混合动力和电动汽车控制系统开发

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HansGoller博士，易特驰汽车技术(上海)DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.2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标定胜利案例:赋予宝马X5混合动力车活力综述及前景展望议程DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.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标定胜利案例:赋予宝马X5混合动力车活力综述及前景展望议程DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.4电机/

发电机蓄电池功率电子元件混合动力CANE-motorECU蓄电池管理电动和混合动力驱动电子控制开发

系统概述变速箱内燃机变速箱ECU驱动扭矩制动制动ECUPowertrainCANChassisCANGate-way中央混合动力控制实施驱动战略协调机械和电子

驱动及制动混合动力

ECU发动机ECU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

50µs-100µs)高平安要求电机ECUDevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.5电机/

发电机蓄电池功率电子元件混合动力CAN电机ECU蓄电池管理电动和混合动力驱动电子控制开发

系统概述变速箱内燃机发动机ECUTrans-missionECU驱动扭矩制动制动ECU传动系CAN底盘CANGate-way混合动力

ECU蓄电池控制监测SOC电池平衡电源管理DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.6客户

(本钱/效益,性能、扭矩、温馨度、平安性…)法规和环境(排放、能耗和平安性)制造本钱可靠性上市时间市场

(人口构造、需求、车型、燃料种类…)不同版本可用性可维护性开发、消费和运营需求：以下是车辆设计要求主要影响要素：系统软件生命周期竞争促进车辆多样性运用

(PV,LCV,HCV,…)细分

(小型、中型、奢华型…)车辆类型(PV,SUV,轿卡,客货车,…)型号(小轿车、游览车、活动顶篷汽车、AT自动档、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DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.7ISO26262:电子系统功能平安性规范ISO26262取代公路车辆通用规范IEC61508ISO26262要求对电子系统开发所采用的软件工具进展资质认证按照该规范，不能够有独立于运用实例且“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转向制动间隔车道偏离妨碍驾驶员辅助系统车辆动态栅极(插电)电机/

发电机蓄电池功率电子元件例2–驾驶员辅助系统和车辆动态控制系统例1–电力驱动平安性要求高的系统

电子系统的功能平安性/ISO26262DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.8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标定胜利案例:赋予宝马X5混合动力车活力综述及前景展望议程

DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.9混合动力汽车控制系统的开发

用于混合动力控制开发的工具链9ECU网络休眠总线仿真功能模型和环境仿真PC台式电脑混合动力控制的功能模型原型混合动力控制验证混合动力控制原型ECU网络功能在环ECU网络车上的混合动力控制的标定和验证混合动力控制经过实时PC进展硬件在环实验混合动力控制功能模型自动生成代码写入ECU软件接口模块ES59x丈量模块

ES4xx混合动力控制标定F11011111000001111000ABCDE根本软件控制原型ECU网络内复杂控制算法的验证要求紧凑且功能强大，适于车载运用高性能CAN/FlexRay

集成ECU兼容性实时环境测试系统各个复杂度程度的验证要求延时短,周期快经过总线接口集成高性能ECU扩展总线仿真选项:充分运用特定ECU功能，以执行白盒测试

标定环境同时标定混合动力控制和周边系统改良开发流程内的标定义务，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同步快速运用多个控制器实验室和车辆标定的智能优化算法DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.10控制复杂度

概念AUTOSAR虚拟功能总线(VFB)…是一个新的笼统层支持网络中ECU的软件组件的笼统开发已及灵敏分配总线功能范围虚拟功能总线AUTOSAR…减少系统之间的相互依赖性并降低复杂度易于反复运用软件展现全新的车辆功能和系统的先进平台DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.11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标定胜利案例:赋予宝马X5混合动力车活力综述及前景展望议程

DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.12开发未来ECU的工具

控制功能对特定芯片的原型设计问题用与产品相近的硬件开发原型，而无需SW开发处理方法用根本软件和集成界面进展与产品相近的ECU原型设计用MBD工具实现所开发功能的完美整合性能FlexECU,EHOOKS,INTECRIOOSEK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插口物理信号Targetsystem带有根本软件和

SW原型的ECU原型实时ECU功能的模拟ECU功能建模ECU功能配置和运转标定控制、配置和数据分析Application可选:

额外I/O和

处置功能UserinterfaceDevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.13开发未来ECU的工具

