EVH1000
【电机控制技术帖】
电机控制软件开发
电动车千人会
从事电机软件开发已经半年多了，从刚开始一无所知到现在的小有成就，现在想把实践经验进行总结，分享给各位奋战在电机控制路上，或者想转型为电机控制的工友们学习借鉴。
看了知乎上大部分关于电机控制或者电机软件的帖子，要么关注于FOC/SVPWM，要么关注于Autosar，但是这俩个东西其实已经是非常成熟的东西，而且在实践中能体现的核心价值并不多，真正的产品开发还是面向应用和适配，下面我将从实际软件开发的角度给出一个比较系统角度，分析一下实际产品应用过程中电机控制软件开发技术。
首先明确电机控制，主要是三条主线，一是扭矩流，二是能量流，三是热量流。而这三条横向的主线，都要包括信号输入，功能处理和信号输出三个纵向的节点。
因此，我们建立的第一个宏观的电机控制架构模型，就是三纵三横，纵向的三个节点，横向的三个流向。
站在整车的角度，电机控制系统不是一个很复杂的东西，只需要执行命令就可以了，我们也清楚，电机控制的核心就是发波，也就是把一个扭矩命令根据占空比调制算法生成三相交流波。但是其实在电机控制供应商的角度，这里边有很多工作要做，这也是整车厂和电机供应商的冲突点所在。
1、信号的输入和输出
（纵向节点一、三）
信号的输入、输出是应用开发最基本的工作，如果不做这项工作，MCU软件无法和VCU或者BMS进行通讯，因而也无法得到状态切换、扭矩、冷却温度等关键信号，故也电机也不会工作。
这一项工作开发的核心，其实就是CAN矩阵的实现，如果不懂CAN矩阵，就去百度一下再读下去。每个整车厂的CAN矩阵都不一样，不知道未来会不会标准化，这样可以减少大量的重复工作。但是当下每个主机厂、甚至单一主机厂的不同项目都是不一样的，不过对于MCU而言，核心的输入就是扭矩请求、模式请求、冷却液温度、冷却水泵开度、车速、轮速、BMS主负继电器等；而核心的输出包括实际扭矩、实际模式、故障等级、IGBT温度、定子温度、母线电压等。
1.1
应用层信号处理
应用层对这些信号要进行处理，从底层拿到解析好的信号后，比如底层解析出来是100Nm，你需要把这个扭矩值传到rte上，内部的功能模块会使用这个扭矩值，不过很多人可能会问是不是就是转发一下，可以这么理解吧，不过你也要转发一下信号的质量，包括底层会解析出来这个值是有效还是无效，对于内部功能模块而言，一旦信号无效，它们就会走一种安全模式。对于输出而言，反之亦然。
1.2
底层信号处理
这里其实就是我们经常提高的COM堆栈，往上介绍这些东西原理的资料很多，但是其实在真正应用的过程中那些东西都不太会用到，不过我们要掌握主线就是，对于信号输入，底层软件会从CAN收发器的寄存器中，获取每一帧信号，然后经过分解，一方面去校验CRC、Rolling Counter，另一方面去把这一帧的每个信号识别出来，传送给应用层进行信号使用，对于信号输出，反之亦然。
具体在开发过程中也很流水作业，根据CAN矩阵生成dbc文件，直接导入Autosar工具，就会生成响应的代码。
2、核心功能处理（纵向节点二）
2.1
上下电状态管理（能量流）
这也被称为是中央状态机，是VCU控制电机的核心接口元件。这里要提到是逆变器有个电容，要工作，必须先进行电容预充，从而给母线提供稳定的电压，而电机停车后，必须把高压下了，不然就会有触电风险。因此这里的状态管理，核心就是上下电管理，上电过程包括：初始化、预充、待机、扭矩模式；而下电过程则是：扭矩模式/待机/预充、都可以直接进入放电状态、放完高压后，进入下电状态，期间要进行一些数据的保存，写入NvRAM。
