V模式的設(shè)計(jì)方法及自動(dòng)代碼生成資料下載

??汽車市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)要求設(shè)計(jì)者必須縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。在傳統(tǒng)的控制器的設(shè)計(jì)開發(fā)中，控制器的總體設(shè)計(jì)、整體性能分析以及控制策略的優(yōu)化通常需要大量的時(shí)間、人力和物力，投資大、效率低。此外，這種開發(fā)方法還容易出錯(cuò)，直到最終定標(biāo)時(shí)才進(jìn)入實(shí)時(shí)在線測(cè)試。如果在最初設(shè)計(jì)時(shí)出錯(cuò)而沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則會(huì)導(dǎo)致大部分工作必須重新進(jìn)行，開發(fā)周期變長(zhǎng)。可見傳統(tǒng)的研發(fā)方法無法滿足市場(chǎng)的需要，必需有一種新的設(shè)計(jì)理念來適應(yīng)市場(chǎng)的需求。 ? ??1 V模式的設(shè)計(jì)方法及自動(dòng)代碼生成 ? ??1.1 V模式的設(shè)計(jì)方法 ??如圖1，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，V模式的設(shè)計(jì)方法將系統(tǒng)工程學(xué)的原理應(yīng)用于現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)開發(fā)中，它是一種循環(huán)的設(shè)計(jì)模式。其特點(diǎn)是無論進(jìn)行開發(fā)、編程或者測(cè)試，總是在同一環(huán)境下工作，開發(fā)過程的每一步都可以得到驗(yàn)證［1］。它以功能強(qiáng)大的計(jì)算仿真工具為前提，整個(gè)設(shè)計(jì)過程都是在同一個(gè)平臺(tái)下完成，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)理念的提出，到快速原型設(shè)計(jì)（Prototype），再到ECU產(chǎn)品的無縫連接。采用該方法的最直接效果就是加速和簡(jiǎn)化了開發(fā)流程，及時(shí)消除錯(cuò)誤，大大減輕了工程師的工作量。 ? ?? ? ??1.2 運(yùn)用Simulink實(shí)現(xiàn)自動(dòng)代碼生成 ??自動(dòng)代碼生成處于V模式的最底層，是整個(gè)開發(fā)過程中最為關(guān)鍵的一步，其目的是實(shí)現(xiàn)開發(fā)過程中的快速迭代以提高開發(fā)效率。代碼生成的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 ??圖2為基于MATLAB/Simulink的DSP自動(dòng)代碼生成流程［2］。Simulink是一種對(duì)于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行多域仿真和基于模型設(shè)計(jì)的平臺(tái)，它提供了一個(gè)交互式的圖形環(huán)境和豐富的模塊庫。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，首先在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建系統(tǒng)模型，并且進(jìn)行仿真分析。使用Simulink調(diào)試器檢查仿真結(jié)果以及定位和診斷模型中的意外行為。一旦結(jié)果得到了驗(yàn)證，便可以通過RTW（Real-time workshop）自動(dòng)生成面向TI編譯器的C語言工程文件，并進(jìn)一步完成編譯、連接和下載，最終在硬件平臺(tái)上運(yùn)行。 ? ?? ? ??RTW是和MATLAB、Simulink一起使用的一個(gè)工具，運(yùn)用它直接從Simulink模型生成代碼并且自動(dòng)建立可以實(shí)時(shí)運(yùn)行的程序。在默認(rèn)情況下，RTW生成的是高度優(yōu)化和完全注釋的Ｃ代碼。除了MATLAB function模塊和調(diào)用M文件S函數(shù)的模塊以外，???何Simulink模型都可以生成代碼，包括線性、非線性、連續(xù)、離散以及混合模型［3］。 ??從整個(gè)過程來看，工程師只需在Simulink中搭建模型和驗(yàn)證模型的正確性，不需要書寫任何代碼，即可得到可靠、準(zhǔn)確的代碼。 ? ??2 嵌入式Target for TI C2000工具箱 ? ??Target for TI C2000將TI公司的eXpressDSP工具集成到Simulink中，它是MATLAB與TI CCS的連接工具，可以使MATLAB、MATLAB工具箱、TI Code Composer Studio集成開發(fā)環(huán)境（CCS IDE）以及RTDX（Real-Time Data Exchange）協(xié)同工作。 ??Target for TI C2000工具箱由三部分組成［3］：常用工具、芯片外圍設(shè)備模塊庫、優(yōu)化庫。