基于PC的控制功能快速原型开发问题在ECU外进展车辆动态控制的全套运用软件模拟处理方法在笔记本或带有高性能多核处置器的强固型PC而非专有硬件上进展ECU运用软件的车载验证性能软件“ASCET-RTS〞OSEK实时环境多核处置器支持经过高速数据传输器实现运用SW和ECU的同步任务ECUECU插口物理信号Targetsystem带有根本软件开发ECU原型

实时ECU功能模拟ECU功能建模、ECU功能配置和操作标定逻辑信号

(“全旁通/旁通〞)经过高速数据传输器多核处置器笔记本中的一核专门用于执行模拟A核B核运用全套运用软件可选:

适于车载运用的独立的PC上执行模拟用户界面DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.14传动系和底盘EngineTransmissionBrakeCAN/Flexray混合动力控制HybridE-MotorBatteryCAN/Flexray多核实时PC模型仿真用户PCECU测试用HiL

从单个ECU到整车网络的测试要求问题具有高度相互依赖性的混合动力控制系统要求灵敏设立测试系统，从配备扩展总线仿真的单个ECU模拟到整套ECU网络测试处理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硬件扩展总线仿真才干运用PCIe总线实现快速通讯实时模型仿真的多核支持性能ECU得到优化集成，以满足ECU测试的特定要求实时PC模型仿真用户PCHybrid添加测试ECU的数量DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.15混合动力控制系统的测试

在信号层上进展高动态电机的硬件在环测试控制逻辑逆变器电流/

电压信号角位

&速度信号扭矩速度定位电机高压蓄电池车辆驱动&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)测试实践控制器面板

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转模型

(例如Simulink®)电压电流DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.16BMS中央控制器CSC=电池监控电路电池数量、电池组和电压等能够有所不同

(仅作为例如)CSC-2CSC-3CSC-n…内环

U_电池CSC-1(H)EVECU-网络

(CAN,FlexRay,…)其他I/O-CHs电池热管理平安回路BMS充电机等LABCARHIL–系统电池模拟器控制根据客户需求确定:

1x,2x,Nx(例如：20x用于120电池)电池-模型

普通来自蓄电池制造商

(具有很高的特定性!)例如：CAN/

Ethernet/

PCIe蓄电池控制模型车辆模型

(环境)SOC(充电形状)

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

(BMS-HW/SW开发

蓄电池模块制造商)例如：CAN/I2C/

SPI其他U_Batt

I_BattU_电池

T_电池I_电池DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.17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参数调整车辆或实验台上系统反响的丈量记录丈量数据的评价手工或基于工具的优化“按步〞操作ECU

工程规划/

评价丈量n迭代手工1优化功能11011111000001111000标定不同车型数据集DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.18ECU标定

环境和效率潜力PC实验台车辆标定任务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点半自动化5%25%70%如今如今如今15%45%40%202120212021环境在各个环境中优化标定效率的参数++例如DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.19100msASAP3ECU标定

例如:实验台上的快速读取ECU(如今)问题运转点的动态设置和实验台上丈量数据的快速采集:无延时、无UUT危险。处理方案智能界面模块向实验台实时传输物理方式的丈量数据和参数特性速度100xASAP3/ASAMMCD-3界面1ms

ETK/XETK-

界面实验台EtherCAT,

iLinkRT,…负载控制INCA-MCE

嵌入的丈量和标定INCA参数丈量tDevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.20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标定胜利案例:赋予宝马X5混合动力车活力综述及前景展望议程DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.21赋予BMWX5混合动力车活力

ETAS工具链支持新混合动力功能的开发DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.22赋予BMWX5混合动力车活力

从传统车辆到插电式系列混合动力车在位于德国兰茨胡特的运用科技大学实施工程

根本车辆:宝马X5SUV(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DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.23赋予BMWX5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DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.24赋予BMWX5混合动力车活力

系统建模和验证运用ASCET开发一切驱动功能。采用诸如方框图、有限形状机和条件表等不同的建模方法基于根本驱动功能，已开发更高级别的驱动功能:巡航控制坡道驻车系统和陡坡缓降控制系统牵引力控制测试阶段严厉按照汽车软件工程设计原那么进展。采用下述方法:运用ASCET进展离线模拟运用INTECRIO

和ES910进展快速原型开发开发仅用时18个月!在下一步，一切开发的功能将获取AUTOSAR接口DevelopmentofControlSystemsforHybridandElectricVehicleslH.Gollerl1stChinaVirtualPowertrainConference,lOctober27-28,2021©ETASGmbH2021.Allrightsreserved.Thenamesanddesignationsusedinthisdocumentaretrademarksorbrandsbelongingtotheirrespectiveowners.25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