2.2
扭矩模型（扭矩流）
扭矩模型其实有三部分，第一部分则是要根据温度、电压、电流、等信号要对扭矩进行限制、第二部分是根据拖曳扭矩加上需求扭矩，计算出一个电机要发出的总扭矩，第三部分才是网上有很多的FOC/SVPWM实现对波形的调制。可以看出FOC/SVPWM只是电机控制的很小的一部分，但是它是最核心的部分，同时也已经玩的烂大街了。
2.3
热模型（热量流）
这里主要就是计算IGBT结温，IGBT表面温度传感器，但是内部的温度是其不损害的关键指标，因此要根据结温模型对IGBT温度进行计算。这个模型比较复杂，大家可以去搜搜其他帖子，这里就不再赘述了。
此外还有两个NTC温度传感器用来策略定子温度，比较简单，在IoAbHw配置一下就好了；
还有一个转子模型，这个需要去根据温度模型去估计的，网上也有相关资料。没有的话我也可以写一篇。
2.4
主动放电
也就是前面提到的逆变器电容，休眠前要通过电阻把这部分的存在电容的电荷以热量的形式消耗掉，从而使得控制器能够安全休眠。一般这里的主动放电有专门的芯片和电路进行处理，控制软件只需要发送请求放电的命令即可，主动放电的芯片和电路就能够执行主动放电的命令。
2.5
安全路径
也就是关管。有两种方式，一是把上下桥全部打开，二是只导通上桥或者下桥，一般是低转速的时候反向电动势较少，上下桥IGBT全部打开，不会有铜损产生，而第二种则是在高转速的时候，如果IGBT保持打开的话，就有可能被比较高的反向电动势击穿，因此要和电机形成一个回路，从而实现通过铜耗热量把这部分电荷耗散掉。
2.6
故障诊断
对于应用开发而言，故障诊断的核心就是去制作故障矩阵。
而故障矩阵的核心，就是定义故障等级，不同的故障等级对应不同的响应模式。一般而言，有如下几种故障。
1级：只上报故障；比如通讯信号延迟。
2级：限制扭矩；比如定子温度变高。
3级：不再输出扭矩，逆变器和电机形成回路，停止不下高压。
4级：不再输出扭矩，逆变器和电机形成回路，停止下高压。比如IGBT温度超高。
5级：碰撞故障，下电不可恢复，必须用专用工具清除。
实际开发过程中，每家公司都会有一个基础的故障矩阵，拿着这张故障矩阵，去适配客户比较关注的故障码即可。你可能还有做一下逻辑，往CAN上上报故障识别编码（如报出多个故障，你需要滚动发送）和故障等级（就是上面提到的）。
3.非核心功能处理
3.1
单踏板
这个东西嘛，就是VCU先给MCU发送负扭矩，车速降低到一定程度时，MCU进入转速模式，逐渐停下来。
3.2
主动减震
识别到轮速抖动，利用PI技术反向调节扭矩进行抖动消除。
3.3
主动加热
降低电机效率，从而能够加热水回路。
3.4
坡道辅助
在坡道上利用转速模式使得电机停下来，主要也是PI控制。
总的来看，电机控制软件开发也就是上面几部分了，主要还是集中于应用层的功能开发，至于底层软件，比如IoHwAb，Mcal，CDD等，对于实际的应用开发来说，确实用的比较少，可能也就是全新开发一款控制器或者更新PCBA板子上的某个芯片时，会开发一下底层，相关资料也可以参考一下。
根据我多年的工作经验，在软件领域，中国汽车工业的核心力量还是应该投入到控制策略开发上来。这篇帖子各位工友可以先看看，如果对哪一块比较感兴趣的话我可以着重以图文并茂的形式写写，以便各位能够不断提升自己，突破自己，从而带动整个产业的发展和进步。
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