常用工具包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換通道模塊、目標(biāo)控制器基本參數(shù)設(shè)置模塊和CAN通訊設(shè)置模塊。該工具箱支持C281x系列、C280x系列以及C2400系列的DSP。優(yōu)化庫包含定點(diǎn)運(yùn)算庫和數(shù)字電機(jī)控制庫。 ??Simulink可支持四類C280x DSP外圍設(shè)備模塊庫：存儲(chǔ)器的讀寫模塊、中斷管理模塊、控制模塊以及通訊模塊。除了不支持IIC通訊模塊以外，該模塊庫對(duì)C280x DSP板上所有的模塊都提供了很好的支持。用戶在調(diào)用DSP的這些模塊時(shí)，只需對(duì)相應(yīng)的模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和選擇，不需要關(guān)心底層是如何實(shí)現(xiàn)，整個(gè)模型的搭建過程就像堆積木一樣簡(jiǎn)單。 ? ??3 自動(dòng)生成代碼在電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用 ? ??3.1 電池管理系統(tǒng)的功能描述 ??BMS燃料電池車用鋰離子電池管理系統(tǒng)BMS（Battery Management System）是一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)具備以下功能［4］：電池狀態(tài)監(jiān)控，包括電池工作電壓、工作電流和工作溫度的測(cè)量和信號(hào)處理；特定狀態(tài)下的最大充、放電功率計(jì)算；特定工況下電池組荷電狀態(tài)SoC（State of Charge）、壽命狀態(tài)SoH（State of Health）的估算；高壓預(yù)充電、過充和過放保護(hù)、絕緣檢測(cè)和漏電保護(hù)；電池的均衡和熱管理；故障診斷以及與整車控制器通訊。圖3為BMS系統(tǒng)框圖。 ? ?? ? ??由于汽車在處于停車狀態(tài)時(shí)，BMS仍需每隔一定的時(shí)間對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)控，所以在長(zhǎng)時(shí)間停車時(shí)，BMS不可將蓄電池存儲(chǔ)的電量耗完，否則汽車將無法啟動(dòng)。因此在停車時(shí)，BMS必須進(jìn)入低功耗模式。當(dāng)汽車開動(dòng)時(shí)，從KL15傳來的點(diǎn)火信號(hào)將控制器從低功耗模式喚醒，進(jìn)入正常工作模式。 ??3.2 控制器的選擇 ??從BMS的功能可以看出，控制器起控制作用的功能只占BMS的小部分，在實(shí)時(shí)參數(shù)估計(jì)、SoC估算中，算法復(fù)雜且運(yùn)算量大，控制器需要在較短的時(shí)間間隔內(nèi)完成復(fù)雜的遞推運(yùn)算，這對(duì)控制器的計(jì)算能力和計(jì)算速度要求更高。傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制器，由于單片機(jī)側(cè)重于控制而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)算能力有限，所以無法很好地滿足BMS的要求。TI公司的TMS320C2000系列DSP集和高性能DSP的特點(diǎn)于一身，具有強(qiáng)大的控制和信號(hào)處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法。該系列DSP上整合了Flash存儲(chǔ)器、快速高精度的A/D轉(zhuǎn)換器、兩路增強(qiáng)的CAN模塊、事件管理器、正交編碼電路接口、多通道緩沖串口等外設(shè)。32位定點(diǎn)運(yùn)算的C2808 DSP能夠在一個(gè)周期內(nèi)完成32×32位的乘法累加運(yùn)算，或兩個(gè)16×16位乘法累加運(yùn)算。此外，可以在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)任何內(nèi)存地址完成讀取、修改、寫入操作，使得效率和程序代碼達(dá)到最佳，完全滿足實(shí)時(shí)控制的要求［5］。 ??3.3 電池參數(shù)辨識(shí)和SoC估計(jì)算法 ??電池監(jiān)控必需先進(jìn)行建模，實(shí)時(shí)檢測(cè)電池的電壓、電流以及溫度，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，從而間接地估計(jì)電池內(nèi)部的情況。圖4為鋰離子動(dòng)力電池模型［6］，模型中利用C0描述電池的容量，R0描述電池的等效歐姆內(nèi)阻，用時(shí)間常數(shù)較小的R1、C1環(huán)節(jié)描述鋰離子在電極間傳輸時(shí)受到的阻抗，時(shí)間常數(shù)較大的R2、C2環(huán)節(jié)描述鋰離子在電極材料中擴(kuò)散時(shí)受到的阻抗。該模型中的參數(shù)都可以通過參數(shù)辨識(shí)的方法得到。 ? ?? ?