不然就會有觸電風險。因此這里的狀態管理，核心就是上下電管理，上電過程包括：初始化、預充、待機、扭矩模式；而下電過程則是：扭矩模式/待機/預充、都可以直接進入放電狀態、放完高壓后，進入下電狀態，期間要進行一些數據的保存，寫入NvRAM。
2.2?
扭矩模型（扭矩流）
扭矩模型其實有三部分，第一部分則是要根據溫度、電壓、電流、等信號要對扭矩進行限制、第二部分是根據拖曳扭矩加上需求扭矩，計算出一個電機要發出的總扭矩，第三部分才是網上有很多的FOC/SVPWM實現對波形的調制。可以看出FOC/SVPWM只是電機控制的很小的一部分，但是它是最核心的部分，同時也已經玩的爛大街了。
2.3?
熱模型（熱量流）
這里主要就是計算IGBT結溫，IGBT表面溫度傳感器，但是內部的溫度是其不損害的關鍵指標，因此要根據結溫模型對IGBT溫度進行計算。這個模型比較復雜，大家可以去搜搜其他帖子，這里就不再贅述了。
此外還有兩個NTC溫度傳感器用來策略定子溫度，比較簡單，在IoAbHw配置一下就好了；
還有一個轉子模型，這個需要去根據溫度模型去估計的，網上也有相關資料。沒有的話我也可以寫一篇。
2.4
主動放電
也就是前面提到的逆變器電容，休眠前要通過電阻把這部分的存在電容的電荷以熱量的形式消耗掉，從而使得控制器能夠安全休眠。一般這里的主動放電有專門的芯片和電路進行處理，控制軟件只需要發送請求放電的命令即可，主動放電的芯片和電路就能夠執行主動放電的命令。
2.5?
安全路徑
也就是關管。有兩種方式，一是把上下橋全部打開，二是只導通上橋或者下橋，一般是低轉速的時候反向電動勢較少，上下橋IGBT全部打開，不會有銅損產生，而第二種則是在高轉速的時候，如果IGBT保持打開的話，就有可能被比較高的反向電動勢擊穿，因此要和電機形成一個回路，從而實現通過銅耗熱量把這部分電荷耗散掉。
2.6?
故障診斷
對于應用開發而言，故障診斷的核心就是去制作故障矩陣。
而故障矩陣的核心，就是定義故障等級，不同的故障等級對應不同的響應模式。一般而言，有如下幾種故障。
1級：只上報故障；比如通訊信號延遲。
2級：限制扭矩；比如定子溫度變高。
3級：不再輸出扭矩，逆變器和電機形成回路，停止不下高壓。
4級：不再輸出扭矩，逆變器和電機形成回路，停止下高壓。比如IGBT溫度超高。
5級：碰撞故障，下電不可恢復，必須用專用工具清除。
實際開發過程中，每家公司都會有一個基礎的故障矩陣，拿著這張故障矩陣，去適配客戶比較關注的故障碼即可。你可能還有做一下邏輯，往CAN上上報故障識別編碼（如報出多個故障，你需要滾動發送）和故障等級（就是上面提到的）。
3.非核心功能處理
3.1
單踏板
這個東西嘛，就是VCU先給MCU發送負扭矩，車速降低到一定程度時，MCU進入轉速模式，逐漸停下來。
3.2?
主動減震
識別到輪速抖動，利用PI技術反向調節扭矩進行抖動消除。
3.3
主動加熱
降低電機效率，從而能夠加熱水回路。
3.4?
坡道輔助
在坡道上利用轉速模式使得電機停下來，主要也是PI控制。
總的來看，電機控制軟件開發也就是上面幾部分了，主要還是集中于應用層的功能開發，至于底層軟件，比如IoHwAb，Mcal，CDD等，對于實際的應用開發來說，確實用的比較少，可能也就是全新開發一款控制器或者更新PCBA板子上的某個芯片時，會開發一下底層，相關資料也可以參考一下。
根據我多年的工作經驗，在軟件領域，中國汽車工業的核心力量還是應該投入到控制策略開發上來。這篇帖子各位工友可以先看看，如果對哪一塊比較感興趣的話我可以著重以圖文并茂的形式寫寫，以便各位能夠不斷提升自己，突破自己，從而帶動整個產業的發展和進步。
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【電機控制技術帖】電機控制軟件開發?
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